本發(fā)明涉及土壤環(huán)境研究與檢測領(lǐng)域，具體地說，涉及一種向原位土壤喂食¹³CO₂的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

大氣CO₂的去向問題一直備受爭議。近年來越來越多的研究表明大氣CO₂能夠進(jìn)入土壤中，經(jīng)過土壤的物理化學(xué)作用和微生物作用，吸收固定，目前該過程多采用穩(wěn)定同位素的方法進(jìn)行確定，然而現(xiàn)有研究多采用室內(nèi)人工模擬的方法進(jìn)行¹³CO₂的喂食試驗(yàn)，原位土壤的喂食試驗(yàn)因?yàn)檠b置及方法的限制，鮮有研究。

因此，為了更深入、更準(zhǔn)確的研究CO₂去向的過程，亟需研發(fā)一種向原位土壤喂食¹³CO₂的系統(tǒng)和方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種向原位土壤喂食¹³CO₂的系統(tǒng)與方法，以期通過該方法進(jìn)行研究大氣CO₂去向問題。

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

第一方面，本發(fā)明提供了一種向原位土壤喂食¹³CO₂的喂食系統(tǒng)，所述喂食系統(tǒng)包括：用于提供氣流的動力裝置、用于去除CO₂的過濾裝置、喂食裝置和CO₂檢測裝置；上述裝置之間通過密封管道依次相連；所述喂食裝置的主體為底部開口的容器，容器的側(cè)壁分別設(shè)有與容器連通的注氣管與排氣管。

作為優(yōu)選，所述裝置之間通過可拆卸的橡膠管依次相連。

進(jìn)一步地，所述注氣管與排氣管設(shè)有用于控制氣流進(jìn)出的閥門。

進(jìn)一步地，所述過濾裝置中裝有固體Ca(OH)₂，用于在啟動動力裝置后，去除進(jìn)入喂食裝置的空氣中的CO₂。

進(jìn)一步地，所述喂食裝置在近底部開口處設(shè)有可活動的擋板，用于封閉喂食容器中的氣體，喂食容器外設(shè)有用于控制擋板活動的旋鈕。所述擋板與所述旋鈕通過連桿相連，所述擋板在所述旋鈕旋轉(zhuǎn)下可將所述筒體與外界空氣連通或隔絕。所述擋板邊緣采用硅膠涂抹，以增強(qiáng)密封性。

所述喂食裝置的作用為密封含有一定濃度的¹³CO₂的氣體，實(shí)現(xiàn)對原位土壤的喂食。因此，其可為剛性裝置也可為柔性裝置，可透明也可不透明。

為了便于操作，優(yōu)選所述喂食裝置為具有固定形狀的容器，可選為筒狀、箱狀、盒狀容器等。

在本發(fā)明的一個具體實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了一個較佳的喂食裝置，其主體為底部開口的有機(jī)玻璃筒，內(nèi)徑為22.5cm，外徑為23cm，高為2.5m，距筒體下端20cm處設(shè)有與玻璃筒橫截面相當(dāng)?shù)膱A形擋板，擋板邊緣處涂有硅膠；所述注氣管設(shè)置在距玻璃筒底部30cm處，所述排氣管設(shè)置在距玻璃筒頂部10cm處。

應(yīng)當(dāng)理解，在此基礎(chǔ)上等比例擴(kuò)大或縮小的喂食裝置也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

進(jìn)一步地，所述動力裝置為市售空氣泵(例如購自上海優(yōu)騰動力科技有限公司的全無油空氣壓縮機(jī))，為整個系統(tǒng)提供氣體流動的動力；所述空氣泵與所述過濾裝置相連。

所述過濾裝置包括干燥管、連接干燥管的橡膠導(dǎo)管；所述干燥管之間分別通過橡膠導(dǎo)管相連，所述干燥管內(nèi)為固體Ca(OH)₂。外界空氣通過盛有固體Ca(OH)₂的所述干燥管，過濾其中的CO₂氣體；所述干燥管數(shù)量可根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況增減。

所述CO₂檢測裝置為市售CO₂分析儀(二氧化碳檢測儀，北京亞歐德鵬科技有限公司)，用于精確測定流經(jīng)所述喂食裝置內(nèi)氣體中CO₂濃度。

第二方面，本發(fā)明提供了利用前述喂食系統(tǒng)向原位土壤喂食¹³CO₂的方法，包括如下步驟：

1)將土壤環(huán)豎直打入地下，然后將土壤環(huán)與喂食裝置的底部開口相接并密封；用防水膠帶反復(fù)纏繞接頭，以防止筒體與土壤環(huán)接口處漏氣；

2)將動力裝置、過濾裝置、喂食裝置和CO₂檢測裝置相連；

3)打開注氣管和排氣管上的閥門，開啟動力裝置(空氣泵)，使空氣經(jīng)過濾裝置后，進(jìn)入喂食裝置；

4)利用CO₂檢測裝置檢測從喂食裝置排氣管流出的氣體，當(dāng)CO₂濃度持續(xù)為零時(shí)關(guān)閉注氣管和排氣管的閥門，撤去動力裝置、過濾裝置和CO₂檢測裝置；

5)將注射器接到注氣管，打開注氣管的閥門，向喂食裝置注入¹³CO₂氣體，完成¹³CO₂的喂食。

作為優(yōu)選，為了使過濾裝置能夠更完全的過濾空氣中的CO₂，在所述步驟3)中，控制空氣以5～15L·min^-1的流速從動力裝置流出。

作為優(yōu)選，注入的¹³CO₂氣體的濃度>99.99％。

作為優(yōu)選，使注入¹³CO₂氣體后，喂食裝置中¹³CO₂氣體的濃度與大氣中CO₂氣體的濃度相等或相近。

當(dāng)喂食裝置設(shè)有擋板時(shí)，所述步驟2)將動力裝置、過濾裝置、喂食裝置和CO₂檢測裝置相連后，旋轉(zhuǎn)筒體上的旋鈕，將擋板置于水平位置，使擋板以上空間處于完全密閉狀態(tài)。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明提供了一種向原位土壤喂食¹³CO₂的系統(tǒng)與方法，以期通過該方法進(jìn)行研究大氣CO₂去向問題。利用本發(fā)明所述系統(tǒng)可以在最大限度減少外界干擾的情況下進(jìn)行原位土壤¹³CO₂的喂食，是對現(xiàn)有方法的改進(jìn)與創(chuàng)新，為研究大氣CO₂的去向問題，提供了一種可行、精確、簡便的操作方法。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述向原位土壤喂食¹³CO₂的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明所述喂食裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1、動力裝置；2、過濾裝置；3、喂食裝置；4、CO₂檢測裝置；5、空氣泵；6、盛有Ca(OH)₂的干燥管；7、有機(jī)玻璃筒；8、注氣管；9、排氣管；10、控制擋板開關(guān)的旋鈕；11、擋板；12、CO₂分析儀；13、排氣管開關(guān)閥門；14、注氣管開關(guān)閥門；15、土壤環(huán)。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。需要理解的是以下實(shí)施例的給出僅是為了起到說明的目的，并不是用于對本發(fā)明的范圍進(jìn)行限制。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本發(fā)明的宗旨和精神的情況下，可以對本發(fā)明進(jìn)行各種修改和替換。

下述實(shí)施例中所使用的實(shí)驗(yàn)方法如無特殊說明，均為常規(guī)方法。

下述實(shí)施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑得到。

實(shí)施例1

結(jié)合圖1所示，一種用于向土壤喂食¹³CO₂的系統(tǒng)，包括動力裝置1、過濾裝置2、喂食裝置3和CO₂檢測裝置4；其中，

所述動力裝置為市售空氣泵5；

所述過濾裝置包括干燥管6、連接干燥管的橡膠導(dǎo)管；所述干燥管6之間分別通過橡膠導(dǎo)管相連。所述干燥管6內(nèi)為固體Ca(OH)₂；

所述喂食裝置包括有機(jī)玻璃筒7、注氣管8、排氣管9、排氣管開關(guān)閥門13、注氣管開關(guān)閥門14、圓形擋板11、控制擋板開關(guān)的旋鈕10；

所述CO₂檢測裝置為市售CO₂分析儀12。

所述的空氣泵5為整個系統(tǒng)提供氣體流動的動力；所述空氣泵5與所述過濾裝置2相連。

在本發(fā)明所述的過濾裝置2中，外界空氣通過盛有固體Ca(OH)₂的所述干燥管6，過濾其中的CO₂氣體；所述干燥管6數(shù)量可根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況增減。

在本發(fā)明所述的喂食裝置3中，所述筒體7為有機(jī)玻璃筒，所述筒體7上端封口，下端敞開，所述筒體7側(cè)壁上下分別設(shè)置注氣孔和出氣孔，注氣孔與所述注氣管8相連，出氣孔與所述排氣管9相連，所述注氣管8和所述排氣管9均設(shè)置所述開關(guān)閥門13、14。

所述有機(jī)玻璃筒，其規(guī)格為內(nèi)徑22.5cm，外徑23cm，高2.5m，所述圓形擋板安放位置為距筒體下端20cm處，所述注氣管設(shè)置在距底部30cm處，所述排氣管設(shè)置在距頂部10cm處。

所述圓形擋板11與所述旋鈕10通過連桿相連，所述圓形擋板11在所述旋鈕10旋轉(zhuǎn)下可將所述筒體與外界空氣連通或隔絕。

所述圓形擋板11邊緣采用硅膠涂抹，以增強(qiáng)密封性。

所述CO₂檢測裝置4為市售CO₂分析儀12，用于精確測定流經(jīng)所述喂食裝置內(nèi)氣體中CO₂濃度。

實(shí)施例2喂食方法

利用實(shí)施例1所述系統(tǒng)向土壤喂食¹³CO₂系統(tǒng)喂食土壤¹³CO₂的方法，包括如下步驟：

1)將土壤環(huán)15豎直打入地下，然后將土壤環(huán)15與喂食裝置3相接(圖2)，用防水膠帶反復(fù)纏繞接頭，以防止筒體與土壤環(huán)接口處漏氣；

2)將動力裝置1、過濾裝置2、喂食裝置3和CO₂檢測裝置4相連；旋轉(zhuǎn)筒體上的旋鈕10，使圓形擋板11呈水平狀，從而使玻璃筒擋板以上空間處于完全密封狀態(tài)；

3)打開注氣管14和排氣管13的開關(guān)閥門13、14；開動空氣泵5，控制空氣以10Lmin^-1的流速從空氣泵5中流出，經(jīng)Ca(OH)₂干燥管6的空氣經(jīng)注氣管8進(jìn)入有機(jī)玻璃筒7內(nèi)，又經(jīng)排氣管9進(jìn)入CO₂檢測裝置4；

4)觀察CO₂分析儀12的讀數(shù)變化，當(dāng)CO₂濃度持續(xù)為零時(shí)關(guān)閉空氣泵5，并同時(shí)關(guān)閉玻璃筒上的注氣管開關(guān)閥門14和排氣管開關(guān)閥門13，撤去動力裝置1、過濾裝置2和CO₂檢測裝置4，即完成空氣中CO₂的去除；

5)用注射器通過玻璃筒下端的注氣管14向其內(nèi)部注入33mL¹³CO₂氣體(濃度>99.99％)；緩慢反復(fù)旋轉(zhuǎn)擋板11使筒內(nèi)的氣體攪拌均勻，此時(shí)玻璃筒內(nèi)¹³CO₂的濃度與大氣CO₂濃度相同，為378μmol mol^-1，完成¹³CO₂氣體喂食操作。

雖然，上文中已經(jīng)用一般性說明及具體實(shí)施方案對本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎(chǔ)上，可以對之作一些修改或改進(jìn)，這對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進(jìn)，均屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。