[发明专利]一种土壤二氧化碳浓度的监测装置及监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及岩溶研究领域，具体涉及一种土壤二氧化碳浓度的监测装置及监测方法。

背景技术

如图1所示，以往对不同深度土壤的二氧化碳浓度梯度的研究，由于技术手段的限制，埋放在土壤中的探头1极易受到土壤水分的影响而报废，导致监测中断(由于雨季时连续降雨14后，土壤含水率升高，甚至达到饱和，使得探头1直接浸泡在水中，导致探头内部短路)。而且，在安装探头1时采用直接开挖的方式：即先在需要安装探头1的地方，刨除地表的植物和枯枝落叶，再用铁锹、铲、镐等工具将土壤移除，挖到所需的深度，然后再在坑的侧面不同深度处开槽安装探头1，最后将土壤进行回填。上述研究方式存在如下的缺陷：(1)对土壤的扰动太大，即使严格按原状土2进行回填，也将导致新回填的部分土壤成分、孔隙度与原状土差异很大，特别是有地表径流3产生时，地表径流3将优先从原状土2和回填土4的界面5流入土壤层中，类似于管道流，而不是均匀入渗，使得监测结果的代表性大打折扣。国际上同行的研究结果表明，由于对土壤的扰动，这种方式安装的探头，一般要等半年后，或经过六场以上的降雨后，等土壤自然密实到接近原先的状态，监测结果才具有代表性；(2)只适用于对干旱半干旱地区的土壤进行监测，如在热带、亚热带降雨较多地区使用的话，只适用在雨季末期和枯季进行监测，此时土壤含水率较低，未达到饱和，对探头的损害较小，而在雨季连续降雨时，由于土壤含水率急剧上升，达到80％-100％，容易使探头长时间浸泡在土壤水中而导致损坏。

还有另外一种野外现场测定土壤剖面二氧化碳浓度的方式，如图2所示，先用一截软管将去掉终端后的检测管7与手动真空泵8连接起来，检测管7的另一端连接长约50cm的软管6，然后拨开地表的枯枝落叶，用铁锤9将直径约1.5cm的钢钎10砸入土壤中特定深度，一般为20cm或50cm，接着将已锤到指定深度的钢钎10拔出，迅速将已连接好的软管6插入到孔中，并将孔口用土封闭，最后用手动真空泵8形成真空，抽取孔中的气体通过检测管7，通过二氧化碳气体与检测管7中的试剂反应变色的程度，人工判读最后的数据。这种方法的缺陷主要有：(1)在锤击钻进过程中，钢钎10对孔壁周边的土壤存在挤压密实作用，将孔壁周边的孔隙封闭；在枯季，土壤含水率低时又极难钻进到较深的位置；(2)在检测二氧化碳浓度时，由于只有孔口附近封闭，在真空作用下，使得整个孔中的气体，甚至各深度土壤层中的气体有可能进入到检测管中，测试的结果为混合气体的浓度，无法真实代表特定深度的土壤二氧化碳浓度；(3)检测管耗材使用量大；(4)读数由人工根据试剂变色程度进行判读，误差较大，精度小。

发明内容

综上所述，鉴于以上传统监测方式的缺陷，为了能将对土壤的扰动降低到最少，又能在热带、亚热带地区长期连续进行土壤二氧化碳的监测，不受连续降雨对监测的影响，本发明所要解决的技术问题是提供一种土壤二氧化碳浓度的监测装置及监测方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种土壤二氧化碳浓度的监测装置，包括钻头、二氧化碳浓度探头、温湿度探头、供电模块和数据采集器，所述钻头在土壤中分别钻出埋放所述二氧化碳浓度探头、所述温湿度探头的钻孔，所述钻头的直径大于所述二氧化碳浓度探头和所述温湿度探头的直径；

所述数据采集器通过数据线连接所述二氧化碳浓度探头、所述温湿度探头，将所述二氧化碳浓度探头和所述温湿度探头的监测数据保存起来；

所述供电模块通过导线连接所述二氧化碳浓度探头、所述温湿度探头和所述数据采集器。

进一步，所述钻头为中空结构。

进一步，所述二氧化碳浓度探头处于PVC管内，所述PVC管为开口向上的中空结构，并且在所述PVC管的侧壁上均匀布满通孔。

进一步，所述通孔的直径为6mm。

进一步，在所述二氧化碳浓度探头外包裹有PTFE防水透气膜。

进一步，所述供电模块包括太阳能电池板、控制器和蓄电池，所述太阳能电池板利用光电效应将太阳光的能量转化成可利用的电能并且存储到所述蓄电池内，所述太阳能电池板通过所述控制器连接蓄电池，所述蓄电池通过所述控制器再连接所述二氧化碳浓度探头、所述温湿度探头和所述数据采集器，所述控制器控制所述太阳能电池板对所述蓄电池的充电以及所述蓄电池对所述二氧化碳浓度探头、所述温湿度探头和所述数据采集器的放电。

进一步，在所述钻头上设有长度刻度。

一种通过土壤二氧化碳浓度的监测装置的监测方法，包括如下步骤：