一种积雪区域土壤温室气体取样装置及操作方法

本发明涉及土壤温室气体取样和监测，尤其是涉及一种积雪区域土壤温室气体取样装置及操作方法。

背景技术：

1、气候变暖是全球变化主要的特征之一，其导致冰川消融、海洋变暖、海面上升和极端天气等异常现象频发，严重影响人民生活和区域社会经济的可持续发展。大气中的co2、ch4和n2o等温室气体迅速增加，是造成气候变化的重要因素之一。多年冻土区是全球最大的陆地生态系统土壤碳库，封存着全球约60％的土壤碳，其微小变化会对大气co2浓度产生重要影响，在全球碳循环中起着重要作用。高纬度和高海拔地区的多年冻土对气候变化具有较高的敏感性，温度升高将导致冻土中储存的土壤有机质分解，导致大量的温室气体排放到大气，引发一系列的水文、碳循环、生态环境和工程基础设施等问题。积雪作为冻土圈的重要组成成分，以其高反射率、高相变潜热和低热导率等属性影响着地表能量平衡，改变土壤与大气之间的能量交换，对气候环境产生一定的反馈影响。

2、农业源温室气体排放量巨大，准确合理地估算温室气体排放是制定农业减排策略的重要前提。但土壤吸收和排放温室气体的过程极其复杂，且不同气体之间相互影响，加大了测量的难度。常用的温室气体测量方法有微气象学法、土壤浓度轮廓线法、稳定同位素法、吸收光谱法、箱体/气相色谱法和碱液吸收法。然而，由于不同观测方法科学着眼点的差异性及精度限制，使测量结果具有较多的不确定性。虽然近年来农业生态系统对土壤温室气体排放进行了大量监测，但由于气候条件、取样频率、取样时间、取样方法、试验装置和测定技术的不同，缺乏了相应的数据质量评估标准，导致所获得的监测数据可比性较差。这使得农田生态系统温室气体排放估算存在很大的不确定性，为未来的温室气体排放核算工作带来了巨大困难。

3、由于原理简单且操作方便，箱式通量观测技术在自然或控制条件下的温室气体通量观测研究中得到广泛应用。静态箱法不仅可以对温室气体排放进行直接观测，还可以通过多点观测来评价气体排放的空间变异性。但该方法也受到多种因素的限制，如箱内外温差、箱内气压、箱内气体混合程度、样品采集及测定过程中的变化等。此外，寒冷地区非生长季通常存在一定厚度的积雪覆盖层，对于积雪区域静态箱法提出了新的需求。由于积雪覆盖使得采集气体时无法精准的识别底座位置，同时箱体插入积雪过程中会对积雪剖面结构产生干扰，使得箱体侧壁与积雪剖面之间的缝隙变大，产生了优先排放气体的通道，进而使得土壤温室气体排放通量的估算产生误差。因此，在寒冷地区积雪区域静态箱的功能会受到很大的限制，需要考虑积雪覆盖情况的影响，进而更加准确的识别土壤温室气体排放通量。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种积雪区域土壤温室气体取样装置及操作方法，解决上述背景技术中存在的问题，精准识别积雪区域雪层覆盖下的底座位置，考虑收集气体时箱体结构与积雪剖面之间的气体逃逸通道，根据积雪深度和积雪坡度确定紧密组件位置和型号，进而减少土壤温室气体取样时的误差，从而实现对土壤温室气体排放的精准估算。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种积雪区域土壤温室气体取样装置，包括底座，所述底座的上方设置有取样箱，所述取样箱和所述底座的外部设置有定位组件；所述取样箱的顶部设置有控制组件，所述取样箱的内部设置有取样组件和紧密组件，所述紧密组件设置在所述取样组件的下方。

3、优选的，所述取样组件包括卡设在所述取样箱顶部的取样管，所述取样管延伸至所述取样箱外部的一端设置有控制阀门，所述取样管延伸至所述取样箱内部的一端设置有过滤球，所述过滤球的下方设置有风扇，所述风扇固定设置在所述取样箱的内壁上；所述取样箱的顶部设置有平衡管，所述平衡管连通所述取样箱内部和外部环境。

4、优选的，所述紧密组件包括紧密柱，所述紧密柱上设置有圆台外沿，所述圆台外沿上开设有矩形卡槽，所述矩形卡槽内卡设有橡胶垫圈，所述橡胶垫圈的外圈贴合在所述取样箱的内壁上。

5、优选的，所述控制组件上设置有数据显示面板，所述数据显示面板的下方设置有风扇控制按钮、压强记录按钮、温度记录按钮和时间记录按钮。

6、优选的，所述定位组件包括定位环一、定位环二、定位环三和两根定位杆，两根所述定位杆和所述定位环一、所述定位环二和所述定位环三均固定连接；所述定位环一和所述定位环二均设置在所述取样箱的外周围；

7、两根所述定位杆上均设置有刻度。

8、优选的，所述底座的上方设置有水封槽，所述水封槽的内壁高度高于所述水封槽的外壁高度，所述水封槽的外壁上固定设置所述定位环三；

9、所述底座的侧壁上开设有若干个交换孔。

10、优选的，所述取样箱的外表面设置有隔热层，所述取样箱的顶部对称设置有把手。

11、优选的，所述取样箱、所述底座和所述紧密柱的下端均开设有刃口。

12、优选的，所述取样箱、所述底座、所述紧密组件均采用硬质聚氯乙烯材料制成，所述定位组件采用不锈钢材料制成；所述控制组件采用硬质黑色塑料制成。

13、一种积雪区域土壤温室气体取样装置的操作方法，包括以下步骤：

14、步骤一、将底座的一部分提前埋设在取样点的土壤中，并将定位组件固定卡设在底座上，使定位组件的两根定位杆插入土壤一定深度，定位杆和土壤交界处为0cm刻度；

15、步骤二、待气体取样时架设栈桥，以供操作人员活动；

16、步骤三、安装紧密组件，根据定位杆上标尺的刻度，确定积雪深度，根据积雪坡度夹角θ，选择合适的紧密组件型号，在取样箱内安装固定紧密组件；

17、步骤四、紧密组件安装完成后，打开平衡管和控制阀门，将取样箱放置在取样环境下静置10min，使取样箱与田间环境温度一致；

18、步骤五、手持把手，使得取样箱对准定位环一和定位环二的中心，垂直向下按压取样箱至底座的水封槽中，向水封槽中加去离子水密封；

19、步骤六、关闭平衡管，开启控制组件，记录时间、温度和压强等环境条件和间隔信息，并开启风扇使气体混合均匀；

20、步骤七、打开取样管的控制阀门，开始按照试验取样间隔时间进行取样，取样时间为上午09：00～11：00；

21、步骤八、气体样品收集完成后，关闭风扇，打开平衡管，将取样箱沿着垂直方向缓慢向上移动取出。

22、因此，本发明采用上述一种积雪区域土壤温室气体取样装置及操作方法，精准识别了积雪区域雪层覆盖下的底座位置，考虑了寒冷地区积雪区域收集气体时取样箱与积雪剖面之间的气体逃逸通道，测试结果精确度高，减少了现有技术装置收集积雪区域气体时的误差问题，提高了取样装置的智能化操作水平，具有误差较小、精度较高、适用较广的优点。

23、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种积雪区域土壤温室气体取样装置，其特征在于：包括底座，所述底座的上方设置有取样箱，所述取样箱和所述底座的外部设置有定位组件；所述取样箱的顶部设置有控制组件，所述取样箱的内部设置有取样组件和紧密组件，所述紧密组件设置在所述取样组件的下方。

2.根据权利要求1所述的一种积雪区域土壤温室气体取样装置，其特征在于：所述取样组件包括卡设在所述取样箱顶部的取样管，所述取样管延伸至所述取样箱外部的一端设置有控制阀门，所述取样管延伸至所述取样箱内部的一端设置有过滤球，所述过滤球的下方设置有风扇，所述风扇固定设置在所述取样箱的内壁上；所述取样箱的顶部设置有平衡管，所述平衡管连通所述取样箱内部和外部环境。

3.根据权利要求2所述的一种积雪区域土壤温室气体取样装置，其特征在于：所述紧密组件包括紧密柱，所述紧密柱上设置有圆台外沿，所述圆台外沿上开设有矩形卡槽，所述矩形卡槽内卡设有橡胶垫圈，所述橡胶垫圈的外圈贴合在所述取样箱的内壁上。

4.根据权利要求3所述的一种积雪区域土壤温室气体取样装置，其特征在于：所述控制组件上设置有数据显示面板，所述数据显示面板的下方设置有风扇控制按钮、压强记录按钮、温度记录按钮和时间记录按钮。

5.根据权利要求4所述的一种积雪区域土壤温室气体取样装置，其特征在于：所述定位组件包括定位环一、定位环二、定位环三和两根定位杆，两根所述定位杆和所述定位环一、所述定位环二和所述定位环三均固定连接；所述定位环一和所述定位环二均设置在所述取样箱的外周围；

6.根据权利要求5所述的一种积雪区域土壤温室气体取样装置，其特征在于：所述底座的上方设置有水封槽，所述水封槽的内壁高度高于所述水封槽的外壁高度，所述水封槽的外壁上固定设置所述定位环三；

7.根据权利要求6所述的一种积雪区域土壤温室气体取样装置，其特征在于：所述取样箱的外表面设置有隔热层，所述取样箱的顶部对称设置有把手。

8.根据权利要求7所述的一种积雪区域土壤温室气体取样装置，其特征在于：所述取样箱、所述底座和所述紧密柱的下端均开设有刃口。

9.根据权利要求8所述的一种积雪区域土壤温室气体取样装置，其特征在于：所述取样箱、所述底座、所述紧密组件均采用硬质聚氯乙烯材料制成，所述定位组件采用不锈钢材料制成；所述控制组件采用硬质黑色塑料制成。

10.根据权利要求9所述的一种积雪区域土壤温室气体取样装置的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种积雪区域土壤温室气体取样装置及操作方法，包括底座，底座的上方设置有取样箱，取样箱和底座的外部设置有定位组件；取样箱的顶部设置有控制组件，取样箱的内部设置有取样组件和紧密组件，紧密组件设置在取样组件的下方。本发明采用上述一种积雪区域土壤温室气体取样装置及操作方法，能够精准识别积雪区域雪层覆盖下的底座位置，并且考虑了寒冷地区积雪区域收集气体时取样箱与积雪剖面之间的气体逃逸通道，测试结果精确度高，减少了现有技术装置收集积雪区域气体时的误差问题，提高了取样装置的智能化操作水平，具有误差较小、精度较高、适用较广的优点。

技术研发人员：杨学晨,付强,卢骐泽,李天霄,侯仁杰,薛平
受保护的技术使用者：东北农业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24