[發(fā)明專利]一種土壤縫隙中的氧化亞氮測(cè)量裝置及其測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811093570.4
• 申請(qǐng)日: 2018-09-19
• 公開（公告）號(hào): CN109490226B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙賢德;董大明;矯雷子;鄭文剛;田宏武;李傳霞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)研究中心
• 主分類號(hào): G01N21/31
• 分類號(hào): G01N21/31
• 代理公司: 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩;吳歡燕

本發(fā)明涉及土壤縫隙中的氧化亞氮的測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種土壤縫隙中的氧化亞氮測(cè)量裝置及其測(cè)量方法，包括：裝置本體，設(shè)置在待測(cè)土壤上，在裝置本體的底部構(gòu)造有檢測(cè)窗口；罩體結(jié)構(gòu)，設(shè)置在裝置本體的底端并能完全遮擋檢測(cè)窗口；主控板，設(shè)置在裝置本體的內(nèi)部；信噪比增強(qiáng)模塊，設(shè)置在裝置本體內(nèi)部并接近底部的部位；激光器，設(shè)置在信噪比增強(qiáng)模塊的頂端，用于向信噪比增強(qiáng)模塊的內(nèi)部發(fā)出調(diào)諧激光并照射到土壤表面；以及探測(cè)器，設(shè)置在信噪比增強(qiáng)模塊的側(cè)面，用于接收散射光的光信號(hào)以計(jì)算得出土壤縫隙中的氧化亞氮濃度。該裝置能夠在不對(duì)氣體進(jìn)行采樣的前提下對(duì)土壤縫隙中氧化亞氮濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，具有原位快速測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及土壤縫隙中的氧化亞氮的測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種土壤縫隙中的氧化亞氮測(cè)量裝置及其測(cè)量方法。

背景技術(shù)

氧化亞氮(N₂O)是大氣中的一種痕量氣體，也是一種重要的溫室效應(yīng)氣體，其百年增溫潛勢(shì)(GWP)為CO₂的296倍，在大氣中的壽命長達(dá)120年，對(duì)臭氧層會(huì)遭到破壞。土壤是N₂O的重要產(chǎn)生源，其排放出的氧化亞氮占全球氧化亞氮總排放量的90％以上，土壤中的硝化作用和反硝化作用是N₂O的主要生成過程。因此，研究土攘排放氧化亞氮大小對(duì)大氣中氧化亞氮濃度增高的貢獻(xiàn)量以及對(duì)調(diào)控全球氣候變化的決策都有著重要的理論和實(shí)際意義。

通常，土壤中N₂O的排放一般采用靜態(tài)箱采集，然后結(jié)合氣相色譜(GC)法測(cè)定，不銹鋼觀測(cè)箱的尺寸為50cm×50cm×50cm(厘米)，外罩隔熱棉被。箱內(nèi)裝有采樣管、測(cè)溫探頭和2個(gè)軸流風(fēng)扇。不銹鋼底座的尺寸為50cm×50cm(厘米)，埋入土壤中的深度為20cm(厘米)。觀測(cè)時(shí)將箱體扣在底座上，用水密封。分別在扣箱后的0、10、20、30min(分)用100mL(毫升)的注射器抽取箱內(nèi)空氣，同步測(cè)定箱內(nèi)的氣溫、冠層氣溫、地溫以及土壤水分(測(cè)墑儀測(cè)定)，氣樣采集后送回實(shí)驗(yàn)室用氣相色譜法分析其中N₂O的濃度。

由于土壤間環(huán)境條件和農(nóng)業(yè)耕作方式的不同土壤釋放氧化亞氮的通量存在著時(shí)間和空間上的差異，同時(shí)，土壤溫度極大的影響著土壤釋放的通量大小，土壤溫度高，土壤釋放氧化亞氮的通量就大，土壤溫度低土壤釋放氧化亞氮的通量就小。土壤中氧化亞氮濃度差異大，變化快，常規(guī)的檢測(cè)技術(shù)裝置復(fù)雜，采樣步驟繁瑣，只能定點(diǎn)采樣，且需要實(shí)驗(yàn)室內(nèi)分析，不能實(shí)時(shí)測(cè)量，如果需要大面積測(cè)量，則需要布置大量采樣點(diǎn)，且采樣和分析繁瑣，耗費(fèi)大量人力物力和時(shí)間成本。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的目的是提供一種土壤縫隙中的氧化亞氮測(cè)量裝置及其測(cè)量方法，以至少解決現(xiàn)有技術(shù)中的氧化亞氮測(cè)量裝置存在不能在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行快速測(cè)量和不能對(duì)土壤縫隙中的氧化亞氮濃度在隨外界溫度、氣壓等環(huán)境變化而變化時(shí)進(jìn)行快速跟蹤的技術(shù)問題之一。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問題，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種土壤縫隙中的氧化亞氮測(cè)量裝置，包括：裝置本體，設(shè)置在含有待測(cè)氧化亞氮的土壤上，在所述裝置本體的底部構(gòu)造有檢測(cè)窗口；罩體結(jié)構(gòu)，設(shè)置在所述裝置本體的底端并能完全遮擋所述檢測(cè)窗口；主控板，設(shè)置在所述裝置本體的內(nèi)部；信噪比增強(qiáng)模塊，設(shè)置在所述裝置本體內(nèi)部并接近底部的部位；激光器，設(shè)置在所述信噪比增強(qiáng)模塊的頂端，用于向信噪比增強(qiáng)模塊的內(nèi)部發(fā)出調(diào)諧激光并照射到土壤表面；以及探測(cè)器，設(shè)置在所述信噪比增強(qiáng)模塊的側(cè)面，用于接收散射光的光信號(hào)以計(jì)算得出土壤縫隙中的氧化亞氮濃度。

其中，所述信噪比增強(qiáng)模塊包括半球形金屬外殼，在所述半球形金屬外殼的內(nèi)表面鍍有光學(xué)漫反射鍍層。

其中，在所述半球形金屬外殼的頂端構(gòu)造有激光器入射孔，在所述半球形金屬外殼的側(cè)面構(gòu)造有反射光收集孔，其中，所述激光器通過所述激光器入射孔向所述信噪比增強(qiáng)模塊的內(nèi)部發(fā)出調(diào)諧激光，所述探測(cè)器的探測(cè)端通過所述反射光收集孔伸入到所述信噪比增強(qiáng)模塊的內(nèi)部。