[發(fā)明專利]一種用于稻田土壤甲烷氧化率測定的試驗裝置及測定方法

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• 申請日: 2019-11-19
• 公開（公告）號: CN112903830A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 方凱凱;曹林奎;王峻;儀小梅;戴巍;高慧;沙之敏
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: G01N30/02
• 分類號: G01N30/02;G01N33/24
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 吳文濱

本發(fā)明涉及一種用于稻田土壤甲烷氧化率測定的試驗裝置及測定方法，試驗裝置包括培養(yǎng)瓶組件以及并列插設(shè)在培養(yǎng)瓶組件頂部并分別與培養(yǎng)瓶組件的內(nèi)部相連通的進氣組件及抽氣組件，進氣組件的底部設(shè)有氣體擴散組件；測定方法包括以下步驟：1)稱取土水混合物并置于培養(yǎng)瓶組件內(nèi)；2)通過進氣組件向培養(yǎng)瓶組件內(nèi)通入O₂/N₂氣體混合物，并通過抽氣組件排出培養(yǎng)瓶組件內(nèi)的空氣；3)通過進氣組件向培養(yǎng)瓶組件內(nèi)注入甲烷氣體，之后關(guān)閉進氣組件及抽氣組件；4)將培養(yǎng)瓶組件置于培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，并定期取樣進行檢測。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明不需要用同位素示蹤的方法，采用普通的純甲烷氣體便可研究甲烷的氧化率，節(jié)約成本，適用范圍廣泛，結(jié)果可靠。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于稻田土壤甲烷氧化率測定技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于稻田土壤甲烷氧化率測定的試驗裝置及測定方法。

背景技術(shù)

我國稻田的甲烷排放量在世界范圍內(nèi)比重最大，約占全球稻田甲烷排放量的29.2％。稻田甲烷的減排已經(jīng)納入我國政府的減排總目標(biāo)。在自然環(huán)境中，土壤甲烷排放包括產(chǎn)生和氧化兩大過程，且這兩個過程是同時進行的。因此，提高甲烷氧化效率能極大促進稻田甲烷減排任務(wù)的完成。目前單獨研究稻田甲烷氧化過程的方法只能在室內(nèi)培養(yǎng)瓶中進行，然而室內(nèi)裝置營造的培養(yǎng)環(huán)境與野外真實稻田環(huán)境相差甚遠(yuǎn)，容易造成與真實條件要求偏離較大的情況(不足或者過量)。因此，需要一種能夠最大化模擬野外自然狀況稻土環(huán)境，并對稻田土壤甲烷氧化量進行精準(zhǔn)測定的裝置。

徐華等(土壤(Soils),2006,38(6),671-675)披露了一種測試水稻土甲烷氧化性的試驗裝置，該裝置結(jié)構(gòu)為：選用120mL培養(yǎng)瓶，用硅橡膠塞塞住瓶口，瓶塞周圍以704膠密封；硅橡膠塞中間打一小孔，內(nèi)插玻璃管，管外再套一段硅橡膠軟管，以配套的硅橡膠塞塞緊硅橡膠軟管通氣口，作為氣體取樣口。試驗時，通過氣體取樣口向培養(yǎng)瓶注入一定體積的純甲烷，然后將培養(yǎng)瓶放入28℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，根據(jù)瓶內(nèi)甲烷濃度的變化情況每隔一定時間測定1次瓶中剩余的甲烷濃度，以此來計算甲烷的氧化率。然而，由于普通空氣中含有2ppm左右的甲烷，該試驗裝置無法排除空氣中甲烷對實驗結(jié)果的影響；此外，該裝置不能很好地模擬野外稻田中甲烷氧化的真實情況，純甲烷經(jīng)長玻璃管導(dǎo)入到培養(yǎng)瓶內(nèi)后，其擴散不均勻，甲烷在土壤中分布具有較強異質(zhì)性，會對試驗結(jié)果產(chǎn)生影響。

Lichao Fan等(Science of the Total Environment,657(2019),893-901)報道了一種對傳統(tǒng)研究甲烷氧化的裝置進行改進的方法。相關(guān)裝置結(jié)構(gòu)為：設(shè)置培養(yǎng)瓶系統(tǒng)和抽氣系統(tǒng)，培養(yǎng)瓶系統(tǒng)包括瓶身和瓶蓋(配套，可旋轉(zhuǎn))；抽氣系統(tǒng)包括長針管，上部連有一個三通閥，三通閥上接有注射器，長針管的尖端連有一小段硅膠管，硅膠管繞成彎曲的一段。試驗時，通過硅膠管將¹³C標(biāo)記的甲烷直接注入到瓶身內(nèi)的水土混合物中，以替代震蕩處理，模擬土壤自產(chǎn)甲烷的擴散過程。該方法通過采用同位素標(biāo)記甲烷的方式排除了空氣中甲烷對實驗結(jié)果的影響，但由于其需要使用同位素標(biāo)記，成本昂貴，因而應(yīng)用范圍較窄，普適性差；而且由于其只設(shè)有一根長針管，瓶內(nèi)氣體無法頂空采樣。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種用于稻田土壤甲烷氧化率測定的試驗裝置及測定方法，不僅消除了空氣中甲烷的干擾，且成本較低，應(yīng)用范圍廣。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種用于稻田土壤甲烷氧化率測定的試驗裝置，該裝置包括培養(yǎng)瓶組件以及并列插設(shè)在培養(yǎng)瓶組件頂部并分別與培養(yǎng)瓶組件的內(nèi)部相連通的進氣組件及抽氣組件，所述的進氣組件的底部設(shè)有氣體擴散組件。

進一步地，所述的培養(yǎng)瓶組件包括頂部開口的培養(yǎng)瓶以及設(shè)置在培養(yǎng)瓶頂部并與培養(yǎng)瓶的頂部開口相適配的橡膠塞，所述的進氣組件及抽氣組件分別由上而下貫穿橡膠塞。