本實(shí)用新型涉及一種高寒草地溫室氣體采集裝置。

背景技術(shù)：

陸地生態(tài)系統(tǒng)是溫室氣體重要的源和匯，在氣候變化情境下的反饋對(duì)大氣化學(xué)成分起到重要的調(diào)節(jié)作用。草地生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,全球草地面積3.4×10⁹hm²，約占陸地面積的26％，對(duì)全球氣候變化具有重大影響。草地是中國(guó)主要的植被類型之一，面積為4×10⁸hm²，約占世界草地面積的11.8％，占中國(guó)國(guó)土面積的40％以上，是中國(guó)最大的陸地生態(tài)系統(tǒng)，其面積約為中國(guó)耕地面積的4倍，森林面積的3.6倍。目前，草地生態(tài)系統(tǒng)已成為人類活動(dòng)影響較為嚴(yán)重的陸地生態(tài)系統(tǒng)之一，是生態(tài)環(huán)境中較脆弱的陸地生態(tài)系統(tǒng)之一。我國(guó)草地生態(tài)系統(tǒng)有巨大的固碳潛力，其溫室氣體排放對(duì)全球氣候變化具有重要影響，對(duì)固碳能力和價(jià)值的認(rèn)識(shí)，將有助于我國(guó)在國(guó)際碳貿(mào)易中爭(zhēng)取主動(dòng)。人類活動(dòng)干擾下，陸地生態(tài)系統(tǒng)與大氣間溫室氣體交換的研究越來(lái)越受關(guān)注。

目前針對(duì)不同類型陸地生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體的觀測(cè)研究成為生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)。在全國(guó)各類草地中，青藏高原擁有的高寒草地面積最大，總面積為5883.42萬(wàn)hm²，占全國(guó)草地面積的17.77％，占我國(guó)陸地面積的25％。青藏高原海拔高，高原基準(zhǔn)溫度低，青藏高原具有特殊的氣候、植被和土壤環(huán)境，使得草地土壤發(fā)育時(shí)間短，草地生態(tài)系統(tǒng)特別脆弱，高海拔地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)是氣候變化的敏感區(qū)和生態(tài)脆弱帶，青藏高原高寒草地在我國(guó)草地生態(tài)系統(tǒng)中占有重要地位，其在全球溫室氣體收支平衡中扮演重要角色。因此，研究青藏高原高寒草地植被-土壤系統(tǒng)溫室氣體排放，是了解高寒草地空氣動(dòng)力學(xué)及溫室效應(yīng)現(xiàn)象的重要方向，該地區(qū)溫室氣體的通量測(cè)定將為青藏高原陸地生態(tài)系統(tǒng)源、匯估算提供重要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，對(duì)于正確評(píng)價(jià)中國(guó)草地生態(tài)系統(tǒng)的溫室氣體源、匯貢獻(xiàn)具有十分重要的意義。

為了更好的了解氣候變化的方向和趨勢(shì)，必須在氣候變化的高度敏感響應(yīng)區(qū)，進(jìn)行對(duì)高寒草地溫室氣體的排放量的估算，以便及時(shí)制定更好的減排和適應(yīng)氣候變化的措施，以減緩氣候變化的影響。對(duì)于準(zhǔn)確估算草地生態(tài)系統(tǒng)與大氣間的碳氮交換量，正確評(píng)價(jià)草地生態(tài)系統(tǒng)在全球碳氮循環(huán)中的地位和作用以及制定科學(xué)合理的禁牧制度提供科學(xué)依據(jù)。

目前研究土壤與大氣界面溫室氣體通量同步監(jiān)測(cè)的主流方法為靜態(tài)密閉箱法。靜態(tài)箱一般由箱體和底座兩部分構(gòu)成，測(cè)定前底座安裝在土壤中，待試驗(yàn)時(shí)采用具有一定體積的箱子罩在被測(cè)土壤或作物的表面，同時(shí)插入底座的凹槽中，用蒸餾水密封，以保證箱體內(nèi)空氣與外界氣體無(wú)氣流交換，在一定時(shí)間間隔內(nèi)用注射器抽取箱內(nèi)氣樣，并送入實(shí)驗(yàn)室用氣相色譜儀進(jìn)行分析，從而計(jì)算溫室氣體的釋放速率?，F(xiàn)有技術(shù)中，通常在箱體的頂部安裝一個(gè)風(fēng)扇，以混勻箱體內(nèi)的氣體，由于箱體的體積較大，溫室氣體排放又有著極大地空間不均勻性，若采用較小功率的風(fēng)扇則無(wú)法達(dá)到箱體內(nèi)各點(diǎn)混合均勻的目的，影響觀測(cè)的精確度；若是使用較大功率的風(fēng)扇或增加風(fēng)扇的數(shù)量，由于風(fēng)扇的擾動(dòng)，氣體在箱體內(nèi)部的無(wú)序流動(dòng)隨著土壤地表的起伏變化產(chǎn)生雜亂無(wú)序的亂流，改變了土壤自然狀態(tài)下的溫室氣體排放，同時(shí)還會(huì)增加土壤匯吸收情況，影響溫室氣體排放量測(cè)定的精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實(shí)用新型提供了一種高寒草地溫室氣體采集裝置，該裝置可以在采集箱體內(nèi)多點(diǎn)取氣并混合均勻，提高了觀測(cè)的精確度，能夠準(zhǔn)確反應(yīng)高寒草地溫室氣體的通量變化情況。

為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本實(shí)用新型采用了如下的技術(shù)方案：

一種高寒草地溫室氣體采集裝置，包括底端和頂端分別為敞口的底座以及底端敞口頂端封閉的采集箱，其中，所述底座的頂端表面設(shè)置有一圈凹槽，所述凹槽中設(shè)置有塑膠密封圈，所述采集箱的底端密封地插裝在所述凹槽中；所述采集箱中設(shè)置有氣體混合器，所述氣體混合器通過(guò)支撐臂連接到所述采集箱的側(cè)壁上，所述氣體混合器的下端連接有多個(gè)進(jìn)氣管，所述多個(gè)進(jìn)氣管分別朝向所述采集箱的底端延伸，所述多個(gè)進(jìn)氣管中至少具有若干進(jìn)氣管的長(zhǎng)度互不相等；所述氣體混合器的上端連接有出氣管，所述出氣管穿透所述采集箱的頂端向外延伸，所述出氣管的末端連接有三通閥。

優(yōu)選地，所述底座的頂端邊緣設(shè)置有多個(gè)卡扣件，所述采集箱的底端邊緣設(shè)置有一一對(duì)應(yīng)于所述卡扣件的凸起固定塊，所述采集箱的底端密封地插裝在所述凹槽中時(shí)，所述卡扣件與所述凸起固定塊卡扣配合。

優(yōu)選地，所述出氣管中位于所述氣體混合器和所述采集箱的頂端之間的位置設(shè)置有一硅膠過(guò)濾器。

優(yōu)選地，所述多個(gè)進(jìn)氣管沿一方向排成一排，所述多個(gè)進(jìn)氣管的長(zhǎng)度互不相等。

優(yōu)選地，所述采集箱中還設(shè)置有溫度檢測(cè)器、氣壓檢測(cè)器以及微型電風(fēng)扇，所述采集箱的頂端開(kāi)設(shè)有多個(gè)功能孔，所述功能孔被彈性橡膠塞密封，所述功能孔用于插接功能連接件，所述功能連接件包括將所述溫度檢測(cè)器、氣壓檢測(cè)器以及微型電風(fēng)扇連接到外部控制器的信號(hào)連接線。

優(yōu)選地，所述多個(gè)功能孔中還包括一個(gè)氣體采樣孔和一個(gè)氣壓平衡孔，所述出氣管通過(guò)所述氣體采樣孔穿透所述采集箱的頂端；在從所述采集箱抽取氣體樣品時(shí)，所述氣壓平衡孔中插接有一注射器針頭。

優(yōu)選地，所述底座為圓筒狀，所述采集箱包括圓筒狀主體和球面狀蓋體；所述底座的外壁上設(shè)置有刻度，所述采集箱的外壁包覆有隔熱層。

優(yōu)選地，所述采集箱內(nèi)設(shè)置有兩個(gè)微型風(fēng)扇，所述兩個(gè)微型風(fēng)扇連接在所述球面狀蓋體的內(nèi)壁，以所述球面狀蓋體的中心頂點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，所述兩個(gè)微型風(fēng)扇分別位于所述基準(zhǔn)點(diǎn)相對(duì)的兩側(cè)，所述兩個(gè)微型風(fēng)扇與所述球面狀蓋體的連接點(diǎn)在所述圓筒狀主體橫截面上的投影點(diǎn)位于所述橫截面的一條直徑上；其中，至少一個(gè)微型風(fēng)扇連接在所述球面狀蓋體的邊緣上。

優(yōu)選地，所述微型風(fēng)扇的多個(gè)葉片呈覆瓦狀設(shè)置，以所述微型風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)軸為起點(diǎn)，所述葉片朝向所述微型風(fēng)扇與所述球面狀蓋體的連接點(diǎn)傾斜。

優(yōu)選地，所述采集箱內(nèi)設(shè)置有兩個(gè)溫度檢測(cè)器，兩個(gè)溫度檢測(cè)器分別設(shè)置在所述圓筒狀主體的上部和下部。

本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種高寒草地溫室氣體采集裝置，采集箱中設(shè)置有氣體混合器，氣體混合器的下端連接有多個(gè)長(zhǎng)度不同的進(jìn)氣管，多個(gè)長(zhǎng)度不同的進(jìn)氣管可以對(duì)采集箱體內(nèi)的氣體進(jìn)行多點(diǎn)取樣，氣體混合器將對(duì)多點(diǎn)取樣的氣體混合均勻，多點(diǎn)氣樣混合均勻后的取樣更接近自然狀態(tài)，測(cè)量結(jié)果更具有代表性，提高了觀測(cè)的精確度，能夠準(zhǔn)確反應(yīng)高寒草地溫室氣體的通量變化情況。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的高寒草地溫室氣體采集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是如圖1所示的采集裝置中底座與采集箱相互分離的示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。這些優(yōu)選實(shí)施方式的示例在附圖中進(jìn)行了例示。附圖中所示和根據(jù)附圖描述的本實(shí)用新型的實(shí)施方式僅僅是示例性的，并且本實(shí)用新型并不限于這些實(shí)施方式。

在此，還需要說(shuō)明的是，為了避免因不必要的細(xì)節(jié)而模糊了本發(fā)明，在附圖中僅僅示出了與根據(jù)本實(shí)用新型的方案密切相關(guān)的結(jié)構(gòu)和/或處理步驟，而省略了關(guān)系不大的其他細(xì)節(jié)。

參閱圖1和圖2，圖1是本實(shí)施例提供的高寒草地溫室氣體采集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是如圖1所示的采集裝置中底座與采集箱相互分離的示意圖；其中，為了更清楚地顯示本實(shí)施例提供的采集裝置，附圖中一些位于箱體內(nèi)的結(jié)構(gòu)件采用透視的視角顯示出。本實(shí)施例提供了一種高寒草地溫室氣體采集裝置，所述采集裝置包括底端和頂端分別為敞口的底座1以及底端敞口頂端封閉的采集箱2，其中，所述底座1的頂端表面設(shè)置有一圈凹槽101，所述凹槽101中設(shè)置有塑膠密封圈(圖中未示出)，所述采集箱2的底端密封地插裝在所述凹槽101中。所述采集箱2中設(shè)置有氣體混合器3，所述氣體混合器3通過(guò)支撐臂4連接到所述采集箱2的側(cè)壁上，所述氣體混合器3的下端連接有多個(gè)進(jìn)氣管5，所述多個(gè)進(jìn)氣管5分別朝向所述采集箱2的底端延伸，所述多個(gè)進(jìn)氣管5中至少具有若干進(jìn)氣管5的長(zhǎng)度互不相等；所述氣體混合器3的上端連接有出氣管6，所述出氣管6穿透所述采集箱2的頂端向外延伸，所述出氣管6的末端連接有三通閥7。

如上所提供的高寒草地溫室氣體采集裝置，在采集氣體時(shí)，首先將底座1插入到草地的土壤中，為了控制底座1插入土壤中的深度，如圖2所示，所述底座1的側(cè)壁設(shè)置有刻度102；然后將采集箱2的底端插裝在底座1的凹槽101中收集草地排放的溫室氣體；最后將采樣注射器連接在三通閥7的一個(gè)端口采集氣體樣品，三通閥7的另一端口直接暴露于大氣中。氣體的采樣通路中，多個(gè)長(zhǎng)度不同的進(jìn)氣管5可以對(duì)采集箱2內(nèi)的氣體進(jìn)行多點(diǎn)取樣，氣體混合器3將對(duì)多點(diǎn)取樣的氣體混合均勻，多點(diǎn)氣樣混合均勻后的取樣更接近自然狀態(tài)，測(cè)量結(jié)果更具有代表性，提高了觀測(cè)的精確度，能夠準(zhǔn)確反應(yīng)高寒草地溫室氣體的通量變化情況。

其中，所述氣體混合器3的形狀可以是具有中空腔體的任意形狀，例如可以是長(zhǎng)方體、正方體、球體或橢圓球體。

其中，為了使得采集箱2與底座1之間的裝配更加牢固、密封性更好，如圖1和圖2所示，所述底座1的頂端邊緣設(shè)置有多個(gè)卡扣件1a，所述采集箱2的底端邊緣設(shè)置有一一對(duì)應(yīng)于所述卡扣件1a的凸起固定塊2a，所述采集箱2的底端密封地插裝在所述凹槽101中時(shí)，所述卡扣件1a與所述凸起固定塊2a卡扣配合。附圖中僅示例性示出了其中的一個(gè)卡扣件1a和一個(gè)凸起固定塊2a。

當(dāng)空氣中濕度比較大、溫度較高時(shí)，所收集的氣體中水分過(guò)大，勢(shì)必導(dǎo)致后期測(cè)樣分析中對(duì)氣相色譜儀的損壞，對(duì)測(cè)試結(jié)果也造成影響。因此，在本實(shí)施例中，如圖1所示，所述出氣管6中位于所述氣體混合器3和所述采集箱2的頂端之間的位置設(shè)置有一硅膠過(guò)濾器8。硅膠過(guò)濾器8可以過(guò)濾掉水汽，當(dāng)然也可以過(guò)濾掉其他一些雜質(zhì)，提高了測(cè)試的精度，對(duì)測(cè)試儀器起到保護(hù)的作用。

優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述多個(gè)進(jìn)氣管5沿一方向上排成一排，所述多個(gè)進(jìn)氣管5的長(zhǎng)度互不相等，由此在采集箱2中的橫向和縱向上都分布有不同的采樣點(diǎn)。具體到本實(shí)施例中，如圖1所示，3個(gè)長(zhǎng)度互不相等的進(jìn)氣管5按照長(zhǎng)短順序沿一方向上排成一排。

其中，如圖1所示，所述采集箱2中還設(shè)置有溫度檢測(cè)器9、氣壓檢測(cè)器10以及微型電風(fēng)扇11a、11b，所述采集箱2的頂端開(kāi)設(shè)有多個(gè)功能孔14，所述功能孔14被彈性橡膠塞(圖中未示出)密封，所述功能孔14用于插接功能連接件，所述功能連接件包括將所述溫度檢測(cè)器9、氣壓檢測(cè)器10以及微型電風(fēng)扇11a、11b連接到外部控制器13的連接線12。外部控制器13用于向溫度檢測(cè)器9、氣壓檢測(cè)器10以及微型電風(fēng)扇11a、11b提供電源以及顯示檢測(cè)的參數(shù)。其中，微型電風(fēng)扇11a、11b的連接電路上還設(shè)置有指示燈15，以在箱體外方便顯示出微型電風(fēng)扇11a、11b的工作狀態(tài)。

進(jìn)一步地，如圖1所示，所述多個(gè)功能孔14中包括一個(gè)氣體采樣孔14b和一個(gè)氣壓平衡孔14a，所述出氣管6通過(guò)所述氣體采樣孔14b穿透所述采集箱2的頂端。在從所述采集箱2抽取氣體樣品時(shí)，所述氣壓平衡孔14a中插接有一注射器針頭，注射器針頭將采集箱2內(nèi)部與外部氣壓連通，以在抽取氣體樣品時(shí)保持箱體內(nèi)外氣壓平衡。需要說(shuō)明的是，注射器針頭的孔徑很小，其不會(huì)影響到采集箱2內(nèi)部的氣體成分，或者說(shuō)影響因素很小，可以忽略。

在本實(shí)施例中，如圖1和圖2所示，所述底座1為圓筒狀，所述采集箱2包括圓筒狀主體201和球面狀蓋體202，所述球面狀蓋體202優(yōu)選為半球面狀，所述球面狀蓋體202上設(shè)置有把手，方便移動(dòng)采集箱2。其中，所述采集箱2的外壁還包覆有隔熱層(圖中未示出)，隔熱層可以由泡沫保溫層及反光膜(例如鋁箔紙)組成，泡沫保溫層可以防止日光暴曬影響采集箱2內(nèi)溫室氣體的聚集，鋁箔紙覆蓋在泡沫保溫層的外層，用于反射太陽(yáng)光線，保持采集箱2內(nèi)溫度的穩(wěn)定，不至于因太陽(yáng)的輻射造成箱體內(nèi)氣體溫度的急劇上升而影響氣體密度等參數(shù)。進(jìn)一步地，如圖1所示，所述采集箱2內(nèi)設(shè)置有兩個(gè)微型風(fēng)扇11a、11b，所述兩個(gè)微型風(fēng)扇11a、11b連接在所述球面狀蓋體202的內(nèi)壁，以所述球面狀蓋體202的中心頂點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，所述兩個(gè)微型風(fēng)扇11a、11b分別位于所述基準(zhǔn)點(diǎn)相對(duì)的兩側(cè)，所述兩個(gè)微型風(fēng)扇11a、11b與所述球面狀蓋體202的連接點(diǎn)在所述圓筒狀主體201的橫截面上投影點(diǎn)位于所述橫截面的一條直徑上；其中，至少一個(gè)微型風(fēng)扇11a連接在所述球面狀蓋體202的邊緣上。需要說(shuō)明的是，所述球面狀蓋體202的邊緣是指所述球面狀蓋體202與所述圓筒狀主體201相互連接的部分。按照如上的連接方式設(shè)置兩個(gè)微型風(fēng)扇11a、11b，可以達(dá)到改善箱內(nèi)氣流的流動(dòng)方向并且避免死角。

進(jìn)一步地，在本實(shí)施例中，所述微型風(fēng)扇11a、11b的多個(gè)葉片呈覆瓦狀設(shè)置，以所述微型風(fēng)扇11a、11b的旋轉(zhuǎn)軸為起點(diǎn)，所述葉片朝向所述微型風(fēng)扇11a、11b與所述球面狀蓋體202的連接點(diǎn)傾斜。可以這樣理解，以所述微型風(fēng)扇11a、11b的旋轉(zhuǎn)軸為起點(diǎn)，葉片的末端向上翹起，即葉片的末端相比于始端更加靠近所述微型風(fēng)扇11a、11b與所述球面狀蓋體202的連接點(diǎn)，微型風(fēng)扇11a、11b向上吸氣。采用葉片向上的覆瓦狀形式，能夠有效混勻采集箱2內(nèi)的空氣，在采集箱2中形成環(huán)流，依靠半球體頂蓋的弧形空間及風(fēng)扇氣流的定向控制對(duì)箱內(nèi)氣流流動(dòng)進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到避免箱內(nèi)氣流的無(wú)序運(yùn)動(dòng)又滿足氣體充分混勻的目的，在很大程度上降低了風(fēng)扇攪動(dòng)造成的亂流，從氣流流動(dòng)的角度避免了風(fēng)扇的攪動(dòng)對(duì)溫室氣體排放的影響，從而保證了土壤氣體與大氣氣體的自然交換，提高了靜態(tài)箱的取樣精度，改善了測(cè)試結(jié)果的可重復(fù)性。

進(jìn)一步地，在本實(shí)施例中，如圖1所示，為了更精確地檢測(cè)采集箱2內(nèi)的溫度，所述采集箱2內(nèi)設(shè)置有兩個(gè)溫度檢測(cè)器9，兩個(gè)溫度檢測(cè)器9分別設(shè)置在所述圓筒狀主體201的上部和下部。

綜上所述，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的高寒草地溫室氣體采集裝置，該裝置可以在采集箱體內(nèi)多個(gè)位置取樣并混合均勻，提高了觀測(cè)的精確度，能夠準(zhǔn)確反應(yīng)高寒草地溫室氣體的通量變化情況。

需要說(shuō)明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語(yǔ)僅僅用來(lái)將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開(kāi)來(lái)，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒(méi)有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒(méi)有更多限制的情況下，由語(yǔ)句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上所述僅是本申請(qǐng)的具體實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本申請(qǐng)?jiān)淼那疤嵯?，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本申請(qǐng)的保護(hù)范圍。