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1、(10)申请公布号 CN 102879235 A (43)申请公布日 2013.01.16 CN 102879235 A *CN102879235A* (21)申请号 201110199075.3 (22)申请日 2011.07.15 G01N 1/24(2006.01) (71)申请人 敦煌研究院 地址 736200 甘肃省敦煌市莫高窟 申请人 中国科学院寒区旱区环境与工程研 究所 (72)发明人 汪万福 赵爱国 李红寿 赵晶 李宏 (74)专利代理机构 兰州中科华西专利代理有限 公司 62002 代理人 张华芳 (54) 发明名称 一种用于低温干旱潮湿及冻融交替频发的土 壤气体采集器 (5。
2、7) 摘要 一种用于低温干旱潮湿及冻融交替频发的土 壤气体采集器， 由取样器、 控制柜和小气候采集仪 构成， 取样保护筒下端筒壁开有微进气孔， 其外壁 包裹防冻加热带， 顶端有塑料上盖， 底部有塑料下 堵头通过螺丝固定， 筒内设置硅胶管塞 ； 控制柜 内置有真空泵、 逆变电源和过滤器 ； 小气候采集 仪由风速杯、 风向标、 空气温湿度和地温构成， 本 发明可避免土壤微粒、 水和冰对进气微孔的堵塞 干扰 ； 可采集某一深度范围的土壤温室气体， 同 时避免外界大气进入气体采集管 ； 利用由气泵等 组成的可移动式抽气设备抽气来增加所采集的气 体量， 可进一步消除试验误差， 提高试验精确度 ； 可根据。
3、试验要求布设至不同深度土壤中， 来采集 不同深度范围的土壤温室气体， 从而定期监测土 壤剖面各深度范围内的温室气体浓度 ； 本发明结 构简单、 操作方便， 适合多点同时观测。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 1/1 页 2 1. 一种用于低温干旱潮湿及冻融交替频发的土壤气体采集器， 由取样器、 控制柜 (33) 和小气候采集系统构成， 其特征在于 ： a.取样器通过快速接头阀门(18)连接快速接头软管(20) ； 快速接头软管(20)与控制 柜。
4、 (33) 上的进气阀门 (21) 连接 ； 控制柜 (33) 上的出气阀门 (34) 连接储气袋 (35) ； 控制 柜 (33) 内的逆变电源 (23) 与蓄电瓶 (28) 连接 ； 太阳能电池板 (30) 与太阳能充电器 (29) 连接， 蓄电瓶 (28) 连接太阳能充电器 (29) 和小气候采集系统 ； b. 取样器包括取样器 (1)、 取样器 (2)、 取样器 (3)、 取样器 (4)、 取样器 (5)、 取样器 (6) ； 取样器由取样管 (7)、 弯接头管 (8)、 塑料上盖 (9)、 无毒硅胶管塞 (10)、 防冻加热带 (12)、 取样保护筒 (13)、 塑料下堵头 (14)。
5、 构成 ； 取样保护筒 (13) 下端筒 壁开有微进气孔 (15)， 其外壁包裹防冻加热带 (12)， 顶端有塑料上盖 (9)， 底部有塑料下堵 头 (19) 通过固定螺丝 (17) 固定 ； 取样保护筒 (13) 内设置无毒硅胶管塞 (10) ； 不锈钢取样 管 (7) 下端穿过无毒硅胶管塞 (10) 中心孔， 并通过管箍 (16) 和螺母 (11) 与无毒硅胶管塞 (10) 固定， 其上端穿过塑料上盖 (9) 与弯接头把手 (8) 连接 ； c. 控制柜 (33) 内置有真空泵 (22)、 逆变电源 (23) 和过滤器 (31) ； 其面板上设有指示 灯 (24)、 逆变电源开关 (25)。
6、、 气泵开关 (26)、 加热带开关 (27)、 气泵流量阀 (32) 和电源插 座 (41) ； 2. 如权利要求 1 所述的一种用于低温干旱潮湿及冻融交替频发的土壤气体采集器， 其 特征在于 ： 所述小气候采集系统由小气候采集仪 (42)、 风速杯 (37)、 风向标 (38)、 空气温湿 度 (39) 和地温传感器 (40) 构成 ； 3. 如权利要求 1 所述的一种用于低温干旱潮湿及冻融交替频发的土壤气体采集器， 其 特征在于 ： 所述电源插座 (41) 通过加热带插头 (19) 连接防冻加热带 (12)。 权 利 要 求 书 CN 102879235 A 2 1/4 页 3 一种用于。
7、低温干旱潮湿及冻融交替频发的土壤气体采集器 技术领域 0001 本发明涉及试验仪器设备技术领域， 具体说是一种用于低温干旱潮湿及冻融交替 频发的土壤气体采集器。 背景技术 0002 众所周知， 以气候变暖为主要特征的地球气候系统变化是不争的事实。在气候变 暖的背景下， 青藏高原地区多年冻土呈现不同程度的退化， 可能引起多年冻土区大量的土 壤有机碳和氮以温室气体的形式 ( 如 CO2和 N2O 等 ) 进入大气， 表现出正反馈效应， 因此， 研 究土壤温室气体的产生机制和影响因素， 对于控制温室气体排放和保护干旱区、 冻土区的 生态环境具有重要的现实意义。在冻土活动层土壤冻融过程频繁发生时期， 。
8、定位监测干旱 区冻土层不同深度土壤中的温室气体， 是土壤学、 生态学、 沙漠科学和冰冻圈科学研究工作 者共同关注的热点问题。 在敦煌莫高窟研究土壤温室气体浓度剖面分布及其与土壤理化性 质的关系， 有助于揭示土壤中温室气体产生、 积累、 运输以及向大气和洞窟内排放的生物和 物理过程， 对研究保护敦煌莫高窟文化和在全球土壤沙漠化研究中具有重要的意义。 0003 目前， 研究者主要集中于地表温室气体的通量监测， 而对土壤剖面温室气体的监 测研究较少， 这主要受到试验仪器的制约。 由于冻土活动层土壤经常发生冻融交替作用， 土 壤水冻结成冰时经常会堵塞气体采集的进气孔， 这给其他多孔土壤气体采集器在该区。
9、域的 应用带来了很大障碍。 目前已有研究者利用单个气孔对不同深度的土壤气体样品进行了监 测， 但由于它只代表某一深度的土壤气体， 很难与具体深度范围的土壤理化性质结合起来 分析温室气体的产生机制和影响因素， 这给试验结果带来了很大的误差和不确定性。 发明内容 0004 综上所述， 本发明的目的在于提供一种用于低温干旱潮湿及冻融交替频发的土壤 气体采集器， 该发明克服已有的土壤气体采集装置的缺陷， 能在各种低温度、 干旱、 潮湿或 冻融交替频发的野外环境下使用， 提高试验的准确度。 0005 本发明的目的是通过以下技术来实现的 ： 0006 一种用于低温干旱潮湿及冻融交替频发的土壤气体采集器， 。
10、由取样器、 控制柜和 小气候采集系统构成 ： 0007 取样器通过快速接头阀门连接快速接头软管 ； 快速接头软管与控制柜上的进气阀 门连接 ； 控制柜上的出气阀门连接储气袋 ； 控制柜内的逆变电源与蓄电瓶连接 ； 太阳能电 池板与太阳能充电器连接， 蓄电瓶连接太阳能充电器和小气候采集系统 ； 0008 取样器包括取样器、 取样器、 取样器、 取样器、 取样器、 取样器 ； 取样 器由取样管、 弯接头管、 塑料上盖、 无毒硅胶管塞、 防冻加热带、 取样保护筒、 塑料下堵头构 成 ； 取样保护筒下端筒壁开有微进气孔， 其外壁包裹防冻加热带， 顶端有塑料上盖， 底部有 塑料下堵头通过固定螺丝固定 ；。
11、 取样保护筒内设置无毒硅胶管塞 ； 取样管下端穿过无毒硅 胶管塞中心孔， 并通过管箍和螺母与无毒硅胶管塞固定 ； 其上端穿过塑料上盖与弯接头把 说 明 书 CN 102879235 A 3 2/4 页 4 手连接 ； 0009 控制柜内置有真空泵、 逆变电源和过滤器 ； 其面板上设有指示灯、 逆变电源开关、 气泵开关、 加热带开关、 气泵流量阀和电源插座 ； 0010 小气候采集系统由小气候采集仪、 风速杯、 风向标、 空气温湿度和地温传感器构 成 ； 0011 电源插座通过加热带插头连接防冻加热带。 0012 本发明的优点及有益效果 ： 0013 1、 本发明可以根据不同试验目的， 布设于各。
12、种低温、 干旱、 潮湿或冻融交替频发的 野外土壤环境， 主要是将取样保护筒按不同深度埋在土壤中， 利用无毒硅胶管塞堵住采样 微进气孔， 防止水或它物进入取样筒内， 保持采样筒内气体纯净无杂质。 0014 2、 本发明在取样保护筒下端外壁包裹有加热带， 在高海拔或寒冻地区进行取样 时， 如果微进气孔被水份冻结， 可通过加热带将冰融化， 使整个设备能够正常运行， 而不用 取出取样筒消冻或更换取样装置， 极大提高了工作效率、 减轻了劳动强度， 节约了取样时 间。 0015 3、 本发明可以根据采集某一土壤深度范围内温室气体的要求加工筒式土壤剖面 气体采集器装置， 来采集不同深度范围的土壤温室气体， 。
13、从而定期监测土壤剖面不同深度 范围内的温室气体浓度。 0016 4、 本发明通过太阳能给 12 伏蓄电瓶充电再通过逆变器将 12V 电压转换为 220 伏 工作电压， 使本实用新型能够在野外正常开展工作， 方便了在各种环境及地域进行土壤的 气体采集， 方便科研研究和考古地质土壤的选样。 0017 5、 本发明通过微型真空气泵自动抽气来增加所采集的气体量， 使其能有足够的气 体量来完全满足不同温室气体浓度的测试需求， 以此提高试验精确度 ； 同时， 微型真空泵利 用出气阀门和带针头的出气管， 能很方便地将所抽取的气体样品收集入采气袋。 0018 6、 本发明由储气袋、 出气阀门、 出气管、 控制。
14、柜、 地表、 蓄电瓶、 电源线、 硅胶管组成 可移动式抽气设备， 能在完成气体样品采集后拆卸并在其它采集点使用。 0019 7、 本发明结构简单、 操作方便， 适用于各种低温、 干旱、 潮湿或冻融交替频发的野 外环境 ( 如高寒冻土区 )， 并且适合多点同时观测。 0020 8、 本发明通过风速、 风向、 空气温湿度和地温传感器与采集仪组成小气候采集系 统， 同时收集取样时的小气候。 附图说明 0021 图 1 为本发明的结构示意图。 0022 图中 ： 1- 取样器 2- 取样器 3- 取样器 4- 取样器 5- 取样器 6- 取样 器 7- 取样管 8- 弯接头把手 9- 塑料上盖 10-。
15、 无毒硅胶管塞 11- 螺母 12- 防冻加热带 13- 取样保护筒 14- 塑料下堵头 15- 取样微进气孔 16- 管箍 17- 螺丝 18- 快速接头阀门 19- 加热带插头 20- 快速接头软管 21- 进气阀门 22- 真空泵 23- 逆变电源 24- 指示灯 25- 逆变电源开关 26- 气泵开关 27- 加热带开关 28- 蓄电瓶 29- 充电器 30- 太阳能电池 板 31- 过滤器 32- 流量阀门 33- 控制柜 34- 出气阀门 35- 储气袋 36- 连接软管 37- 风 速杯 38- 风向标 39- 空气温湿度 40- 地温 41- 电源插座 42- 小气候采集仪 说。
16、 明 书 CN 102879235 A 4 3/4 页 5 具体实施方式 0023 下面结合附图 1 对本发明做进一步说明 ： 0024 如图 1 所示， 一种用于低温干旱潮湿及冻融交替频发的土壤气体采集器， 由取样 器、 控制柜和小气候采集系统构成 ： 0025 取样器通过快速接头阀门18连接快速接头软管20 ； 快速接头软管20与控制柜33 上的进气阀门 21 连接 ； 控制柜 33 上的出气阀门 34 连接储气袋 35 ； 控制柜 33 内的逆变电 源 23 与蓄电瓶 28 连接 ； 太阳能电池板 30 与太阳能充电器 29 连接， 蓄电瓶 28 连接太阳能 充电器 29 和小气候采集系。
17、统 ； 0026 取样器包括取样器 1、 取样器 2、 取样器 3、 取样器 4、 取样器 5、 取样器 6， 取样器由取样管 7、 弯接头管 8、 塑料上盖 9、 无毒硅胶管塞 10、 防冻加热带 12、 取样保 护筒 13、 塑料下堵头 14 构成， 取样保护筒 13 下端筒壁开有微进气孔 15， 其外壁包裹防冻加 热带 12， 顶端有塑料上盖 9， 底部有塑料下堵头 19 通过固定螺丝 17 固定， 取样保护筒 13 内 设置无毒硅胶管塞 10 ； 取样管 7 下端穿过无毒硅胶管塞 10 中心孔， 并通过管箍 16 和螺母 11 与无毒硅胶管塞 10 固定 ； 其上端穿过塑料上盖 9 与。
18、弯接头把手 8 连接 ； 0027 控制柜 33 内置有真空泵 22、 逆变电源 23 和过滤器 31 ； 其面板上设有指示灯 24、 逆变电源开关 25、 气泵开关 26、 加热带开关 27、 气泵流量阀 32 和电源插座 41 ； 0028 小气候采集系统由小气候采集仪 42、 风速杯 37、 风向标 38、 空气温湿度 39 和地温 传感器 40 构成 ； 0029 电源插座 41 通过加热带插头 19 连接防冻加热带 12。 0030 实施例 ： 0031 首先， 在选好的野外试验样地中埋设直径为 38 毫米、 长度分别为 300、 400、 500、 600、 700 毫米的不同深度。
19、防水防冻取样器， 把无毒硅胶管塞 10 压至最低， 完全堵住微进气 孔 15， 避免其它气体和水分的渗入， 取样管 7 上端连接弯接头把手 8 和快速接头阀门 18 一 端， 快速接头阀门 18 处于关闭状态， 埋好后平衡一段时期 ； 0032 当观测时把可移动部分的控制柜33、 蓄电瓶28和储气袋35， 通过硅胶管组成可移 动式抽气设备与取样快速接头阀门 18 另一端连接， 将储气袋 35 连接出气阀门 34， 取样气 体流量大小由流量阀门 32 控制 ； 进行土壤气体采样时， 把快速接头阀门 18 打开， 用力上提 弯接头把手 8 将取样管 7 连同无毒硅胶管塞 10 提起 120 毫米，。
20、 通过取样保护筒 13 上的微 进气孔 15 使取样保护筒 13 下端充满所需土壤气体， 同时把已经安装好的可移动式抽气设 备通过快速接头与阀门18另一端连接， 采集气体时如果微进气孔15结冰， 利用防冻加热带 12 融化冰层， 加热土壤温度化掉微进气孔 15 内的冰， 使取样保护筒 13 上的微进气孔 15 气 路畅通 ； 最后打开控制柜 33 内的真空泵 22 达到抽取气样， 通过储气袋 35 收集到所需的土 壤气体 ； 此点测完后， 将快速接头阀门18卸下， 关掉电源， 拔掉快速接头软管20并转移到下 一观测点进行以上操作。 0033 在 5 个样地内分别设置 3 个采样重复点， 防水防。
21、冻取样器分别埋入地下 300mm、 400mm、 500mm、 600mm、 700mm 的深度， 尽量使取样保护筒 13 外表土壤保持原状， 微进气孔 15 与土壤通过取样管 7 完成取样过程， 自 5 月下旬开始到 10 月中旬， 以平均每 5-10 天的采样 频率进行气体样品的采集， 每次采集气体 200 毫升注入采样气袋内， 编号记录运回实验室 说 明 书 CN 102879235 A 5 4/4 页 6 内进行及时分析。采样时间基本固定在每天上午 8:30 至 10:00， 同时分别同步采集小气侯 数据。 0034 本发明在试验或野外工作中， 可根据需求， 白天利用太阳能电池板 30 通过充电器 29 给蓄电瓶 28 充电， 同时给由小气候采集仪 42、 风速杯 37、 风向标 38、 空气温湿度 39 和地 温传感器 40 组成的小气候采集系统供电， 收集取样时的小气候值。 说 明 书 CN 102879235 A 6 1/1 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 102879235 A 7 。