[發(fā)明專利]一種土壤氣體活動量的監(jiān)測裝置與監(jiān)測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010412730.8
• 申請日: 2020-05-15
• 公開（公告）號: CN111474327A
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李紅壽;詹鴻濤;王小偉;孫勝利;鞏一璞;王順仁;馬堅虹;崔強
• 申請（專利權(quán)）人: 敦煌研究院
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01D21/02;G01D9/00
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司 62002
• 代理人: 馬正良

本發(fā)明公開了一種土壤氣體活動量的監(jiān)測裝置、實施步驟與計算方法。監(jiān)測裝置是由PBT330大氣壓力傳感器、VX5316無紙記錄儀、S?THB?M008溫濕度監(jiān)測儀、U?30無紙記錄儀、數(shù)據(jù)傳輸線和電源組成。PBT330大氣壓力傳感器和S?THB?M008溫濕度監(jiān)測儀除一個保留在地表上監(jiān)測大氣外，其它都埋設(shè)于包氣帶土壤內(nèi)；無紙記錄儀通過數(shù)據(jù)傳輸線分別與大氣壓力傳感器連接，并通過數(shù)據(jù)傳輸線與電源連接。本發(fā)明可長期監(jiān)測土壤氣體活動，確定土壤氣體活動數(shù)量，可為土壤呼吸量、干旱區(qū)生態(tài)恢復(fù)和石窟寺文物保護等研究提供技術(shù)與設(shè)備支撐。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種土壤氣體活動量的監(jiān)測裝置與監(jiān)測方法。具體的講，本發(fā)明立足于了解土壤氣體活動數(shù)量，按照一定步驟在土壤內(nèi)安裝空氣壓強、溫度和濕度自動測量裝置，并通過一定的公式和測量數(shù)據(jù)計算土壤氣體活動量的方法。該方法可確定土壤中氣體的活動量及水汽運移量，可為土壤呼吸、干旱區(qū)生態(tài)恢復(fù)及洞窟文物保護等研究提供設(shè)備與方法支撐。

背景技術(shù)

眾所周知，土壤是由固體、液體和氣體三類物質(zhì)組成的。固體物質(zhì)包括土壤礦物質(zhì)、有機質(zhì)和微生物等；液體物質(zhì)主要指土壤水分；氣體是存在于土壤孔隙中的空氣。這三種物質(zhì)有機的構(gòu)成了一個土壤統(tǒng)一體。從地質(zhì)學(xué)的角度看，地面以下潛水面以上的地帶稱包氣帶，它是巖土顆粒、水、空氣三者同時存在的一個復(fù)雜系統(tǒng)。因此，無論通常意義上的土壤還是地質(zhì)學(xué)上所指的包氣帶，該區(qū)域由于氣相的存在，與外界大氣形成了一個連續(xù)的統(tǒng)一體。在該區(qū)域內(nèi)，土壤空氣受大氣壓波動的影響，在地表存在“被動呼吸”，即土壤空氣與大氣存在一定數(shù)量的交流。同時，土層內(nèi)的空氣隨氣壓的波動存在上下運移，有一定數(shù)量的空氣通過土層界面。另外，受土壤溫度變化影響，土壤存在獨立的“主動呼吸”，即在溫度作用下存在土壤的吸濕吸附與解吸濕吸附的相互轉(zhuǎn)化。土壤的“主動呼吸”與“被動呼吸”的數(shù)量直接影響到植物根系氣體的交換量，對植物根系發(fā)育有重要影響。然而，土壤呼吸監(jiān)測裝置的缺乏嚴重影響到相關(guān)研究的發(fā)展。

另外，水汽是土壤氣體的主要構(gòu)成成分，土壤氣體活動會導(dǎo)致水分的運移。水是極其重要的生態(tài)驅(qū)動因子，在生態(tài)系統(tǒng)中具有十分重要的地位。水分在干旱地區(qū)極為珍貴，對荒漠區(qū)植被的生存、分布和數(shù)量具有決定性作用。水分的數(shù)量是制約荒漠區(qū)生物數(shù)量和規(guī)模的關(guān)鍵。在潛水埋深較淺的地區(qū)，潛水通過毛管對土壤水分和植被具有重要的補充作用。在潛水埋深較深的干旱地區(qū)，毛細作用對潛水的運轉(zhuǎn)已不起作用，潛水的運移重要通過氣態(tài)的水汽運移，確定潛水水汽運移量是決定干旱荒漠區(qū)植被恢復(fù)數(shù)量的關(guān)鍵。因此，確定土壤氣體活動數(shù)量，明確水汽運移量對評估生態(tài)承載量非常重要。然而，目前尚無監(jiān)測土壤氣體活動數(shù)量的專門方法與設(shè)備，這便成為制約干旱荒漠區(qū)生態(tài)恢復(fù)的重要瓶頸。

同時，在古絲綢之路沿線上保存了眾多的佛教石窟寺，它們開鑿于礫砂巖體中，處于包氣帶中。石窟中保存的大量精美壁畫、彩塑，是我國重要的文化遺產(chǎn)，具有重要的歷史、科學(xué)和文化價值。長期以來，由于氣候的變化和人類活動的影響，眾多的石窟壁畫存在起甲、霉變、空鼓、酥堿等與水分相關(guān)的病害。研究發(fā)現(xiàn)，水汽作為土壤氣體主要構(gòu)成成分，是引起壁畫病害關(guān)鍵因子。引起壁畫病害原因是洞窟圍巖同樣存在大氣壓波動下的“被動呼吸”和溫度影響下的“主動呼吸”。它是影響洞窟水分蒸發(fā)和水汽運移的關(guān)鍵。因此，科學(xué)監(jiān)測洞窟圍巖氣壓、溫度、濕度在內(nèi)的氣體活動數(shù)量，確定圍巖水汽運移的數(shù)量與方向是當前亟待解決的關(guān)鍵問題，在洞窟文物的主動預(yù)防性保護中具有至關(guān)重要的作用。

因此，利用現(xiàn)代科學(xué)原理研制一種監(jiān)測土壤氣體活動的裝置，并通過裝置來監(jiān)測、計算其活動量及其水汽運移量，這對土壤呼吸、干旱區(qū)生態(tài)恢復(fù)和洞窟文物保護等研究有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于所述，本發(fā)明以土壤氣體活動的監(jiān)測為對象，以了解土壤氣體活動數(shù)量為目的，旨在提供一種土壤氣體活動量的監(jiān)測裝置；另一目的在于提供利用裝置來測定土壤內(nèi)空氣氣壓、溫度、濕度的活動數(shù)量及水汽運移量的方法，為土壤呼吸、干旱區(qū)生態(tài)恢復(fù)和石窟寺文物保護等研究提供設(shè)備與技術(shù)支撐。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：