專利名稱：一種室內(nèi)土壤微生物呼吸連續(xù)測定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)機械領(lǐng)域，具體提供了一種室內(nèi)土壤微生物呼吸自動、連續(xù)測定
>J-U裝直。
背景技術(shù)：
土壤碳貯存與碳循環(huán)是當前國內(nèi)外生態(tài)學、土壤學、環(huán)境科學等領(lǐng)域的研究熱點； 土壤微生物呼吸(培養(yǎng)實驗也稱為碳礦化)的研究對于揭示土壤有機質(zhì)分解與周轉(zhuǎn)、土壤碳源匯功能等具有重要作用。近年來，全球變化研究受到熱捧，使土壤呼吸及其相關(guān)領(lǐng)域的研究工作受到世界各國科研工作者的廣泛重視。土壤室內(nèi)培養(yǎng)實驗(Incubation experiment)可精確控制各種實驗因素,如溫度、 水分、底物添加等，與野外受控實驗相比更有利于深入揭示土壤微生物呼吸及其調(diào)控機理， 受到廣大科研人員的高度重視。土壤微生物呼吸(或碳礦化)的傳統(tǒng)研究更多是采用堿液吸收法和氣相色譜法。前者成本低廉，但測試結(jié)果的精度和準確度均不高；后者分析精度高，但由于耗時、耗力且分析成本高，很難實現(xiàn)大規(guī)模測試?？傊?，受分析儀器的限制，土壤微生物呼吸速率的實驗室測定一直受到限制，此類培養(yǎng)實驗很難大規(guī)模進行。近年來，紅外線CO2分析儀測試土壤微生物呼吸的方法，因其精度較高受到了國內(nèi)外科研人員的青睞。但是，目前科研人員主要采用單通道或手動方式來完成相關(guān)的測試工作，多通道、自動切換的土壤微生物呼吸的快速、連續(xù)測定裝置并未得到開發(fā)和研制，使分析測試工作無法大量進行，未從根本上解決土壤微生物呼吸(土壤碳礦化)測試工作的限制因素。有鑒于此，本專利重點開發(fā)和研制的多通道、自動切換的土壤微生物呼吸測定系統(tǒng)，為科研人員提供一整套準確、高速的連續(xù)測試系統(tǒng)，滿足大批量測試樣品的分析需求。

發(fā)明內(nèi)容
為了滿足土壤碳循環(huán)和土壤微生物等相關(guān)領(lǐng)域的研究需求，本發(fā)明提供了一種室內(nèi)土壤微生物呼吸自動、連續(xù)測定裝置。該裝置可根據(jù)實驗需求調(diào)節(jié)裝置內(nèi)開始測定時的CO2濃度(最大程度地模擬自然狀態(tài)下大氣CO2濃度，降低傳統(tǒng)培養(yǎng)實驗測試時環(huán)境CO2濃度對土壤微生物呼吸的促進或抑制效應(yīng))，通過程序設(shè)計完成不同測試樣品間的自動切換，從而實現(xiàn)對室內(nèi)實驗樣品土壤微生物呼吸的連續(xù)或重復測定。本發(fā)明提供如下技術(shù)方案室內(nèi)土壤微生物呼吸連續(xù)測定裝置包括恒溫培養(yǎng)系統(tǒng)、CO2起始濃度控制及氣體采樣系統(tǒng)和CO2濃度分析儀(如圖I所示)。具體包括I)恒溫培養(yǎng)系統(tǒng),包括恒溫箱11和多個培養(yǎng)瓶12 ；2) CO2起始濃度控制及氣體采樣系統(tǒng)，包括精密流量計21、堿石灰吸收管22、三通電磁閥32和33、數(shù)據(jù)采集器35、繼電器36、進氣管道13、回氣管道14、氣體過濾器15、旁路氣泵16、壓力調(diào)節(jié)閥17、多通道電磁閥31和34、氣體過濾器18、以及控制線路；3) CO2濃度分析儀41，可以為高精密紅外CO2分析儀或其它類似的CO2濃度快速分析儀。如上所述裝置中，通過數(shù)據(jù)采集器35和繼電器36來控制多通道電磁閥31和34 來實現(xiàn)不同進氣或回氣管路間的切換(即實現(xiàn)不同測試樣品間的測試)；隨后，測試氣體經(jīng)過氣體過濾器15、精密流量計21、旁路氣泵16、壓力調(diào)節(jié)閥17、CO2濃度分析儀41、氣體過濾器18，從而完成整個閉路氣體通道(圖I)。恒溫箱可提供實驗需要的理想溫度；氣體過濾器15和18主要是對閉路循環(huán)管道內(nèi)的氣體進行過濾，既可維持氣體通道暢通，又降低了氣體雜質(zhì)對分析測試結(jié)果的影響。在該裝置中，首先，基于所設(shè)置的程序，利用數(shù)據(jù)采集器35和繼電器36控制三通電磁閥32和33的開閉過程，實現(xiàn)正常通道和去除CO2通道的自動切換；隨后，通過精密流量計21控制閉路循環(huán)的氣體流量、利用數(shù)據(jù)采集器35和繼電器36控制通過CO2去除通道的時間(它利于堿石灰管內(nèi)的堿性物質(zhì)去除通過該裝置的CO2)，從而可準確地控制去除CO2 的空氣體積。這樣，科研人員就可根據(jù)實驗需求控制起始CO2濃度，避免培養(yǎng)實驗CO2起始濃度過高所帶來的不利影響；大量研究均表明當閉路循環(huán)內(nèi)氣體CO2濃度過高時，會抑制土壤微生物呼吸及其CO2釋放速率，而當閉路循環(huán)內(nèi)氣體CO2濃度過低時，會對土壤微生物呼吸產(chǎn)生明顯的促進效果。通過精密流量計21來控制閉路氣體的流速，既能滿足測試分析時對流速和氣體混合時間的需求，又能適當控制內(nèi)部氣壓；除此之外，壓力調(diào)節(jié)閥17可將閉路氣體內(nèi)氣壓調(diào)節(jié)至I個大所壓或接近I個大氣壓，從而降低了因閉路循環(huán)或測試樣品間切換時所產(chǎn)生的氣壓對分析測試結(jié)果的影響。上述的室內(nèi)土壤微生物呼吸連續(xù)測定裝置主要用于室內(nèi)培養(yǎng)條件下土壤微生物呼吸或動植物呼吸速率的連續(xù)測定。本發(fā)明提供的裝置及其用途具有如下的技術(shù)效果通過精密流量計21和氣壓調(diào)節(jié)閥17的設(shè)計，有效地剔除了氣體氣路轉(zhuǎn)換或氣體流動時所造成的壓力短暫變化對分析測試結(jié)果的影響；C02起始濃度控制裝置可精確地按比例降低閉路循環(huán)氣體內(nèi)的CO2起始濃度，改善了傳統(tǒng)培養(yǎng)實驗因起始濃度無法控制而對土壤微生物呼吸產(chǎn)物的抑制或促進作用，達到精確測定的目標；自動切換裝置可同時控制多個電磁閥(31、32、33和34)，實現(xiàn)整體氣路的自動切換，達到連續(xù)測試不同樣品、或定期重復測試相同樣品的功能。本發(fā)明提供了的裝置適宜室內(nèi)條件的、能夠自動、連續(xù)地測試多個樣品土壤微生物呼吸(或土壤碳礦化)。本發(fā)明所提供的裝置可根據(jù)需求調(diào)節(jié)裝置內(nèi)起始CO2濃度、并實現(xiàn)不同測試樣品間的自動切換，從而成功實現(xiàn)了對各種培養(yǎng)瓶(或培養(yǎng)器)內(nèi)的土壤微生物呼吸連續(xù)、自動測定功能，可廣泛應(yīng)用于土壤碳周轉(zhuǎn)和微生物研究等相關(guān)領(lǐng)域?qū)ξ⑸锖粑俾实呐繙y定或連續(xù)測定。


圖I是室內(nèi)土壤微生物呼吸快連續(xù)測定裝置的組裝示意圖。注11恒溫箱；12培養(yǎng)瓶；13進氣管道；14回氣管道；15氣體過濾器；16旁路氣泵；17壓力調(diào)節(jié)閥；18氣體過濾器；21精密流量計；22堿石灰吸收管；31和34多通道電磁閥；32和33三通電磁閥；35數(shù)據(jù)采集器；36繼電器；37控制電路；41 CO2分析儀。此外，圖中粗直線表示氣體導管。細直線表示傳感器的連接導線。
具體實施例方式以下描述僅表示本發(fā)明的一種具體實施方式
，是為了進一步對本發(fā)明進行說明， 而不是對本發(fā)明進行限制。室內(nèi)土壤微生物呼吸連續(xù)測定裝置，包括以下四個部分1)恒溫培養(yǎng)系統(tǒng)，包括恒溫箱11和多個培養(yǎng)瓶12 ；2) CO2起始濃度控制及氣體采樣系統(tǒng)，包括精密流量計21、堿石灰吸收管22、三通電磁閥32和33、數(shù)據(jù)采集器35、繼電器36、進氣管道13、回氣管道14、氣體過濾器15、旁路氣泵16、壓力調(diào)節(jié)閥17、多通道電磁閥31和34、氣體過濾器18、以及控制線路；3)C02濃度分析儀41，可以為高精密紅外CO2分析儀或其它類似的CO2濃度快速分析儀。如圖I所示，恒溫箱11位于左下方，培養(yǎng)瓶12置于恒溫箱11內(nèi)，通過恒溫箱提供實驗所需的溫度，并實現(xiàn)對實驗溫度的準確控制；為了加速培養(yǎng)瓶12內(nèi)氣體的混合速度， 進氣管13和回氣管14插入培養(yǎng)瓶12內(nèi)的濃度應(yīng)不一致，其中培養(yǎng)瓶12內(nèi)離瓶口較近的氣體導管為進氣管道13，而離培養(yǎng)瓶口較遠的管道為回氣管道14 ;整個氣路設(shè)計按逆時針方向循環(huán)。利用數(shù)據(jù)采集器35、繼電器36和編寫的控制程序，可控制多通道電磁閥31和34， 實現(xiàn)分析測試在不同培養(yǎng)瓶間的自動切換；此外，通過數(shù)據(jù)采集器35、繼電器36和編寫的控制程序，控制三通電磁閥32和33的開閉順序及時間，實現(xiàn)常規(guī)循環(huán)氣路和CO2去除循環(huán)氣路的自動切換。另外，該裝置還可通過精密流量計21，精確地控制閉路循環(huán)的氣體流量， 再通過控制三通電磁閥32和33來控制通過去除CO2濃度通道的時間，從而可準確地控制去除CO2的氣體體積,實現(xiàn)調(diào)節(jié)起始CO2濃度的需求。壓力調(diào)節(jié)閥17主要用于調(diào)節(jié)通過CO2分析儀的氣體壓力，從而降低因閉路循環(huán)氣體流動和不同氣路間切換時所產(chǎn)生的氣壓對分析測試結(jié)果的影響。通常，為了保證測試結(jié)果的精準性，測試期間樣品瓶內(nèi)CO2濃度應(yīng)不太偏離原有 CO2濃度，否則將會因為瓶內(nèi)CO2濃度過度或過低而對土壤微生物呼吸產(chǎn)生抑制或促進效應(yīng)。確定閉路循環(huán)氣體通過CO2濃度去除通道時間根據(jù)預(yù)實驗的估算，如果測試5分鐘內(nèi)，測試瓶內(nèi)CO2濃度會上升50%，應(yīng)想辦法降低25%的起始CO2濃度，這樣測試開始時 CO2濃度相對偏低，測試結(jié)束時CO2濃度相對較高，從而避免CO2濃度過高或過低的抑制或促進效應(yīng)。通過測試，如果整個閉路氣體體積為I升，氣泵流速0.8升/分鐘，如要降低0)2起始濃度25%，則需要將氣體通過CO2氣體去除通道18. 75秒(=1X0. 25/0. 8X60) 一旦獲得了準確的CO2起始濃度去除時間，則可通過數(shù)據(jù)采集器35、繼電器36和編制的程序精確控制三通電磁閥32和33的切換時間。
權(quán)利要求
1.一種室內(nèi)土壤微生物呼吸連續(xù)測定裝置，其特征在于包括1)恒溫培養(yǎng)系統(tǒng)，包括恒溫箱(11)和多個培養(yǎng)瓶(12)；2)CO2起始濃度控制及氣體采樣系統(tǒng)，包括精密流量計(21)、堿石灰吸收管(22)、三通電磁閥(32)和(33)、數(shù)據(jù)采集器(35)、繼電器(36)、進氣管道(13)、回氣管道(14)、氣體過濾器(15)、旁路氣泵(16)、壓力調(diào)節(jié)閥(17)、多通道電磁閥(31)和(34)、氣體過濾器(18)、 以及控制線路；3)CO2濃度分析儀。
2.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于所述的CO2濃度分析儀為高精密紅外CO2分析儀。
3.權(quán)利要求I或2所述裝置在土壤微生物呼吸自動、連續(xù)測定方面的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及機械領(lǐng)域，具體提供了一種土壤微生物呼吸自動連續(xù)測定裝置，包括恒溫培養(yǎng)系統(tǒng)、CO2起始濃度控制及氣體采樣系統(tǒng)和CO2濃度分析儀。該裝置可以根據(jù)需求調(diào)節(jié)開始測定時裝置內(nèi)的CO2濃度、氣體流量和流速，并具有不同測試樣品自動切換的功能。通過該裝置，可成功實現(xiàn)室內(nèi)對土壤微生物呼吸的高速在線連續(xù)測定，可廣泛應(yīng)用于土壤碳周轉(zhuǎn)和微生物等相關(guān)領(lǐng)域。
文檔編號C12Q1/02GK102586097SQ20121000736
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月12日
發(fā)明者于貴瑞, 何念鵬, 孫曉敏, 溫學發(fā), 王晶苑, 王秋鳳 申請人:中國科學院地理科學與資源研究所