一種土壤呼吸自動采集系統的制作方法

本發明屬于土壤氣體采集領域，具體涉及一種土壤呼吸自動采集系統。

背景技術：

眾所周知，以氣候變暖為主要特征的地球氣候系統變化是不爭的事實。在全球氣候變暖的背景下，青藏高原地區多年凍土呈現不同程度的退化，可能引起多年凍土區大量的土壤有機碳分解以溫室氣體的形式(CO₂、CH₄)進入大氣，對氣候變化起到正反饋作用。多年凍土區釋放的溫室氣體主要來自植物呼吸以及微生物分解有機質過程。在全球氣候變暖背景下，植被凈生態系統碳交換逐漸增強，而且溫度升高使得凍結存儲在多年凍土區的有機碳很容易被微生物分解利用，因此多年凍土區很可能由碳匯轉向碳源。因此，近年來多年凍土區土壤釋放的溫室氣體備受關注，也是氣候變化研究的重要內容之一。

多年凍土退化主要體現在溫度升高和熱喀斯特過程，如熱融侵蝕和熱融滑塌，而這些過程會直接將老碳暴露于大氣中，加速了老碳的分解。目前傳統的測量方法比如氣相色譜法、動態氣室等方法能夠直接測量土壤表面溫室氣體釋放速率，然而不能分析出釋放的碳的來源。由于¹⁴C經歷了輻射衰變，δ¹⁴C可作為一個時間標記，來反映老碳被分解的情況；δ¹³C則與光合作用、土壤水分及CO₂濃度相關，故通過野外采集不同深度土壤釋放的氣體，在實驗室分析氣體碳同位素δ¹⁴C和δ¹³C特征，可確定在多年凍土退化過程中新碳和老碳對溫室氣體釋放的貢獻。

近年來，大部分研究采用了多種土壤氣體取樣方式，如地表插管取氣，或是提前挖取豎井剖面，然后將取樣儀器放置入氣井中的方式來進行氣體取樣。然而根本無法去除大氣中碳的干擾，而且土層受到了嚴重的干擾，其測值已不能準確地代表原始土層狀態。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種土壤呼吸自動采集系統，目的在于克服已有土壤氣體采集裝置的上述缺陷，能盡可能的減少對土壤層的破壞及擾動。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種土壤呼吸自動采集系統，包括抽氣筒和操作柜，所述抽氣筒頂部設置有進氣口、側面設置有出氣口、底部為便于插入土壤的敞口，所述真空泵的進氣口和出氣口分別與洗氣瓶的出氣口和抽氣筒的進氣口聯通；在氣體采集系統中，所述真空泵的進氣口和出氣口分別與抽氣筒的出氣口和氣體采集袋聯通，所述抽氣筒的出氣口與洗氣瓶的進氣口聯通。

進一步，所述真空泵的進氣口與抽氣筒的出氣口聯通的管路上設置有第一電磁閥，所述真空泵的進氣口與洗氣瓶的出氣口聯通的管路上設置有第二電磁閥，所述真空泵的出氣口與抽氣筒的進氣口聯通的管路上設置有第三電磁閥，所述真空泵的出氣口與氣體采集袋的進氣口聯通的管路上設置有第四電磁閥，所述抽氣筒的出氣口與洗氣瓶的進氣口聯通的管路上設置有第五電磁閥。

進一步，所述操作柜上還設置有太陽能供電系統，所述太陽能供電系統包括設置于操作柜頂部的太陽能電池板和設置在操作柜內部的充電蓄電瓶。

進一步，所述操作柜內還設置有用于控制整個采集系統的總開關、用于控制CO2吸收系統的洗氣鍵開關，用于控制控制氣體采集系統的采氣鍵開關以及用于顯示CO2吸收系統操作時間的時間顯示器。

進一步，所述操作柜內還設置有用于控制電磁閥和真空泵動作的控制模塊。

進一步，與氣體采集袋連接的塑膠軟管末端還設置有速接頭。

本發明的有益效果在于：本發明的采集系統能夠根本去除大氣中碳的干擾，并且能夠避免土層受到嚴重的干擾，其測值能準確地代表原始土層的狀態。

附圖說明

為了使本發明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發明提供如下附圖進行說明：

圖1為本發明的立體示意圖；

圖2為本發明管路系統的連接示意圖；

圖3位本發明的控制原理圖。

具體實施方式

下面將結合附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述。

一種土壤呼吸自動采集系統，所述采集系統包括抽氣筒Ⅱ和操作柜Ⅰ，所述抽氣筒頂部設置有進氣口6、側面設置有出氣口5、底部為便于插入土壤的敞口，所述操作柜內設置有真空泵15、氣體采集袋17以及裝有堿石灰12的洗氣瓶13。在CO2吸收系統中，所述真空泵的進氣口2和出氣口1分別與洗氣瓶的出氣口和抽氣筒的進氣口聯通；在氣體采集系統中，所述真空泵的進氣口2和出氣口1分別與抽氣筒的出氣口和氣體采集袋聯通，所述抽氣筒的出氣口與洗氣瓶的進氣口聯通。所述抽氣筒的出氣口與洗氣瓶的進氣口聯通。

本實施例中，所述真空泵的進氣口與抽氣筒的出氣口聯通的管路上設置有第一電磁閥7，所述真空泵的進氣口與洗氣瓶的出氣口聯通的管路上設置有第二電磁閥8，所述真空泵的出氣口與抽氣筒的進氣口聯通的管路上設置有第三電磁閥9，所述真空泵的出氣口與氣體采集袋的進氣口聯通的管路上設置有第四電磁閥10，所述抽氣筒的出氣口與洗氣瓶的進氣口聯通的管路上設置有第五電磁閥11。

本實施例中，所述操作柜上還設置有太陽能供電系統，所述太陽能供電系統包括設置于操作柜頂部的太陽能電池板3和設置在操作柜內部的充電蓄電瓶16。

本實施例中，所述操作柜內還設置有用于控制整個采集系統的總開關、用于控制CO2吸收系統的洗氣鍵開關20，用于控制氣體采集系統的采氣鍵開關21以及用于顯示CO2吸收系統操作時間的時間顯示器22。

本實施例中，所述操作柜內還設置有用于控制電磁閥和真空泵動作的控制模塊，所述與氣體采集袋連接的塑膠軟管末端還設置有速接頭18，所述土壤呼吸自動采集系統內的各種聯通管路均采用塑膠軟管4進行連接。

本實施例的土壤呼吸自動采集系統還配套有土壤松軟裝置，土壤松軟裝置是與抽氣筒配套的鐵圈，具有一定的高度。由于抽氣筒無法直接放入土壤中，須先將借助與抽氣筒配套的土壤松軟裝置砸入土壤一定深度，取出鐵圈再放置無底密封罩筒。

本實施例的操作柜集成了CO2吸收系統、氣體采集系統、控制電路和控制面板。其中，控制柜中CO2吸收系統、氣體采集系統部件之間通過塑膠軟管4相連接。

本實施例中的CO2吸收系統中，氣體從抽氣筒的出氣口，流動通過操作柜中的電磁閥11，進入洗氣瓶中，洗氣瓶里通過放置堿石灰達到對CO2的吸收，而后氣體依次經過電磁閥8、真空泵及電磁閥9、抽氣筒的進氣口；同時電子時控電器對其操作時間計時，由控制面板上的時間顯示器顯示操作時間。在氣體采集系統中采集氣體時，氣流經過真空泵、電磁閥10后進入氣體采集袋。

本實施例的土壤呼吸自動采集化系統的使用步驟為：

步驟一：用松軟土壤裝置松軟一塊土地以確保抽氣筒能順利插入土壤中而不被損壞，將抽氣筒插入土壤15厘米深。

步驟二：通過塑膠軟管4連接抽氣筒與操作柜，抽氣筒的出氣口5與操作柜的進氣口2 相連，操作柜的出氣口1與抽氣筒的進氣口6相連。

步驟三：打開控制柜，打開控制整個土壤自動化采集系統的總開關20，開始進入工作狀態。

步驟四：按下洗氣鍵20，電磁閥8、9、11打開，保持通暢，同時自動計時裝置開始計時，在時間顯示面板22中顯示工作時間。除去抽氣筒頂部原有空氣二氧化碳的功能開始工作。為消除抽氣筒頂部自有大氣中二氧化碳的影響，吸取抽氣筒的頂部空氣進入操作柜，抽氣筒的空氣由出氣口5經過塑膠軟管進入操作柜的進氣口2，經由電磁閥11進入CO2吸收裝置(放置有堿石灰12的塑膠瓶13)。為使流經氣體中的CO2得到充分的吸收，CO2吸收裝置中原始氣流從長管進，除去CO2的氣體從短管流出。除去CO2的氣體經由電磁閥8、真空泵、電磁閥9后從操作柜的出氣口1流出，經由塑膠軟管4流入抽氣筒的進氣口6，除去CO2的氣體進入到抽氣筒Ⅱ中。在這個步驟中，除去CO2的空氣又進入抽氣筒以達到對抽氣筒的頂部空氣進行一個循環清洗的目的，可以保證抽氣筒內氣壓與外界氣壓基本保持一致。注意觀察時間顯示面板22，當顯示為8-10分鐘后，抽氣筒的頂部空氣中已沒有CO2，再次按下洗氣鍵20，此功能停止工作，自動計時器也停止工作，時間顯示面板22的時間歸零。

步驟五：過1分鐘后，待植被與土壤釋放出CO2后，第一次按下采氣鍵，載有土壤一定深度釋放的CO2的氣體從抽氣筒Ⅱ的出氣口5流出，經由塑膠軟管進入電磁閥7、真空泵、電磁閥10，從速接頭18流出，除去管道中的空氣，稍后第二次按下采氣鍵，使其停止工作。快速連接速接頭18與氣體采集袋17，按下采集鍵即可進行氣體采集。在進行氣體采集時，首先對氣體采集袋17進行2～3次的洗氣環節，將氣體采集袋中原有的空氣驅除。洗氣2～3 次后，即可進行正式的氣體采集。重復上述過程三次。

步驟六：關閉總電源，拆卸連接操作柜Ⅰ與抽氣筒Ⅱ的塑膠軟管，并分類放置好，關閉操作柜前后門。

步驟七：室內對氣體采集袋的氣體進行同位素分析以分析新碳、老碳對土壤呼吸的貢獻。

本實施例中的控制電路由電源、控制核心構成。電源包括太陽能電池板、充電蓄電瓶，控制模塊。太陽能電池板、充電蓄電瓶為整個裝置提供電；DC-DC模塊將12V電壓轉換為 5V的工作電壓。太陽能電池板設置有操作柜頂部，在進行氣體采集的時候，也可同時進行充電過程，節約了能源。控制面板上置有總開關、控制CO2吸收系統的洗氣鍵及控制氣體采集系統的采氣鍵，還有一個可顯示CO2吸收系統操作時間的時間顯示器。

本實施例的CO2吸收系統與CO2采集系統是集成在一塊的，二者通過控制核心實現對兩個不同過程的控制。

本實施例中，采集土壤一定深度的氣體時，無需提前鉆取一個土壤剖面，可直接利用土壤松軟裝置松軟土壤，并將抽氣筒插入土壤中，真正的避免了對土壤層的擾動，確保了采集的數據的準確性。

本實施例通過太陽能給12伏蓄電瓶充電再通過控制模塊將12V電壓轉化為5V工作電壓，使本發明能夠在野外正常開展野外工作，方便了在青藏高原多年凍土區進行土壤氣體的采集。

本實施例在CO2吸收系統與CO2采集系統中都使用到了真空泵，在CO2吸收系統中使用真空泵加快對無底密封罩筒頂部空氣進入CO2吸收裝置的速度，減少采樣時間；在CO2 采集系統中使用真空泵自動抽氣來增加所采集的氣體量，使其有足夠的氣體量來完全滿足后期的實驗室測量。

本實施例的系統可以采集一定土壤深度土壤呼吸出的溫室氣體，進而通過同位素分析監測新碳、老碳對土壤呼吸的貢獻。同時控制柜中設有計時器及時間顯示面板，可對CO2吸收系統進行精確的時間控制，避免了在高寒地區電子設備出現問題無法計時的狀況。

最后說明的是，以上優選實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管通過上述優選實施例已經對本發明進行了詳細的描述，但本領域技術人員應當理解，可以在形式上和細節上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發明權利要求書所限定的范圍。