[发明专利]原位测量土壤温室气体排放速率的系统及其方法

说明书

本发明公开了一种原位测量土壤温室气体排放速率的系统及其方法。该系统具有密闭腔体和检测部件，还具有腔体内外连通部件；所述腔体内外连通部件包括细管和位于细管内的液滴、一端与细管连通的针孔部件；所述检测部件包括压强、温度、氧气、二氧化碳和甲烷传感器，5种传感器与密闭腔体外的数据采集电脑连接，数据采集电脑还连接有视觉传感器，所述视觉传感器对应液滴设置。通过本系统的连通部件可实现腔体内外压强一致，从而获取更为精确的土壤气体排放测量和计算数值。本发明还提供了一种土壤温室气体排放速率的测量和计算方法。

技术领域

本发明涉及一种土壤温室气体排放速率的技术，具体涉及一种在原位状态下测量土壤释放的温室气体的速率的技术，属于温室气体排放技术领域。

背景技术

现有测量土壤温室气体释放速率的主流方法是：从野外抽取一定量气体，并带回实验室，利用气相的方式对相关浓度进行测定，因而其操作过程较为复杂，且花费较大。同时，该方法，无法实时获取土壤呼吸速率、土壤硝化反应、土壤反硝化反应、甲烷气体排放等参数。

而目前基于气体理想状态方程获取相关速率的方法，需要将待测土壤密闭，由于在该类方法中，密闭空间体积不变，因而当密闭腔体内的土壤发生相关化学反应放出气体或吸收气体时，密闭腔体内的压强将发生变化，同时由于腔体外部压强受到大气环境中相关参数变化影响也发生相关变化。但是由于腔体体积一定，因而，在测量过程中，内外压强会出现不一致的情况。因此，过去的方法测量的土壤相关速率还存在压强参数与外界不一致的问题。同时，过去的方法并未考虑土壤在某些条件下会释放甲烷气体的事实，因而没有测量甲烷气体的排放速率。而事实上，有些土壤单位时间内释放甲烷气体的量要高于氮氧化物的释放量。因此，土壤释放温室气体速率的测定必须要考虑甲烷气体的排放。同时，因为没有考虑释放甲烷气体，因而也造成以前的方法对土壤硝化、反硝化、土壤呼吸等过程的速率的测定的误差较大。因此亟需开发一种对土壤化学反应过程考虑全面的温室气体释放速率的计算方法。

发明内容

针对现有温室气体释放速率的测量装置和计算方法存在的排放气体类型测定不全面和测定速率不精确的问题，本发明提供了一种原位测量土壤温室气体排放速率的系统及其方法。本系统可以保持在测量土壤释放相关气体过程中，其测量温度、压强参数与外部环境一致。因而，本系统可以为土壤呼吸、硝化、反硝化等速率的测量提供与外部环境更为准确、一致的测量环境；同时，本系统可以实现对土壤释放的多种温室气体排放速率的测定，包括二氧化碳、甲烷、氮氧化物的排放速率测定。从而系统地增加土壤释放气体相关过程速率测量的准确性。因而，本系统可以获取更为精确的测量数值。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种原位测量土壤温室气体排放速率的系统，具有密闭腔体和检测部件，其特征在于：还具有腔体内外连通部件；所述密闭腔体包括密闭安装在一起的腔体上盖和腔体下盖，在密闭腔体上嵌入式安装有密闭塞；所述腔体内外连通部件包括细管和位于细管内的液滴、一端与细管连通的针孔部件，所述针孔部件另一端穿过密闭塞延伸入密闭腔体内将细管与密闭腔体连通；所述检测部件包括压强传感器、温度传感器、氧气传感器、二氧化碳传感器和甲烷传感器，所述5种传感器设置于密闭腔体内，并与密闭腔体外的数据采集电脑连接，数据采集电脑还连接有视觉传感器，所述视觉传感器用于实时获取细管中液滴的位置，并传递给数据采集电脑。

作为优选，所述细管与针孔部件为一体式结构。

作为优选，所述细管与针孔部件为分体式结构。

作为优选，所述密闭塞采用橡胶材料制成。

作为优选，所述细管为透明管。

作为优选，所述液滴为不具有挥发性，不易吸收二氧化碳、甲烷、氮氧化合物、氧气等空气中气体成分，且带有颜色的液滴，以方便观察其在细管内的位置。

本发明还提供一种原位测量土壤温室气体排放速率的方法，包括以下步骤：