本實用新型涉及一種同化箱，尤其涉及箱式法測定生態(tài)系統(tǒng)碳水交換裝置。

背景技術(shù)：

目前，全球氣候變化問題日益突出，將為人類和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生重大影響甚至災(zāi)難，如極端天氣、冰川消融、海平面上升、生態(tài)系統(tǒng)退化、極端天氣頻發(fā)等，直接威脅到人類的生存與發(fā)展。溫室效應(yīng)是引起全球氣候變化的一個重要原因，CO₂作為最重要的溫室氣體，其在大氣和生態(tài)系統(tǒng)間的交換，即生態(tài)系統(tǒng)碳交換可解決氣候變化成因、趨勢以及減緩和適應(yīng)對策等基礎(chǔ)科學(xué)問題，因而受到科學(xué)界和國際社會的廣泛關(guān)注。

每年約有120Pg碳通過光合作用和呼吸作用在大氣和陸地生態(tài)系統(tǒng)之間交換。由于人類活動直接產(chǎn)生的碳交換量估計多一個數(shù)量級（8.7Pg碳/年來自于化石燃料的燃燒，1.2Pg碳/年來自于2008年土地利用的變化；Le Quéré et al．，2009）。生態(tài)系統(tǒng)碳交換研究不僅可用于精確測定生態(tài)系統(tǒng)的碳收支，而且將有助于改善區(qū)域和全球的碳循環(huán)模型以及預(yù)測生態(tài)系統(tǒng)對全球變化的響應(yīng)和適應(yīng)。

生態(tài)系統(tǒng)碳水交換最常用的兩種研究手段是渦度相關(guān)法和箱式法。渦度相關(guān)法可連續(xù)、直接地測定生態(tài)系統(tǒng)尺度的凈碳交換，但不能直接區(qū)分總初級生產(chǎn)（GPP）和生態(tài)系統(tǒng)呼吸（Re），且場地要求嚴(yán)格，在某些氣象條件和時間段不可用。箱式法作為一種簡單、快捷的觀測手段，通過遮光、排除植物或其地上部分等實驗手段，能夠?qū)Φ桶脖坏膬羯鷳B(tài)系統(tǒng)碳交換（NEE）、生態(tài)系統(tǒng)呼吸、土壤呼吸（Rs）和微生物呼吸（Rm）進(jìn)行直接觀測，還可以通過多點重復(fù)觀測來評價生態(tài)系統(tǒng)呼吸的空間變異(Luo and Zhou 2006, 鄭澤梅等 2008, Huang et al. 2015, Zhang et al. 2015)，非常適合草地、荒漠等低矮植被碳交換的測定，可以為理解和預(yù)測這些區(qū)域碳交換過程提供系統(tǒng)的觀測資料。

另外，通過碳水交換同時測定，還可分析生態(tài)系統(tǒng)的蒸散速率，通過下式可計算生態(tài)系統(tǒng)水分利用效率：

水分利用效率=-凈生態(tài)系統(tǒng)碳交換/生態(tài)系統(tǒng)的蒸散。

早在上世紀(jì)70 年代日本武田友四郎研制的大型同化箱用于測定水稻的光合作用。美法等發(fā)達(dá)國家在上世紀(jì)70~80年代已應(yīng)用紅外線吸收法和小封閉室技術(shù)（類似于小型同化箱）測定森林群落CO₂濃度變化，來推算群落總呼吸量。也有學(xué)者采用透明箱，測定生態(tài)系統(tǒng)與大氣間的CO₂交換量。國內(nèi)利用大型同化箱測定草原群落的光合、呼吸作用。

傳統(tǒng)的同化箱裝置主要由金屬框架和透明塑料構(gòu)成，屬于開路或半開路式系統(tǒng)，測定時需要跟金屬底座相連接，箱體存在密封效果不佳、金屬框架測定生態(tài)系統(tǒng)碳交換過程中遮光、金屬框架導(dǎo)致同化箱笨重、同化箱和同化箱底座成本較高等缺點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種成本低、觀察效率高的箱式法測定生態(tài)系統(tǒng)碳水交換裝置。

為解決上述問題，本實用新型所述的箱式法測定生態(tài)系統(tǒng)碳水交換裝置，包括部分插入地面的底座和置于所述底座上且與CO₂/H₂O分析儀相連的同化箱，其特征在于：所述同化箱為頂部設(shè)有全透明平板且底部開口的全透明有機(jī)玻璃制成的圓柱形同化箱；所述同化箱上部側(cè)壁的內(nèi)側(cè)設(shè)有小風(fēng)扇Ⅰ，其外側(cè)設(shè)有充電電池組；所述同化箱下部側(cè)壁的內(nèi)側(cè)設(shè)有小風(fēng)扇Ⅱ；所述同化箱的側(cè)壁上分別設(shè)有CO₂/H₂O分析儀進(jìn)氣管管孔、溫度探頭穿孔、CO₂/H₂O分析儀出氣管管孔、小風(fēng)扇供電電線穿線孔；所述充電電池組分別通過所述小風(fēng)扇供電電線穿線孔與所述小風(fēng)扇Ⅰ、小風(fēng)扇Ⅱ相連；所述CO₂/H₂O分析儀內(nèi)置Fortran語言編程，并通過管線分別與所述CO₂/H₂O分析儀進(jìn)氣管管孔、CO₂/H₂O分析儀出氣管管孔相連。

所述底座為兩端開口的圓柱桶，其外徑等于所述同化箱的外徑。

所述小風(fēng)扇Ⅰ距離所述同化箱的頂部4~7cm。

所述小風(fēng)扇Ⅱ距離所述同化箱的底部4~7cm。

所述CO₂/H₂O分析儀進(jìn)氣管管孔、溫度探頭穿孔、CO₂/H₂O分析儀出氣管管孔、小風(fēng)扇供電電線穿線孔均處于同一水平面。

本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：

1、本實用新型中同化箱為頂部設(shè)有全透明平板且底部開口的全透明有機(jī)玻璃制成的圓柱形同化箱，其透光性好，沒有遮光，而且輕便耐用。

2、本實用新型中底座為兩端開口的圓柱桶，其外徑等于同化箱的外徑，因此，同化箱和底座緊密連接，閉合度高。

3、本實用新型針對多點長期重復(fù)觀測的生態(tài)系統(tǒng)碳水交換數(shù)據(jù)量大，n次測定得到生態(tài)系統(tǒng)碳水交換測定數(shù)據(jù)即為n個txt分析過程繁瑣，多次重復(fù)測定得到成千上萬個txt文件。傳統(tǒng)方式是將每個txt文件轉(zhuǎn)化為excel，刪除前后測定數(shù)據(jù)，保留固定行（如100行），再套用碳水交換計算公式，計算單次測量的碳水交換數(shù)據(jù)，如碳交換速率、蒸散速率和生態(tài)系統(tǒng)水分利用效率等數(shù)據(jù)，這在數(shù)據(jù)量大的時候工作量非常大。而本實用新型應(yīng)用Fortran語言編程，目前可以實現(xiàn)批量自動計算大量的碳交換測定數(shù)據(jù)txt文件，成千上萬個txt文件只需要幾分鐘運(yùn)算即可得到最終需要的碳水交換數(shù)據(jù)，大大加快了數(shù)據(jù)分析的效率。

4、本實用新型輕便且成本低，非常有利于在野外多點重復(fù)觀測，提高觀測效率。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實用新型應(yīng)用狀態(tài)圖。

圖中：1—小風(fēng)扇Ⅰ；2—充電電池組；3—CO₂/H₂O分析儀進(jìn)氣管管孔；4—CO₂/H₂O分析儀出氣管管孔；5—平板；6—溫度探頭穿孔；7—小風(fēng)扇供電電線穿線孔；8—同化箱；9—小風(fēng)扇Ⅱ；10—地面；11—底座。

具體實施方式

如圖1所示，箱式法測定生態(tài)系統(tǒng)碳水交換裝置，包括部分插入地面10的底座11和置于底座11上且與CO₂/H₂O分析儀相連的同化箱8。

同化箱8為頂部設(shè)有全透明平板5且底部開口的全透明有機(jī)玻璃制成的圓柱形同化箱；同化箱8上部側(cè)壁的內(nèi)側(cè)設(shè)有小風(fēng)扇Ⅰ1，其外側(cè)設(shè)有充電電池組2；同化箱8下部側(cè)壁的內(nèi)側(cè)設(shè)有小風(fēng)扇Ⅱ9；同化箱8的側(cè)壁上分別設(shè)有CO₂/H₂O分析儀進(jìn)氣管管孔3、溫度探頭穿孔6、CO₂/H₂O分析儀出氣管管孔4、小風(fēng)扇供電電線穿線孔7；充電電池組2分別通過小風(fēng)扇供電電線穿線孔7與小風(fēng)扇Ⅰ1、小風(fēng)扇Ⅱ9相連；CO₂/H₂O分析儀內(nèi)置Fortran語言編程，并通過管線分別與CO₂/H₂O分析儀進(jìn)氣管管孔3、CO₂/H₂O分析儀出氣管管孔4相連。

其中：

底座11為兩端開口的圓柱桶，其外徑等于同化箱8的外徑。

小風(fēng)扇Ⅰ1距離同化箱8的頂部4~7cm。

小風(fēng)扇Ⅱ9距離同化箱8的底部4~7cm。

CO₂/H₂O分析儀進(jìn)氣管管孔3、溫度探頭穿孔6、CO₂/H₂O分析儀出氣管管孔4、小風(fēng)扇供電電線穿線孔7均處于同一水平面。

使用時，將CO₂/H₂O分析儀通過管線經(jīng)CO₂/H₂O分析儀進(jìn)氣管管孔3、CO₂/H₂O分析儀出氣管管孔4插入同化箱8中，同時，將溫度探頭通過溫度探頭穿孔6插入同化箱8中，應(yīng)用Fortran語言編程實現(xiàn)批量自動計算大量的碳水交換測定數(shù)據(jù)。