本發(fā)明屬于土壤氣體采集領(lǐng)域，具體涉及一種土壤呼吸自動(dòng)采集系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

眾所周知，以氣候變暖為主要特征的地球氣候系統(tǒng)變化是不爭(zhēng)的事實(shí)。在全球氣候變暖的背景下，青藏高原地區(qū)多年凍土呈現(xiàn)不同程度的退化，可能引起多年凍土區(qū)大量的土壤有機(jī)碳分解以溫室氣體的形式（CO₂、CH₄）進(jìn)入大氣，對(duì)氣候變化起到正反饋?zhàn)饔?。多年凍土區(qū)釋放的溫室氣體主要來(lái)自植物呼吸以及微生物分解有機(jī)質(zhì)過(guò)程。在全球氣候變暖背景下，植被凈生態(tài)系統(tǒng)碳交換逐漸增強(qiáng)，而且溫度升高使得凍結(jié)存儲(chǔ)在多年凍土區(qū)的有機(jī)碳很容易被微生物分解利用，因此多年凍土區(qū)很可能由碳匯轉(zhuǎn)向碳源。因此，近年來(lái)多年凍土區(qū)土壤釋放的溫室氣體備受關(guān)注，也是氣候變化研究的重要內(nèi)容之一。

多年凍土退化主要體現(xiàn)在溫度升高和熱喀斯特過(guò)程，如熱融侵蝕和熱融滑塌，而這些過(guò)程會(huì)直接將老碳暴露于大氣中，加速了老碳的分解。目前傳統(tǒng)的測(cè)量方法比如氣相色譜法、動(dòng)態(tài)氣室等方法能夠直接測(cè)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(lái)源。由于¹⁴C經(jīng)歷了輻射衰變，δ¹⁴C可作為一個(gè)時(shí)間標(biāo)記，來(lái)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(guān)，故通過(guò)野外采集不同深度土壤釋放的氣體，在實(shí)驗(yàn)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(guò)程中新碳和老碳對(duì)溫室氣體釋放的貢獻(xiàn)。

近年來(lái)，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(lái)進(jìn)行氣體取樣。然而根本無(wú)法去除大氣中碳的干擾，而且土層受到了嚴(yán)重的干擾，其測(cè)值已不能準(zhǔn)確地代表原始土層狀態(tài)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種土壤呼吸自動(dòng)采集系統(tǒng)，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(duì)土壤層的破壞及擾動(dòng)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

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

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

進(jìn)一步，所述操作室上還設(shè)置有太陽(yáng)能供電系統(tǒng)，所述太陽(yáng)能供電系統(tǒng)包括設(shè)置于操作室頂部的太陽(yáng)能電池板和設(shè)置在操作室內(nèi)部的充電蓄電瓶。

進(jìn)一步，所述操作室內(nèi)還設(shè)置有用于控制整個(gè)采集系統(tǒng)的總開(kāi)關(guān)、用于控制CO2吸收系統(tǒng)的洗氣鍵開(kāi)關(guān)，用于控制控制氣體采集系統(tǒng)的采氣鍵開(kāi)關(guān)以及用于顯示CO2吸收系統(tǒng)操作時(shí)間的時(shí)間顯示器。

進(jìn)一步，所述操作室內(nèi)還設(shè)置有用于控制電磁閥和真空泵動(dòng)作的控制模塊。

進(jìn)一步，所述與氣體采集袋連接的塑膠軟管末端還設(shè)置有速接頭。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明的采集系統(tǒng)能夠根本去除大氣中碳的干擾，并且能夠避免土層受到嚴(yán)重的干擾，其測(cè)值能準(zhǔn)確地代表原始土層的狀態(tài)。

附圖說(shuō)明

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行說(shuō)明：

圖1為本發(fā)明的立體示意圖；

圖2為本發(fā)明管路系統(tǒng)的連接示意圖；

圖3位本發(fā)明的控制原理圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。

一種土壤呼吸自動(dòng)采集系統(tǒng)，所述采集系統(tǒng)包括抽氣筒Ⅱ和操作柜Ⅰ，所述抽氣筒頂部設(shè)置有進(jìn)氣口6、側(cè)面設(shè)置有出氣口5、底部為便于插入土壤的敞口，所述操作柜內(nèi)設(shè)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(tǒng)中，所述真空泵的進(jìn)氣口2和出氣口1分別與洗氣瓶的出氣口和抽氣筒的進(jìn)氣口聯(lián)通；在氣體采集系統(tǒng)中，所述真空泵的進(jìn)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(lián)通，所述抽氣筒的出氣口與洗氣瓶的進(jìn)氣口聯(lián)通。所述抽氣筒的出氣口與洗氣瓶的進(jìn)氣口聯(lián)通。

本實(shí)施例中，所述真空泵的進(jìn)氣口與抽氣筒的出氣口聯(lián)通的管路上設(shè)置有第一電磁閥7，所述真空泵的進(jìn)氣口與洗氣瓶的出氣口聯(lián)通的管路上設(shè)置有第二電磁閥8，所述真空泵的出氣口與抽氣筒的進(jìn)氣口聯(lián)通的管路上設(shè)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(jìn)氣口聯(lián)通的管路上設(shè)置有第四電磁閥10，所述抽氣筒的出氣口與洗氣瓶的進(jìn)氣口聯(lián)通的管路上設(shè)置有第五電磁閥11。

本實(shí)施例中，所述操作室上還設(shè)置有太陽(yáng)能供電系統(tǒng)，所述太陽(yáng)能供電系統(tǒng)包括設(shè)置于操作室頂部的太陽(yáng)能電池板3和設(shè)置在操作室內(nèi)部的充電蓄電瓶16。

本實(shí)施例中，所述操作室內(nèi)還設(shè)置有用于控制整個(gè)采集系統(tǒng)的總開(kāi)關(guān)、用于控制CO2吸收系統(tǒng)的洗氣鍵開(kāi)關(guān)20，用于控制氣體采集系統(tǒng)的采氣鍵開(kāi)關(guān)21以及用于顯示CO2吸收系統(tǒng)操作時(shí)間的時(shí)間顯示器22。

本實(shí)施例中，所述操作室內(nèi)還設(shè)置有用于控制電磁閥和真空泵動(dòng)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(shè)置有速接頭18，所述土壤呼吸自動(dòng)采集系統(tǒng)內(nèi)的各種聯(lián)通管路均采用塑膠軟管4進(jìn)行連接。

本實(shí)施例的土壤呼吸自動(dòng)采集系統(tǒng)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(wú)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(wú)底密封罩筒。

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

本實(shí)施例中的CO2吸收系統(tǒng)中，氣體從抽氣筒的出氣口，流動(dòng)通過(guò)操作柜中的電磁閥11，進(jìn)入洗氣瓶中，洗氣瓶里通過(guò)放置堿石灰達(dá)到對(duì)CO2的吸收，而后氣體依次經(jīng)過(guò)電磁閥8、真空泵及電磁閥9、抽氣筒的進(jìn)氣口；同時(shí)電子時(shí)控電器對(duì)其操作時(shí)間計(jì)時(shí)，由控制面板上的時(shí)間顯示器顯示操作時(shí)間。在氣體采集系統(tǒng)中采集氣體時(shí)，氣流經(jīng)過(guò)真空泵、電磁閥10后進(jìn)入氣體采集袋。

本實(shí)施例的土壤呼吸自動(dòng)采集化系統(tǒng)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(guò)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(jìn)氣口2相連，操作柜的出氣口1與抽氣筒的進(jìn)氣口6相連。

步驟三：打開(kāi)控制柜，打開(kāi)控制整個(gè)土壤自動(dòng)化采集系統(tǒng)的總開(kāi)關(guān)20，開(kāi)始進(jìn)入工作狀態(tài)。

步驟四：按下洗氣鍵20，電磁閥8、9、11打開(kāi)，保持通暢，同時(shí)自動(dòng)計(jì)時(shí)裝置開(kāi)始計(jì)時(shí)，在時(shí)間顯示面板22中顯示工作時(shí)間。除去抽氣筒頂部原有空氣二氧化碳的功能開(kāi)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(jìn)入操作柜，抽氣筒的空氣由出氣口5經(jīng)過(guò)塑膠軟管進(jìn)入操作柜的進(jìn)氣口2，經(jīng)由電磁閥11進(jìn)入CO2吸收裝置（放置有堿石灰12的塑膠瓶13）。為使流經(jīng)氣體中的CO2得到充分的吸收，CO2吸收裝置中原始?xì)饬鲝拈L(zhǎng)管進(jìn)，除去CO2的氣體從短管流出。除去CO2的氣體經(jīng)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(jīng)由塑膠軟管4流入抽氣筒的進(jìn)氣口6，除去CO2的氣體進(jìn)入到抽氣筒Ⅱ中。在這個(gè)步驟中，除去CO2的空氣又進(jìn)入抽氣筒以達(dá)到對(duì)抽氣筒的頂部空氣進(jìn)行一個(gè)循環(huán)清洗的目的，可以保證抽氣筒內(nèi)氣壓與外界氣壓基本保持一致。注意觀察時(shí)間顯示面板22，當(dāng)顯示為8-10分鐘后，抽氣筒的頂部空氣中已沒(méi)有CO2，再次按下洗氣鍵20，此功能停止工作，自動(dòng)計(jì)時(shí)器也停止工作，時(shí)間顯示面板22的時(shí)間歸零。

步驟五：過(guò)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(jīng)由塑膠軟管進(jìn)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?？焖龠B接速接頭18與氣體采集袋17，按下采集鍵即可進(jìn)行氣體采集。在進(jìn)行氣體采集時(shí)，首先對(duì)氣體采集袋17進(jìn)行2~3次的洗氣環(huán)節(jié)，將氣體采集袋中原有的空氣驅(qū)除。洗氣2~3次后，即可進(jìn)行正式的氣體采集。重復(fù)上述過(guò)程三次。

步驟六：關(guān)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(guān)閉操作柜前后門。

步驟七：室內(nèi)對(duì)氣體采集袋的氣體進(jìn)行同位素分析以分析新碳、老碳對(duì)土壤呼吸的貢獻(xiàn)。

本實(shí)施例中的控制電路由電源、控制核心構(gòu)成。電源包括太陽(yáng)能電池板、充電蓄電瓶，控制模塊。太陽(yáng)能電池板、充電蓄電瓶為整個(gè)裝置提供電； DC-DC模塊將12V電壓轉(zhuǎn)換為5V的工作電壓。太陽(yáng)能電池板設(shè)置有操作柜頂部，在進(jìn)行氣體采集的時(shí)候，也可同時(shí)進(jìn)行充電過(guò)程，節(jié)約了能源。控制面板上置有總開(kāi)關(guān)、控制CO2吸收系統(tǒng)的洗氣鍵及控制氣體采集系統(tǒng)的采氣鍵，還有一個(gè)可顯示CO2吸收系統(tǒng)操作時(shí)間的時(shí)間顯示器。

本實(shí)施例的CO2吸收系統(tǒng)與CO2采集系統(tǒng)是集成在一塊的，二者通過(guò)控制核心實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)不同過(guò)程的控制。

本實(shí)施例中，采集土壤一定深度的氣體時(shí)，無(wú)需提前鉆取一個(gè)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(duì)土壤層的擾動(dòng)，確保了采集的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

本實(shí)施例通過(guò)太陽(yáng)能給12伏蓄電瓶充電再通過(guò)控制模塊將12V電壓轉(zhuǎn)化為5V工作電壓，使本發(fā)明能夠在野外正常開(kāi)展野外工作，方便了在青藏高原多年凍土區(qū)進(jìn)行土壤氣體的采集。

本實(shí)施例在CO2吸收系統(tǒng)與CO2采集系統(tǒng)中都使用到了真空泵，在CO2吸收系統(tǒng)中使用真空泵加快對(duì)無(wú)底密封罩筒頂部空氣進(jìn)入CO2吸收裝置的速度，減少采樣時(shí)間；在CO2采集系統(tǒng)中使用真空泵自動(dòng)抽氣來(lái)增加所采集的氣體量，使其有足夠的氣體量來(lái)完全滿足后期的實(shí)驗(yàn)室測(cè)量。

本實(shí)施例的系統(tǒng)可以采集一定土壤深度土壤呼吸出的溫室氣體，進(jìn)而通過(guò)同位素分析監(jiān)測(cè)新碳、老碳對(duì)土壤呼吸的貢獻(xiàn)。同時(shí)控制柜中設(shè)有計(jì)時(shí)器及時(shí)間顯示面板，可對(duì)CO2吸收系統(tǒng)進(jìn)行精確的時(shí)間控制，避免了在高寒地區(qū)電子設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題無(wú)法計(jì)時(shí)的狀況。

最后說(shuō)明的是，以上優(yōu)選實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。