一种连续测定土壤、植物甲烷氧化速率的装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种连续测定土壤、植物甲烷氧化速率的装置，包括通过传导组件密闭联通的反应室和供氧室；所述反应室为设有可活动顶盖的密封容器，密封容器内设有样品培养装置和吸收剂盛放装置；所述供氧室包括内壁涂有FeCl3的内装置、一端开口的外装置，外装置通过开口套在内装置外面，内装置靠近外装置底部的一端留有小孔，另一端与传导组件密闭联通。本实用新型的供养室可以连续向反应室中供应氧，保持氧浓度，氧的供应根据装置内部的气压自动平衡，适合长期测定，甲烷氧化为二氧化碳后被吸收剂吸收，不会对甲烷氧化过程造成干扰。有助于提高甲烷氧化测定技术的效率，为了解各种土壤、植物氧化甲烷效率提供有力的技术支撑。
【专利说明】
一种连续测定土壤、植物甲烷氧化速率的装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及农业技术参数测定装置，具体地，涉及一种连续测定土壤、植物甲烷氧化速率的装置。
【背景技术】
[0002]甲烷是一种重要的温室气体，其对温室效应的贡献仅次于二氧化碳。但是以100年的尺度平均计算，每吨甲烷造成全球暖化的效应比二氧化碳高出25倍，甲烷减排在减缓全球气候变化中起着重要作用。甲烷在大气中的浓度未曾有太大变化，但是自工业革命后其浓度增加了一倍多，而且还在以每年1.0 %?1.2 %的速度增长。全球向大气排放的甲烷主要来自微生物、采矿、燃烧化石能源以及焚烧生物体等方面。甲烷氧化菌是自然环境中氧化甲烷的重要微生物类群，甲烷氧化菌以甲烷为唯一的碳源和能源，每年从大气中氧化甲烷达20?60Tg，甲烷氧化菌在湿地、海洋、垃圾填埋场、稻田等自然环境中广泛存在，消耗了大量甲烷，对减少甲烷排放有重要作用。据研究，甲烷氧化菌使淡水和湿地等自然环境向大气的甲烷释放减少了约700Tg。
[0003]以淹水稻田为例，稻田是大气甲烷的一个重要来源，甲烷净排放量取决于甲烷产生和氧化的平衡结果。稻田土壤产生的甲烷在排向大气前有一半以上被重新氧化，由此可见，甲烷氧化在控制和减少稻田土壤的甲烷排放量的重要作用。强化土壤中的甲烷氧化速度，对降低温室效应的具有重要的贡献。目前对甲烷氧化速率的测定通常采用将供试土或植物样品加入血清瓶密封，再加入定量纯甲烷的方式进行。该方法培养后在不同时间测定血清瓶中的甲烷量获得甲烷氧化量。这种测定方法过程中环境密闭，培养氧气浓度逐渐下降，而实际情况下甲烷氧化菌的维持活性所需的氧往往可以得到补充，其生理活性持续存在。特别是表层土壤的氧浓度可以由大气补充，其甲烷氧化速度与密闭固定氧环境的测定条件是存在差异的。在长期氧存在的环境条件下测定甲烷的氧化速度更接近于真实状态，其实验结果更可靠。因此，有必要改进甲烷氧化测定过程，获得更加准确的甲烷氧化速度。
【发明内容】
[0004]本实用新型为了克服现有技术的上述不足，提供一种连续测定土壤、植物甲烷氧化速率的装置。
[0005]为了实现上述目的，本实用新型是通过以下技术方案予以实现的:
[0006]—种连续测定土壤、植物甲烷氧化速率的装置，包括通过传导组件密闭联通的反应室和供氧室;所述反应室为设有可活动顶盖的密封容器，密封容器内设有样品培养装置和吸收剂盛放装置;所述供氧室包括内壁涂有FeCl3的内装置、一端开口的外装置，外装置通过开口套在内装置外面，内装置靠近外装置底部的一端留有小孔，另一端与传导组件密闭联通。
[0007]作为优选实施方式，所述内装置为一小试管，外装置为一端开口的大试管，大试管通过开口套在小试管的外面，小试管底部设有小孔，小试管的开口上设有密封帽，传导组件穿过密封帽与小试管密闭联通。
[0008]作为更优选实施方式，所述可活动顶盖上设有橡胶帽，传导组件穿过橡胶帽与反应室密闭联通。
[0009]作为最优选实施方式，所述传导组件包括第一针头、第二针头和通气导管;第一针头插在密封帽上，第二针头插在橡胶帽上，第一针头和第二针头通过通气导管联通，从而实现反应室和供氧室的密闭联通。采用橡胶帽、密封帽和针头的好处是可以保证反应室和供氧室的密封性。
[0010]作为优选实施方式，所述小孔的孔径为2?4mm。
[0011 ]作为优选实施方式，所述反应室为长15.5cm、宽15.5cm、高6.9cm的长方体密封容器;所述大试管内径1.4cm、高5.2cm;小试管内径1.0cm、高3.8cm。
[0012]与现有技术相比，本发明具有如下有益效果:
[0013]相比传统的一次性封闭甲烷氧化测定方法，本实用新型设计的连续测定土壤、植物甲烷氧化速度的装置的优点在于:第一、所述供养室可以连续向反应室中供应氧，保持氧浓度;第二、氧的供应根据装置内部的气压自动平衡，适合长期测定;第三、甲烷氧化为二氧化碳后被吸收剂吸收，不会对甲烷氧化过程造成干扰。基于此，本实用新型设计的装置的使用将有助于提高甲烷氧化测定技术的的效率，为了解各种土壤、植物氧化甲烷效率提供有力的技术支撑。
【附图说明】
[0014]图1为连续测定土壤、植物甲烷氧化速率的装置的结构示意图。
[0015]图2为水稻根系在12?96h内的甲烧氧化速度。
[0016]图3为水稻表层土壤在24?144h内的甲烷氧化速度。
[0017]图示说明:I为反应器;2为可活动顶盖;3为内装置;4为外装置;5为小孔;6为吸收剂盛放装置;7为样品培养装置;8为密封帽;9为橡胶帽；10为第一针头；11为第一针头；12为通气导管。
【具体实施方式】
[0018]下面结合说明书附图和具体实施例对本实用新型作出进一步地详细阐述，所述实施例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法;所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，为可从商业途径得到的试剂和材料。
[0019]实施例1
[0020]如图1所示，本实施例提供一种连续测定土壤、植物甲烷氧化速率的装置，包括通过传导组件密闭联通的反应室I和供氧室;所述反应室I为设有可活动顶盖2的密封容器，密封容器内设有样品培养装置7和吸收剂盛放装置6，可活动顶盖2上设有橡胶帽9;所述供氧室包括小试管3、一端开口的大试管4，大试管4通过开口套在小试管3外面，小试管3底部设有小孔5，小试管3的开口上设有密封帽8，所述传导组件包括第一针头10、第二针头11和通气导管12;第一针头插10在密封帽8上，第二针头11插在橡胶帽9上，第一针头10和第二针头11通过通气导管12联通，从而实现反应室I和供氧室的密闭联通。
[0021]反应室I采用玻璃材质，供氧室和传导组件采用塑料制作。反应室I中的样品培养装置7用于放置待测土壤样品或是植物样品，样品培养装置7可以是普通的培养皿;吸收剂盛放装置6可为圆形或方形塑料容器，吸收剂(氢氧化钠溶液)置于其中，浓度为0.5?1.0mol/Lo
[0022]作为优选实施方式，所述反应室I为长15.5cm、宽15.5cm、高6.9cm的长方体密封容器;所述大试管4内径1.4cm、高5.2cm;小试管3内径1.0cm、高3.8cm。
[0023]供氧室提供连续不断的氧气，其供氧过程受制于反应室的压力变化。其原理在于供氧室内的大试管4和小试管3组成气压感应装置，小试管3置于三氯化铁溶液中浸泡I?5分钟，取出后干燥即可在内壁上形成FeCl3薄膜。小试管3底部开小孔5，置于大试管4中，加入H2O2t3H2O2和FeCl3反应生成氧，通过小试管3顶部的导管进入反应室I内。当甲烷被氧化和二氧化碳吸收后，供氧室内的大试管4和小试管3的液面发生变动，触发氧生成过程。
[0024]传导组件用于联通反应室I和供氧室，通气导管两端连接第一针头10和第二针头11，第一针头10和第二针头11外圈塑料和塑料通气导管经强力胶粘结保证气密性。
[0025]使用时，首先将大试管4内装入H2O2，小试管3内用FeCl3浸泡I?5分钟，取出后干燥。NaOH溶液置于吸收剂盛放装置6中，而后将土壤或植物样品放置于反应室的培养装置内7，封闭反应室，将小试管3放入大试管4中，塑料通气导管12连接供氧装置小试管3顶部的密封帽8，连接反应室I顶部橡胶帽9，装置完成密闭。根据实际情况将不同体积的甲烷气体从反应室I顶部的橡胶帽9处用注射器注入气体后，测定即可开始。定期用注射器根据需要采集气体，采用气相色谱测定甲烷浓度，从而可以定量分析待测土壤或植物的甲烷氧化速度，该装置可以用于环境保护、农业生态中低碳减排植物的筛选，低碳模式实施效果的检验以及实验室碳循环方面的科学研究。
[0026]本实施例中，反应室的样品培养装置内放置新鲜水稻根系1.0g，用注射器向反应室注入21111甲烷，分别在0，611，1211，2411，4811，9611用注射器采集11111气体，采用气相色谱测定甲烷浓度。实验完成后称取水稻根系干重量。根据公式甲烷氧化速度=(初始浓度-采样浓度)/干重/采样时间;计算甲烷氧化速度(ppmv/g/h)。根据图2所示，水稻根系的甲烷氧化速度呈现逐步下降的趋势，随着时间延长，氧化速度下降的程度也更加显著。96h的氧化速度仅是最初氧化速度的1/5。采用线性拟合发现，根系甲烷氧化速度在12?96h内具有线性下降趋势，拟合相关系数达到0.8395。可以预见，随着时间进一步推移，甲烷氧化速度的变化趋缓，从长时间来看，氧化速度会达到稳定值，这可以通过进一步延长时间观察测定获得。
[0027]实施例2
[0028]一种连续测定土壤、植物甲烷氧化速率的装置，结构如实施例1所示。本实施例中，反应室的样品培养装置内放置稻田表层I?5cm的新鲜表层土壤1.0g，用注射器向反应室注入3ml甲烷，分别在O，24h，48h，72h，96h，120h，144h用注射器采集Iml气体测定。实验完成后称取土壤干重。根据公式甲烷氧化速度=(初始浓度-采样浓度)/干重/采样时间;计算甲烷氧化速度(ppmv/g/h)。根据图3所示，水稻根系的甲烷氧化速度呈现逐步下降的趋势，随着时间延长，甲烷氧化速度在48?96h出现一定波动，这可能与微生物的繁殖程度有关。24h至48h的氧化速度变化最为剧烈。拟合发现，土壤甲烷氧化速度在24?144h内具有较明显的乘幂关系，拟合相关系数达到0.8163。从曲线关系看，随着时间进推移，甲烷氧化速度的趋向为零，微生物活动停滞，采用连续测定装置可以获得更好的反应曲线，有助于理解土壤的甲烧氧化过程。
【主权项】
1.一种连续测定土壤、植物甲烷氧化速率的装置，其特征在于，包括通过传导组件密闭联通的反应室和供氧室;所述反应室为设有可活动顶盖的密封容器，密封容器内设有样品培养装置和吸收剂盛放装置;所述供氧室包括内壁涂有FeCl3的内装置、一端开口的外装置，外装置通过开口套在内装置外面，内装置靠近外装置底部的一端留有小孔，另一端与传导组件密闭联通。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述内装置为一小试管，外装置为一端开口的大试管，大试管通过开口套在小试管的外面，小试管底部设有小孔，小试管的开口上设有密封帽，传导组件穿过密封帽与小试管密闭联通。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述可活动顶盖上设有橡胶帽，传导组件穿过橡胶帽与反应室密闭联通。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述传导组件包括第一针头、第二针头和通气导管;第一针头插在密封帽上，第二针头插在橡胶帽上，第一针头和第二针头通过通气导管联通，从而实现反应室和供氧室的密闭联通。5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述小孔的孔径为2?4mm。
【文档编号】G01N33/00GK205607989SQ201620338103
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年4月20日
【发明人】赵本良, 章家恩, 李凯迪, 蓝伟淳, 王思慧, 常凯
【申请人】华南农业大学