專利名稱：土壤二氧化碳通量原位測(cè)定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及二氧化碳通量測(cè)定裝置，特別涉及土壤二氧化碳通量原位測(cè) 定裝置。
背景技術(shù)：
土壤二氧化碳通量是陸地碳循環(huán)的主要組成(文獻(xiàn)1: Raich， .I.W.; Schlesinger, W. S. 1992. The global carbon dioxide flux in soil respirat ton and its relationship to vegetation and climate. 7fe77w. 44D:81-99; 文 獻(xiàn)2.:陳泮勤，黃耀，于貴瑞等，2004.地球系統(tǒng)碳循環(huán)，北京科學(xué)出版社， 12;文獻(xiàn)3:周存宇等，2004，鼎湖山森林地表C02通量及其影響因子的研究， 中國(guó)科學(xué)D輯地球科學(xué)，34 (增)175-182)它對(duì)地球氣候變化的貢獻(xiàn)和影 響之大，已經(jīng)受到全世界人們的關(guān)注和重視。準(zhǔn)確地進(jìn)行陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳核算， 必須對(duì)土壤二氧化碳通量做精確測(cè)量(文獻(xiàn)4:孫向陽(yáng)，1999，森林土壤和大氣 間的溫室效應(yīng)氣體交換，世界林業(yè)研究，12 (2): 38-43;文獻(xiàn)5:張萬(wàn)儒，許 本彤，1984.森林土壤定位研究方法，北京中國(guó)林業(yè)出版社，66-76)。上壤二氧化碳通量類似土壤呼吸，但是不同于土壤呼吸土壤呼吸是指上壤由于土壤微生物、動(dòng)物和植物根系新陳代謝放出二氧化碳，吸入氧氣的過(guò)程，而 土壤二氧化碳通量不限于土壤呼吸，還包含土壤有機(jī)質(zhì)分解、碳酸鹽的礦化和沉積所釋放或吸入二氧化碳的量值。影響土壤二氧化碳通量大小的因素比較多除 了來(lái)源于土壤微生物和動(dòng)物活動(dòng)、植物根系新陳代謝及碳酸鹽變化、有機(jī)質(zhì)礦質(zhì) 化以外，同時(shí)受到土壤溫度、濕度、土壤孔隙度、土壤結(jié)構(gòu)、土壤質(zhì)地等土壤物 理、化學(xué)和生物性質(zhì)以及人類利用方式等環(huán)境條件的影響，因此，上壤二氧化碳 通量是土壤與大氣界面以土壤為對(duì)象，放出或者進(jìn)入土壤的二氧化碳?xì)怏w的綜合 數(shù)量化指標(biāo)。土壤二氧化碳通量的測(cè)定可用于農(nóng)業(yè)土壤、草原土壤、森林七壤、 荒漠土、凍原土等陸地生態(tài)系統(tǒng)碳通量測(cè)定，這個(gè)指標(biāo)對(duì)于陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳收 支核算，對(duì)于人類認(rèn)識(shí)和控制全球變化具有現(xiàn)實(shí)和深遠(yuǎn)的意義。 H前，有關(guān)土壤二氧化碳通量測(cè)定的方法有以下幾種1. 微氣象學(xué)測(cè)定是建立在氣象學(xué)基礎(chǔ)上的微型化氣象測(cè)定方法，是根據(jù)氣 溫、地溫、風(fēng)向、風(fēng)速、太陽(yáng)輻射、降雨量等氣象因子來(lái)推算土壤二氧化碳通量， 顯然是一種間接的方法，不適用于準(zhǔn)確測(cè)定土壤中釋放或吸收二氧化碳的通量。2. 箱法測(cè)定包括靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種方法，箱子有透明和不透明之分，靜態(tài)箱 法即用密封的箱子收集土壤或植物呼吸所釋放的二氧化碳，再用注射器采集氣體 樣品，拿回到實(shí)驗(yàn)室上氣相色譜測(cè)定二氧化碳的濃度，進(jìn)而推算土壤呼吸強(qiáng)度。 該方法的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)果穩(wěn)定，重現(xiàn)性良好，缺點(diǎn)是需要配備價(jià)格昂貴、保養(yǎng)困難、 專業(yè)操作的氣相色譜，同時(shí)不直接，需要將樣品從野外拿到實(shí)驗(yàn)室分析不方便。3. 室內(nèi)培養(yǎng)法是一種化學(xué)方法，是將采集的土壤樣品和盛有氫氧化鈉的盤(pán) 一同放入一個(gè)密閉的容器里，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)培養(yǎng)，氫氧化鈉吸收土壤釋放的二氧化 碳，用稀酸中和過(guò)量的氫氧化鈉，然后求出培養(yǎng)期間土壤釋放的二氧化碳的量。 這種方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、易行，不需要大型精密的儀器設(shè)備，缺點(diǎn)是不能反映土 壤原來(lái)的狀況，盡管在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上有所改進(jìn)(專利文獻(xiàn)CN1525166A, CN2605571Y)，還是不便于野外觀測(cè)和使用。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種適于在自然狀況下原位測(cè)定土壤二氧化碳通 量的土壤二氧化碳通量原位測(cè)定裝置。本實(shí)用新型的上述目的是這樣實(shí)現(xiàn)的， 一種土壤二氧化碳通量原位測(cè)定裝 置，包括預(yù)先固定在待測(cè)定土壤表層二氧化碳通量的地面上的底圈； 測(cè)量時(shí)密封安裝在所述底圈上的開(kāi)口測(cè)量容器； 連接所述開(kāi)口測(cè)量容器的二氧化碳分析儀；以及在測(cè)量容器內(nèi)初始二氧化碳濃度值X,后密封所述開(kāi)口測(cè)量容器開(kāi)口的蓋子。 其中，所述二氧化碳分析儀是利用紅外線測(cè)定土壤的二氧化碳濃度值的便攜 式紅外線分析儀。其中，所述開(kāi)口測(cè)量容器設(shè)有進(jìn)氣管頭和排氣管頭。其中，所述進(jìn)氣管頭連接進(jìn)氣管的一端，以及所述排氣管頭連接排氣管的一+山頓。
其中，所述排氣管的另一端連接所述二氧化碳分析儀的測(cè)量端口，以及所述 進(jìn)氣管的另一端連接所述二氧化碳分析儀的氣泵出口 。 其中，所述底圈的兩端開(kāi)口，其一端插入地表層下。其中，蓋子內(nèi)置有風(fēng)扇，用于強(qiáng)迫容器內(nèi)氣體循環(huán)，以便容器內(nèi)的二氧化碳 濃度均勻分布。其中，所述蓋子通過(guò)帶密封條的絲口密封連接所述開(kāi)口測(cè)量容器。其中，所述密封條是橡膠墊片。其中，土壤二氧化碳通量F(mg .tn:.h-')為:F二KX (X廠X;) XH / T其中，H(m)為高度；T(h)為測(cè)量持續(xù)時(shí)間， 一般為3-5分鐘；X,為二氧化碳 初始濃度值；X2實(shí)際測(cè)量的濃度值；k為換算系數(shù)， 一般為1.80。本實(shí)用新型的原理是利用一個(gè)密閉的可以移動(dòng)的箱體，蓋在所選樣地上，根據(jù)紅外線對(duì)二氧化碳?xì)怏w特殊吸收的物理性質(zhì)，定時(shí)測(cè)定土壤放出或吸收二氧 化碳的量值。在提前放置好的一定面積的底圈上(剪去圈內(nèi)植物)，蓋上帶具有一定體積大小的、具有連接管的密封蓋子，連接管通向C02紅外線測(cè)定儀形成-個(gè)閉合回路，定時(shí)測(cè)量箱體內(nèi)的C02濃度變化，即可得到單位面積內(nèi)土壤的:氧化碳通量值。因此與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型除了具有簡(jiǎn)單、易操作、省時(shí)、花費(fèi)小的優(yōu)點(diǎn)外，還具有以下優(yōu)點(diǎn)1. 在野外測(cè)定，而且不干擾土壤結(jié)構(gòu)和狀況，是一種自然狀況下的原位測(cè)定， 測(cè)定更實(shí)際、及時(shí)。2. 可以多地點(diǎn)、多樣地、重復(fù)測(cè)定，利用時(shí)間和空間位置的變異，移動(dòng)箱體和儀器，達(dá)到多點(diǎn)測(cè)定的目的。3. 測(cè)定數(shù)據(jù)可靠、直接、快速紅外線測(cè)定二氧化碳?xì)怏w的濃度是國(guó)家規(guī)定的測(cè)定公共場(chǎng)所空氣中二氧化碳濃度的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定方法(GB/T18204. 24-2000)， 是具有仲裁效力的方法，本實(shí)用新型將其移植到土壤二氧化碳通量的原位測(cè)定， 理論依據(jù)可靠。由于是原位測(cè)定，使得測(cè)定結(jié)果更直接和快速。4. 適用范圍廣可以使用本實(shí)用新型的測(cè)定方法和裝置，進(jìn)行各種土壤類型 的測(cè)定，無(wú)論高山、平地，只要有手掌大小的平地，就可以進(jìn)行土壤二氧化碳通
量的測(cè)定。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

圖1是顯示本實(shí)用新型的土壤二氧化碳通量原位測(cè)定裝置的結(jié)構(gòu)的示意圖； 圖2是顯示本實(shí)用新型的土壤二氧化碳通量原位測(cè)定裝置的測(cè)量容器部分 內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖面圖。
具體實(shí)施方式
參見(jiàn)圖1和圖2， 一般來(lái)說(shuō)，本實(shí)用新型的土壤二氧化碳通量原位測(cè)定裝置 包括預(yù)先固定在待測(cè)定土壤表層二氧化碳通量的地面上的底圈3; 測(cè)量時(shí)密封安裝在所述底圈3上的開(kāi)口測(cè)量容器6; 連接所述開(kāi)口測(cè)量容器6的二氧化碳分析儀1;以及在測(cè)量容器6內(nèi)初始二氧化碳濃度值X,后密封所述開(kāi)口測(cè)量容器6開(kāi)口的 蓋子7。本實(shí)用新型的一個(gè)重要方面是，利用測(cè)量空氣的二氧化碳濃度的便攜式紅外 線分析儀充當(dāng)測(cè)定土壤的二氧化碳濃度值的二氧化碳分析儀1。 其中，所述開(kāi)口測(cè)量容器6設(shè)有進(jìn)氣管頭5和排氣管頭10。 其中，所述進(jìn)氣管頭5連接進(jìn)氣管2的一端，以及所述排氣管頭10連接排氣管8的一端。其中，所述排氣管8的另一端連接所述二氧化碳分析儀1的測(cè)量端口，所述 進(jìn)氣管2的另一端連接所述二氧化碳分析儀1的氣泵出口 。其中，所述底圈3的兩端開(kāi)口，其一端插入地表層下。其中，所述蓋子7上設(shè)有風(fēng)扇，用于強(qiáng)迫容器內(nèi)氣體循環(huán)，以便容器內(nèi)的二 氧化碳濃度均勻分布。其中，所述蓋子7通過(guò)帶密封條的絲口密封連接所述開(kāi)口測(cè)量容器6。其中，所述密封條是橡膠墊片。其中，本實(shí)用新型可以通過(guò)下式確定土壤二氧化碳通量F(mg .nT.h—'):F=KX (X2-X,) XH / T其中，H(m)為高度；T(h)為測(cè)量持續(xù)時(shí)間， 一般為3-5分鐘；X,為二氧化碳 初始濃度值；X2實(shí)際測(cè)量的濃度值；k為換算系數(shù)， 一般為1.80。在一個(gè)具體的實(shí)例中，參見(jiàn)圖1和圖2，本實(shí)用新型的土壤二氧化碳通量測(cè) 定裝置由儀器部分和測(cè)量容器部分組成。儀器部分是便攜式紅外線分析儀l。本實(shí)用新型的一個(gè)重要方面是，利用紅 外線對(duì)二氧化碳?xì)怏w特殊吸收的物理性質(zhì)來(lái)測(cè)定土壤的二氧化碳濃度。測(cè)量容器部分包括底圈3，它是土壤和箱體連接的媒介體，需要提前固定到待測(cè)量土壤表層；開(kāi)口測(cè)量容器(或大蓋)6，設(shè)有進(jìn)氣管頭5和排氣管頭10，在測(cè)量時(shí)密封 安裝在底圈3上，以便和底圈3 —同限定測(cè)量體積；蓋子(或小蓋)7，內(nèi)置微型風(fēng)扇9，該微型風(fēng)扇9通過(guò)外置電池4供電， 蓋子7通過(guò)絲口 (帶橡膠墊片)密封連接開(kāi)口測(cè)量容器6。開(kāi)口測(cè)量容器6的進(jìn)氣管頭5和排氣管頭10分別通過(guò)進(jìn)氣膠管2和排氣膠 管8連接便攜式紅外線分析儀1。實(shí)施土壤二氧化碳通量原位測(cè)定方法基于圖1和圖2所示的測(cè)量裝置，實(shí)現(xiàn) 土壤二氧化碳通量原位測(cè)定方法，包括以下步驟a、 在待測(cè)定土壤表層二氧化碳通量的地面上預(yù)先固定底圈(3)，以確定被 測(cè)區(qū)域；b、 在所述底圈3上密封安裝開(kāi)口測(cè)量容器6;c、 用連接開(kāi)口測(cè)量容器6的所述二氧化碳分析儀1測(cè)量所述開(kāi)口測(cè)量容器 6內(nèi)的二氧化碳濃度，以得到二氧化碳初始濃度值(X丄d、 密封所述開(kāi)口測(cè)量容器6開(kāi)口，使其與底圈(3)形成封閉測(cè)量空間，以 采集土壤在--個(gè)持續(xù)時(shí)間釋放的二氧化碳濃度；以及e、 用所述二氧化碳分析儀1測(cè)量土壤在所述持續(xù)時(shí)間釋放的二氧化碳濃度, 以得到實(shí)際測(cè)定的二氧化碳濃度值(X》。在所述步驟c和e中，所述二氧化碳分析儀1利用紅外線測(cè)定上壤的::.氧化 碳濃度值。所述的步驟a還包括去除底圈3內(nèi)的活植物體，以避免干擾所測(cè)定范圍。7
在所述步驟b中，所述開(kāi)口測(cè)量容器6在密封安裝在所述底圈3以前，己經(jīng)用進(jìn)氣管2和排氣 管8連接所述二氧化碳分析儀1;或者所述開(kāi)口測(cè)量容器6在密封安裝在所述底圈3后，用進(jìn)氣管2和排氣管8 連接所述二氧化碳分析儀l。在所述步驟d中，用帶有風(fēng)扇的蓋子7密封所述開(kāi)口測(cè)量容器6的開(kāi)口，利 用風(fēng)扇對(duì)容器內(nèi)氣體的強(qiáng)迫循環(huán)，使容器內(nèi)的二氧化碳濃度均勻分布。其中，所述持續(xù)時(shí)間為3-5分鐘。本實(shí)用新型的土壤二氧化碳通量F(mg . m—2. h—》可以通過(guò)下式算出 F=KX (X2-X,) XH / T其中，H(m)為高度，T(h)為測(cè)量持續(xù)時(shí)間；X,為二氧化碳初始濃度值；l實(shí) 際測(cè)量的濃度值；k為換算系數(shù)，通常為1. S0(25。C， 1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)。下面描述本實(shí)用新型的土壤二氧化碳通量原位測(cè)定的一個(gè)具體過(guò)程預(yù)先(比如提前2小時(shí))把底圈3固定到計(jì)劃測(cè)定土壤表層二氧化碳通量的 地面上，并盡可能避免干擾所測(cè)定范圍，去除底圈內(nèi)的活植物體。底圈3的個(gè)數(shù) 根據(jù)需要而定。測(cè)量時(shí)，首先用乳膠管將儀器l和開(kāi)口測(cè)量容器(或大蓋)6按 照進(jìn)氣和出氣方向?qū)?yīng)連接起來(lái)，把開(kāi)口測(cè)量容器6蓋到底圈3上，用一次性膠 帶密封起來(lái)，這時(shí)，打開(kāi)儀器l的泵開(kāi)關(guān)，二氧化碳初始濃度值(X,)即在顯示 器上讀出來(lái)；然后，盡快將裝有微型風(fēng)扇和電池的蓋子(小蓋)7擰到開(kāi)口測(cè)量 容器(大蓋)6上。立即記錄時(shí)間，持續(xù)3-5分鐘時(shí)，打開(kāi)儀器l氣泵開(kāi)關(guān)，在 顯示器上所讀數(shù)值即為該時(shí)間二氧化碳的即時(shí)濃度值(X2),此時(shí)，第一個(gè)樣點(diǎn)的 土壤表層二氧化碳通量測(cè)量完畢，可以逆組裝順序依次卸下小圈、大圈，移向下 一個(gè)樣點(diǎn)進(jìn)行測(cè)定。一般一臺(tái)便攜式紅外線分析儀可以在3-4小時(shí)內(nèi)測(cè)量20—50個(gè)樣點(diǎn)。
權(quán)利要求1、一種土壤二氧化碳通量原位測(cè)定裝置，其特征在于包括預(yù)先固定在待測(cè)定土壤表層二氧化碳通量的地面上的底圈(3)；測(cè)量時(shí)密封安裝在所述底圈(3)上的開(kāi)口測(cè)量容器(6)；連接所述開(kāi)口測(cè)量容器(6)的二氧化碳分析儀(1)；以及在測(cè)量容器(6)內(nèi)初始二氧化碳濃度值X1后密封所述開(kāi)口測(cè)量容器(6)開(kāi)口的蓋子(7)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)定裝置，其特征在于，所述二氧化碳分析儀(1)利用紅外線測(cè)定土壤的二氧化碳濃度值的便攜式紅外線分析儀。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的測(cè)定裝置，其特征在于，所述開(kāi)口測(cè)量容器(6) 設(shè)有進(jìn)氣管頭(5)和排氣管頭(10)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的測(cè)定裝置，其特征在于，所述進(jìn)氣管頭(5)連接 進(jìn)氣管(2)的一端，和所述排氣管頭(10)連接排氣管(8)的一端。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的測(cè)定裝置，其特征在于，所述排氣管(8)的另一 端連接所述二氧化碳分析儀(1)的測(cè)量端口，所述進(jìn)氣管(2)的另一端連接所 述二氧化碳分析儀(1)的氣泵出口。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的測(cè)定裝置，其特征在于，所述底圈(3)的兩端開(kāi) 口，其一端插入地表層下。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)定裝置，其特征在于，蓋子(7)上設(shè)有風(fēng)扇。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的測(cè)定裝置，其特征在于，所述蓋子(7)通過(guò)帶密 封條的絲口密封連接所述開(kāi)口測(cè)量容器(6)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的測(cè)定裝置，其特征在于，所述密封條是橡膠墊片。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)定裝置，其特征在于，土壤二氧化碳通量 F(mg . m2.1V')為F=KX (X2-X,) XH / T其中，H(m)為高度；T(h)為測(cè)量持續(xù)時(shí)間， 一般為3-5分鐘；X,為二氧化碳 初始濃度值；&實(shí)際測(cè)量的濃度值；k為換算系數(shù)， 一般為1.80。
專利摘要本實(shí)用新型是一種土壤二氧化碳通量原位測(cè)定裝置，包括預(yù)先固定在待測(cè)定土壤表層二氧化碳通量的地面上的底圈；測(cè)量時(shí)密封安裝在所述底圈上的開(kāi)口測(cè)量容器；連接所述開(kāi)口測(cè)量容器的二氧化碳分析儀；以及在測(cè)量容器內(nèi)初始二氧化碳濃度值X₁后密封所述開(kāi)口測(cè)量容器開(kāi)口的蓋子。本實(shí)用新型具有測(cè)量簡(jiǎn)單、易操作、省時(shí)、花費(fèi)小等的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01N21/17GK201016922SQ200620167660
公開(kāi)日2008年2月6日 申請(qǐng)日期2006年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月27日
發(fā)明者孫向陽(yáng), 高程達(dá) 申請(qǐng)人:北京林業(yè)大學(xué)