土壤呼吸作用測量裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及土壤監測技術領域，尤其涉及一種土壤呼吸作用測量裝置。
【背景技術】
[0002]二氧化碳、甲烷、氧化亞氮作為全球范圍內三大主要的溫室效應氣體，其危害性日益受到人們的關注。而土壤呼吸作用對于全球溫室效應的影響主要分為兩方面:其一，土壤呼吸是全球碳庫的主要輸出途徑和溫室氣體的重要來源之一，其微小的波段都會引起大氣中溫室氣體的濃度以及碳庫的增加速度，從而加劇全球氣候變暖。其二，土壤呼吸是土壤中生命活動的表征，對土壤二氧化碳的釋放量的準確監測與否是評價生態系統中生物學過程的關鍵，而且通過對土壤呼吸的監測能夠估測出根系和土壤中微生物對氣候變化的反應。土壤呼吸在一定程度上反映了土壤養分轉化和供應的能力，是土壤質量和肥力的重要生物學指標和土壤健康狀況的指示因子。因此，土壤呼吸作用的精確監測對于當前全球化碳循環的研究以及推進減緩全球溫室效應的進程具有十分重要的意義。
[0003]常見的土壤呼吸測量方法一般有以下兩種:碳庫變化法和通量測定法，其中最常用的是通量測定法，即直接測定土壤和大氣間的二氧化碳交換量，該方法需要將密閉的氣體室倒扣在土壤表面作為測量氣體室。但由于土壤呼吸作用取決于土壤溫度、有機質含量、水飽和度以及許多空間變量，尤其對溫度和壓力的波動極其敏感，并且土壤呼吸會釋放大量二氧化碳氣體，這勢必會導致氣體室壓力的變化，因此降低了測量的準確性和科學性。
[0004]其次，土壤水熱變化、營養物質交換以及微生物活動也會引起土壤溫度的變化，因此，土壤呼吸作用的氣體濃度數值計算過程中還需要進行溫度補償。
[0005]此外，當前氣體濃度數值測量法的主要方法有靜態箱法、動態箱法、氣象色譜方法、微氣象測量法和紅外二氧化碳檢測法等。傅里葉變換紅外光譜法作為一種紅外二氧化碳檢測方法，其與傳統方法相比，具有高速、使用方便、測量結果精確等優點，該方法可被認為是土壤呼吸較為理想的測量方法之一。但現存的可實施傅里葉變換紅外光譜法的裝置，例如美國L1-COR公司的l1-8100和l1-6400裝置，存在以下不足:價格昂貴，光程太短導致測量精度不高，采用單波段光源且測量氣體單一，即只能從二氧化碳一種氣體的變化速率來反應土壤呼吸，不能測量甲烷和氧化亞氮。
【實用新型內容】
[0006]本實用新型所要解決的技術問題是針對現有技術中測量精度不高和只能測量單一氣體變化率不足，提供一種土壤呼吸作用測量裝置，包括:氣體室、氣栗、繼電器、光譜儀、微處理器以及位于所述氣體室內部的光源驅動電路、紅外寬帶光源和光程反射單元；
[0007]所述氣體室，用于罩設于待測土壤上方，形成密封空間，以收集土壤呼吸作用生成的氣體；
[0008]所述氣栗，用于將所述氣體室內的氣體抽到所述氣體室外，以使所述氣體室內的待測氣體的濃度達到預設濃度范圍；
[0009]所述繼電器，用于根據所述微處理器的控制指令，控制所述氣栗的開啟或關閉；
[0010]所述光源驅動電路與所述紅外寬帶光源相連，用于驅動所述紅外寬帶光源，以使所述紅外寬帶光源發射紅外光信號；
[0011]所述光程反射單元用于對所述紅外寬帶光源發出的紅外光信號進行多次反射，并將經多次反射后的紅外光信號傳輸到所述光譜儀；
[0012]所述光譜儀，用于接收經所述光程反射單元反射出的所述紅外光信號，將所述紅外光信號轉換為光譜數據，并將所述光譜數據傳輸給所述微處理器。
[0013]優選地，還包括電源模塊；
[0014]所述電源模塊，用于為所述土壤呼吸作用測量裝置供電。
[0015]優選地，還包括入土梯形尖端，所述入土梯形尖端與所述氣體室下部相連為一體成型結構；
[0016]所述入土梯形尖端的側面設有多個開孔。
[0017]優選地，還包括微型風扇；
[0018]所述微型風扇位于所述氣體室內，用于加快所述氣體室內的氣體流動。
[0019]優選地，還包括土壤溫度計；
[0020]所述土壤溫度計，插入所述待測土壤中，用于測量所述氣體室內的土壤溫度數據，并將所述土壤溫度數據傳輸給所述微處理器。
[0021]優選地，所述紅外寬帶光源的波長帶寬為3?14um。
[0022]優選地，還包括設于所述氣體室外壁上的壓力平衡閥，所述壓力平衡閥與所述微處理器相連，用于根據所述微處理器的控制指令進行開啟或關閉，以平衡氣體室內外的氣壓；
[0023]所述壓力平衡閥與所述氣體室的接觸部位設有密封部件。
[0024]優選地，所述光程反射單元，具體為以預設角度安裝于所述氣體室內的多面反射
Ho
[0025]優選地，還包括與所述微處理器相連的顯示模塊。
[0026]優選地，所述氣體室和所述光譜儀之間設有一個孔徑，以使紅外光信號通過；并且所述氣體室和所述光譜儀之間用密封部件密封。
[0027]本實用新型所公開的土壤呼吸作用測量裝置結構簡單，通過設置光程反射單元可增大光程進而提高土壤呼吸氣體檢測精度，可對多種氣體濃度的變化速率進行同時檢測。
【附圖說明】
[0028]通過參考附圖會更加清楚的理解本實用新型的特征和優點，附圖是示意性的而不應理解為對本實用新型進行任何限制，在附圖中:
[0029]圖1示出了本實用新型實施例提供的土壤呼吸作用測量裝置；
[0030]圖2示出了本實用新型另一實施例提供的土壤呼吸作用測量裝置。
【具體實施方式】
[0031]下面將結合附圖對本實用新型的實施例進行詳細描述。
[0032]圖1示出了本實用新型實施例提供的土壤呼吸作用測量裝置；如圖1所示，本實用新型提供的土壤呼吸作用測量裝置，包括:氣體室4、氣栗1、繼電器2、光譜儀13、微處理器14以及位于氣體室內部的光源驅動電路7、紅外寬帶光源8和光程反射單元3。
[0033]氣體室4罩設于待測土壤上方，形成密封空間，以收集土壤呼吸作用生成的氣體，例如二氧化碳、甲烷或氧化亞氮。
[0034]氣栗I用于將氣體室4內的氣體抽到氣體室4外，以使氣體室4內的待測氣體，例如二氧化碳、甲烷或氧化亞氮中的一種或多種，的濃度達到預設濃度范圍；
[0035]繼電器2，用于根據微處理器14的控制指令，控制氣栗I的開啟或關閉。
[0036]光源驅動電路7與紅外寬帶光源8相連，用于驅動紅外寬帶光源8，以使該紅外寬帶光源發射特定波長帶寬的紅外光信號。利用該紅外寬帶光源可以實現同時對一種或多種土壤呼吸氣體的濃度進行檢測。
[0037]光程反射單元3用于對紅外寬帶光源8發出的紅外光信號進行多次反射，并將經多次反射后的紅外光信號傳輸到光譜儀13，以增加紅外光信號在氣體室4內進行反射的光程，進而提高測量系統的檢測靈敏度。
[0038]光譜儀13用于接收經光程反射單元3反射出的紅外光信號，將該紅外光信號轉換為光譜數據，并將該光譜數據傳輸給微處理器14。
[0039]圖2示出了本實用新型另一實施例提供的土壤呼吸作用測量裝置，如圖2所示，本實用新型提供的另一實施例中，本實施例的土壤呼吸作用測量裝置還可包括電源模塊9，其用于給整個系統供電。
[0040]優選地，本實施例的測量系統還包括入土梯形尖端12，其與氣體室4下部插入土壤11的部分相連為一體成型結構；
[0041]該入土梯形尖端12的側面設有多個開孔(圖中未示出)，可用于促進土壤水熱和營養物質交換。
[0042]優選地，該測量系統還包括微型風扇5，其位于氣體室4內，用于加快氣體室4內的氣體流動可將土壤呼吸的氣體在氣體室4內進行充分混合。
[0043]進一步地，該測量系統還包括土壤溫度計10，插入待測土壤中，用于測量氣體室4內的土壤溫度數據，并將該土壤溫度數據傳輸給微處理器14。。
[0044]本實施例中的紅外寬帶光源8優選為MIR陶瓷光源，其波長帶寬為3?14um。
[0045]此外，本測量系統還包括設于氣體室4外壁上的壓力平衡閥6，其與微處理器14相連，用于根據微處理器14的控制指令進行開啟或關閉，以平衡氣體室4內外的氣壓。壓力平衡閥6與氣體室4的接觸部位用密封部件(例如密封膠)密封，在保證不漏氣的條件下，消除氣體室4內外氣壓差異，使氣壓保持動態平衡。
[0046]作為本實施例的優選，光程反射單元3具體為以預設位置及反射角度安裝于氣體室4內的多面反射鏡(例如圖2中，以“M”型進行設置的五面反射鏡)，可多次反射紅外寬帶光源8發出的紅外光信號16，將其光程增加到4m，以提高測量精度，其具體依據如下:
[0047]紅外光信號譜定量分析的理論依據是朗伯-比爾(Lambert-Beer)定律，即當一束平行單色光垂直通過某一均勻非色散的吸收物質時，其吸光度A和吸收物質的濃度c及光程L(即紅外光信號在氣體介質中通過的距離)成正比。朗伯-比爾可以表示為:
[0048]A = Klc(I)
[0049]式中，A為吸光度，無單位，c為吸光物質的濃度，單位可以是g/ml或mol/ml等，K為吸收系數，無單位。從(I)式可以看出，氣體確定以后，氣體濃