專利名稱：土壤氣體通量測定儀及其測定方法
技術領域：
本發明涉及一種生態學的自動測量裝置領域，具體為一種土壤氣體通量測定儀，以及一種使用土壤氣體通量測定儀測量的測定方法。
背景技術：
陸地土壤呼吸是氣體從土壤進入大氣的主要途徑，與全球氣候變化密切相關。土壤呼吸具有明顯的季節和日變化動態，其季節動態與溫度變化特征密切相關，另外，影響土壤呼吸的因素很多，除了土壤的通透性等物理特性和土壤微生物特征外，氣溫、土溫、濕度、大氣C02濃度、土壤無機養分和有機質的含量與組成等都會影響土壤呼吸。溫室氣體含量的日益增加，是造成地球溫室效應的主要原因之一。土地利用部分所固定的大量碳被保留在土壤有機質和植被中，全球土壤碳貯量約為植被中碳貯量的
1.5倍，對土壤碳庫的庫容及其動態變化進行研究，是當前生態學研究的熱點方向。現在的土壤碳呼吸是利用C02分析儀測定氣體交換室中C02濃度變化來準確反映，使用該方法時需要用到測量室，目前已經發展到使用自動通量箱測定，在國內已有相關研究人員進行該方面的研究，如公開號為:CN102288545A、CN101949919A、CN101162225、CN1987421、CN202008480U、CN2605571，但是在使用這些裝置時容易出現測量結果誤差較大的情況，設備的一體化差，封裝性差，線路大部分曝露在外面，容易受外界空氣或雨水的腐蝕，縮短了土壤氣體通量測定儀的使用壽命，另一方面，線路和氣管露在外面，容易被磨損，而發生漏氣，進而影響測量的結果，現有的裝置都不能很好的解決該問題。同時，在非工作狀態時，氣室位置不能手動回位，野外操作不方便，不便于裝箱運輸。尤其在氣室固 定上，采用直接固定在動臂上，由于測量時對氣室要密封，需要緊扣在其上，容易造成氣室外殼變形、脫落，嚴重影響測量裝置的穩定性和使用壽命。并且，土壤氣體通量測定儀安裝時不易判斷儀器是否處于水平狀態，氣室發生位置偏移時不能及時自動校正，嚴重影響測量裝置的穩定性和使用壽命，造成實驗結果的系統誤差和偶然誤差較大。還有，由于測量土壤呼吸時需盡量減少土壤氣體通量測定儀在地面上的投影面積，現有的土壤氣體通量測定儀都是采用在一個面積遠超氣室的底座上打孔，減少土壤氣體通量測定儀的投影面積，但這樣仍不能很好的減少土壤氣體通量測定儀的投影面積。由于測量土壤呼吸由于氣體散發，容易造成氣室內部各氣體的濃度分布不均勻，進而影響測量的結果，現有的裝置都不能很好的解決上述問題。
發明內容
本申請的目的在于提供一種土壤氣體通量測定儀，以解決土壤氣體通量測定儀的氣管和線路外露、氣室位置偏移、測量誤差大的問題。為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案:
一種土壤氣體通量測定儀，包括土環(I)、支腿(2)、底座(20)、氣室(7)、防護罩(8)、過線軸(9)和控制箱(19)其特征在于，所述的底座(20)上方設有密封圈(5)和壓制環(3)，在底座(20)的下方設有支腿(2)，支腿(2)上設有支腳滑槽(16)和支腳轉軸(14)，所述的氣室(7)、防護罩(8)和過線軸(9)中設有緩沖裝置(8-7)，所述的控制箱(19)上設有回位按鈕(19-4)，所述的底座(20)的尾部設有把手(13)。進一步，所述的氣室(7)內的氣管在風扇支架(7-2)的下方伸出，A端點為進氣口，B端點為出氣口，兩端點相互背離成180°角，氣管通過防護罩⑶中的緩沖裝置(8-7)，再到過線軸(9)內，從滑塊(9-1)中出來進入到橫梁(10)中，在橫梁(10)內通過卡座(10-4)固定在橫梁內桿(10-2)上，從橫梁罩體(10-1)尾部的線路限位孔(10-7)出來入到套管(12)中，經過套管(12)與控制箱(19)中的pg接頭(19-1)進入到控制箱(19)，分別與控制箱(19)上的出氣管接頭(19-2)和進氣管接頭(19-3)連接，其中C端點與A端點連接，D端點與B端點連接。進一步，所述的防護罩(8)連接在過線軸(9)的下面，在其上部有壓板(8-5)對其進行緊固，所述的氣室(7)上有壓力平衡管(8-6)。進一步，所述的壓力平衡管(8-6)是由兩個M5的螺母將一個錐形管固定在氣室
(7)上。進一步，所述的緩沖裝置(8-7)由軸套(8-1)和過線軸(9)組成，在過線軸(9)置入軸套(8-1)中，滑塊(9-1)與軸套(8-1)相配合，上軸套板(8-2)套在過線軸(9)上，與軸套(8-1)相配合，再將長螺栓(8-3)自上而下穿過上軸套板(8-2)、滑塊(9-1)、彈簧(8_4)，最后與軸套(8-1)相連接。進一步，所述的氣室(7)的氣室外沿(7-1)做成向上翻轉的形狀。進一步，所述的底座(20)分為底座環面(20-5)和底座安裝區(20-6)，底座環面(20-5)為環狀圓形，其直徑比氣室(7)的直徑大2cm-20cm。
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進一步，所述的在底座環面(20-5)上設有供土環(I)插入的底座內環(20-3)，同時，還設有底座氣孔(20-4)，其底座氣孔(20-4)內有螺紋。進一步，所述的底座安裝區(20-6)上設有安裝孔(20-1)和氣缸定位孔(20_2)，以供安裝控制箱(19)內部的氣缸。另外，本發明還提供一種測定方法，所述方法包括:
a)將土環(I)提前24-48小時預壓入土壤中，最大程度減少對土壤呼吸的影響；
b)安裝土壤氣體通量測定儀，調節支腿(2)的高度，確保土環(I)穿過底座(20)，土環(I)的最高處低于底座(20)的頂部15mm-25mm ；
c)固定支腿(2)，將支腿(2)上的緊固螺絲(6)擰緊，以免在測量過程中造成土壤氣體通量測定儀滑動；
d)與測量主機相連接，確保土壤氣體通量測定儀電力充足，且通訊信號正常；
e)通過快速接頭將測量主機上的進氣管和出氣管分別與出氣管接頭(19-2)和進氣管接頭(19-3)連接；
f)打開測量主機上的控制開關，由主機的上預先設定的工作參數進行測量；
g)氣室(7)以控制箱(19)上的氣缸活塞桿(21)為圓心做往復運動，對測量點進行測定。本發明具有以下優點:
O本發明高度一體化，具有防護罩(8)，并多處設有防水裝置，密封性能好，不受風沙灰塵干擾，在戶外工作不易受風沙灰塵等干擾；可以有效避免戶外工作時雨水對裝置的破壞；
2)具有氣室回位裝置，便于土壤氣體通量測定儀的包裝、運輸和安裝；
3)本裝置可延長土壤碳通量測定裝置氣室的使用壽命；
4)本發明既可減少土壤碳通量測定裝置工作時外部的文氏管效應，又可保證氣室內部壓力正常；
5)本裝置由于安裝有水平球(11)，可以方便的測出土壤氣體通量測定儀的測量區是否處于水平狀態；
6)本發明帶有氣室(7)的糾偏裝置，可以確保當土壤氣體通量測定儀處于工作時氣室(7)不會由于裝置誤差而跑偏；
7)采用Teflon硅膠做密封圈，由于普通的橡膠對CO2有吸附，對測量結果產生影響；
8)土壤氣體通量測定儀將氣管和線管隱藏于橫梁(10)內，不易被雨水淋濕和腐蝕；
9)土壤氣體通量測定儀多處設有防磨損裝置，確保土壤氣體通量測定儀的氣管和線路不易被磨損破裂。
圖1是土壤氣體通量測定儀結構示意圖
圖2是去除氣室(7)和防護罩⑶后的壓制環(3)的氣管連接圖
圖3是去除防護罩(8)后的壓制環(3)的結構圖
圖4是圖3A處局部放大圖
圖5是去除橫梁(10)后的壓制環(3)的結構圖
圖6是是橫梁(10)的爆炸圖
圖7是底座(20)及其組件的爆炸圖
圖8是底座(20)及相關附件的組裝圖
圖9是底座(20)的結構圖
圖10是過線軸(9)的結構圖
圖11是橫梁(10)的仰視圖
圖12是土壤氣體通量測定儀的緩沖裝置結構圖
土環I ;支腿2 ;壓制環3 ;螺釘孔4 ;密封圈5 ;緊固螺絲6 ;氣室7 ;防護罩8 ;過線軸9 ;橫梁10 ;水平球11 ;套管12 ;把手13 ;支腳轉軸14 ;支腳下沿15 ;支腳滑槽16 ;支座長下沿17 ;底盤下沿18 ;控制箱19 ;底座20 ;氣缸活塞桿21 ;定位塊3_1 ;氣孔3_2 ;環內面3_3 ;上凸部5-1 ;密封圈氣孔5-2 ;環狀基底5-3 ;安裝孔20-1 ;氣缸定位孔20_2 ;底座內環20_3 ；底座氣孔20-4 ;底座環面20-5 ;底座安裝區20-6 ;氣室外沿7_1 ;風扇支架7_2 ;軸套8_1 ；上軸套板8-2 ;長螺栓8-3 ;彈簧8-4 ;壓板8-5 ;壓力平衡管8_6 ;緩沖裝置8_7 ;滑塊9_1 ；長孔9-2 ;銜接頭9-3 ;橫梁罩體10-1 ;橫梁內桿10-2 ;軸桿安裝孔10_3 ;卡座10_4 ;活塞桿安裝孔10-5 ;內桿安裝孔10-6 ;線路限位孔10-7 ;pg接頭19-1 ;出氣管接頭19_2 ;進氣管接頭19-3 ;回位 按鈕19-4 ;安裝孔20-1 ;氣缸定位孔20_2 ;底座內環20_3 ;底座氣孔20_4。
具體實施方式
如圖1所示，一種土壤氣體通量測定儀，其土壤氣體通量測定儀主要包括土環(I)、支腿(2)、底座(20)、氣室(7)和控制箱(19)。在底座(20)的下面設有土環(1)，在其兩邊各設有兩個支座長下沿(17)和底盤下沿(18)，在支座長下沿(17)和底盤下沿(18)上裝有通過支腳轉軸(14)連接在一起的支腿(2)，支腿(2)上設有支腳滑槽(16)，支腿(2)的轉動以支腳轉軸(14)為圓心、支腳滑槽(16)為軌跡進行高度調節，從而土壤氣體通量測定儀不易發生位移，更穩固。如圖2所示，氣室(7)內的氣管在風扇支架(7-2)的下方伸出，A端點為進氣口，B端點為出氣口，兩端點相互背離成180°角，一起進入到防護罩⑶中的緩沖裝置(8-7)，再到過線軸(9)內，從滑塊(9-1)中出來進入到橫梁(10)中，在橫梁(10)內通過卡座(10-4)固定在橫梁內桿(10-2)上，從橫梁罩體(10-1)尾部的線路限位孔(10-7)出來進入到套管
(12)中，經過套管(12)與控制箱(19)中的pg接頭(19-1)進入到控制箱(19)，分別與控制箱(19)上的出氣管接頭(19-2)和進氣管接頭(19-3)連接，其中C端點與A端點連接，D端點與B端點連接。如圖3所示，其為去除防護罩(8)后的土壤氣體通量測定儀的結構示意圖，結合圖4所示，防護罩(8)連接在過線軸(9)的下面，在其上部有壓板(8-5)對其進行緊固，將防護罩(8)牢牢地固定在氣室(7)上面，在氣室(7)上還設有壓力平衡管(8-6)，壓力平衡管(8-6)是由兩個M5的螺母將一個錐形管固定在其上，為了保證氣室(7)內部正常壓力，壓力平衡管(8-6)以設兩個為宜，另一方面，由于在壓力平衡管(8-6)在防護罩(8)的內部，可以減少外界的文氏管效應，并且，當在戶外有雨水時，防護罩(8)可以起到防護作用，壓力平衡管(8-6)不易被雨水堵上。如圖12所示，土壤氣體通量測定儀的緩沖裝置主要由軸套(8-1)和過線軸(9)組成，過線軸(9)置于軸套(8-1)中，滑塊(9-1)與軸套(8-1)相配合，上軸套板(8-2)套在過線軸(9)上，與軸套(8-1)相配合，再將長螺栓(8-3)自上而下穿過上軸套板(8-2)、滑塊(9-1)、彈簧(8-4)，最后與軸套(8-1)相連接。
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如圖5所示，是土壤氣體通量測定儀去除橫梁罩體(10-1)后的結構圖，橫梁內桿(10-2) 一端與氣缸活塞桿(21)連接，另一端與過線軸(9)連接在一起。如圖6所示，在橫梁罩體(10-1)的里面包裹有橫梁內桿(10-2)，在橫梁內桿(10-2)上設有與過線軸(9)連接的軸桿安裝孔(10-3)，以及與氣缸活塞桿(21)連接的活塞桿安裝孔(10-5)，在橫梁內桿(10-2)的側面設有兩個或兩個以上的卡座(10-4)，橫梁內桿(10-2)具有多個安裝卡座(10-4)的凹槽，橫梁內桿(10-2)上設有與橫梁罩體(10-1)連接的內桿安裝孔(10-6)螺孔，以便螺絲通過其中將橫梁罩體(10-1)和橫梁內桿(10-2)進行結合。在橫梁(10)與套管(12)連接的部位線路限位孔(10-7)為橫向橢圓形，因為當橫梁(10)在運動時會帶動套管(12) —起運動，從而會對進入套管(12)內的氣管和線路進行摩擦，由于土壤氣體通量測定儀在工作時可能會經過上萬次的往復運動，其主要是橫向平移，因此將線路限位孔(10-7)設計成橫向軸大于縱向軸的橢圓形，可以減少套管(12)與橫梁(10)之間接觸的摩擦，從而延長土壤氣體通量測定儀的使用壽命。如圖10所示，過線軸(9)由滑塊(9-1)、長孔(9-2)和銜接頭(9_3)組成，從氣室
(7)內出來的氣管和線路途經過線軸(9)的管道，從長孔(9-2)伸出進入橫梁(10)內。如圖8所示，主要有底座(20)、密封圈(5)和壓制環(3)，在底座(20)的尾部設有把手(13)，底座(20)的上面設有密封圈(5)，在密封圈(5)的上面緊壓著壓制環(3)，具體層狀結構如圖7所示。從圖7可看出，密封圈(5)在其環狀基底上設有密封圈氣孔(5-2)，其向上伸出的部分為上凸部(5-1)，上凸部(5-1)的內環大小與土環(I)相匹配，以保持底座(20)與土環(I)的緊密密封，同時其環外部與氣室(7)相匹配，從而確保土壤氣體通量測定儀工作時，氣室(7)、底座(20)與密封圈(5)能形成一個密閉的空間。為了將密封圈(5)固定在底座(20)上，在密封圈(5)的上方設有壓制環(3)，在壓制環⑶上設有與密封圈氣孔(5-2)、底座氣孔(20-4)相對應的氣孔(3-2)，壓制環(3)上的環內面(3-3)的面積大于密封圈(5)的內環面積。為了保證壓制環(3)上方的氣室(7)能準確落入到環內面(3-3)中，在壓制環(3)還設有定位塊(3-1)，另一方面，為了增大氣室(7)與環內面(3-3)的接觸面，將氣室(7)的氣室外沿(7-1)做成向上翻轉的形狀。這樣的話，一方面由于增大氣室(7)與密封圈(5)的接觸面積，密封度更好，另一方面可以與定位塊(3-1)接觸，形成一定坡度，由于定位塊(3-1)的導向非常容易滑入到環內面(3-3)中。密封圈(5)由Teflon娃膠一體制成，Tef1n娃膠又稱特氟龍娃膠,無毒無害，不會對CO2產生吸附，在土壤氣體通量測定儀上相比其他橡膠有意想不到的效果，對實驗結果不會產生一點影響。如圖9所示，底·座(20)分為底座環面(20-5)和底座安裝區(20_6)，底座環面(20-5)為環狀圓形，其直徑比氣室(7)的直徑大2cm-20cm，以大于IOcm為最佳。在底座環面(20-5)上設有供土環(I)插入的底座內環(20-3)，同時，還設有底座氣孔(20-4)，其底座氣孔(20-4)內有螺紋，一方面可以用來透氣，減少底座(20)對待測土壤的投影面積，降低對測量結果的影響，另一方面，可以通過將螺釘與壓制環(3)、密封圈
(5)上跟底座氣孔(20-4)對應的氣孔(3-2)、密封圈氣孔(5-2)緊固在一起，完成對底座環面(20-5)區配件的裝配。在底座安裝區(20-6)上設有安裝孔(20-1)，以供安裝底座(20)上的控制箱
(19)，同時還設有氣缸定位孔(20-2)，以供安裝控制箱(19)內部的氣缸。實施方式:
當在野外需要進行土壤呼吸的測量時，實驗人員將土壤氣體通量測定儀和測量主機拿到野外實驗地點，進行如下操作:
a)將土環(I)提前24小時預壓入土壤中，最大程度減少對土壤呼吸的影響；
b)安裝土壤氣體通量測定儀，調節支腿(2)的高度，確保土環(I)穿過底座(20)，土環(I)的最高處低于底座(20)的頂部15mm-25mm ；
c)固定支腿(2)，將支腿(2)上的緊固螺絲(6)擰緊，以免在測量過程中造成土壤氣體通量測定儀滑動；
d)與測量主機相連接，確保土壤氣體通量測定儀電力充足，且通訊信號正常；
e)通過快速接頭將測量主機上的進氣管和出氣管分別與進氣管接頭(19-2)和出氣管接頭(19-3)連接；
f)打開測量主機上的控制開關，由主機的上預先設定的工作參數進行測量；
g)氣室(7)以控制箱(19)上的氣缸活塞桿(21)為圓心做往復運動，對測量點進行測定。 雖然上面的舉例了一些特定實施例來說明和描述本發明，但并不意味著本發明僅局限于其中的各種細節。相反地，在等價于權利要求書的范疇和范圍內可以不偏離本發明精神在各種細節上做出各種修改。說明書中未寫明的氣管安裝、氣體輸送、氣體分析、氣缸控制和測量主機部分為本領域常用裝置和公知常識，市場上已有相關配套產品，例如理加聯合的SF-3000測量主機，未詳細描述的部分為本領域的公知常識，在此，不再述說。同時，本發明中說的自動測定裝置，不局限于土壤二氧化碳通量的測量，本領域人員可以由此聯想到連接其他類型的氣體分析儀，測量其 他氣體通量的，以及穩定同位素。
權利要求
1.一種土壤氣體通量測定儀，包括土環(I)、支腿(2)、底座(20)、氣室(7)、防護罩(8)、過線軸(9)和控制箱(19)其特征在于，所述的底座(20)上方設有密封圈(5)和壓制環(3)，在底座(20)的下方設有支腿(2)，支腿(2)上設有支腳滑槽(16)和支腳轉軸(14)，所述的氣室(7)、防護罩(8)和過線軸(9)中設有緩沖裝置(8-7)，所述的控制箱(19)上設有回位按鈕(19-4)，所述的底座(20)的尾部設有把手(13)。
2.根據權利要求1所述的一種土壤氣體通量測定儀，其特征在于:所述的氣室(7)內的氣管在風扇支架(7-2)的下方伸出，A端點為進氣口，B端點為出氣口，兩端點相互背離成180°角，氣管通過防護罩(8)中的緩沖裝置(8-7)，再到過線軸(9)內，從滑塊(9-1)中出來進入到橫梁(10)中，在橫梁(10)內通過卡座(10-4)固定在橫梁內桿(10-2)上，從橫梁罩體(10-1)尾部的線路限位孔(10-7)出來進入到套管(12)中，經過套管(12)與控制箱(19)中的Pg接頭(19-1)進入到控制箱(19)，分別與控制箱(19)上的出氣管接頭(19_2)和進氣管接頭(19-3)連接，其中C端點與A端點連接，D端點與B端點連接。
3.根據權利要求2所述的一種土壤氣體通量測定儀，其特征在于:所述的防護罩(8)連接在過線軸(9)的下面， 在其上部有壓板(8-5)對其進行緊固，所述的氣室(7)上有壓力平衡管(8-6)。
4.根據權利要求3所述的一種土壤氣體通量測定儀，其特征在于:所述的壓力平衡管(8-6)是由兩個M5的螺母將一個錐形管固定在氣室(7)上。
5.根據權利要求1-4任一所述的一種土壤氣體通量測定儀，其特征在于:所述的緩沖裝置(8-7)由軸套(8-1)和過線軸(9)組成，過線軸(9)置于軸套(8-1)中，滑塊(9-1)與軸套(8-1)相配合，上軸套板(8-2)套在過線軸(9)上，與軸套(8-1)相配合，再將長螺栓(8-3)自上而下穿過上軸套板(8-2)、滑塊(9-1)、彈簧(8-4)，最后與軸套(8_1)相連接。
6.根據權利要求1-4任一所述的一種土壤氣體通量測定儀，其特征在于:所述的氣室(7)的氣室外沿(7-1)做成向上翻轉的形狀。
7.根據權利要求1-4任一所述的一種土壤氣體通量測定儀，其特征在于:所述的底座(20)分為底座環面(20-5)和底座安裝區(20-6)，底座環面(20-5)為環狀圓形，其直徑比氣室⑵的直徑大2cm-20cm。
8.根據權利要求7所述的一種土壤氣體通量測定儀，其特征在于:所述的底座環面(20-5)上設有供土環(I)插入的底座內環(20-3)，同時，還設有底座氣孔(20-4)，其底座氣孔(20-4)內有螺紋。
9.根據權利要求8所述的一種土壤氣體通量測定儀，其特征在于:所述的底座安裝區(20-6)上設有安裝孔(20-1)和氣缸定位孔(20-2)，以供安裝控制箱(19)內部的氣缸。
10.一種使用根據權利要求9所述裝置的測定方法，所述方法包括: a)將土環(I)提前24小時預壓入土壤中，最大程度減少對土壤呼吸的影響； b)安裝土壤氣體通量測定儀，調節支腿(2)的高度，確保土環(I)穿過底座(20)，土環(I)的最高處低于底座(20)的頂部15mm-25mm ； c)固定支腿(2)，將支腿(2)上的緊固螺絲(6)擰緊，以免在測量過程中造成土壤氣體通量測定儀滑動； d)與測量主機相連接，確保土壤氣體通量測定儀電力充足，且通訊信號正常； e)通過快速接頭將測量主機上的進氣管和出氣管分別與出氣管接頭(19-2)和進氣管接頭(19-3)連接； f)打開測量主機上的控制開關，由主機的上預先設定的工作參數進行測量； g)氣室(7)以控制箱(19)上的氣 缸活塞桿(21)為圓心做往復運動，對測量點進行測定。
全文摘要
一種土壤氣體通量測定儀，包括土環(1)、支腿(2)、底座(20)、氣室(7)、防護罩(8)、過線軸(9)和控制箱(19)其特征在于，所述的底座(20)上方設有密封圈(5)和壓制環(3)，在底座(20)的下方設有支腿(2)，支腿(2)上設有支腳滑槽(16)和支腳轉軸(14)，所述的氣室(7)、防護罩(8)和過線軸(9)中設有緩沖裝置(8-7)，所述的控制箱(19)上設有回位按鈕(19-4)。以解決土壤氣體通量測定儀的氣管和線路外露、氣室跑偏、測量誤差大的問題。
文檔編號G01N33/24GK103235105SQ20131013321
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月17日 優先權日2013年4月17日
發明者李曉波, 劉亞勇, 邢友武, 朱湘寧 申請人:北京薩維福特貿易有限公司