專利名稱：一種根系CO₂原位自動(dòng)測定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根系(X)2原位自動(dòng)測定方法，利用該方法可以實(shí)現(xiàn)土壤呼吸和植 物根系呼吸的原位自動(dòng)測量，可計(jì)算出根系(X)2轉(zhuǎn)換速率、土壤(X)2呼吸速率，進(jìn)行土壤CO2 顯量與潛量的研究。
背景技術(shù)：
目前土壤碳被公認(rèn)為全球迷失碳的“黑洞”，土地利用變化對土壤呼吸過程具有影 響，任何土地利用的輕微變化均對土壤(X)2通量造成巨大影響，土壤(X)2通量測定和土壤呼 吸機(jī)理研究是世界性的難題與熱點(diǎn)。早期傳統(tǒng)的呼吸測量方法是將土壤內(nèi)埋入抽氣管，人 工抽取氣體再放入采樣袋，帶回實(shí)驗(yàn)室用光譜儀進(jìn)行分析，該方法實(shí)驗(yàn)周期長，存貯過程變 化多，人工操作誤差大，不便于大量的數(shù)據(jù)采集，不能實(shí)現(xiàn)長期連續(xù)觀測。特別是植物根系 呼吸是土壤呼吸的主要過程，如何測定根系呼吸對土壤呼吸的貢獻(xiàn)率是個(gè)世界性難題。另 一種方法是直接將CO2探頭加采集氣管后埋入土壤中，分層埋入多只探頭，由于試驗(yàn)的需 要，做(X)2通量觀測，往往需要剖面分層埋設(shè)，一般在四層以上，同時(shí)為了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的可靠 性，需要做多個(gè)重復(fù)，一個(gè)完整實(shí)驗(yàn)則需要10-20只傳感器，CO2傳感器本身價(jià)格昂貴，一般 需要幾十萬的投入。同時(shí)這種方法也有弊端，如濕氣過大，影響(X)2分析器測量的準(zhǔn)確性， 傳感器直接埋入土壤中，也極易受到灌溉、降雨的影響，傳感器容易浸水損壞。而且由于大 量使用CO2傳感器，由于每個(gè)傳感器都存在著一致性的誤差，數(shù)據(jù)的一致性受到影響，這種 方法的測定結(jié)果精確性值得商榷。目前已經(jīng)使用的許多土壤CO2通量原位測定技術(shù)及裝置，只能反映土壤與大氣界 面的通量，不能細(xì)化土壤呼吸的分量，導(dǎo)致對土壤呼吸機(jī)理無法深入研究，而且需要一臺完 整的(X)2分析儀配合，不能實(shí)現(xiàn)多個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū)域的重復(fù)對比觀測。由于需要人工操作，使用不 便，暴露出許多缺點(diǎn)和弊端。實(shí)驗(yàn)證明，土層CO2測定在土壤層結(jié)構(gòu)被擾動(dòng)后，需要長時(shí)間 來平衡，不適宜于野外便攜式測量。因此，研發(fā)不同土地利用方式下根系CO2原位自動(dòng)測定 方法顯得尤為必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于，提供一種根系(X)2原位自動(dòng)測定方法，該方法是利用氣體采樣管 分層埋入土壤需要觀測的深度，地表土壤呼吸室安裝在其上部土壤表面，通過單片機(jī)控制 電磁島閥和抽氣泵，分別將所有層次抽提到的氣體送入到(X)2分析器進(jìn)行測量，可以自動(dòng)的 實(shí)現(xiàn)用一個(gè)紅外(X)2分析器測量和記錄多個(gè)測量點(diǎn)的呼吸，該方法可同時(shí)接入11個(gè)測量管 路進(jìn)行抽提取樣，并可以同時(shí)接入輔助的環(huán)境傳感器，以供研究者對數(shù)據(jù)的相關(guān)性進(jìn)行分 析，單片機(jī)將采集到的數(shù)據(jù)存貯在存貯器芯片中，以供研究人員進(jìn)行階段性數(shù)據(jù)分析。該方 法可將氣體抽提分為兩組，用于對兩組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行長期自動(dòng)對比測定。因而，該方法可廣泛應(yīng) 用于野外植物根系呼吸的動(dòng)態(tài)監(jiān)測，數(shù)據(jù)的一致性好，設(shè)備投入少。本發(fā)明所述的一種根系(X)2原位自動(dòng)測定方法，該方法中所涉及的裝置為定位桿、氣體收集頭、土壤水分溫度探頭、呼吸室、排氣管、電磁閥、CO2分析器、閉路氣室、過濾器、質(zhì) 量流量傳感器、CO2吸收器、數(shù)據(jù)存貯器、通信接口、液晶顯示器顯示和鍵盤、單片機(jī)、環(huán)境傳 感器、脈沖寬度調(diào)速器、氣體采樣泵、管路溫濕度傳感器、大氣采樣管、電磁島閥和根系氣體 采樣管，具體操作按下列步驟進(jìn)行a、將所述的裝置放置在觀測點(diǎn)，將兩根定位桿⑴和(3)分別埋入土壤中，八根氣 體采樣管(XT)由定位桿(1)和(3)通過氣體收集頭O)內(nèi)引出與電磁閥島06)上的相對 應(yīng)的八個(gè)接口連接，電磁島閥06)通過電纜與單片機(jī)(19)連接，電磁島閥06)通過出氣 管04)與氣體采樣泵0 的進(jìn)氣口連接，氣體采樣泵0 通過脈沖寬度調(diào)速器與 單片機(jī)(19)的PWM輸出接口連接；兩個(gè)土壤呼吸室(5)和(7)安裝在定位桿上方土壤表 面，并通過兩根采集導(dǎo)管將土壤呼吸室( 和(7)接入到相對應(yīng)的電磁閥島06)接口上； 大氣采樣管05)接入到相對應(yīng)的電磁閥島06)接口上，定時(shí)工作，當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)定的時(shí)間，測 量開始b、大氣采樣測量單片機(jī)(19)控制電磁閥島06)的大氣采樣管05)選通，啟動(dòng)氣泵02)開始抽 氣，抽取的氣體先經(jīng)氣管04)進(jìn)入溫濕度傳感器進(jìn)行測量，測量值記錄在單片機(jī)(19) 內(nèi)，溫濕度傳感器03)輸出的氣體由三通一側(cè)進(jìn)入電磁閥(9)上，單片機(jī)(19)控制電磁閥[9]使管路內(nèi)的氣體由排氣管(6)排出，三通的另一路氣體經(jīng)氣室分析器(11)排出，以達(dá)到 快速更新系統(tǒng)中氣體殘留，按預(yù)設(shè)時(shí)間排氣后，關(guān)閉電磁閥(9)，所有的氣體經(jīng)過濾器(12) 以濾除水分和雜質(zhì)后傳輸?shù)劫|(zhì)量流量傳感器(13)，流量傳感器(1 的電信號輸入到單片 機(jī)(19)，單片機(jī)會根據(jù)需要的流量控制脈沖寬度調(diào)速器來調(diào)整氣泵0 的轉(zhuǎn)速，以 達(dá)到最佳的測量流量；在對大氣采樣管0 和呼吸室(5)和(7)的氣體進(jìn)行低濃度CO2測 量前，單片機(jī)(19)首先通過三通電磁閥(14)將氣體切換到CO2吸收器(15)，對CO2分析器[10]進(jìn)行校準(zhǔn)，并將所測的當(dāng)前值VCREF記錄下來，完成校準(zhǔn)后，單片機(jī)(19)控制三通電磁 閥(14)關(guān)閉CO2吸收器(15)通路，切換到CO2分析器(10)進(jìn)行測量，將測量結(jié)果送入到單 片機(jī)(19)，單片機(jī)將按VCREF值校準(zhǔn)記錄并保存，即完成大氣測量；C、土壤呼吸測量單片機(jī)(19)控制電磁閥島06)切換到呼吸室(5)上，先進(jìn)行抽提以對管路進(jìn)行 換氣，完成換氣后，單片機(jī)(19)控制呼吸室(5)的電機(jī)將呼吸室上蓋關(guān)閉，并將氣體經(jīng)由流 量傳感器(1 送入到CO2分析器(10)進(jìn)行測量，單片機(jī)(19)根據(jù)流量計(jì)算呼吸速率，同 時(shí)將CO2測量值和速率記錄，完成測量后單片機(jī)(19)控制呼吸室(5)電機(jī)打開上蓋，完成 呼吸(5)的測量，繼續(xù)用單片機(jī)(19)控制呼吸室(7)的電機(jī)將呼吸室上蓋關(guān)閉，并將氣體 經(jīng)由流量傳感器(1 送入到CO2分析器(10)進(jìn)行測量，單片機(jī)(19)根據(jù)流量計(jì)算呼吸速 率，同時(shí)將CO2測量值和速率記錄，完成測量后單片機(jī)(19)控制呼吸室(7)電機(jī)打開上蓋， 完成呼吸(7)的測量；d、根系呼吸測量單片機(jī)(19)控制電磁閥島06)切換到第一路根系采樣管07)上，氣體首先經(jīng)溫 濕度傳感器進(jìn)行測量，又經(jīng)過濾器(1 濾除雜質(zhì)和水氣后，經(jīng)流量傳感器(1 測量 流量，最后送入到CO2分析器(10)進(jìn)行測量，這個(gè)過程不需要再校準(zhǔn)，在對根系采樣氣體測 量前，均需要從大氣采樣管05)吸入對比CO2含量的大氣對測量管路進(jìn)行清理，并通過旁路電磁閥(9)快速排出；e、環(huán)境因子測量單片機(jī)(19)將環(huán)境因子傳感器00)的信號進(jìn)行多路數(shù)據(jù)采集器采集轉(zhuǎn)換后記 錄；f、數(shù)據(jù)顯示和傳輸所有測量過程數(shù)據(jù)均通過液晶顯示器顯示器(18)實(shí)時(shí)顯示，單片機(jī)(19)控制將 最終的測量結(jié)果存貯到的數(shù)據(jù)存貯器(16)中，與單片機(jī)相連接的RS232通信接口和RS485 接口(17)，以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的通信和控制。步驟a中的氣體收集頭O)分別安裝在定位桿(1)、(3)中，呼吸室(5)和(7)的 電動(dòng)上蓋控制線與單片機(jī)(19)連接。步驟b氣體采樣泵0 與溫濕度傳感器連接，溫濕度傳感器通過三 通一端與旁路電磁閥(9) 一端連接，另一端與過濾器(1 連接，電磁閥(9)通過電纜與單 片機(jī)(19)連接；質(zhì)量流量傳感器(1 一端與過濾器(1 連接，另一端與三通電磁閥(14) 連接，質(zhì)量流量傳感器(1 通過電纜與單片機(jī)(19)連接；二氧化碳吸收器(1 的上下端 口分別與三通電磁閥(14)連接，三通電磁閥(14)的另一端直接與采樣氣體的氣室(11)連 接，三通電磁閥(14)通過電纜與單片機(jī)(19)連接。氣室(11)內(nèi)裝有二氧化碳分析器(10)，二氧化碳分析器(10)通過電纜與單片機(jī)[19]連接，在氣室(11)的上部由氣管通過三通(8)與排氣管(6)連接。步驟e和f中在單片機(jī)(19)的上端連接液晶顯示器(18)和環(huán)境因子傳感器Q0)， 單片機(jī)(19)的下端連接土壤水分溫度傳感器G)、數(shù)據(jù)存貯器(16)和通信接口(17)。本發(fā)明所述的一種根系CO2原位自動(dòng)測定方法，該方法是利用氣體采樣管分層埋 入土壤需要觀測的深度，地表土壤呼吸室安裝在其上部土壤表面，通過單片機(jī)控制電磁島 閥和抽氣泵，分別將所有層次抽提到的氣體送入到(X)2分析器進(jìn)行測量，該方法可同時(shí)接入 11個(gè)測量管路進(jìn)行抽提取樣，并可以同時(shí)接入輔助的環(huán)境傳感器，以供研究者對數(shù)據(jù)的相 關(guān)性進(jìn)行分析。單片機(jī)將采集到的數(shù)據(jù)存貯在存貯器芯片中，以供研究人員進(jìn)行階段性數(shù) 據(jù)分析。該技術(shù)可將氣體抽提分為兩組，用于對兩組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行長期自動(dòng)對比測定。因而，該 技術(shù)可廣泛應(yīng)用于野外植物根系呼吸的動(dòng)態(tài)監(jiān)測。本發(fā)明所述方法將多個(gè)氣體抽提管埋入不同深度的土壤中，多個(gè)氣管接入到一個(gè) 電磁閥島上，通過單片機(jī)來進(jìn)行選通，單獨(dú)設(shè)置一路氣管與近地表的大氣相連，以抽提參考 氣體和對氣路換氣；氣體的抽提是由單片機(jī)控制脈沖寬度調(diào)速器與取樣泵連接，可以根據(jù) 需要由程序控制流量；氣體通過溫濕度傳感器，將所抽提氣體的溫濕度值由單片機(jī)記錄； 氣體管路中的空氣過濾器，以濾除雜質(zhì)和阻止水分子進(jìn)；氣體管路中的質(zhì)量流量傳感器，可 實(shí)時(shí)測量每個(gè)管路的流量，將信號送入到單片機(jī)，單片機(jī)可根據(jù)預(yù)設(shè)值，通過脈沖寬度調(diào)速 器對泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到各路氣體流量一致；氣體管路中的(X)2吸收器，作為零點(diǎn)的 校正用，它通過一個(gè)三通電磁閥來切換。需要測量的氣體最終送入到閉路CO2分析器進(jìn)行 測量，并將測量結(jié)果送入到單片機(jī)進(jìn)行存貯，最終的氣體排放到大氣中；氣體管路中的三通 排氣電磁閥，在對每路氣體測量之前，更換管路氣體時(shí)，大流量的氣體通過該三通電磁閥旁 路排到大氣中，以清除管路中滯留氣體。本發(fā)明所述方法的最大優(yōu)點(diǎn)是充分考慮了根系呼吸、土壤呼吸與大氣之間的吸收和排放，以及CO2通量與環(huán)境因子的關(guān)系，克服了現(xiàn)有測量技術(shù)測量要素單一，野外操作不 方便，不能原位長期自動(dòng)觀測的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了 CO2遷移規(guī)律的綜合觀測，極大地推進(jìn)了土壤 CO2通量研究。


圖1為本發(fā)明所述裝置結(jié)構(gòu)示意圖
具體實(shí)施例方式實(shí)施例本發(fā)明所述的方法是通過以下方案來實(shí)現(xiàn)利用安裝在土壤中不同深度的氣體采 樣管、地表的呼吸室、大氣采樣管和測量控制裝置，控制和測量裝置由一個(gè)單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)， 通過對各個(gè)氣體采樣管進(jìn)行切換分別測量出CO2的含量，同時(shí)記錄環(huán)境因子，對土壤碳的循 環(huán)，根系碳排放，與環(huán)境的相關(guān)性，實(shí)現(xiàn)了與(X)2交換界面的原位自動(dòng)觀測，該方法中所涉及 的裝置為定位桿、氣體收集頭、土壤水分溫度探頭、呼吸室、排氣管、電磁閥、CO2分析器、閉 路氣室、過濾器、質(zhì)量流量傳感器、CO2吸收器、數(shù)據(jù)存貯器、通信接口、液晶顯示器顯示和鍵 盤、單片機(jī)、環(huán)境傳感器、脈沖寬度調(diào)速器、氣體采樣泵、管路溫濕度傳感器、大氣采樣管、電 磁島閥和根系氣體采樣管，具體操作按下列步驟進(jìn)行a、將所述的裝置放置在觀測點(diǎn)，將兩根定位桿1和3分別埋入土壤中，氣體收集頭 2分別安裝在定位桿1、3中，八根氣體采樣管27由定位桿1和3通過氣體收集頭2內(nèi)引出 與電磁閥島沈上的相對應(yīng)的八個(gè)接口連接，電磁島閥沈通過電纜與單片機(jī)19連接，電磁 島閥沈通過出氣管M與氣體采樣泵22的進(jìn)氣口連接，氣體采樣泵22通過脈沖寬度調(diào)速 器21與單片機(jī)19的PWM輸出接口連接；兩個(gè)土壤呼吸室5和7安裝在定位桿上方土壤表 面，并通過兩根采集導(dǎo)管將土壤呼吸室5和7接入到相對應(yīng)的電磁閥島沈接口上，呼吸室 5和7的電動(dòng)上蓋控制線與單片機(jī)19連接；大氣采樣管25接入到相對應(yīng)的電磁閥島沈接 口上，定時(shí)工作，當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)定的時(shí)間，測量開始b、大氣采樣測量氣體采樣泵22與溫濕度傳感器23連接，溫濕度傳感器23通過三通一端與旁路電 磁閥9 一端連接，另一端與過濾器12連接，電磁閥9通過電纜與單片機(jī)19連接；質(zhì)量流量 傳感器13 —端與過濾器12連接，另一端與三通電磁閥14連接，質(zhì)量流量傳感器13通過 電纜與單片機(jī)19連接；二氧化碳吸收器15的上下端口分別與三通電磁閥14連接，三通電 磁閥14的另一端直接與采樣氣體的氣室11連接，氣室11內(nèi)裝有二氧化碳分析器10，二氧 化碳分析器10通過電纜與單片機(jī)19連接，在氣室11的上部由氣管通過三通8與排氣管6 連接，三通電磁閥14通過電纜與單片機(jī)19連接；使用時(shí)，單片機(jī)19控制電磁閥島沈的大 氣采樣管25選通，啟動(dòng)氣泵22開始抽氣，抽取的氣體先經(jīng)氣管M進(jìn)入溫濕度傳感器23進(jìn) 行測量，測量值記錄在單片機(jī)19內(nèi)，溫濕度傳感器23輸出的氣體由三通一側(cè)進(jìn)入電磁閥9 上，單片機(jī)19控制電磁閥9使管路內(nèi)的氣體由排氣管6排出，三通的另一路氣體經(jīng)氣室分 析器(11)排出，以達(dá)到快速更新系統(tǒng)中氣體殘留，按預(yù)設(shè)時(shí)間排氣后，關(guān)閉電磁閥9，所有 的氣體經(jīng)過濾器12以濾除水分和雜質(zhì)后傳輸?shù)劫|(zhì)量流量傳感器13，流量傳感器13的電信 號輸入到單片機(jī)19，單片機(jī)會根據(jù)需要的流量控制脈沖寬度調(diào)速器21來調(diào)整氣泵22的轉(zhuǎn)速，以達(dá)到最佳的測量流量；在對大氣采樣管25和呼吸室5和7的氣體進(jìn)行低濃度CO2測 量前，單片機(jī)19首先通過三通電磁閥14將氣體切換到(X)2吸收器15，對(X)2分析器10進(jìn)行 校準(zhǔn)，并將所測的當(dāng)前值VCREF記錄下來，完成校準(zhǔn)后，單片機(jī)19控制三通電磁閥14關(guān)閉 CO2吸收器15通路，切換到(X)2分析器10進(jìn)行測量，將測量結(jié)果送入到單片機(jī)19，單片機(jī)將 按VCREF值校準(zhǔn)記錄并保存，即完成大氣測量；C、土壤呼吸測量單片機(jī)19控制電磁閥島沈切換到呼吸室5上，先進(jìn)行抽提以對管路進(jìn)行換氣，完 成換氣后，單片機(jī)19控制呼吸室5的電機(jī)將呼吸室上蓋關(guān)閉，并將氣體經(jīng)由流量傳感器13 送入到(X)2分析器10進(jìn)行測量，單片機(jī)19根據(jù)流量計(jì)算呼吸速率，同時(shí)將(X)2測量值和速 率記錄，完成測量后單片機(jī)19控制呼吸室5電機(jī)打開上蓋，完成呼吸5的測量，繼續(xù)用單片 機(jī)19控制呼吸室7的電機(jī)將呼吸室上蓋關(guān)閉，并將氣體經(jīng)由流量傳感器13送入到CO2分 析器10進(jìn)行測量，單片機(jī)19根據(jù)流量計(jì)算呼吸速率，同時(shí)將(X)2測量值和速率記錄，完成 測量后單片機(jī)19控制呼吸室7電機(jī)打開上蓋，完成呼吸7的測量；d、根系呼吸測量單片機(jī)19控制電磁閥島沈切換到第一路根系采樣管27上，氣體首先經(jīng)溫濕度傳 感器23進(jìn)行測量，又經(jīng)過濾器12濾除雜質(zhì)和水氣后，經(jīng)流量傳感器13測量流量，最后送 入到ω2分析器10進(jìn)行測量，這個(gè)過程不需要再校準(zhǔn)，在對根系采樣氣體測量前，均需要從 大氣采樣管25吸入對比(X)2含量的大氣對測量管路進(jìn)行清理，并通過旁路電磁閥9快速排 出；e、環(huán)境因子測量單片機(jī)19的上端連接環(huán)境因子傳感器20，將環(huán)境因子傳感器20的信號進(jìn)行多路 數(shù)據(jù)采集器采集轉(zhuǎn)換后記錄；f、數(shù)據(jù)顯示和傳輸在單片機(jī)19的上端連接液晶顯示器18，單片機(jī)19的下端連接土壤水分溫度傳感 器4、數(shù)據(jù)存貯器16和通信接口 17所有測量過程數(shù)據(jù)均通過液晶顯示器顯示器18實(shí)時(shí)顯 示，單片機(jī)19控制將最終的測量結(jié)果存貯到的數(shù)據(jù)存貯器16中，與單片機(jī)相連接的RS232 通信接口和RS485接口 17，以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的通信和控制。
權(quán)利要求
1. 一種根系(X)2原位自動(dòng)測定方法，其特征在于該方法中所涉及的裝置為定位桿、氣 體收集頭、土壤水分溫度探頭、呼吸室、排氣管、電磁閥、CO2分析器、閉路氣室、過濾器、質(zhì)量 流量傳感器、CO2吸收器、數(shù)據(jù)存貯器、通信接口、液晶顯示器顯示和鍵盤、單片機(jī)、環(huán)境傳感 器、脈沖寬度調(diào)速器、氣體采樣泵、管路溫濕度傳感器、大氣采樣管、電磁島閥和根系氣體采 樣管，具體操作按下列步驟進(jìn)行a、將所述的裝置放置在觀測點(diǎn)，將兩根定位桿(1)和C3)分別埋入土壤中，八根氣體 采樣管(XT)由定位桿(1)和(3)通過氣體收集頭O)內(nèi)引出與電磁閥島06)上的相對應(yīng) 的八個(gè)接口連接，電磁島閥06)通過電纜與單片機(jī)(19)連接，電磁島閥06)通過出氣管 (24)與氣體采樣泵0 的進(jìn)氣口連接，氣體采樣泵0 通過脈沖寬度調(diào)速器與單 片機(jī)(19)的PWM輸出接口連接；兩個(gè)土壤呼吸室(5)和(7)安裝在定位桿上方土壤表面， 并通過兩根采集導(dǎo)管將土壤呼吸室( 和(7)接入到相對應(yīng)的電磁閥島06)接口上；大氣 采樣管05)接入到相對應(yīng)的電磁閥島06)接口上，定時(shí)工作，當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)定的時(shí)間，測量開 始b、大氣采樣測量單片機(jī)(19)控制電磁閥島06)的大氣采樣管0 選通，啟動(dòng)氣泵0 開始抽氣，抽 取的氣體先經(jīng)氣管04)進(jìn)入溫濕度傳感器進(jìn)行測量，測量值記錄在單片機(jī)(19)內(nèi)， 溫濕度傳感器03)輸出的氣體由三通一側(cè)進(jìn)入電磁閥(9)上，單片機(jī)(19)控制電磁閥(9) 使管路內(nèi)的氣體由排氣管(6)排出，按預(yù)設(shè)時(shí)間排氣后，關(guān)閉電磁閥(9)，所有的氣體經(jīng)過 濾器(1 以濾除水分和雜質(zhì)后傳輸?shù)劫|(zhì)量流量傳感器(13)，流量傳感器(1 的電信號輸 入到單片機(jī)(19)，單片機(jī)會根據(jù)需要的流量控制脈沖寬度調(diào)速器來調(diào)整氣泵02)的 轉(zhuǎn)速，以達(dá)到最佳的測量流量；在對大氣采樣管0 和呼吸室( 和(7)的氣體進(jìn)行低濃 度CO2測量前，單片機(jī)(19)首先通過三通電磁閥(14)將氣體切換到CO2吸收器(15)，對(X)2 分析器(10)進(jìn)行校準(zhǔn)，并將所測的當(dāng)前值VCREF記錄下來，完成校準(zhǔn)后，單片機(jī)(19)控制 三通電磁閥(14)關(guān)閉CO2吸收器(15)通路，切換到CO2分析器(10)進(jìn)行測量，將測量結(jié)果 送入到單片機(jī)(19)，單片機(jī)將按VCREF值校準(zhǔn)記錄并保存，即完成大氣測量；C、土壤呼吸測量單片機(jī)(19)控制電磁閥島06)切換到呼吸室( 上，先進(jìn)行抽提以對管路進(jìn)行換氣， 完成換氣后，單片機(jī)(19)控制呼吸室(5)的電機(jī)將呼吸室上蓋關(guān)閉，并將氣體經(jīng)由流量傳 感器(1 送入到CO2分析器(10)進(jìn)行測量，單片機(jī)(19)根據(jù)流量計(jì)算呼吸速率，同時(shí)將 CO2測量值和速率記錄，完成測量后單片機(jī)(19)控制呼吸室(5)電機(jī)打開上蓋，完成呼吸 (5)的測量，繼續(xù)用單片機(jī)(19)控制呼吸室(7)的電機(jī)將呼吸室上蓋關(guān)閉，并將氣體經(jīng)由流 量傳感器(1 送入到CO2分析器(10)進(jìn)行測量，單片機(jī)(19)根據(jù)流量計(jì)算呼吸速率，同 時(shí)將CO2測量值和速率記錄，完成測量后單片機(jī)(19)控制呼吸室(7)電機(jī)打開上蓋，完成 呼吸(7)的測量；d、根系呼吸測量單片機(jī)(19)控制電磁閥島06)切換到第一路根系采樣管07)上，氣體首先經(jīng)溫濕度 傳感器進(jìn)行測量，又經(jīng)過濾器(1 濾除雜質(zhì)和水氣后，經(jīng)流量傳感器(1 測量流量， 最后送入到CO2分析器(10)進(jìn)行測量，這個(gè)過程不需要再校準(zhǔn)，在對根系采樣氣體測量前， 均需要從大氣采樣管0 吸入對比CO2含量的大氣對測量管路進(jìn)行清理，并通過旁路電磁閥(9)快速排出；e、環(huán)境因子測量單片機(jī)(19)將環(huán)境因子傳感器00)的信號進(jìn)行多路數(shù)據(jù)采集器采集轉(zhuǎn)換后記錄；f、數(shù)據(jù)顯示和傳輸所有測量過程數(shù)據(jù)均通過液晶顯示器顯示器(18)實(shí)時(shí)顯示，單片機(jī)(19)控制將最終 的測量結(jié)果存貯到的數(shù)據(jù)存貯器(16)中，與單片機(jī)相連接的RS232通信接口和RS485接口 (17)，以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的通信和控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟a中的氣體收集頭(2)分別安裝在定 位桿(1)、(3)中，呼吸室(5)和(7)的電動(dòng)上蓋控制線與單片機(jī)(19)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟b氣體采樣泵0 與溫濕度傳感器 (23)連接，溫濕度傳感器通過三通一端與旁路電磁閥(9) 一端連接，另一端與過濾器 (12)連接，電磁閥(9)通過電纜與單片機(jī)(19)連接；質(zhì)量流量傳感器(13) —端與過濾器 (12)連接，另一端與三通電磁閥(14)連接，質(zhì)量流量傳感器(1 通過電纜與單片機(jī)(19) 連接；二氧化碳吸收器(巧)的上下端口分別與三通電磁閥(14)連接，三通電磁閥(14)的 另一端直接與采樣氣體的氣室(11)連接，三通電磁閥(14)通過電纜與單片機(jī)(19)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于氣室(11)內(nèi)裝有二氧化碳分析器(10)，二 氧化碳分析器(10)通過電纜與單片機(jī)(19)連接，在氣室(11)的上部由氣管通過三通(8) 與排氣管(6)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟e和f中在單片機(jī)(19)的上端連接液 晶顯示器(18)和環(huán)境因子傳感器(20)，單片機(jī)(19)的下端連接土壤水分溫度傳感器G)、 數(shù)據(jù)存貯器(16)和通信接口(17)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種根系CO2原位自動(dòng)測定方法，該方法是利用氣體采樣管分層埋入土壤需要觀測的深度，地表土壤呼吸室安裝在其上部土壤表面，通過單片機(jī)控制電磁島閥和抽氣泵，分別將所有層次抽提到的氣體送入到CO2分析器進(jìn)行測量，可以自動(dòng)的實(shí)現(xiàn)用一個(gè)紅外CO2分析器測量和記錄多個(gè)測量點(diǎn)的呼吸，該方法可同時(shí)接入11個(gè)測量管路進(jìn)行抽提取樣，并可以同時(shí)接入輔助的環(huán)境傳感器，以供研究者對數(shù)據(jù)的相關(guān)性進(jìn)行分析，單片機(jī)將采集到的數(shù)據(jù)存貯在存貯器芯片中，以供研究人員進(jìn)行階段性數(shù)據(jù)分析。該方法可將氣體抽提分為兩組，用于對兩組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行長期自動(dòng)對比測定。因而，該方法可廣泛應(yīng)用于野外植物根系呼吸的動(dòng)態(tài)監(jiān)測，數(shù)據(jù)的一致性好，設(shè)備投入少。
文檔編號G01N33/24GK102053145SQ20101052999
公開日2011年5月11日 申請日期2010年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月3日
發(fā)明者李新, 林而達(dá), 盛鈺, 趙成義 申請人:中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所