一種可調深度土壤二氧化碳採集裝置及其使用方法
2023-05-21 07:07:01 2
一種可調深度土壤二氧化碳採集裝置及其使用方法
【專利摘要】本發明涉及一種可調深度土壤二氧化碳採集裝置及其使用方法，所述採集裝置從上到下依次包括儲氣裝置、聯接裝置、伸縮裝置和氣室裝置，所述儲氣裝置包括氣室罩，所述氣室罩頂端設置有固定長度的固定採氣管，在固定採氣管上端設置有長度可以伸縮的伸縮管，鎖緊套將伸縮管固定鎖緊在固定採氣管上；在伸縮管上設置兩通連接管，兩通連接管上設置有控制其開啟與關閉的球型密封閥門，兩通連接管下端連接伸縮管，上端連接儲氣瓶。所述使用方法包括：步驟一：現場抽真空；步驟二：檢查洩漏；步驟三：安裝與調節高度；若P1讀數變化差距小於5%，則進行步驟四；步驟四：收集CO2氣體；步驟五：換算標準狀態下採樣體積Vn。
【專利說明】-種可調深度±壤二氧化碳採集裝置及其使用方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種可調深度±壤二氧化碳採集裝置，W及該裝置的使用方法，屬於 氣體樣品採集【技術領域】。
【背景技術】
[0002] ±壤0)2的釋放是陸地生態系統碳循環的重要組成部分。全球±壤是一個巨大的 碳庫，其碳貶量約為1500Pg，分別是陸地植被和大氣的2倍和3倍。據估計，全球±壤每年 向大氣釋放碳68?77Pg/a，是化石燃料排放碳量的10倍W上。±壤C〇2的釋放即使發生 較小的變化也會等於或超過由於±地利用改變和(或)化石燃料燃燒而進入大氣的C〇2年輸 入量。
[0003] 全球氣候變化，特別是由於溫室氣體引起的氣候變暖已受到了全世界的廣泛關 注。正是由於人類的活動，包括對±壤的破壞，導致C0述量的變化，人類活動是大氣中C0 2 濃度急劇上升和地球變暖的重要原因。
[0004] 〇)2在±壤該種多孔介質中傳輸的特性使得精確測量±壤C0 2通量非常困難。C0 2 的傳輸只有在存在濃度梯度(擴散）和壓力梯度(質量流量）的條件下才發生。目前，在實驗 室和野外條件下最常用±壤〇)2氣體的採集方法有動態氣室法、靜態氣室法、氣相色譜法等 等。該些±壤〇)2氣體採集方法，存在野外可攜式性差、儀器成本價值高等局限性，特別是 僅限於採集地表±壤及植被氣體的釋放，不能夠採集和觀測±壤不同深度處±壤C〇2氣體 釋放特徵，也不便於推算±壤C〇2氣體釋放速率和通量。
[0005] 中國專利CN201310275313. 3和CN201320388370. 8公開了一種用於不同深度±壤 二氧化碳氣體採集裝置，該裝置具有便攜性強、造價低等特點。但其還存在W下缺陷： 1、 該裝置中的採氣管為固定長度，在該專利技術方案中根據需要採集的不同深度選擇 合適長度的採氣管，但在實際使用時，一旦選定某一長度的採氣管後，就無法進行更換，需 要重新選擇另一合適長度的採氣管安裝好並預先埋設於±壤中，再繼續重複等待一天； 2、 ±質不同、±壤深度不同直接影響±壤0)2氣體釋放量，影響±壤0)2氣體釋放速率 和通量； 3、 在該專利技術方案中，在實驗室內將儲氣瓶抽取真空並記下此時壓力表的讀數P1， 但在實際使用過程中，實驗室內獲取的讀數P1與野外作業時數據有一定誤差，該不僅僅受 限於野外的海拔高度、溫度等影響，還有可能是中間運輸振動等發生洩漏因素，因此實驗室 內獲取的讀數P1是不精確的。
【發明內容】
[0006] 本發明正是針對現有技術存在的不足，提供一種可調深度±壤二氧化碳採集裝置 W及該採集裝置使用方法。
[0007] 為解決上述問題，本發明所採取的技術方案如下： 一種可調深度±壤二氧化碳採集裝置，所述採集裝置從上到下依次包括儲氣裝置、聯 接裝置、伸縮裝置和氣室裝置，所述儲氣裝置包括；球狀的儲氣瓶，在儲氣瓶上設置有用於 抽成真空的抽氣管W及用於C〇2氣體測定的橡膠密封塞，在儲氣瓶下端管道內設置有用於 氣體乾燥的乾燥劑W及控制下端氣體進入儲氣瓶的密封閥口，在儲氣瓶頂端設置有溫度計 和真空壓力表，所述採集裝置還包括半球狀的氣室罩，所述氣室罩頂端設置有固定長度的 固定採氣管，在固定採氣管上端設置有長度可W伸縮的伸縮管，鎖緊套將伸縮管固定鎖緊 在固定採氣管內部；在伸縮管上設置兩通連接管，兩通連接管上設置有控制其開啟與關閉 的球型密封閥口，兩通連接管下端連接伸縮管，上端連接儲氣瓶。
[000引作為上述技術方案的改進，所述固定採氣管埠上端設置有彈性環，在彈性環外 部套裝鎖緊套，鎖緊套擠壓壓縮彈性環及其內部安裝的伸縮管。
[0009] 作為上述技術方案的改進，所述彈性環包括環體，在環體中屯、部位設置有容納伸 縮管的鎖環中屯、孔，在環體上端設置有若干圓周均勻分布的開口片及開口槽，且開口片和 開口槽間隔分布，在環體上端外壁設置有鎖環斜面，在環體下端外壁設有外螺紋。
[0010] 作為上述技術方案的改進，所述鎖緊套包括套體，套體為中空結構，其內部設置有 用來容納彈性環的上型腔W及用來容納固定採氣管的下型腔；所述上型腔內壁上設置有內 斜面和內螺紋；所述內斜面與鎖環斜面配合，所述內螺紋與外螺紋配合。
[0011] 作為上述技術方案的改進，所述固定採氣管埠部設在有壓縮狀態的密封圈。
[0012] 作為上述技術方案的改進，所述伸縮管上還設置有可W讀取伸縮管頂端與氣室罩 之間間距的刻度標尺。
[0013] 作為上述技術方案的改進，在氣室罩最下端設置有與±壤直接接觸的橡膠圈。
[0014] 作為上述技術方案的改進，所述使用方法包括W下步驟： 步驟一；現場抽真空； 首先，在採集地區，抽真空前，關閉密封閥口，將抽氣管與真空累連通，開啟抽氣管上的 閥口，將儲氣瓶內的氣體壓力抽到-O.OSMpa W下，關上抽氣管上的閥n，記下此時的真空 壓力表的讀數P1; 步驟二：檢查洩漏； 每隔Imin，讀取真空壓力表的讀數，並與讀數P1比較，若連續兩次讀數與P1差距小於 5%，則記錄下最後一次讀數P2和儲氣瓶內溫度tl ; 步驟S ;安裝與調節高度； 完成伸縮管和固定採氣管安裝，鎖緊套將伸縮管鎖緊在固定採氣管上，根據實際需要 調節好伸縮管長度，讀取伸縮管上刻度hi，兩通連接管上下兩端連接處塗有密封玻璃膠，連 接氣室和儲氣瓶，完成採集裝置的安裝；安裝期間，若P1讀數變化差距大於5%，則重複步驟 一和步驟二，重新安裝採集裝置並抽真空，若P1讀數變化差距小於5%，則進行步驟四； 步驟四：收集C〇2氣體； 將採集裝置預埋2化W上，讓±壤掩埋至氣室罩與固定採樣管連接處上方即可，期間 儘可能減少人為活動對±壤擾動，使採集裝置充分收集C〇2氣體，當達到所需的氣體採集 時間時，打開密封閥口和球型密封閥口，讓C〇2氣體充分進入儲氣瓶內，待真空壓力表讀數 穩定後，讀取真空壓力表的讀數P3和儲氣瓶內氣體溫度t2,再關閉密封閥口和球形密封閥 n; 步驟五：換算標準狀態下採樣體積化； 其標準狀態下採樣體積化用下面的氣體計算公式計算：
【權利要求】
1. 一種可調深度土壤二氧化碳採集裝置，所述採集裝置從上到下依次包括儲氣裝置、 聯接裝置、伸縮裝置和氣室裝置，所述儲氣裝置包括：球狀的儲氣瓶（1 )，在儲氣瓶（1)上設 置有用於抽成真空的抽氣管（2)以及用於0)2氣體測定的橡膠密封塞（5)，在儲氣瓶（1)下 端管道內設置有用於氣體乾燥的乾燥劑（6)以及控制下端氣體進入儲氣瓶（1)的密封閥門 (7 )，在儲氣瓶（1)頂端設置有溫度計（3 )和真空壓力表（4)，所述採集裝置還包括半球狀的 氣室罩（11)，其特徵在於，所述氣室罩（11)頂端設置有固定長度的固定採氣管 （10)，在固 定採氣管（10)上端設置有長度可以伸縮的伸縮管（13)，鎖緊套（14)將伸縮管（13)固定鎖 緊在固定採氣管（10)內部；在伸縮管（13)上設置兩通連接管（8)，兩通連接管（8)上設置 有控制其開啟與關閉的球型密封閥門（9)，兩通連接管（8)下端連接伸縮管（13)，上端連接 儲氣瓶（1)。
2. 根據權利要求1所述的一種可調深度土壤二氧化碳採集裝置，其特徵在於，所述固 定採氣管（10)埠上端設置有彈性環（17)，在彈性環（17)外部套裝鎖緊套（14)，鎖緊套 (14)擠壓壓縮彈性環（17 )及其內部安裝的伸縮管（13 )。
3. 根據權利要求2所述的一種可調深度土壤二氧化碳採集裝置，其特徵在於，所述彈 性環（17)包括環體（171)，在環體（171)中心部位設置有容納伸縮管（13)的鎖環中心孔 (172)，在環體（171)上端設置有若干圓周均勻分布的開口片（173)及開口槽（174)，且開口 片（173)和開口槽（174)間隔分布，在環體（171)上端外壁設置有鎖環斜面（175)，在環體 (171)下端外壁設有外螺紋（176)。
4. 根據權利要求3所述的一種可調深度土壤二氧化碳採集裝置，其特徵在於，所述鎖 緊套（14)包括套體（141 )，套體（141)為中空結構，其內部設置有用來容納彈性環（17)的 上型腔（142)以及用來容納固定採氣管（10)的下型腔（143);所述上型腔（142)內壁上設 置有內斜面（144)和內螺紋（145);所述內斜面（144)與鎖環斜面（175)配合，所述內螺紋 (145 )與外螺紋（176 )配合。
5. 根據權利要求1~4中任一所述的一種可調深度土壤二氧化碳採集裝置，其特徵在 於，所述固定採氣管（10)埠部設在有壓縮狀態的密封圈（15)。
6. 根據權利要求1~4中任一所述的一種可調深度土壤二氧化碳採集裝置，其特徵在 於，所述伸縮管（13)上還設置有可以讀取伸縮管（13)頂端與氣室罩（11)之間間距的刻度 標尺（16)。
7. 根據權利要求1~4中任一所述的一種可調深度土壤二氧化碳採集裝置，其特徵在 於，在氣室罩（11)最下端設置有與土壤直接接觸的橡膠圈（12)。
8. 根據權利要求1所述的一種可調深度土壤二氧化碳採集裝置使用方法，其特徵在 於，所述使用方法包括以下步驟： 步驟一：現場抽真空； 首先，在採集地區，抽真空前，關閉密封閥門（7)，將抽氣管（2)與真空泵連通，開啟抽 氣管（2)上的閥門，將儲氣瓶（1)內的氣體壓力抽到-0. 08Mpa以下，關上抽氣管（2)上的閥 門，記下此時的真空壓力表（4)的讀數Pl; 步驟二：檢查洩漏； 每隔lmin，讀取真空壓力表（4)的讀數，並與讀數Pl比較，若連續兩次讀數與Pl差距 小於5%，則記錄下最後一次讀數P2和儲氣瓶（1)內溫度tl; 步驟三：安裝與調節高度； 完成伸縮管（13)和固定採氣管（10)安裝，鎖緊套（14)將伸縮管（13)鎖緊在固定採氣 管（10)上，根據實際需要調節好伸縮管（13)長度，讀取伸縮管（13)上刻度hl，兩通連接管 (8)上下兩端連接處塗有密封玻璃膠，連接氣室和儲氣瓶，完成採集裝置的安裝；安裝期間， 若Pl讀數變化差距大於5%，則重複步驟一和步驟二，重新安裝採集裝置並抽真空，若Pl讀 數變化差距小於5%，則進行步驟四； 步驟四：收集CO2氣體； 將採集裝置預埋24h以上，讓土壤掩埋至氣室罩（11)與固定採樣管（10 )連接處上方即 可，期間儘可能減少人為活動對土壤擾動，使採集裝置充分收集CO2氣體，當達到所需的氣 體採集時間時，打開密封閥門（7 )和球型密封閥門（9 )，讓CO2氣體充分進入儲氣瓶（1)內， 待真空壓力表（4)讀數穩定後，讀取真空壓力表（4)的讀數P3和儲氣瓶（1)內氣體溫度t2， 再關閉密封閥門（7)和球形密封閥門（9); 步驟五：換算標準狀態下採樣體積Vn; 其標準狀態下採樣體積Vn用下面的氣體計算公式計算：
式中： Vn一標準狀態下米樣體積，L; P2-穩定狀態下採樣前壓力，Kpa; P3一穩定狀態下採樣後壓力，Kpa; Ps-標準大氣壓，Kpa; t一儲氣瓶內平均溫度，°C; V-儲氣瓶體積，L。
9. 根據權利要求8所述的一種可調深度土壤二氧化碳採集裝置使用方法，其特徵在 於，所述使用方法還包括： 步驟六：估算土壤釋放〇)2的通量； 完成土壤CO2氣體採集後，將儲氣瓶（1)帶回實驗室，可利用針管注射器通過橡膠塞 (5 )將NaOH或KOH溶液注入儲氣瓶（1)內搖勻，待吸收結束後用稀HCl滴定NaOH或K0H，進 而計算出在鹼溶液吸收劑中的CO2總量；根據土壤CO2氣體濃度、採集時間、採集體積、氣室 罩（11)接觸的土壤面積以及伸縮管（13)上刻度標尺hl，推算出土壤CO2氣體的釋放速率， 估算出土壤釋放0)2的通量。
10. 根據權利要求8所述的一種可調深度土壤二氧化碳採集裝置使用方法，其特徵在 於，所述使用方法還包括： 步驟六：估算土壤釋放〇)2的通量； 用注射器通過橡膠塞（5 )抽取儲氣瓶（1)內0)2氣體樣品，再將注射器插入到氣相色譜 或紅外氣體分析儀注射口內，分析其CO2氣體濃度；根據土壤CO2氣體濃度、採集時間、採集 體積、氣室罩（11)接觸的土壤面積以及伸縮管（13)上刻度標尺hl，推算出土壤CO2氣體的 釋放速率，估算出土壤釋放CO2的通量。
【文檔編號】G01N1/24GK104502163SQ201510008732
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2015年1月8日 優先權日:2015年1月8日
【發明者】鄭永紅, 張治國, 姚多喜, 胡友彪 申請人:安徽理工大學