[发明专利]一种土壤、植物蒸发水汽同位素采集装置

说明书

本发明公开了一种土壤、植物蒸发水汽同位素采集装置，包括一个蒸发水汽收集罩，蒸发水汽收集罩顶部通过水汽导管与冷凝室连接，冷凝室包括液化室和干燥室，水汽导管从液化室一侧伸入，另一侧伸出；水汽导管位于液化室内的部分中部开有一个集水口并伸出液化室底部与采样瓶密封连接；水汽导管伸出液化室后与干燥室一侧连接，干燥室另一侧通过导管与微型空气泵连接，微型空气泵的出气口通过干空气导管再与蒸发水汽收集罩连接；将蒸发水汽收集罩罩在土壤或者有植被的土壤上，便可以实现蒸腾水汽同位素的采集。本发明在空气循环的作用下，可以实现土壤植物蒸发水汽的液化，冷凝室的双层及空气循环设计可以最大程度的获取无干扰的蒸发水汽。

技术领域

本发明涉及生态、水文气象监测部门所使用的采样装置领域，具体为一种土壤、植物蒸发水汽同位素采集装置，适用于植物、土壤蒸发水汽稳定同位素分析的水汽采集。

背景技术

土壤、植物蒸发蒸腾作为地表水量平衡中重要的分量，是陆地水文过程、全球水循环中不可或缺的重要环节，是水资源管理者不可忽视的有效参数。土壤、植物蒸发蒸腾量通常包含有棵间裸地土壤蒸发量、植物蒸腾量。其涉及到地球表层中能量循环过程及物质转化最为显著的互动层——土壤-植物-大气系统（SPAC），同时土壤、植物蒸发蒸腾量经常受到下垫面条件（如地形、土壤质地、土壤水分状况等）、植物生理特性（如植物种类、生长过程）和气象因素（如太阳辐射、温度、湿度、风速等）等诸多因素的影响。因此，长期以来，土壤植物蒸发蒸腾一直是水文学、气象学、自然地理、农林科学等相关专业关注的热点问题。而如何的测定土壤植物的蒸发蒸腾量，判读蒸发蒸腾水汽的来源问题已成为当下亟待解决的一个研究重点。

目前，土壤植物蒸发蒸腾的测定方法主要集中在蒸发量的测定上，常规的方法包括水文实验法（水量平衡法和蒸渗仪法等）、微气象学法（波文比-能量平衡法、涡度相关法以及空气动力学法）、植物生理学法（包括茎流法、气孔针法等）以及红外遥感法等。这些方法要么基于长期的观测数据的数值模拟，要么基于复杂的试验，周期长、费用高、误差大是这些方法的弊端。随着上世纪50年代水文革命的进行，使得同位素技术成为当今定量水文学研究的重要途径。同位素技术不仅为流域水文学规律、地下水补给、植物水分划分、区域降水水汽来源等研究提供重要的科学依据，而且能够为水文模型的构建及模拟结果的验证提供直接可信的数据参考，已经成为当前水文学、水资源学、环境科学及生态学研究的新兴热门方向。氢氧稳定同位素示踪技术因具有较高的灵敏性和准确性，已成为示踪土壤植物水分来源的有效工具。而目前土壤、植物蒸发蒸腾水汽的采集是一个难点。正常情况下植物受叶片表面水分蒸腾时平衡分馏和动力学分馏的影响，叶片中会产生同位素富集。但水分在从根系向叶片蒸腾点传输过程中不发生同位素分馏。目前应用较多的获取土壤植物蒸发蒸腾水汽同位素的方法主要包括燃烧-质谱测定法、土壤植物抽真空法、混合比法。第一种是将样品直接放入质谱仪燃烧箱中测试，该方法测试精度高，但成本高速度慢，同时难以区分植株和土壤不同部分的水分同位素组成。第二种方法目前应用较多，但抽真空法的成本相对也较高，同时难以避免植物体自身生成的甲醇对测试结果的污染。混合法是将植物、土壤样品放入去离子水中（氢氧稳定同位素比率已知）混合浸泡，待到溶液稳定后再进行同位素测试，该方法简单易行，但是精度较低。

土壤、植物蒸发水汽同位素的采集是同位素水文学、生态水文过程研究中重要的一环节，直接关系到土壤、植物蒸发水汽分析结果的精度，进而决定植物水分利用定量研究的结果可信度。不科学的采样方式不仅会浪费研究者的经费和时间，同时也会造成科研结果的失真。土壤植物蒸发水汽采集时目前面临最棘手的两个问题是1）单株植物蒸发水汽如何液化收集，2）土壤、植物蒸发水汽采集收集过程中如何防治蒸发、防治空气中的水汽对样品的污染。因此土壤、植物蒸发水汽采集时必须将液化收集、密封存储、防治蒸发考虑进去，同时取样装置的材料要经过特别的设计及选择以防止蒸发水汽在收集过程中水分蒸发、扩散以及接触性污染。

发明内容

本发明为了解决土壤、植物蒸发水汽收集时的密封、水分蒸发、扩散及接触性污染问题，提供了一种土壤、植物蒸发水汽同位素采集装置。