一种定量土壤气体排放量的装置及使用方法

本发明涉及土壤气体排放监测，是一种定量土壤气体排放量的装置。

背景技术：

1、土壤活性氮和温室气体的排放，不仅导致土壤养分损失，同时对环境造成危害。氨排放是雾霾形成的元凶之一，氨排放后的沉降过程进一步导致水体富营养化、土壤酸化和生物多样性减少。一氧化氮是一种短寿命气候强迫因子和大气污染物成分。温室气体（氧化亚氮、甲烷和二氧化碳）是导致全球温室效应的重要物质。土壤是活性氮和温室气体排放的重要来源，准确定量其气体排放通量，对排放清单编制和制定有效的减排措施具有重要意义。

2、目前，准确定量土壤活性氮和温室气体排放的方法多为静态箱或动态箱法。以往的装置为静态箱或动态箱的一种设计，仅能准确定量上述部分气体。如静态箱可以用来定量氧化亚氮等排放，但无法准确定量氨排放。尽管一些静态箱装置（如授权公告号cn105116130b和cn215530342u）设计了定量氨排放的组件，但由于氨排放受风速影响较大，静态箱法无法考虑风速对氨排放的影响，会严重低估氨的排放。此外，尽管动态箱可用于准确定量氨排放，以往的装置仅能用于氨排放定量，不能用于其它活性氮或温室气体排放的定量（如授权公告号cn213240149u）。

3、以往定量土壤氨排放的动态箱法，多将空气背景氨忽略不计（如授权公告号cn213240149u），即将氨吸收装置收集到的氨全部当做土壤氨排放，这会高估土壤氨排放，或在空气交换室之前加一套收集空气中氨的装置（如授权公告号cn203758787u），但如此增加了抽气阻力，需要更大动力的抽气泵满足换气频率要求，增加了运行成本。

4、以往定量土壤氨排放的装置，多采用水槽密封（水封）的方式形成密闭空气交换室（如授权公告号cn105116130b和cn215530342u），但由于氨气极易溶于水，采用水封方式可能会低估土壤氨排放。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，提供一种准确定量土壤气体排放量的装置，本装置将静态箱和动态箱结合，可定量的气体包括氨、氧化亚氮、一氧化氮、甲烷和二氧化碳。

2、技术方案：本发明采用的技术方案如下：一种定量土壤气体排放量的装置，包括第一管路组件和第二管路组件，第一管路组件包括顺次连接的容器、第一洗气瓶组、第一转子流量计；第二管路组件包括顺次连接的第二洗气瓶组、第二转子流量计；第一转子流量计和第二转子流量计通过管路连接抽气泵。容器包括下部的土壤容纳空间和上部的顶空空间，顶空空间上部设有密封盖，密封盖通过硅胶密封圈进行密封。密封盖上还设有多个管路，第一管路连通空气，第二管路连接采气器，第三管路连接第一洗气瓶组。第一管路、第二管路、第三管路上均设有阀门。容器为具底的pvc或不锈钢圆柱，或容器为上下无底的pvc或不锈钢圆柱，同时下端开刃。第一洗气瓶组和第二洗气瓶组均为多个串联的洗气瓶，洗气瓶中为浓度0.025 mol/l的稀硫酸溶液，每个洗气瓶装入体积为80-100 ml稀硫酸溶液。

3、转子流量计为带调节阀的玻璃转子流量计。

4、抽气泵为漩涡气泵或隔膜真空泵。

5、一种定量土壤气体排放量的装置的使用方法，当采集氧化亚氮、一氧化氮、甲烷和二氧化碳中的一种或多种气体时，具体操作步骤为：在土壤容纳空间中装入土壤，关闭第一管路、第二管路、第三管路上的阀门，每隔一定时间打开第二管路上的阀门，用采气器将顶空空间中的气体进行混合，然后用采气器采集30 ml的气体，关闭阀门并拔出采气器，测量采气器中气体的浓度；当采集氨时，打开第一管路、第三管路上的阀门，关闭第二管路上的阀门，同时第一洗气瓶组和第二洗气瓶组中的每个洗气瓶装入80-100 ml的浓度为0.025mol/l的稀硫酸溶液，开启抽气泵，调节流量为10-15个顶空空间的体积/分钟，一定时间后关闭抽气泵，采集第一洗气瓶组和第二洗气瓶组中的稀硫酸溶液，测定铵态氮浓度。

6、根据研究目的，可在容器中种植植物，以考虑植物对气体排放的影响。

7、测定氨气时，空气采集口距地表应大于2.5米，以尽可能降低空气背景氨的浓度。

8、有益效果：

9、本发明实现了一套装置对土壤排放的多种活性氮和温室气体进行准确定量，针对不同气体的特点，可分别采用最优的静态箱或动态箱采集法来采集，静态箱和动态箱的切换通过密封盖上3个阀门的开启或关闭实现，转换迅速且简便；

10、本发明的土柱与密封盖之间采用硅胶密封圈密封，避免了以往采用水封方式可能导致土壤氨排放低估。本发明定量氨排放时，同时采集空气，通过测定和计算可排除空气背景氨对土壤氨排放的影响。

技术特征：

1.一种定量土壤气体排放量的装置，其特征在于，包括第一管路组件和第二管路组件，第一管路组件包括顺次连接的容器（1）、第一洗气瓶组（2）、第一转子流量计（3）；第二管路组件包括顺次连接的第二洗气瓶组（4）、第二转子流量计（5）；第一转子流量计（3）和第二转子流量计（5）通过管路连接抽气泵（6）。

2.根据权利要求1所述的一种定量土壤气体排放量的装置，其特征在于，容器（1）包括下部的土壤容纳空间（7）和上部的顶空空间（8），顶空空间（8）上部设有密封盖（9），密封盖（9）通过硅胶密封圈（10）进行密封。

3.根据权利要求2所述的一种定量土壤气体排放量的装置，其特征在于，密封盖（9）上还设有多个管路，第一管路（11）连通空气，第二管路（12）连接采气器（13），第三管路（14）连接第一洗气瓶组（2）。

4.根据权利要求3所述的一种定量土壤气体排放量的装置，其特征在于，第一管路（11）、第二管路（12）、第三管路（14）上均设有阀门。

5.根据权利要求4所述的一种定量土壤气体排放量的装置，其特征在于，容器（1）为具底的圆柱，或容器（1）为上下无底的圆柱，同时下端开刃。

6.根据权利要求1所述的一种定量土壤气体排放量的装置，其特征在于，第一洗气瓶组（2）和第二洗气瓶组（4）均为多个串联的洗气瓶，洗气瓶中为浓度为0.025 mol/l的稀硫酸溶液，每个洗气瓶装入体积为80-100 ml稀硫酸溶液。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的一种定量土壤气体排放量的装置的使用方法，其特征在于，当采集氧化亚氮、一氧化氮、甲烷和二氧化碳中的一种或多种气体时，具体操作步骤为：在土壤容纳空间（7）中装入土壤，关闭第一管路（11）、第二管路（12）、第三管路（14）上的阀门，每隔一定时间点打开第二管路（12）上的阀门，用采气器（13）将顶空空间（8）中的气体进行混合，然后用采气器（13）采集30 ml的气体，关闭阀门并拔出采气器（13），测量采气器（13）中气体的浓度；当采集氨时，打开第一管路（11）、第三管路（14）上的阀门，关闭第二管路（12）上的阀门，同时第一洗气瓶组（2）和第二洗气瓶组（4）中的每个洗气瓶装入80-100 ml的浓度为0.025 mol/l的稀硫酸溶液（15），开启抽气泵（6），调节流量为10-15个顶空空间（8）的体积/分钟，一定时间后关闭抽气泵（6），采集第一洗气瓶组（2）和第二洗气瓶组（4）中的稀硫酸溶液（15），测定铵态氮浓度。

8.根据权利要求7所述的方法，在容器（1）中种植植物。

技术总结
本发明公开了一种定量土壤气体排放量的装置及使用方法，包括对氨、氧化亚氮、一氧化氮、甲烷和二氧化碳排放的定量，既可以用于模拟实验，又可用于田间原位监测。装置可在静态箱和动态箱之间切换，静态箱用于收集氧化亚氮、一氧化氮、甲烷和二氧化碳，动态箱用于收集氨。装置还增加了空气采集装置，可排除空气背景氨对土壤氨排放测定的影响。本装置安装简便，静态箱和动态箱之间切换操作简单，可同时对土壤排放的多种气体进行定量，并广泛用于土壤学、生态学和环境科学方向的研究。

技术研发人员：张翀,巨晓棠
受保护的技术使用者：海南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15