CN220271323U - 便携式土壤呼吸测定装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种便携式土壤呼吸测定装置，涉及环境参数测定技术领域，便捷式土壤呼吸测定装置包括机壳、环刀、土壤反应室和大气反应室；机壳设置有相互独立的第一腔室和第二腔室，环刀与机壳的底部连接，环刀围成的区域连通第一腔室；土壤反应室设于第一腔室内且与第一腔室连通，大气反应室设于第二腔室内且与第二腔室连通。该测定装置运行时，能够降低大气中原本二氧化碳量对于测定结果的影响，提高测量结果的准确性；同时，受环境因素小，使用场景广，使用便捷。

Description

便携式土壤呼吸测定装置

技术领域

本实用新型涉及环境参数测定技术领域，具体而言，涉及一种便携式土壤呼吸测定装置。

背景技术

土壤呼吸是陆地生态***碳循环的重要组成部分，也是土壤碳库与大气碳库之间碳输出的重要方式。土壤呼吸微小的变化都能引发大气中CO₂浓度的剧烈变化，因此关注土壤呼吸动态变化过程是理解土壤碳循环相关问题必不可缺的环节之一。在干旱区生态***中，与降水直接相关的土壤水分有效性是包括碳循环在内的生态***过程的主要驱动变量。这些地区的降水通常以离散的偶然事件发生。原本干燥的土壤不规则的被降水脉冲打断，将在短期内提高水分的可用性，并以土壤呼吸的方式驱动土壤中碳的流出。在土壤从干旱到重湿润的过程中，小降雨事件能启动表层土壤微生物活动，大降雨脉冲则能湿润深层土壤引发CO₂排放。由于在干旱区发生降雨往往时间短、雨量小，现有的仪器设备很难在发生降水后直接在野外测量到降水脉冲效应引发的CO₂排放量，另外，常见仪器测量CO₂的方法均为制造密闭气室，通过抽吸气泵向气室泵入空气，测量气室中CO₂通量。

经发明人研究发现，现有的土壤呼吸测量装置至少存在如下缺点：

无法避免的测量到原本空气中存在的CO₂导致测量误差，同时仪器设备须用电驱动，不便携、调试复杂，在野外发生临时性降雨后无法快速测量。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种便携式土壤呼吸测定装置，其能够提高测量结果的准确性，且不依赖电能驱动，便携性好，使用灵活。

本实用新型的实施例是这样实现的：

本实用新型提供一种便携式土壤呼吸测定装置，包括：

机壳、环刀、土壤反应室和大气反应室；所述机壳设置有相互独立的第一腔室和第二腔室，所述环刀与所述机壳的底部连接，所述环刀围成的区域连通所述第一腔室；所述土壤反应室设于所述第一腔室内且与所述第一腔室连通，所述大气反应室设于所述第二腔室内且与所述第二腔室连通。

在可选的实施方式中，所述环刀与所述机壳之间设置有第一密封圈。

在可选的实施方式中，所述环刀设有第一对接端，所述机壳设有第二对接端，所述第一对接端和第二对接端二者中的一个设置有环形定位槽，所述第一对接端与所述第二对接端拼接，所述第一密封圈位于所述环形定位槽内。

在可选的实施方式中，所述机壳包括第一环形壳、第二环形壳、隔板和顶盖，所述第一环形壳的一端与所述环刀连接，所述第一环形壳的另一端与所述第二环形壳的一端连接，所述第二环形壳的另一端与所述顶盖连接，所述隔板设于所述第一环形壳和第二环形壳之间，所述隔板与所述第一环形壳配合限定出第一腔室，所述隔板、所述第二环形壳和顶盖配合限定出第二腔室。

在可选的实施方式中，所述土壤反应室与所述第一环形壳可拆卸地连接，以***所述第一腔室或脱离所述第一腔室。

在可选的实施方式中，所述大气反应室与所述第二环形壳可拆卸地连接，以***所述第二腔室或脱离所述第二腔室。

在可选的实施方式中，所述顶盖设置为遮光罩。

在可选的实施方式中，所述隔板外套接有第二密封圈，所述第二密封圈同时连接于所述第一环形壳和第二环形壳。

在可选的实施方式中，所述第一环形壳与所述第二环形壳螺接。

在可选的实施方式中，所述第一环形壳的内壁设有内螺纹和挡环，所述挡环位于所述内螺纹靠近所述环刀的一侧；所述隔板设于所述挡环上；所述第二环形壳的外壁设有外螺纹，所述外螺纹与所述内螺纹螺接，且所述第二环形壳抵接于所述隔板上。

本实用新型实施例的有益效果是：

综上所述，本实施例提供的便携式土壤呼吸测定装置，在土壤呼吸测定前，将环刀***到土壤内，并且环刀与土壤结合后，第一腔室通过环刀与外界空气阻隔，第一腔室和第二腔室内均不会有外界空气进入。测试时，在土壤反应室和大气反应室内均放置定量的二氧化碳吸收液，当反应进行设定时间或者反应室中的二氧化碳吸收液被反应完全后，停止试验。此时，土壤呼吸排放的CO₂值为土壤反应室中吸收液吸收的CO₂量与大气反应室中吸收液吸收的CO₂量的差值。通过设置大气反应室，充分考虑到大气中原本存在的CO₂，能够降低大气中原本CO₂对测量结果的影响，测量结果准确性高。同时，整个装置不需要接电，受用电环境影响小，使用场合广，使用便捷灵活。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例的便携式土壤呼吸测定装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的机壳的部分结构示意图。

图标:

100-机壳；101-第一腔室；102-第二腔室；110-第一环形壳；120-第二环形壳；130-隔板；140-顶盖；150-第一密封圈；160-第二密封圈；170-挡环；200-环刀；300-土壤反应室；310-第一试剂进出口；320-第一pH计；400-大气反应室；410-第二试剂进出口；420-第二pH计。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

现有技术中，在测量土壤呼吸时，现有的测量方法均为制造密闭气室，通过抽吸气泵向气室泵入空气，然后测量气室中CO₂通量，该方法将无法避免的测量到原本空气中存在的CO₂导致测量误差，同时仪器设备须用电驱动，不便携、调试复杂，在野外发生临时性降雨后无法快速测量。

鉴于此，设计者提供了一种便携式土壤呼吸测定装置，其能够降低大气中原本二氧化碳量对于测定结果的影响，提高测量结果的准确性；同时，受环境因素小，使用场景广，使用便捷。

请结合图1-图2，本实施例中，便捷式土壤呼吸测定装置包括机壳100、环刀200、土壤反应室300和大气反应室400；机壳100设置有相互独立的第一腔室101和第二腔室102，环刀200与机壳100的底部连接，环刀200围成的区域连通第一腔室101；土壤反应室300设于第一腔室101内且与第一腔室101连通，大气反应室400设于第二腔室102内且与第二腔室102连通。

承上述，本实施例提供的便携式土壤呼吸测定装置的工作原理如下：

在土壤呼吸测定前，将环刀200***到土壤内，并且环刀200与土壤结合后，第一腔室101通过环刀200与外界空气阻隔，第一腔室101和第二腔室102内均不会有外界空气进入。测试时，在土壤反应室300和大气反应室400内均放置定量的二氧化碳吸收液，当反应进行设定时间或者反应室中的二氧化碳吸收液被反应完全后，停止试验。此时，土壤呼吸排放的CO₂值为土壤反应室300中吸收液吸收的CO₂量与大气反应室400中吸收液吸收的CO₂量的差值。通过设置大气反应室400，充分考虑到大气中原本存在的CO₂，能够降低大气中原本CO₂对测量结果的影响，测量结果准确性高。同时，整个装置不需要接电，受用电环境影响小，使用场合广，使用便捷灵活。

以下实施例对本申请提供的便携式土壤呼吸测定装置的细节结构进行举例说明。

本实施例中，可选的，机壳100设置为分体式结构，机壳100包括第一环形壳110、第二环形壳120、隔板130、顶盖140、第一密封圈150和第二密封圈160。第一环形壳110和第二环形壳120的横截面轮廓均为圆环形。隔板130和顶盖140均为圆板。第一环形壳110与第二环形壳120对接，第一环形壳110远离第二环形壳120的一端用于连接环刀200。隔板130设于第一环形壳110和第二环形壳120之间，顶盖140与第二环形壳120连接。如此一来，隔板130和第一环形壳110配合限定出第一腔室101，隔板130、第二环形壳120和顶盖140配合限定出第二腔室102。

具体的，第一环形壳110具有相对的第一端和第二端，第一端上设置有环形定位槽，第一密封圈150嵌设在环形定位槽内，环刀200用于与第一端对接，并且环刀200与第一环形壳110均挤压第一密封圈150，从而提高环刀200与第一环形壳110的连接位置的密封性。同时，第一环形壳110的内壁上设置有内螺纹和挡环170，挡环170为圆环，挡环170位于内螺纹靠近第一端的一侧，内螺纹远离挡环170的一端延伸至第二端所在端面。进一步的，第二端的内壁面可以设置倒圆角，便于第二环形壳120***第二端。同时，在第一环形壳110的壁上设置有第一装配孔。

第二环形壳120具有相对的第三端和第四端，第二环形壳120的外壁面设置有外螺纹，外螺纹的一端延伸至第三端所在端面。第二环形壳120的第三端插接在第一环形壳110的第二端内，并且外螺纹与内螺纹螺接固定。隔板130放置于挡环170上，第二密封圈160套接在隔板130外，第二环形壳120将第二密封圈160和隔板130均压紧在挡环170上，如此，实现了第一环形壳110、第二环形壳120和隔板130的密封配合。同时，第二环形壳120的壁上设置有第二装配孔。

顶盖140可以通过卡扣、螺钉等结构与第二环形壳120的第四端连接。并且，顶盖140可以设置为遮光罩。

可选的，土壤反应室300可以设置为半圆壳结构，土壤反应室300的顶部为敞口，装配时，土壤反应室300与第一环形壳110可拆卸地连接，土壤反应室300能嵌设于第一装配孔内。且当土壤反应室300位于第一装配孔内时，土壤反应室300密封第一装配孔，土壤反应室300的顶部与第一腔室101连通。当反应完成后，可以将土壤反应室300从第一环形壳110上取下。同时，在土壤反应室300上设置有可开闭的第一试剂进出口310。土壤反应室300内设置有第一PH计。

可选的，大气反应室400可以设置为半圆壳结构，大气反应室400的顶部为敞口，装配时，大气反应室400与第二环形壳120可拆卸地连接，大气反应室400能嵌设于第二装配孔内。且当大气反应室400位于第二装配孔内时，大气反应室400密封第二装配孔，大气反应室400的顶部与第二腔室102连通。当反应完成后，可以将大气反应室400从第二环形壳120上取下。同时，在大气反应室400上设置有可开闭的第二试剂进出口410。大气反应室400内设置有第二PH计。

本实施例提供的便携式土壤呼吸测定装置的实际使用方式可以包括，例如：

先清理地表植被，将环刀200与第一环形壳110的第一端连接，然后将环刀200从清理后的地表***地底，***深度按需设置，例如保证环刀200的顶部与地表距离在2-3cm即可。然后，将第一密封圈150设于环形定位槽中，将第二密封圈160调节在挡板外，将挡板和第二密封圈160设于挡环170上，然后，利用第二环形壳120的第三端***第一环形壳110的第二端，第二环形壳120与第一环形壳110螺接固定。接着，将顶盖140固定在第二环形壳120的第四端。最后可以将土壤反应室300***到第一装配孔，将大气反应室400***到第二装配孔。如此，完成测定装置的装配，可以进行试验。试验时，例如，可以在土壤反应室300和大气反应室400中分别添加CO₂吸收液：0.1mol/L NaOH溶液0.628-78.4L；添入后关闭第一试剂进出口310和第二试剂进出口410。每间隔30min-1h采集第一pH计320和第二PH计的读数，测量至计划需要测量土壤CO₂释放周期为止：如12h、24h，如需多长期测量，则需要添加足量的CO₂吸收液或读取PH计不再降低为止。土壤呼吸排放的CO₂值为土壤反应室300中吸收液与大气反应室400中吸收液吸收的CO₂的量的差值。

通过将剩余吸收液使用0.2mol HCL进行中和标定，得到了测量pH浓度与土壤释放CO₂的量的标准关系，根据以下标定曲线公式计算土壤呼吸释放的CO₂量，单位为mol：

Y1＝-7562.026246x₁ ³+248527.8801x₁ ²-2722843.831x₁+C

Y2＝-7562.026246x₂ ³+248527.8801x₂ ²-2722843.831x₂+C

y＝Y1-Y2＝-7562.026246(x₁ ³-x₂ ³)+248527.8801(x₁ ²-x₂ ²)-2722843.831

(x₁-x₂)

式中，Y1为土壤反应室300中测量得到的CO₂释放量，Y2为大气反应室400中测量得到的CO₂释放量；y为土壤呼吸所释放CO₂的量(单位：mol)；x₁为第一pH计320的读数，x₂为第二pH计420的读数；C为常数，其范围为9.1～9.9×10⁶。

根据以下公式计算单位时间、单位面积土壤呼吸释放的CO₂通量，单位mol·s^-1·m^-2；

C^Flux＝y/s/t

C^Flux为单位时间、单位面积土壤呼吸释放的CO₂通量，单位mol·s^-1·m^-2，s为环刀200切入的土壤面积(m²)，t为装置测量土壤呼吸所消耗的时间(s)。

本实施例提供的便携式土壤呼吸测定装置具有至少如下优点：

1、传统测量仪器无法将排除测量气室中存在的大气环境中的CO₂，导致测量***误差，测量结果失真，本装置可直接测得由土壤呼吸产生排放的CO₂；

2、现有技术的CO₂通量测量仪器须用到气泵装置制造气室中CO₂气体流通，需要用到电能，在雨雪等极端天气条件下无法便携使用，本装置结构简单无需电能驱动，可长期放置野外进行实验数据采集；

3、本装置结构、操作简单，具有便携性。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种便携式土壤呼吸测定装置，其特征在于，包括：

机壳(100)、环刀(200)、土壤反应室(300)和大气反应室(400)；所述机壳(100)设置有相互独立的第一腔室(101)和第二腔室(102)，所述环刀(200)与所述机壳(100)的底部连接，所述环刀(200)围成的区域连通所述第一腔室(101)；所述土壤反应室(300)设于所述第一腔室(101)内且与所述第一腔室(101)连通，所述大气反应室(400)设于所述第二腔室(102)内且与所述第二腔室(102)连通。

2.根据权利要求1所述的便携式土壤呼吸测定装置，其特征在于：

所述环刀(200)与所述机壳(100)之间设置有第一密封圈(150)。

3.根据权利要求2所述的便携式土壤呼吸测定装置，其特征在于：

所述环刀(200)设有第一对接端，所述机壳(100)设有第二对接端，所述第一对接端和第二对接端二者中的一个设置有环形定位槽，所述第一对接端与所述第二对接端拼接，所述第一密封圈(150)位于所述环形定位槽内。

4.根据权利要求1所述的便携式土壤呼吸测定装置，其特征在于：

所述机壳(100)包括第一环形壳(110)、第二环形壳(120)、隔板(130)和顶盖(140)，所述第一环形壳(110)的一端与所述环刀(200)连接，所述第一环形壳(110)的另一端与所述第二环形壳(120)的一端连接，所述第二环形壳(120)的另一端与所述顶盖(140)连接，所述隔板(130)设于所述第一环形壳(110)和第二环形壳(120)之间，所述隔板(130)与所述第一环形壳(110)配合限定出第一腔室(101)，所述隔板(130)、所述第二环形壳(120)和顶盖(140)配合限定出第二腔室(102)。

5.根据权利要求4所述的便携式土壤呼吸测定装置，其特征在于：

所述土壤反应室(300)与所述第一环形壳(110)可拆卸地连接，以***所述第一腔室(101)或脱离所述第一腔室(101)。

6.根据权利要求4所述的便携式土壤呼吸测定装置，其特征在于：

所述大气反应室(400)与所述第二环形壳(120)可拆卸地连接，以***所述第二腔室(102)或脱离所述第二腔室(102)。

7.根据权利要求4所述的便携式土壤呼吸测定装置，其特征在于：

所述顶盖(140)设置为遮光罩。

8.根据权利要求4所述的便携式土壤呼吸测定装置，其特征在于：

所述隔板(130)外套接有第二密封圈(160)，所述第二密封圈(160)同时连接于所述第一环形壳(110)和第二环形壳(120)。

9.根据权利要求4-8中任一项所述的便携式土壤呼吸测定装置，其特征在于：

所述第一环形壳(110)与所述第二环形壳(120)螺接。

10.根据权利要求9所述的便携式土壤呼吸测定装置，其特征在于：

所述第一环形壳(110)的内壁设有内螺纹和挡环(170)，所述挡环(170)位于所述内螺纹靠近所述环刀(200)的一侧；所述隔板(130)设于所述挡环(170)上；所述第二环形壳(120)的外壁设有外螺纹，所述外螺纹与所述内螺纹螺接，且所述第二环形壳(120)抵接于所述隔板(130)上。