土壤呼吸作用測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及土壤監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種土壤呼吸作用測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]二氧化碳、甲烷、氧化亞氮作為全球范圍內(nèi)三大主要的溫室效應(yīng)氣體，其危害性日益受到人們的關(guān)注。而土壤呼吸作用對于全球溫室效應(yīng)的影響主要分為兩方面:其一，土壤呼吸是全球碳庫的主要輸出途徑和溫室氣體的重要來源之一，其微小的波段都會引起大氣中溫室氣體的濃度以及碳庫的增加速度，從而加劇全球氣候變暖。其二，土壤呼吸是土壤中生命活動的表征，對土壤二氧化碳的釋放量的準確監(jiān)測與否是評價生態(tài)系統(tǒng)中生物學(xué)過程的關(guān)鍵，而且通過對土壤呼吸的監(jiān)測能夠估測出根系和土壤中微生物對氣候變化的反應(yīng)。土壤呼吸在一定程度上反映了土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和供應(yīng)的能力，是土壤質(zhì)量和肥力的重要生物學(xué)指標和土壤健康狀況的指示因子。因此，土壤呼吸作用的精確監(jiān)測對于當(dāng)前全球化碳循環(huán)的研究以及推進減緩全球溫室效應(yīng)的進程具有十分重要的意義。
[0003]常見的土壤呼吸測量方法一般有以下兩種:碳庫變化法和通量測定法，其中最常用的是通量測定法，即直接測定土壤和大氣間的二氧化碳交換量，該方法需要將密閉的氣體室倒扣在土壤表面作為測量氣體室。但由于土壤呼吸作用取決于土壤溫度、有機質(zhì)含量、水飽和度以及許多空間變量，尤其對溫度和壓力的波動極其敏感，并且土壤呼吸會釋放大量二氧化碳氣體，這勢必會導(dǎo)致氣體室壓力的變化，因此降低了測量的準確性和科學(xué)性。
[0004]其次，土壤水熱變化、營養(yǎng)物質(zhì)交換以及微生物活動也會引起土壤溫度的變化，因此，土壤呼吸作用的氣體濃度數(shù)值計算過程中還需要進行溫度補償。
[0005]此外，當(dāng)前氣體濃度數(shù)值測量法的主要方法有靜態(tài)箱法、動態(tài)箱法、氣象色譜方法、微氣象測量法和紅外二氧化碳檢測法等。傅里葉變換紅外光譜法作為一種紅外二氧化碳檢測方法，其與傳統(tǒng)方法相比，具有高速、使用方便、測量結(jié)果精確等優(yōu)點，該方法可被認為是土壤呼吸較為理想的測量方法之一。但現(xiàn)存的可實施傅里葉變換紅外光譜法的裝置，例如美國L1-COR公司的l1-8100和l1-6400裝置，存在以下不足:價格昂貴，光程太短導(dǎo)致測量精度不高，采用單波段光源且測量氣體單一，即只能從二氧化碳一種氣體的變化速率來反應(yīng)土壤呼吸，不能測量甲烷和氧化亞氮。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中測量精度不高和只能測量單一氣體變化率不足，提供一種土壤呼吸作用測量裝置，包括:氣體室、氣栗、繼電器、光譜儀、微處理器以及位于所述氣體室內(nèi)部的光源驅(qū)動電路、紅外寬帶光源和光程反射單元；
[0007]所述氣體室，用于罩設(shè)于待測土壤上方，形成密封空間，以收集土壤呼吸作用生成的氣體；
[0008]所述氣栗，用于將所述氣體室內(nèi)的氣體抽到所述氣體室外，以使所述氣體室內(nèi)的待測氣體的濃度達到預(yù)設(shè)濃度范圍；
[0009]所述繼電器，用于根據(jù)所述微處理器的控制指令，控制所述氣栗的開啟或關(guān)閉；
[0010]所述光源驅(qū)動電路與所述紅外寬帶光源相連，用于驅(qū)動所述紅外寬帶光源，以使所述紅外寬帶光源發(fā)射紅外光信號；
[0011]所述光程反射單元用于對所述紅外寬帶光源發(fā)出的紅外光信號進行多次反射，并將經(jīng)多次反射后的紅外光信號傳輸?shù)剿龉庾V儀；
[0012]所述光譜儀，用于接收經(jīng)所述光程反射單元反射出的所述紅外光信號，將所述紅外光信號轉(zhuǎn)換為光譜數(shù)據(jù)，并將所述光譜數(shù)據(jù)傳輸給所述微處理器。
[0013]優(yōu)選地，還包括電源模塊；
[0014]所述電源模塊，用于為所述土壤呼吸作用測量裝置供電。
[0015]優(yōu)選地，還包括入土梯形尖端，所述入土梯形尖端與所述氣體室下部相連為一體成型結(jié)構(gòu)；
[0016]所述入土梯形尖端的側(cè)面設(shè)有多個開孔。
[0017]優(yōu)選地，還包括微型風(fēng)扇；
[0018]所述微型風(fēng)扇位于所述氣體室內(nèi)，用于加快所述氣體室內(nèi)的氣體流動。
[0019]優(yōu)選地，還包括土壤溫度計；
[0020]所述土壤溫度計，插入所述待測土壤中，用于測量所述氣體室內(nèi)的土壤溫度數(shù)據(jù)，并將所述土壤溫度數(shù)據(jù)傳輸給所述微處理器。
[0021]優(yōu)選地，所述紅外寬帶光源的波長帶寬為3?14um。
[0022]優(yōu)選地，還包括設(shè)于所述氣體室外壁上的壓力平衡閥，所述壓力平衡閥與所述微處理器相連，用于根據(jù)所述微處理器的控制指令進行開啟或關(guān)閉，以平衡氣體室內(nèi)外的氣壓；
[0023]所述壓力平衡閥與所述氣體室的接觸部位設(shè)有密封部件。
[0024]優(yōu)選地，所述光程反射單元，具體為以預(yù)設(shè)角度安裝于所述氣體室內(nèi)的多面反射
Ho
[0025]優(yōu)選地，還包括與所述微處理器相連的顯示模塊。
[0026]優(yōu)選地，所述氣體室和所述光譜儀之間設(shè)有一個孔徑，以使紅外光信號通過；并且所述氣體室和所述光譜儀之間用密封部件密封。
[0027]本實用新型所公開的土壤呼吸作用測量裝置結(jié)構(gòu)簡單，通過設(shè)置光程反射單元可增大光程進而提高土壤呼吸氣體檢測精度，可對多種氣體濃度的變化速率進行同時檢測。
【附圖說明】
[0028]通過參考附圖會更加清楚的理解本實用新型的特征和優(yōu)點，附圖是示意性的而不應(yīng)理解為對本實用新型進行任何限制，在附圖中:
[0029]圖1示出了本實用新型實施例提供的土壤呼吸作用測量裝置；
[0030]圖2示出了本實用新型另一實施例提供的土壤呼吸作用測量裝置。
【具體實施方式】
[0031]下面將結(jié)合附圖對本實用新型的實施例進行詳細描述。
[0032]圖1示出了本實用新型實施例提供的土壤呼吸作用測量裝置；如圖1所示，本實用新型提供的土壤呼吸作用測量裝置，包括:氣體室4、氣栗1、繼電器2、光譜儀13、微處理器14以及位于氣體室內(nèi)部的光源驅(qū)動電路7、紅外寬帶光源8和光程反射單元3。
[0033]氣體室4罩設(shè)于待測土壤上方，形成密封空間，以收集土壤呼吸作用生成的氣體，例如二氧化碳、甲烷或氧化亞氮。
[0034]氣栗I用于將氣體室4內(nèi)的氣體抽到氣體室4外，以使氣體室4內(nèi)的待測氣體，例如二氧化碳、甲烷或氧化亞氮中的一種或多種，的濃度達到預(yù)設(shè)濃度范圍；
[0035]繼電器2，用于根據(jù)微處理器14的控制指令，控制氣栗I的開啟或關(guān)閉。
[0036]光源驅(qū)動電路7與紅外寬帶光源8相連，用于驅(qū)動紅外寬帶光源8，以使該紅外寬帶光源發(fā)射特定波長帶寬的紅外光信號。利用該紅外寬帶光源可以實現(xiàn)同時對一種或多種土壤呼吸氣體的濃度進行檢測。
[0037]光程反射單元3用于對紅外寬帶光源8發(fā)出的紅外光信號進行多次反射，并將經(jīng)多次反射后的紅外光信號傳輸?shù)焦庾V儀13，以增加紅外光信號在氣體室4內(nèi)進行反射的光程，進而提高測量系統(tǒng)的檢測靈敏度。
[0038]光譜儀13用于接收經(jīng)光程反射單元3反射出的紅外光信號，將該紅外光信號轉(zhuǎn)換為光譜數(shù)據(jù)，并將該光譜數(shù)據(jù)傳輸給微處理器14。
[0039]圖2示出了本實用新型另一實施例提供的土壤呼吸作用測量裝置，如圖2所示，本實用新型提供的另一實施例中，本實施例的土壤呼吸作用測量裝置還可包括電源模塊9，其用于給整個系統(tǒng)供電。
[0040]優(yōu)選地，本實施例的測量系統(tǒng)還包括入土梯形尖端12，其與氣體室4下部插入土壤11的部分相連為一體成型結(jié)構(gòu)；
[0041]該入土梯形尖端12的側(cè)面設(shè)有多個開孔(圖中未示出)，可用于促進土壤水熱和營養(yǎng)物質(zhì)交換。
[0042]優(yōu)選地，該測量系統(tǒng)還包括微型風(fēng)扇5，其位于氣體室4內(nèi)，用于加快氣體室4內(nèi)的氣體流動可將土壤呼吸的氣體在氣體室4內(nèi)進行充分混合。
[0043]進一步地，該測量系統(tǒng)還包括土壤溫度計10，插入待測土壤中，用于測量氣體室4內(nèi)的土壤溫度數(shù)據(jù)，并將該土壤溫度數(shù)據(jù)傳輸給微處理器14。。
[0044]本實施例中的紅外寬帶光源8優(yōu)選為MIR陶瓷光源，其波長帶寬為3?14um。
[0045]此外，本測量系統(tǒng)還包括設(shè)于氣體室4外壁上的壓力平衡閥6，其與微處理器14相連，用于根據(jù)微處理器14的控制指令進行開啟或關(guān)閉，以平衡氣體室4內(nèi)外的氣壓。壓力平衡閥6與氣體室4的接觸部位用密封部件(例如密封膠)密封，在保證不漏氣的條件下，消除氣體室4內(nèi)外氣壓差異，使氣壓保持動態(tài)平衡。
[0046]作為本實施例的優(yōu)選，光程反射單元3具體為以預(yù)設(shè)位置及反射角度安裝于氣體室4內(nèi)的多面反射鏡(例如圖2中，以“M”型進行設(shè)置的五面反射鏡)，可多次反射紅外寬帶光源8發(fā)出的紅外光信號16，將其光程增加到4m，以提高測量精度，其具體依據(jù)如下:
[0047]紅外光信號譜定量分析的理論依據(jù)是朗伯-比爾(Lambert-Beer)定律，即當(dāng)一束平行單色光垂直通過某一均勻非色散的吸收物質(zhì)時，其吸光度A和吸收物質(zhì)的濃度c及光程L(即紅外光信號在氣體介質(zhì)中通過的距離)成正比。朗伯-比爾可以表示為:
[0048]A = Klc(I)
[0049]式中，A為吸光度，無單位，c為吸光物質(zhì)的濃度，單位可以是g/ml或mol/ml等，K為吸收系數(shù)，無單位。從(I)式可以看出，氣體確定以后，氣體濃