[發明專利]一種同步測定土壤底物和氣體排放的裝置及方法

有效

• 申請號: 201210152381.6
• 申請日: 2012-05-16
• 公開（公告）號: CN102680662A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 廖婷婷;孫揚;劉廣仁;鄭循華;王睿
• 申請（專利權）人: 中國科學院大氣物理研究所
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周長興

技術領域

本發明涉及一種同步測定土壤底物和氣體排放的裝置。

本發明還涉及利用上述裝置進行同步測定土壤底物和氣體排放的方法。

背景技術

自然界中，各類生態系統的土壤，與大氣不斷進行交換。該交換過程是與全球變化緊密相關的生物地球化學循環的重要環節。由于全球氣候變化，溫室效應得到越來越多的關注；近年來頻繁被關注的城市大氣污染，也迫使研究者對氮氧化物(NO和NO₂等)進行進一步觀測和研究。土壤中硝化作用和反硝化作用是最主要的溫室氣體(CO₂、CH₄和N₂O)以及化學活性氣體NO的重要生物地表源，對其氣體排放速率的定量及排放影響因子的深入了解，成為近30年來生物地球化學循環的研究熱點。

對于土壤硝化反硝化過程氣體排放的觀測，目前國際上分為：

1)野外長期定位觀測，主要使用箱法測定土壤的氣體排放通量；野外長期定位實驗能夠反映溫室氣體排放的年際變化，估算全年排放總量。

2)室內模擬，控制環境因子在密閉空間中對土柱進行培養，測定頂部空間的氣體濃度。室內模擬實驗由于可控的溫度、氧氣含量、底物含量等優勢，所以已成為定量研究氣體排放通量和深入了解氣體排放影響因子的最有力手段。室內模擬實驗又分為靜態法和動態法。靜態法，即將土柱放置于一個封閉容器中，隔一段時間用注射器抽取氣體使用相應儀器測定。動態法，即將土柱放在培養罐中，用混合氣體吹掃頂部空間(混合氣體是He和O₂，也可以用N₂替代He，氧氣含量可以調節)，保持頂部空間的氣體流動，通過間歇測定混合氣體攜帶出來的氣體濃度計算土壤溫室氣體排放通量。該方法保持了土壤-底層大氣交界面的自然濃度梯度，土壤產生的溫室氣體通過梯度擴散進入頂部空間，比靜態法更能反映土壤大氣交換的自然狀態和土壤界面化學狀態，得到越來越廣泛的應用。

土壤中通過硝化和反硝化過程產生CO₂、CH₄、N₂O和NO的速率，受到土壤中微生物可利用的碳氮底物濃度的控制。其中碳底物主要是可溶性有機碳(DOC)，氮底物主要包括硝態氮(NO₃^-)和銨態氮(NH₄⁺)。DOC一方面通過為反硝化微生物提供電子和能量而促進反硝化作用，另一方面通過促進微生物生長和活動，加快土壤O₂的消耗，加速土壤厭氧環境的形成，間接促進土壤反硝化作用。NO₃^-含量不僅影響土壤反硝化速率，而且還影響土壤反硝化產物的組成，NH₄⁺含量是硝化作用的底物和礦化的產物。觀測土壤在各種底物狀態和環境因子下，氣體排放速率和各種氣體相對比例，對深入了解各種環境因子對土壤硝化和反硝化產生的相關氣體排放規律及估算有重要意義，也是全球變化研究領域的最基礎工作。

發明內容

本發明的目的在于提供一種同步測定土壤底物和氣體排放的裝置。

本發明的又一目的在于利用上述裝置進行同步測定土壤底物和氣體排放的方法。

為實現上述目的，本發明提供的同步測定土壤底物和氣體排放的裝置，主要包括：

惰性氣體和O₂氣源，各自通過一質量流量計連接至氣體混合罐的進氣口；

氣體混合罐具有多個出氣口，每個出氣口均各連接至一個培養罐的進氣口，每個出氣口和培養罐之間串接有質量流量計和恒溫管，各培養罐的出氣口直接放空或采樣進行氣體檢測分析；

培養罐內盛放土壤樣品；

各質量流量計上安裝有電壓模擬量輸出模塊和電壓模擬量輸入模塊，所述電壓模擬量輸出模塊和電壓模擬量輸入模塊連接至計算機；

各培養罐和各恒溫管置于恒溫裝置中。

所述同步測定土壤底物和氣體排放的裝置，其中，氣體混合罐上安裝有氣體壓力表和恒壓閥。

所述同步測定土壤底物和氣體排放的裝置，其中，恒溫管為彎曲成螺旋狀的不銹鋼管。

所述同步測定土壤底物和氣體排放的裝置，其中，培養罐的蓋子與罐體之間為螺旋連接，蓋子與罐體之間設有密封圈。

本發明提供的利用上述裝置同步測定土壤底物和氣體排放的方法，主要步驟包括有：