CN111060362A - 一种多层土壤气体采样器及采样方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多层土壤气体采样器及采样方法，该采样器包含：若干层塑料保护壳体，其相邻两层之间通过螺纹连接，每个塑料保护壳体均具有空腔，且其侧壁上设有若干：小孔，相邻两层之间设有：隔板；圆柱形塑料管道，其具有空腔，且其穿过每层塑料保护壳体的空腔并伸至处于最底层的塑料保护壳体的保护端盖处并固定；若干防水透气软管，其在每层塑料保护壳体内均设置，并绕置在圆柱形塑料管道的外侧壁上；以及若干不透气聚氨酯管，其穿设在圆柱形塑料管道的空腔内，其底端与防水透气软管的一端连通，其顶端从圆柱形塑料管道的顶端伸出，且设有双通阀。本发明的采样器能够同时采集多层土壤的气体，使用方便。

Description

一种多层土壤气体采样器及采样方法

技术领域

本发明涉及一种土壤气体采样器，具体涉及一种多层土壤气体采样器及采样方法。

背景技术

土壤微生物通过矿化作用分解土壤有机质、有机氮而产生CO₂、CH₄及N₂O等温室气体，这些温室气体或经扩散作用释放进入大气，或溶解于土壤溶液，或残留于土壤孔隙，或进一步被微生物分解还原。

箱式采样器(Chamber)已被国内外科研学者广泛应用于监测土壤温室气体排放通量，然而通过箱式采样器采集的气体样品是在土壤各种过程结束后的表观净通量，无法探清气体在土壤中的周转情况，因此，各种土壤气体采样器又被研制出来。例如，中国专利CN201710127750.9，其公开了一种简易式深层土壤气体采样器及其采样方法，该装置将防水透气膜根据所需深度埋于土壤中，再利用导气管将采样器抽真空，密封，待土壤孔隙内气体经防水透气膜进入采样器后便可取出采样器内气体样品带回实验室分析测定。该装置一次只能采集一个土层的气体样品，且需配合真空泵进行抽真空操作，比较麻烦。中国专利CN201720263552.0，其公开了土壤气体采样器，其主要针对一些比较坚硬的土地、水泥地或柏油路面上进行打孔然后采集气体样品，同样需要配合真空泵蓄电池等，操作比较繁琐。中国专利CN201620792990.1，其公开了一种土壤气体采样装置，其配备了伸缩缸、电机、钻头、传动杆等，操作更为繁琐且不便于携带。

综上所述，现有土壤气体采样器操作繁琐、不便于携带且没有考虑分层采集气体样品。

发明内容

本发明的目的是提供一种多层土壤气体采样器及采样方法，该采样器解决了现有采样器一次只能采集一个土层气体的问题，能够同时采集多层土壤的气体，使用方便。

为了达到上述目的，本发明提供了一种多层土壤气体采样器，该采样器包含：若干层塑料保护壳体，其相邻两层之间通过螺纹连接，且处于最顶层和最底层的塑料保护壳体的端部均固定有：保护端盖，每个塑料保护壳体均具有空腔，且其侧壁上设有若干：小孔，相邻两层之间设有：隔板；圆柱形塑料管道，其具有空腔，且其穿过每层塑料保护壳体的空腔并伸至处于最底层的塑料保护壳体的保护端盖处并固定；若干防水透气软管，其在每层塑料保护壳体内均设置，并绕置在所述圆柱形塑料管道的外侧壁上，其长度根据所需气体样品体积设定，其体积与所需气体样品体积相等；以及若干不透气聚氨酯管，其穿设在所述圆柱形塑料管道的空腔内，其底端与防水透气软管的一端连通，其顶端从圆柱形塑料管道的顶端伸出，且设有双通阀。

其中，所述塑料保护壳体每层中的防水透气软管与两个不透气聚氨酯管连通，该防水透气软管的两端分别与两个不透气聚氨酯管的底端连通。

优选地，所述防水透气软管采用PTFE防水透气软管。

优选地，所述圆柱形塑料管道顶端的高度高于采样点的水面高度。

优选地，所述不透气聚氨酯管为黑色。

优选地，所述圆柱形塑料管道上，处于每层塑料保护壳体内的侧壁上设有：穿线孔，所述不透气聚氨酯管从该穿线孔穿过与所述防水透气软管的端部连通。

本发明还提供了一种多层土壤气体采样方法，该方法采用所述的多层土壤气体采样器，包含：

在采样时，将所述多层土壤气体采样器埋进采样点的土壤中，且所述圆柱形塑料管道的顶部置于空气中；

将所述防水透气软管内充满氮气，并关闭所述不透气聚氨酯管顶端的双通阀，待防水透气软管内的氮气与采样点的土壤/沉积物孔隙内的气体相互交换达到平衡后，将氮气连接到所述不透气聚氨酯管的进气口，采样真空瓶连接到不透气聚氨酯管的出气口，打开所述双通阀采集气体，对采集的气体测定温室气体浓度，为土壤/沉积物孔隙内平衡时温室气体浓度。

优选地，所述防水透气软管内充满氮气的方法为：将氮气连接到所述不透气聚氨酯管的进气口，采样真空瓶连接到不透气聚氨酯管的出气口，打开所述双通阀，通过采样真空瓶抽干所述防水透气软管内的空气，并将氮气充满所述防水透气软管。

优选地，所述采样真空瓶为通过采样瓶抽真空获得。

优选地，对所述采样真空瓶测量瓶内压力。

本发明的多层土壤气体采样器，解决了解决了现有采样器一次只能采集一个土层气体的问题，具有以下优点：

(1)本发明的采样器，可同时采集同一地点不同土层深度的气体样品，从而探明土壤/沉积物孔隙气体在垂直方向上的分布特征；

(2)本发明的采样器，采用PTFE防水透气软管，可实现防水的同时进行气体采样，可适用于土壤湿度较大的水稻田、湿地等土壤孔隙气体样品的采集；

(3)本发明的采样器，可以长期定位监测同一地点不同时间土壤/沉积物孔隙气体浓度，也可用于标记后的植物根系呼吸气体监测；

(4)本发明的采样器，具有较好的密封性，操作简便，有利于降低实验误差；

(5)本发明的采样器，设计简单合理，成本低廉，便于携带且操作及其简单，适用于野外采样。

附图说明

图1为本发明多层土壤气体采样器的结构示意图。

图2为本发明多层土壤气体采样器的立体示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种多层土壤气体采样器，如图1所示，为本发明多层土壤气体采样器的结构示意图，如图2所示，为本发明多层土壤气体采样器的立体示意图，该采样器包含：若干层塑料保护壳体2，其相邻两层之间通过螺纹连接，且处于最顶层和最底层的塑料保护壳体2的端部均固定有：保护端盖，每个塑料保护壳体2均具有空腔，且其侧壁上设有若干：小孔，相邻两层之间设有：隔板；圆柱形塑料管道4，其具有空腔，且其穿过每层塑料保护壳体2的空腔并伸至处于最底层的塑料保护壳体2的保护端盖处并固定；若干防水透气软管1，其在每层塑料保护壳体2内均设置，并绕置在圆柱形塑料管道4的外侧壁上，其长度根据所需气体样品体积设定，其体积与所需气体样品体积相等；以及若干不透气聚氨酯管3，其穿设在圆柱形塑料管道4的空腔内，其底端与防水透气软管1的一端连通并密封(确保连接处不漏气)，其顶端从圆柱形塑料管道4的顶端伸出，且设有双通阀。

其中，塑料保护壳体2每层中的防水透气软管1与两个不透气聚氨酯管3连通，该防水透气软管1的两端分别与两个不透气聚氨酯管3的底端连通。

进一步地，防水透气软管1采用PTFE防水透气软管。

进一步地，圆柱形塑料管道4顶端的高度高于采样点的水面高度。

进一步地，不透气聚氨酯管3为黑色。

进一步地，圆柱形塑料管道4上，处于每层塑料保护壳体2内的侧壁上设有：穿线孔，不透气聚氨酯管3从该穿线孔穿过与防水透气软管1的端部连通。

本发明还提供了一种多层土壤气体采样方法，该方法采用的多层土壤气体采样器，包含：

在采样时，将多层土壤气体采样器埋进采样点的土壤中，且圆柱形塑料管道4的顶部置于空气中；

将防水透气软管1内充满氮气，并关闭不透气聚氨酯管3顶端的双通阀，待防水透气软管1内的氮气与采样点的土壤/沉积物孔隙内的气体相互交换达到平衡后，将氮气连接到不透气聚氨酯管3的进气口，采样真空瓶连接到不透气聚氨酯管3的出气口，打开双通阀采集气体，对采集的气体测定温室气体浓度，为土壤/沉积物孔隙内平衡时温室气体浓度。

进一步地，防水透气软管1内充满氮气的方法为：将氮气连接到不透气聚氨酯管3的进气口，采样真空瓶连接到不透气聚氨酯管3的出气口，打开双通阀，通过采样真空瓶抽干防水透气软管1内的空气，并将氮气充满防水透气软管1。

进一步地，采样真空瓶为通过采样瓶抽真空获得。

进一步地，对采样真空瓶测量瓶内压力。

实施例1

一种多层土壤气体采样器，其包含：PTFE防水透气软管1、三层塑料保护壳体2、不透气聚氨酯管3和圆柱形塑料管道4。其中，每层塑料保护壳体2均具有空腔，且其侧壁上设有若干：小孔。相邻两层塑料保护壳体2之间通过螺纹连接，处于最顶层和最底端的塑料保护壳体2的端部均固定(可采用螺纹连接固定)有：保护端盖，起到保护内部软管的作用。圆柱形塑料管道4具有空腔，其穿过每层塑料保护壳体2的空腔并伸至处于最底层的塑料保护壳体2的保护端盖处并固定，处于最顶层的塑料保护壳体2的保护端盖设有穿孔，圆柱形塑料管道4从该穿孔穿过。PTFE防水透气软管1绕置在圆柱形塑料管道4的外侧壁上，其长度根据所需气体样品体积设定。不透气聚氨酯管3设置有6根，穿设在圆柱形塑料管道4的空腔内，每两根的底端与PTFE防水透气软管1的两端分别连通，顶端从圆柱形塑料管道4的顶端伸出，且均设有双通阀。

具体地，圆柱形塑料管道4处于每层的侧壁上设有穿线孔，两根不透气聚氨酯管3从穿线孔穿出与PTFE防水透气软管1连通。

PTFE防水透气软管1的长度根据所需气体样品体积设定，其体积与所需气体样品体积相等，可根据采样瓶体积每次更换，用于土壤/沉积物气体和软管内气体的平衡交换，还可实现防水的同时进行气体采样，可适用于土壤湿度较大的水稻田、湿地等土壤孔隙气体样品的采集。

塑料保护壳体2用于透气的同时保护PTFE防水透气软管1，保障土壤/沉积物孔隙内的气体流通，用以采集不同土层气体样品。

不透气聚氨酯管3为黑色，避免阳光直晒，避免任何可能的光化学反应，其与PTFE防水透气软管1连通，用于将PTFE防水透气软管1内的气体样品输送出来，其端部设置的双通阀便于密封及气体样品采集。

圆柱形塑料管道4用于保护不透气聚氨酯管3，其高度可根据采样地是否淹水及淹水高度确定。

本发明的多层土壤气体采样器的使用方法，具体如下：

在采样时，先在所需采样点挖个坑，将本发明的多层土壤气体采样器埋进土壤，并加土覆盖，保证圆柱形塑料管道4的顶部置于空气中。

取一个充满氮气的气袋，另取一个采样瓶并对其抽真空和测量瓶内压力，采样瓶的体积应和PTFE防水透气软管1的体积相同。将氮气气袋连接到不透气聚氨酯管3的进气口，真空瓶连接到不透气聚氨酯管3的出气口，打开双通阀的阀门，此时真空采样瓶将PTFE防水透气软管1内空气抽干并将氮气输送进PTFE软管，充氮气以排除软管内残留的目标气体(即测定的目标气体，如CO₂、CH₄或N₂O)，这样的话测得的气体浓度是土壤/沉积物理平衡时的浓度，而不是软管内之前残存的浓度。采完样后立即关闭进气口和出气口的双通阀阀门。不同土层相同处理，且每根不透气聚氨酯管3是进/出口及来于哪层土应做好标记。

土壤中气体存在扩散运动，PTFE防水透气软管1能够使气体在软管内外的运动，待PTFE防水透气软管1内的氮气与土壤/沉积物孔隙内的气体相互交换达到平衡后，可再次用真空瓶和氮气袋进行气体样品采集，进行气体样品采集时操作与PTFE防水透气软管1内充氮气的操作相同，此时测定其温室气体浓度即为土壤/沉积物孔隙内平衡时温室气体浓度，每次气体样品采集完后应注意关闭双通阀使装置处于密封状态。

收集气体后可用气相色谱或别的仪器测样。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种多层土壤气体采样器，其特征在于，该采样器包含：

若干层塑料保护壳体(2)，其相邻两层之间通过螺纹连接，且处于最顶层和最底层的塑料保护壳体(2)的端部均固定有：保护端盖，每个塑料保护壳体(2)均具有空腔，且其侧壁上设有若干：小孔，相邻两层之间设有：隔板；

圆柱形塑料管道(4)，其具有空腔，且其穿过每层塑料保护壳体(2)的空腔并伸至处于最底层的塑料保护壳体(2)的保护端盖处并固定；

若干防水透气软管(1)，其在每层塑料保护壳体(2)内均设置，并绕置在所述圆柱形塑料管道(4)的外侧壁上，其长度根据所需气体样品体积设定，其体积与所需气体样品体积相等；以及

若干不透气聚氨酯管(3)，其穿设在所述圆柱形塑料管道(4)的空腔内，其底端与防水透气软管(1)的一端连通，其顶端从圆柱形塑料管道(4)的顶端伸出，且设有双通阀；

其中，所述塑料保护壳体(2)每层中的防水透气软管(1)与两个不透气聚氨酯管(3)连通，该防水透气软管(1)的两端分别与两个不透气聚氨酯管(3)的底端连通。

2.根据权利要求1所述的多层土壤气体采样器，其特征在于，所述防水透气软管(1)采用PTFE防水透气软管。

3.根据权利要求1所述的多层土壤气体采样器，其特征在于，所述圆柱形塑料管道(4)顶端的高度高于采样点的水面高度。

4.根据权利要求1所述的多层土壤气体采样器，其特征在于，所述不透气聚氨酯管(3)为黑色。

5.根据权利要求1所述的多层土壤气体采样器，其特征在于，所述圆柱形塑料管道(4)上，处于每层塑料保护壳体(2)内的侧壁上设有：穿线孔，所述不透气聚氨酯管(3)从该穿线孔穿过与所述防水透气软管(1)的端部连通。

6.一种多层土壤气体采样方法，其特征在于，该方法采用如权利要求1-5中任意一项所述的多层土壤气体采样器，包含：

在采样时，将所述多层土壤气体采样器埋进采样点的土壤中，且所述圆柱形塑料管道(4)的顶部置于空气中；

将所述防水透气软管(1)内充满氮气，并关闭所述不透气聚氨酯管(3)顶端的双通阀，待防水透气软管(1)内的氮气与采样点的土壤/沉积物孔隙内的气体相互交换达到平衡后，将氮气连接到所述不透气聚氨酯管(3)的进气口，采样真空瓶连接到不透气聚氨酯管(3)的出气口，打开所述双通阀采集气体，对采集的气体测定温室气体浓度，为土壤/沉积物孔隙内平衡时温室气体浓度。

7.根据权利要求6所述的多层土壤气体采样方法，其特征在于，所述防水透气软管(1)内充满氮气的方法为：将氮气连接到所述不透气聚氨酯管(3)的进气口，采样真空瓶连接到不透气聚氨酯管(3)的出气口，打开所述双通阀，通过采样真空瓶抽干所述防水透气软管(1)内的空气，并将氮气充满所述防水透气软管(1)。

8.根据权利要求6所述的多层土壤气体采样方法，其特征在于，所述采样真空瓶为通过采样瓶抽真空获得。

9.根据权利要求6所述的多层土壤气体采样方法，其特征在于，对所述采样真空瓶测量瓶内压力。

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