專利名稱：測(cè)定陸地生態(tài)系統(tǒng)固定/排放co的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測(cè)定陸地生態(tài)系統(tǒng)固定/排放CO2能力的裝置和使用該裝置測(cè)定陸地生態(tài)系統(tǒng)固定/排放CO2能力的方法。尤其是，本發(fā)明涉及陸地生態(tài)系統(tǒng)固定/排放CO2能力的全自動(dòng)動(dòng)態(tài)連續(xù)測(cè)定裝置和測(cè)定方法，適用于研究不同類型陸地生態(tài)系統(tǒng)例如沼澤濕地、農(nóng)田等固定/排放大氣CO2的總量、時(shí)空變化特點(diǎn)、影響因素及機(jī)理。
背景技術(shù)：
CO2是大氣中重要的溫室氣體之一，在全球變暖中起著十分重要的作用。大氣中CO2濃度已經(jīng)由工業(yè)革命前的280ppmv增加到現(xiàn)在的367ppmv，因此控制大氣CO2濃度升高業(yè)已成為全球面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。陸地生態(tài)系統(tǒng)具有固定/排放CO2的能力，其庫(kù)容的大小和變化強(qiáng)度強(qiáng)力地影響著大氣中CO2的濃度。研究陸地生態(tài)系統(tǒng)固定/排放CO2的能力已經(jīng)成為全球環(huán)境變化研究中非常重要的內(nèi)容和關(guān)鍵點(diǎn)。
研究陸地生態(tài)系統(tǒng)固定/排放CO2能力的方法目前主要有二種微氣象法和靜態(tài)箱法。微氣象法測(cè)定陸地生態(tài)系統(tǒng)固定/排放CO2數(shù)量時(shí)需要大量的氣象參數(shù)，而這些參數(shù)存在著很大的時(shí)空變異和不確定性，使得依據(jù)這些參數(shù)計(jì)算獲得的陸地生態(tài)系統(tǒng)固定/排放CO2能力無(wú)法真實(shí)地反映陸地生態(tài)系統(tǒng)實(shí)際固定/排放CO2的能力。靜態(tài)箱法測(cè)定陸地生態(tài)系統(tǒng)固定/排放CO2能力時(shí)，需要用有機(jī)玻璃箱罩住植物，通過(guò)測(cè)定單位時(shí)間內(nèi)植物光合作用固定大氣CO2(含由土壤呼吸釋放的CO2)的數(shù)量來(lái)計(jì)算陸地生態(tài)系統(tǒng)固定/排放CO2的能力。很明顯，隨著植物光合作用進(jìn)行，箱中空氣的CO2濃度就會(huì)很快降低(幾分鐘)，相應(yīng)地降低了植物通過(guò)光合作用固定大氣CO2的能力，因此該方法測(cè)定的結(jié)果通常低估了陸地生態(tài)系統(tǒng)實(shí)際固定大氣CO2的能力。就全球而言，目前尚缺乏有效的方法來(lái)比較精確地測(cè)定陸地生態(tài)系統(tǒng)固定/排放CO2的能力。
為了克服上述缺陷，發(fā)明人研制了一套陸地生態(tài)系統(tǒng)固定/排放CO2能力的測(cè)定裝置和測(cè)定方法。該測(cè)定裝置的優(yōu)點(diǎn)在于一是實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)連續(xù)測(cè)定；二是短時(shí)間內(nèi)(1分鐘)測(cè)定植物光合作用過(guò)程中箱中CO2濃度的微小變化，因此不會(huì)強(qiáng)烈地降低植物的光合能力，從而比較精確地反映了陸地生態(tài)真實(shí)固定/排放CO2的能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種測(cè)定陸地生態(tài)系統(tǒng)固定/排放CO2能力的裝置和方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)固定/排放CO2能力的全自動(dòng)動(dòng)態(tài)連續(xù)測(cè)定。
本發(fā)明提供了測(cè)定陸地生態(tài)系統(tǒng)固定/排放CO2能力的裝置，該裝置包括透明箱體、空氣供應(yīng)和計(jì)量設(shè)備、CO2濃度測(cè)定設(shè)備、數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)，其中，透明箱體用于罩住待測(cè)定的陸地生態(tài)系統(tǒng)，在透明箱體相對(duì)的兩壁上分別設(shè)置有空氣入口和空氣出口；空氣供應(yīng)和計(jì)量設(shè)備與透明箱體的空氣入口或空氣出口相連接，以向透明箱體泵入或從透明箱體抽吸出空氣的方式供應(yīng)空氣，并測(cè)定流經(jīng)透明箱體的空氣流量；CO2濃度測(cè)定設(shè)備分別與透明箱體的空氣入口和空氣出口相連接，以測(cè)定進(jìn)入或排出透明箱體的CO2濃度；數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)從CO2濃度測(cè)定設(shè)備采集進(jìn)入和排出透明箱體的CO2濃度數(shù)據(jù)并計(jì)算濃度差值，將該濃度差值與系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)定的濃度差值進(jìn)行比較，并根據(jù)比較的結(jié)果控制空氣供應(yīng)和計(jì)量設(shè)備向透明箱體供應(yīng)的空氣流量并采集該空氣流量數(shù)據(jù)，根據(jù)采集的空氣流量數(shù)據(jù)和濃度差值計(jì)算并存儲(chǔ)陸地生態(tài)系統(tǒng)固定/排放CO2的能力。
所述的透明箱體可由透光的材料如玻璃或有機(jī)玻璃等制成。在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，采用有機(jī)玻璃制成透明箱體。有機(jī)玻璃箱的大小依據(jù)植物光合作用強(qiáng)度而定，一般為高度50cm、寬40cm和長(zhǎng)40cm的立方體。為了避免因使用有機(jī)玻璃箱而降低植物的光合作用，有機(jī)玻璃的透光率要求大于95％。在有機(jī)玻璃箱相對(duì)的兩側(cè)壁的上部和下部各開(kāi)一個(gè)直徑2～5cm的圓孔，分別作為空氣入口和空氣出口。
所述的空氣供應(yīng)和計(jì)量設(shè)備包括空氣泵、調(diào)電壓模塊和空氣流量計(jì)。其中，調(diào)電壓模塊在數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)的控制下調(diào)節(jié)空氣泵的旋轉(zhuǎn)速率以增加或減少透明箱體內(nèi)的空氣流量，空氣流量計(jì)測(cè)定空氣流量并將空氣流量數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)。
所述的CO2濃度測(cè)定設(shè)備包括電磁閥、空氣采樣泵和CO2濃度分析儀，其中，空氣采樣泵通過(guò)電磁閥分別與透明箱體的空氣入口和空氣出口連接，隨著電磁閥連接空氣入口通路和連接空氣出口通路之間的切換，空氣采樣閥分別從透明箱體的空氣入口和空氣出口處間斷性地抽取空氣樣品并送到CO2濃度分析儀中，CO2濃度分析儀測(cè)定進(jìn)入和排出透明箱體的CO2濃度并將濃度數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)采集和控制設(shè)備。
所述的數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)包括CPU處理器和計(jì)算機(jī)，其中，CPU處理器編制數(shù)據(jù)采集程序、控制程序和計(jì)算程序，計(jì)算機(jī)則儲(chǔ)存系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)和通過(guò)系統(tǒng)計(jì)算獲得的結(jié)果。編制的數(shù)據(jù)采集程序、控制程序和計(jì)算程序用于采集進(jìn)入或排出透明箱體的空氣中CO2的濃度，調(diào)控進(jìn)入透明箱體的空氣流量、采集進(jìn)入透明箱體的空氣流量，根據(jù)采集的CO2濃度動(dòng)態(tài)變化值和空氣流量動(dòng)態(tài)變化值計(jì)算陸地生態(tài)系統(tǒng)固定/排放CO2的數(shù)量。
具體來(lái)講，所述的CPU處理器的工作過(guò)程為從CO2濃度分析儀采集并計(jì)算進(jìn)入和排出透明箱體(如有機(jī)玻璃箱)中的CO2濃度差值并與內(nèi)部設(shè)定的濃度差值進(jìn)行比較，如果測(cè)定濃度差值的絕對(duì)值大于設(shè)定濃度差值的絕對(duì)值，則CPU處理器控制調(diào)電壓模塊加大空氣泵的旋轉(zhuǎn)速度，以增加進(jìn)入透明箱體的空氣流量，相反，如果測(cè)定濃度差值的絕對(duì)值小于設(shè)定濃度值的絕對(duì)值，CPU處理器控制空氣供應(yīng)和計(jì)量設(shè)備中的調(diào)電壓模塊降低空氣泵的旋轉(zhuǎn)速度，以減少進(jìn)入透明箱體中的空氣流量，直至測(cè)定濃度差值落在設(shè)定濃度差值的范圍內(nèi)；CPU處理器采集由空氣供應(yīng)和計(jì)量設(shè)備中的空氣流量計(jì)測(cè)定的空氣流量數(shù)據(jù)，并依據(jù)該空氣流量數(shù)據(jù)和測(cè)定的CO2濃度差值計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)陸地生態(tài)系統(tǒng)固定/排放的CO2數(shù)量，通過(guò)累加陸地生態(tài)系統(tǒng)白天和夜晚固定/排放CO2的數(shù)量，獲得陸地生態(tài)系統(tǒng)全天的凈固定/排放CO2的數(shù)量。
本發(fā)明的裝置還可包括溫度和濕度控制設(shè)備。例如，所述的溫度和濕度控制設(shè)備可包括箱內(nèi)溫濕度傳感器、箱外溫濕度傳感器、冷凝銅管、水泵和調(diào)電壓模塊，其中，箱內(nèi)溫濕度傳感器和箱外溫濕度傳感器分別把透明箱體內(nèi)外溫濕度數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)計(jì)算透明箱體內(nèi)外溫濕度的動(dòng)態(tài)變化并依據(jù)箱內(nèi)溫度控制在箱外大氣溫度的上下2℃的要求控制調(diào)壓模塊調(diào)節(jié)水泵的旋轉(zhuǎn)速度，以調(diào)節(jié)進(jìn)入冷凝銅管的冷凝水的流量而控制透明箱體內(nèi)的溫濕度。
本發(fā)明還提供了一種測(cè)定陸地生態(tài)系統(tǒng)固定/排放CO2能力的方法，該方法包括a.用在相對(duì)的兩側(cè)壁上分別設(shè)置有空氣入口和空氣出口的透明箱體罩住待測(cè)定的陸地生態(tài)系統(tǒng)；b.從透明箱體的入口處泵入或從透明箱體的出口處抽吸空氣而向透明箱體供應(yīng)空氣，并測(cè)定流經(jīng)透明箱體的空氣流量；c.測(cè)定從空氣入口處進(jìn)入或從空氣出口處排出透明箱體的空氣中的CO2濃度；d.采集進(jìn)入和排出透明箱體的CO2濃度數(shù)據(jù)并計(jì)算濃度差值，將該濃度差值與系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)定的濃度差值進(jìn)行比較，并根據(jù)比較的結(jié)果控制向透明箱體供應(yīng)的空氣流量并采集該空氣流量數(shù)據(jù)，根據(jù)采集的空氣流量數(shù)據(jù)和CO2的濃度差值計(jì)算并存儲(chǔ)陸地生態(tài)系統(tǒng)固定/排放CO2的能力。
該方法可采用本發(fā)明上述的裝置完成，其中，步驟b由空氣供應(yīng)和計(jì)量設(shè)備完成；步驟c由CO2濃度測(cè)定設(shè)備完成；步驟d由數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)完成。
該方法采用的透明箱體、空氣入口和空氣出口設(shè)置方式、空氣供應(yīng)和計(jì)量設(shè)備、CO2濃度測(cè)定設(shè)備、數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)，以及CPU處理器的工作過(guò)程的優(yōu)選方式如上文所述。
此外，優(yōu)選該方法還包括將透明箱體內(nèi)的溫度控制為箱外溫度的上下2℃。所述的箱內(nèi)溫度控制步驟由包括箱內(nèi)溫濕度傳感器、冷凝銅管、水泵和調(diào)電壓模塊的溫度和濕度控制設(shè)備完成，其中，箱內(nèi)溫濕度傳感器和箱外溫濕度傳感器分別把透明箱體內(nèi)外溫濕度數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)計(jì)算透明箱體內(nèi)外溫濕度的動(dòng)態(tài)變化并依據(jù)箱內(nèi)溫度控制在箱外大氣溫度的上下2℃的要求控制調(diào)壓模塊調(diào)節(jié)水泵的旋轉(zhuǎn)速度，以調(diào)節(jié)進(jìn)入冷凝銅管的冷凝水的流量而控制透明箱體內(nèi)的溫濕度。


圖1是本發(fā)明測(cè)定陸地生態(tài)系統(tǒng)固定/排放CO2能力的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明展開(kāi)說(shuō)明。然而，應(yīng)該理解的是，下列的具體實(shí)施方式
僅用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行示例性的說(shuō)明而并非用于限制本發(fā)明。
圖1是本發(fā)明測(cè)定陸地生態(tài)系統(tǒng)固定/排放CO2能力的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。首先將有機(jī)玻璃箱罩在待測(cè)定的植物31上，用橡膠管20把三通管1、空氣流量計(jì)2(型號(hào)EM1，量程0～200L/min，SENSIRION公司產(chǎn)品)、空氣泵3(市場(chǎng)采購(gòu)，流量0～200L/min)和有機(jī)玻璃箱4的空氣出口5連接起來(lái)，三通管1的另一接口通過(guò)硬質(zhì)塑料管21連接電磁閥6(市場(chǎng)采購(gòu)，通用型)、CO2濃度分析儀7(LI840，LI6260，LI700等，精度達(dá)到1.5％或更高，美國(guó)基因公司)和空氣采樣泵8(流量1L/min)，同時(shí)通過(guò)硬質(zhì)塑料管22連接有機(jī)玻璃箱4的空氣入口9、三通管10和電磁閥6。用電纜23連接空氣流量計(jì)2與CPU處理器12(CPU224，西門子公司產(chǎn)品)，用電纜24連接電磁閥6和CPU處理器12，用電纜25連接CO2濃度分析儀8與CPU處理器12，同時(shí)用電纜26連接空氣泵3、調(diào)電壓模塊11與CPU處理器12，用USB-PPI電纜27連接CPU處理器12與計(jì)算機(jī)13(工業(yè)用，奔騰III，硬盤(pán)80G)。用橡膠管28把有機(jī)玻璃箱4中的冷凝銅管14(用外徑1cm、內(nèi)徑0.8cm和長(zhǎng)度100cm的銅管盤(pán)成高45cm、寬38cm和厚2cm的蛇管)和水泵15及冷卻水箱16連接，用電纜29連接水泵15、調(diào)電壓模塊17與CPU處理器12，用電纜30連接有機(jī)玻璃箱內(nèi)的溫濕度傳感器18、箱外溫濕度傳感器19與CPU處理器12。接通整個(gè)系統(tǒng)的總電源，空氣泵3、空氣流量計(jì)2、CO2濃度分析儀7、空氣采樣泵8、CPU處理器12、計(jì)算機(jī)13和水泵15電源就被接通，整個(gè)系統(tǒng)就可以開(kāi)始工作。
整個(gè)系統(tǒng)的工作過(guò)程是打開(kāi)電源，整個(gè)系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行，空氣泵3通過(guò)調(diào)電壓模塊11來(lái)調(diào)節(jié)抽出有機(jī)玻璃箱4中空氣的流量，精確的空氣流量由空氣流量計(jì)2測(cè)定(每6秒測(cè)定一次)并把電信號(hào)傳輸給CPU處理器12，經(jīng)數(shù)字化后存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)13的數(shù)據(jù)庫(kù)中，同時(shí)用空氣采樣泵8通過(guò)電磁閥6、硬質(zhì)塑料管22和三通10抽取進(jìn)入有機(jī)玻璃箱4的空氣并送到CO2濃度分析儀7進(jìn)行測(cè)定，獲得進(jìn)入有機(jī)玻璃箱4的空氣中CO2的濃度，排出有機(jī)玻璃箱4的空氣中CO2濃度也用空氣采樣泵8通過(guò)三通1、硬質(zhì)塑料管21、電磁閥6送到CO2濃度分析儀7進(jìn)行測(cè)定。為了確保用一臺(tái)CO2分析儀7同時(shí)能夠測(cè)定進(jìn)入和排出有機(jī)玻璃箱4的空氣中CO2濃度，用電磁閥每隔1分鐘來(lái)回切換一次進(jìn)入CO2濃度分析儀7的空氣(前30秒的空氣為前一樣品測(cè)定后的殘留廢氣，不記錄)并把測(cè)定的CO2濃度值傳輸?shù)紺PU處理器12。CPU處理器12計(jì)算獲得已經(jīng)測(cè)定的進(jìn)入和排出有機(jī)玻璃箱4的空氣中CO2濃度差(通過(guò)植物31光合作用固定空氣中CO2而實(shí)現(xiàn))，并與CPU處理器12內(nèi)部設(shè)定的濃度差值(10-15ppm)進(jìn)行比較，如果差值大于設(shè)定值，說(shuō)明有機(jī)玻璃箱中植物光合強(qiáng)度比較高，CPU處理器12就會(huì)把信息反饋給控制空氣泵3旋轉(zhuǎn)速率的調(diào)電壓模塊11，從而提高空氣泵3的工作電壓，增加進(jìn)入有機(jī)玻璃箱4的空氣流量；相反，如果測(cè)定差值小于設(shè)定值，CPU處理器12也會(huì)把信息反饋給控制空氣泵3旋轉(zhuǎn)速率的調(diào)電壓模塊11，降低空氣泵3的旋轉(zhuǎn)速率，減少進(jìn)入有機(jī)玻璃箱的空氣流量，直至測(cè)定濃度差值的絕對(duì)值落在設(shè)定的濃度差值范圍內(nèi)。進(jìn)入有機(jī)玻璃箱4的空氣流量由空氣流量計(jì)2測(cè)定，并把信號(hào)傳輸給CPU處理器12，CPU處理器12依據(jù)單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)出有機(jī)玻璃箱4的空氣流量和CO2濃度差計(jì)算獲得白天(光合作用)單位時(shí)間內(nèi)陸地生態(tài)系統(tǒng)固定的CO2數(shù)量。
由于夜里植物31無(wú)光合作用，陸地生態(tài)系統(tǒng)處于CO2凈排放，排出有機(jī)玻璃箱4的空氣中CO2濃度將大于進(jìn)入的空氣中CO2濃度，CPU處理器12同樣可以計(jì)算獲得已經(jīng)測(cè)定的進(jìn)入和排出有機(jī)玻璃箱4的空氣中CO2濃度差(負(fù)值)，并與CPU處理器內(nèi)部設(shè)定的濃度差值(-20～-30ppm)進(jìn)行比較，如果差值的絕對(duì)值大于設(shè)定值的絕對(duì)值，CPU控制系統(tǒng)12就會(huì)把信息反饋給控制空氣泵3旋轉(zhuǎn)速率的調(diào)電壓模塊11，從而提高空氣泵3的工作電壓，增加空氣進(jìn)入有機(jī)玻璃箱4的數(shù)量；相反，如果測(cè)定差值的絕對(duì)值小于設(shè)定值的絕對(duì)值，CPU處理器12也會(huì)把信息反饋給控制空氣泵3旋轉(zhuǎn)速率的調(diào)電壓模塊11，降低空氣泵3的旋轉(zhuǎn)速率，減少進(jìn)入有機(jī)玻璃箱的空氣流量，直至測(cè)定濃度差值落在設(shè)定的濃度差值范圍內(nèi)。CPU處理器12依據(jù)單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)出有機(jī)玻璃箱4的空氣流量和CO2濃度差計(jì)算獲得夜里單位時(shí)間內(nèi)陸地生態(tài)系統(tǒng)排放的CO2數(shù)量。CPU處理器12通過(guò)累加陸地生態(tài)系統(tǒng)白天(光合作用)固定和夜里(生物和土壤呼吸)排放的CO2數(shù)量，就可以獲得陸地生態(tài)系統(tǒng)一天的凈固定/排放CO2數(shù)量。
由于有機(jī)玻璃箱4覆蓋后極易引起溫室效應(yīng)，可能會(huì)導(dǎo)致有機(jī)玻璃箱4內(nèi)的溫度比大氣溫度高出10℃以上，同時(shí)在有機(jī)玻璃箱4的有機(jī)玻璃內(nèi)表面形成大量水汽，嚴(yán)重影響植物31的光合作用。為將箱內(nèi)溫度控制在箱外大氣溫度的上下2℃，箱內(nèi)溫濕度傳感器18和箱外溫濕度傳感器19分別測(cè)定并將透明箱體內(nèi)外溫濕度數(shù)據(jù)傳輸?shù)紺PU處理器12，CPU處理器12將依據(jù)箱內(nèi)溫度的動(dòng)態(tài)變化，即比較箱內(nèi)溫濕度傳感器18和箱外溫濕度傳感器19的溫度差，并依據(jù)箱內(nèi)溫度控制在箱外大氣溫度的上下2℃的要求控制調(diào)電壓模塊17調(diào)節(jié)水泵15的旋轉(zhuǎn)速度，以調(diào)節(jié)有機(jī)玻璃箱4中冷凝銅管14的冷凝水的流量，從而實(shí)現(xiàn)控制有機(jī)玻璃箱溫度和濕度。
本發(fā)明測(cè)定陸地生態(tài)系統(tǒng)固定/排放CO2能力的裝置和方法的優(yōu)點(diǎn)在于整套設(shè)備費(fèi)用低，實(shí)用性強(qiáng)；能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)在線連續(xù)測(cè)定；整個(gè)測(cè)定過(guò)程對(duì)植物光合作用的影響??；測(cè)定精度高，結(jié)果實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)算；且能夠比較客觀地反映陸地生態(tài)系統(tǒng)固定/排放CO2的時(shí)空變化特征。
雖然本發(fā)明已以較佳的實(shí)施例公開(kāi)如上，但其目的并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本發(fā)明的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作適當(dāng)?shù)牡刃гO(shè)計(jì)與潤(rùn)飾，本發(fā)明將不放棄主張這些等效變更的權(quán)利。換言之，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所確定的范圍，及可由一般等同論解釋所及的內(nèi)容為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)定陸地生態(tài)系統(tǒng)固定/排放CO2能力的裝置，包括透明箱體、空氣供應(yīng)和計(jì)量設(shè)備、CO2濃度測(cè)定設(shè)備、數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)，其中，透明箱體用于罩住待測(cè)定的陸地生態(tài)系統(tǒng)，在透明箱體相對(duì)的兩側(cè)壁上分別設(shè)置有空氣入口和空氣出口；空氣供應(yīng)和計(jì)量設(shè)備與透明箱體的空氣入口或空氣出口相連接，以向透明箱體泵入或從透明箱體抽吸出空氣的方式供應(yīng)空氣，并測(cè)定流經(jīng)透明箱體的空氣流量；CO2濃度測(cè)定設(shè)備分別與透明箱體的空氣入口和空氣出口相連接，以測(cè)定進(jìn)入或排出透明箱體的CO2濃度；數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)從CO2濃度測(cè)定設(shè)備采集進(jìn)入和排出透明箱體的CO2濃度數(shù)據(jù)并計(jì)算濃度差值，將該濃度差值與系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)定的濃度差值進(jìn)行比較，并根據(jù)比較的結(jié)果控制空氣供應(yīng)和計(jì)量設(shè)備向透明箱體供應(yīng)的空氣流量并采集該空氣流量數(shù)據(jù)，根據(jù)采集的空氣流量數(shù)據(jù)和濃度差值計(jì)算并存儲(chǔ)陸地生態(tài)系統(tǒng)固定/排放CO2的能力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的透明箱體由透光率大于95％的有機(jī)玻璃制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述的空氣入口和空氣出口分別設(shè)置于透明箱體相對(duì)兩側(cè)壁的上部和下部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的空氣供應(yīng)和計(jì)量設(shè)備包括空氣泵、調(diào)電壓模塊和空氣流量計(jì)，其中，調(diào)電壓模塊在數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)的控制下調(diào)節(jié)空氣泵的旋轉(zhuǎn)速率以增加或減少透明箱體內(nèi)的空氣流量，空氣流量計(jì)測(cè)定空氣流量并將空氣流量數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的CO2濃度測(cè)定設(shè)備包括電磁閥、空氣采樣泵和CO2濃度分析儀，其中，空氣采樣泵通過(guò)電磁閥分別與透明箱體的空氣入口和空氣出口連接，隨著電磁閥連接空氣入口通路和連接空氣出口通路之間的切換，空氣采樣閥分別從透明箱體的空氣入口和空氣出口處間斷性地抽取空氣樣品并送到CO2濃度分析儀中，CO2濃度分析儀測(cè)定進(jìn)入和排出透明箱體的CO2濃度并將濃度數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)采集和控制設(shè)備。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)包括CPU處理器和計(jì)算機(jī)，其中，CPU處理器編制數(shù)據(jù)采集程序、控制程序和計(jì)算程序，計(jì)算機(jī)則儲(chǔ)存系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)和通過(guò)系統(tǒng)計(jì)算獲得的結(jié)果。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述的CPU處理器的工作過(guò)程為從CO2濃度分析儀采集并計(jì)算進(jìn)入和排出透明箱體(如有機(jī)玻璃箱)中的CO2濃度差值并與內(nèi)部設(shè)定的濃度差值進(jìn)行比較，如果測(cè)定濃度差值的絕對(duì)值大于設(shè)定濃度差值的絕對(duì)值，則CPU處理器控制調(diào)電壓模塊加大空氣泵的旋轉(zhuǎn)速度，以增加進(jìn)入透明箱體的空氣流量，相反，如果測(cè)定濃度差值的絕對(duì)值小于設(shè)定濃度值的絕對(duì)值，CPU處理器控制空氣供應(yīng)和計(jì)量設(shè)備中的調(diào)電壓模塊降低空氣泵的旋轉(zhuǎn)速度，以減少進(jìn)入透明箱體中的空氣流量，直至測(cè)定濃度差值落在設(shè)定濃度差值的范圍內(nèi)；CPU處理器采集由空氣供應(yīng)和計(jì)量設(shè)備中的空氣流量計(jì)測(cè)定的空氣流量數(shù)據(jù)，并依據(jù)該空氣流量數(shù)據(jù)和測(cè)定的CO2濃度差值計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)陸地生態(tài)系統(tǒng)固定/排放的CO2數(shù)量，通過(guò)累加陸地生態(tài)系統(tǒng)白天和夜晚固定/排放CO2的數(shù)量，獲得陸地生態(tài)系統(tǒng)全天的凈固定/排放CO2的數(shù)量。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的裝置還包括溫度和濕度控制設(shè)備。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述的溫度和濕度控制設(shè)備包括箱內(nèi)溫濕度傳感器、冷凝銅管、水泵和調(diào)電壓模塊，其中，箱內(nèi)溫濕度傳感器和箱外溫濕度傳感器分別把透明箱體內(nèi)外溫濕度數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)計(jì)算透明箱體內(nèi)外溫濕度的動(dòng)態(tài)變化并依據(jù)箱內(nèi)溫度控制在箱外大氣溫度的上下2℃的要求控制調(diào)壓模塊調(diào)節(jié)水泵的旋轉(zhuǎn)速度，以調(diào)節(jié)進(jìn)入冷凝銅管的冷凝水的流量而控制透明箱體內(nèi)的溫濕度。
10.一種測(cè)定陸地生態(tài)系統(tǒng)固定/排放CO2能力的方法，包括a.用相對(duì)的兩側(cè)壁上分別設(shè)置有空氣入口和空氣出口的透明箱體罩住待測(cè)定的陸地生態(tài)系統(tǒng)；b.從透明箱體的入口處泵入或從透明箱體的出口處抽吸空氣而向透明箱體供應(yīng)空氣，并測(cè)定流經(jīng)透明箱體的空氣流量；c.測(cè)定從空氣入口處進(jìn)入或從空氣出口處排出透明箱體的空氣中的CO2濃度；d.采集進(jìn)入和排出透明箱體的CO2濃度數(shù)據(jù)并計(jì)算濃度差值，將該濃度差值與系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)定的濃度差值進(jìn)行比較，并根據(jù)比較的結(jié)果控制向透明箱體供應(yīng)的空氣流量并采集該空氣流量數(shù)據(jù)，根據(jù)采集的空氣流量數(shù)據(jù)和CO2的濃度差值計(jì)算并存儲(chǔ)陸地生態(tài)系統(tǒng)固定/排放CO2的能力。
全文摘要
測(cè)定陸地生態(tài)系統(tǒng)固定/排放CO
文檔編號(hào)G01N35/00GK1952657SQ20051009491
公開(kāi)日2007年4月25日 申請(qǐng)日期2005年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月20日
發(fā)明者丁維新, 蔡祖聰 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所