[发明专利]一种测定干旱过程中土壤呼吸作用的实验装置及方法

说明书

技术领域

本发明属土壤监测技术领域，特别是涉及一种测定干旱过程中土壤呼吸作用的实验装置及方法。

背景技术

土壤呼吸作用是全球碳循环中一个主要的流通途径。通过土壤呼吸作用将有机碳转化为CO₂形式流向大气圈，CO₂排放是决定陆地生态系统碳平衡的主要因子，是土壤碳与大气CO₂快速交换的主要形式。

气候变化背景下，干旱、干湿交替具有日趋严重性和不可避免性两大特征。因此干旱和干湿交替条件下对土壤呼吸作用、土壤微生物分解矿化作用、全球土壤碳/氮循环、土壤中的污染物迁移转化等方面亟需开展相关的研究工作，这也是目前相关的学科领域(如土壤学、环境科学等)研究的热点。

在目前的研究工作中，关于土壤呼吸作用的测定方法较多。包括密闭静置培养法、通气培养法、气相色谱法和CO₂传感器等方法。但是针对干旱过程中土壤呼吸作用的测定还缺乏简单易行的实验装置，气相色谱和CO₂传感器等方法涉及过于昂贵的检测仪器。

实验装置的缺乏制约了相关领域科学研究工作的深入推进。因此开发一种简单易行的能够实现对干旱条件下土壤呼吸作用产生的CO₂进行定量监测的实验装置具有重要意义。对于土壤领域，该装置可用于研究当干旱加剧，土壤相对含水量逼近重度干旱条件时，土壤呼吸作用、土壤中微生物的分解矿化作用、土壤团聚体的变化规律等。对于环境科学领域，该装置可用于研究干湿交替条件下，土壤中的碳循环/氮循环、土壤对重金属的吸附释放能力、土壤中污染物迁移转化过程的变化等。并利于设置不同水分、光照、湿度条件下的对照实验。

该装置和方法与目前研究土壤呼吸作用的装置和方法最大的不同在于：该装置可以控制土壤含水量(干旱或恒定含水量)、控制好氧/厌氧环境，实现干旱条件下呼吸作用的定量研究。而且测试方法简单易行，避免使用昂贵的监测仪器，降低了设备成本，更适合小试实验研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种测定干旱过程中土壤呼吸作用的实验装置及方法，能够对实验容器中土壤湿度和含氧量进行控制，模拟自然界的干旱过程，实时定量测定干旱过程中土壤呼吸作用所释放的CO₂含量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种测定干旱过程中土壤呼吸作用的实验装置，包括底盘、透明密封罩、硅胶干燥器、CO₂吸收瓶，所述的底盘上方盖有透明密封罩，形成中空的圆柱形实验容器，所述的底盘上放置实验土壤；所述的透明密封罩侧面内侧装有可拆卸的温度计，上表面设置真空指示按钮，上表面中心位置设有抽/放气口；所述的抽/放气口配有一个口径相吻合的手动抽气泵，所述的抽/放气口正下方悬挂可拆卸的硅胶干燥器；所述的透明密封罩侧面设有注射针孔，所述的注射针孔配有一支口径相吻合的针孔注射器；所述的底盘上贴边放置CO₂吸收瓶，且位于注射针孔正下方。

所述的透明密封罩内部空间为常压或使用手动抽气泵抽成真空。

所述的注射针孔配有一个致密的橡胶塞。

所述的CO₂吸收瓶内装载吸收液或吸收液和固定液的混合溶液或吸收液、固定液、酚酞、HCl的混合溶液。

所述的吸收液为浓度0.5～1mol/L的碱性溶液。

所述的碱性溶液为NaOH或KOH溶液。

所述的固定液为BaCl₂溶液。

一种测定干旱过程中土壤呼吸作用的实验方法，包括下列步骤：

(1)将适量的实验土壤放置在底盘上，将适量的硅胶装入硅胶干燥器中，在CO₂吸收瓶中装入适量的NaOH溶液；

(2)盖上透明密封罩，使用手动抽气泵通过抽/放气口抽气，当突出的真空指示按钮与透明密封罩上表面相平时，抽气完成，此时实验容器内为厌氧环境；

(3)将准备好的实验容器放入人工气候箱中，根据实验需要设定人工气候箱的温度、湿度、光照条件；

(4)当需要测定实验容器中CO₂的实时浓度时，使用针孔注射器吸取一定浓度的BaCl₂溶液，穿透致密的橡胶塞后，将BaCl₂溶液逐滴加入到CO₂吸收瓶中，直至不再有白色沉淀物产生；快速取出固定好的吸收液过滤，以酚酞作为指示剂，用HCl滴定未反应的NaOH溶液，通过反应的NaOH的量计算得出土壤呼吸作用所产生的CO₂的量；