一種便攜式土壤空氣原位采集器的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種便攜式土壤空氣原位采集裝置，適于不同生境中土壤環境監測、生態系統管理、土壤溫室氣體排放等研究中土壤空氣的采集，尤其適用于環境條件惡劣的高寒草地，如凍原、高寒濕地、高寒草甸、高寒草原等多種不同研究區的土壤空氣采集。本土壤空氣采集裝置由管帽、采氣窗、集氣室、地面護套、氣壓計、堵頭、氣閥和導氣管組成，集氣室一端用管帽封住，另一端用堵頭封住，堵頭上安裝導氣管，導氣管上配有氣閥，地面護套處安裝有氣壓計。本裝置結構特征是多層次嵌套結構：雙層采氣管緊密嵌套，管壁間內嵌雙層不銹鋼網，不銹鋼網間夾有防水透氣膜，可實現土壤空氣的真空、防水采集。該裝置設計合理、制作工藝簡單、成本低廉、易于操作、高效耐用，攜帶方便。
【專利說明】一種便攜式土壤空氣原位采集器
所屬【技術領域】
[0001]本發明涉及一種土壤空氣采集裝置，具體涉及一種便攜式土壤空氣原位采集器，屬于土壤實驗與氣體采集【技術領域】，適于不同生境中土壤環境監測、生態系統管理、土壤溫室氣體排放等研究中土壤空氣的采集。尤其適用于環境條件惡劣的高寒草地，如凍原、高寒濕地、高寒草甸、高寒草原等多種不同研究區的土壤空氣采集。
【背景技術】
[0002]土壤空氣作為土壤的重要組分，不僅是土壤學的基本研究內容，也是一個重要的環境因子。土壤空氣的組成、數量等狀況與土壤中的理化生性質及其過程密切相關，對植物根系的生長發育有著重要的影響。作為重要的大氣“碳源”之一，土壤空氣中溫室氣體排放對全球氣候變化有著重要的影響，同時土壤空氣也是地震、地礦研究中的一項重要內容。土壤空氣研究是土壤學、環境學、生態學、水文學、地質學、地理學等學科研究中的一個重要方面，而土壤空氣的采集是土壤空氣研究的基礎。
[0003]土壤空氣在地面以下，沒有大氣采樣那么便捷。傳統的土壤空氣采集方法，比如采集原位土壤進行室內土壤空氣提取以及集氣箱等方法，不能完全真實反映土壤中的實際環境，采樣器會殘留大氣成分，對研究結果帶來比較大的誤差；而且攜帶不便，容易破壞土壤結構。有的設備誤差較小但是結構復雜或者過多的依賴電力等基礎設施，不適合環境條件復雜多變的野外攜帶與使用。鄭樂平(1999)提出的一種土壤氣體采樣裝置，該裝置包括鉆入、去氣、檢驗及連接收集四部分(鄭樂平.土壤氣體采樣裝置的研制[J]，地質地球學報.1999，(I):113-114)。近年來，關于土壤空氣采集的專利有不少，如申請號為201110198618.X，200810242984.9等的一系列專利，但土壤中水分對土壤空氣采樣的干擾以及抽真空時土壤中細粒固體物質的影響一直是土壤空氣采樣中的一個難題，既能抽真空又能防止土壤水分入滲的土壤空氣采樣裝置鮮有報道。
【發明內容】
[0004]本發明針對土壤空氣采樣容易破壞土壤結構、采樣不純等問題，提供一種高效省力低成本的土壤結構微創的便攜式采集裝置。可用于土壤學、環境學、生態學、水文學、地理學等基礎學科的野外土壤氣體采集。本裝置設計為可反復使用的裝置。
[0005]本發明解決其技術問題所采用的技術方案:
[0006]材料:硬管(陶瓷、不銹鋼、但考慮經濟與輕便，硬質塑料管最佳，如PVC、PP-R等)、堵頭、管帽、不銹鋼網、防水透氣膜(特氟龍材料最佳)、氣壓計、氣閥、導氣管。
[0007]組成:本土壤空氣采集裝置豎向自下而上由管帽、采氣窗、集氣室、地面護套、氣壓計、堵頭、氣閥和導氣管組成，其中采氣窗由內向外為5層:集氣室內管管壁篩狀支護層、內層不銹鋼網支護層、防水透氣膜夾層、外層不銹鋼網支護層和集氣室外管管壁篩狀支護層。本發明所述土壤空氣采集裝置的尺度、規格各部件的相對比例與層次結構的層數根據具體研究需要略有不同。[0008]集氣室底端用管帽封閉；采氣窗上沿到地面護套的高度與采氣窗下沿到地面護套的高度，即代表采樣點的深度范圍；采氣窗下緣到采氣室底部部分以備作土壤空氣中氣態水凝結匯集，其具體高度根據采樣土壤部位的土壤水分含量高底略有不同；集氣管另一端由堵頭密封，堵頭上固定一帶有氣閥的導氣管，在集氣管地面部分設有地面護套和氣壓計。導氣管上有便于裝卸和密封的接口器。附屬部件有真空泵、土鉆。
[0009]本發明的一個特點是獨特的多層次嵌套結構與防水透氣采氣方式。采氣窗的設計:集氣管在采氣窗部分均勻設置采氣孔，采氣窗的防水透氣膜主要用來防止土壤水分滲入影響土壤氣體采集，防水透氣膜內外兩側的不銹鋼網支護層在抽真空時分別起著支護防水透氣膜抵抗負壓和隔擋土壤中固體細粒物質損壞防水透氣膜、進入采氣室的作用，雙層套管作為主體框架，對中間層次起到固定保護作用，防止與土壤之間的摩擦對采氣窗的影響，另外層次嵌套結構在工藝上較包裹結構更易于實現，更嚴密。
[0010]本發明的另一特點在于真空狀態采樣和氣體采集動態過程監測。開始采集土壤氣體前，氣壓計可以用來檢測抽真空時的真空度，確保集氣室內殘余的空氣在土壤空氣采集前已被清除干凈；另外在采集土壤氣體過程中可顯示土壤氣體采集是否充分。
[0011]本發明的優點與益處:
[0012]1.通過采樣前抽真空和采氣窗防水透氣等特點可以最大限度的降低采樣中大氣空氣和土壤水分以及土壤中細顆粒固體物質的影響，有效控制采樣誤差。
[0013]2.本發明多個產品的不同組合可以對區域土壤空氣進行不同的水平、剖面以及時間序列研究。
[0014]3.同時該發明所述裝置設計合理、制作工藝簡單、成本低廉、可反復使用、易于操作維護、高效耐用，攜帶方便。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]下面結合附圖和實施例進一步說明本發明的細節和使用方法。
[0016]圖1是本發明的外觀示意圖。
[0017]圖2是本發明的縱向剖面圖。
[0018]圖3是本發明的采氣窗示意圖。
[0019]圖中，1-管帽，2-采氣窗，3-集氣室，4-地面護套，5-氣壓計，6-堵頭，7-氣閥，8-導氣管，其中采氣窗⑵由內向外為5層:2.1-集氣室內管管壁篩狀支護層，2.2-內層不銹鋼網支護層，2.3-防水透氣膜夾層，2.4-外層不銹鋼網支護層，2.5-集氣室外管管壁篩狀支護層。圖中箭頭的指向示意土壤空氣的流向。
【具體實施方式】
[0020]防水透氣性檢驗:組裝好的采集器地面護套以下垂直浸入水中，如果沒有水滲入，表明裝置防水性能良好；然后向采樣器中注入氣體，可以看到有大量氣泡冒出，則表明透氣性能良好。
[0021]布設采集器:先用土鉆(口徑比采集器外徑略小)在采樣點鉆取深度與采樣器地面護套以下長度相當的小鉆孔(保證集氣室外壁與圍土密實接觸)，插入采樣器(若土壤含水量過高，如沼澤，濕地，可先灌入些許砂子以防止泥漿堵塞采氣窗)，用圍土夯實。[0022]抽真空:將手動真空泵接在導氣管上，打開氣閥，開始抽真空，當氣壓計數值穩定下來，表明已經達到當前環境采樣的適宜真空度。關閉氣閥，取下真空泵。
[0023]氣體采集:由于集氣室內有負壓，土壤空氣將自動進入集氣室，氣壓計讀數將逐漸回彈，當氣壓計讀數再次穩定下來，表明集氣室內所采集的土壤氣體與土壤環境中的土壤氣體已經充分平衡，完成采樣。
[0024]氣體轉移:將室內已編號并抽過真空的集氣瓶或集氣袋接在導氣管，打開氣閥，待氣壓計數值穩定同時關閉采樣器和集氣室的氣閥，以備帶回室內測試。
【權利要求】
1.便攜式土壤空氣原位采集器，包括管帽(I)、采氣窗(2)、集氣室(3)、地面護套(4)、氣壓計(5)、堵頭(6)、氣閥(7)和導氣管(8)，其中采氣窗⑵由內向外為5層:集氣室內管管壁篩狀支護層(2.1)、內層不銹鋼網支護層(2.2)防水透氣膜夾層(2.3)、外層不銹鋼網支護層(2.4)、集氣室外管管壁篩狀支護層(2.5)。
2.根據權利要求1所述的便攜式土壤空氣原位采集器，集氣室(2)—端用管帽(I)封住，另一端用堵頭(6)封住，堵頭(6)上安裝導氣管(8)，導氣管(8)上配有氣閥(7)以用于抽真空和土壤空氣導出，地面護套(4)處安裝有氣壓計(5)。
3.根據權利要求1所述的便攜式土壤空氣原位采集器，其特征是多層次嵌套結構，雙層集氣管結構內嵌雙層不銹鋼網支護層，不銹鋼網支護層中間夾一層防水透氣膜。
4.根據權利要求1所述的便攜式土壤空氣原位采集器，其特征是可以實現土壤空氣采集前對集氣室抽真空去除其中大氣空氣殘留、土壤空氣采樣過程中消除土壤水分滲入的影響。
5.本發明的集氣管、具有防水透氣功能的采氣窗和氣壓計是必要的基本結構，集氣管與采氣窗的層次結構層數、采氣窗的相對高度、采氣孔孔徑與密度、不銹鋼網目數、防水透氣膜厚度等在本發明的具體使用過程中可以根據實際情況作適當的調整。
【文檔編號】G01N1/22GK103454121SQ201210297683
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年8月21日 優先權日:2012年8月21日
【發明者】孫建, 程根偉, 李衛朋, 楊云川, 吳建波 申請人:中國科學院、水利部成都山地災害與環境研究所, 西華師范大學