專利名稱：：土層二氧化碳通量的原位測(cè)定方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種土壤二氧化碳通量的原位測(cè)定方法及裝置，特別涉及土層二氧化碳通量的原位測(cè)定方法及裝置。
背景技術(shù)：
：土壤二氧化碳是土壤空氣的主要?dú)怏w成分之一，也是大氣主要溫室氣體的重要來(lái)源或存儲(chǔ)庫(kù)。土壤二氧化碳通量作為陸地與大氣界面溫室氣體交換量的重要度量指標(biāo)，反映了土壤物理、化學(xué)、生物性質(zhì)和人類對(duì)土地利用、地下礦產(chǎn)資源、巖溶等狀況，由于對(duì)全球氣候變化的貢獻(xiàn)和影響很大，已經(jīng)受到世界各個(gè)國(guó)家的關(guān)注和重視。為了準(zhǔn)確地進(jìn)行陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳核算，實(shí)施《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》，履行《京都議定書(shū)》義務(wù)，對(duì)土壤二氧化碳通量做比較精確的測(cè)定，具有實(shí)質(zhì)而重要的意義。土層二氧化碳通量的原位測(cè)定是在野外對(duì)不同深度某一層土壤的單位時(shí)間、單位面積所放出二氧化碳多少的測(cè)定，是土壤二氧化碳通量測(cè)定中的表面(水平)和土層(垂直)兩個(gè)方向二氧化碳通量測(cè)定的其中之一。土壤表面二氧化碳通量的原位測(cè)定方法及裝置已有研究(參見(jiàn)中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)CN2006101696627)。對(duì)于土層二氧化碳通量的原位測(cè)定方法和裝置，國(guó)外曾有人采用取樣探針(gassamplingprobes)和氣密注射器(gastightsyringes)從野夕卜取樣，再拿到實(shí)驗(yàn)室注入氣相色譜(gaschromatography),測(cè)得土壤二氧化碳濃度，進(jìn)而計(jì)算出不同土壤深度二氧化碳的通量(文獻(xiàn)1:John,P.E.A.,1982.soilrespiration,.Page,A.L.,andetAl.，1982，methodsofsoilanalysis,WisconsinUSA.832-871)。這種測(cè)定由于不是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定而影響測(cè)定準(zhǔn)確性，并且耗時(shí)和耗費(fèi)運(yùn)送樣品的人力及物力。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種可以在野外測(cè)定土層二氧化碳通量的土層二氧化碳通量的原位測(cè)定裝置。本發(fā)明的另一目的是提供一種利用所述土層二氧化碳通量的原位測(cè)定裝置實(shí)施野外測(cè)定的土層二氧化碳通量的原位測(cè)定方法。本發(fā)明的土層二氧化碳通量原位測(cè)定方法和裝置可用于預(yù)測(cè)土地利用變化引起的從土壤到大氣的二氧化碳釋放量，以及估算一定深度土壤里的二氧化碳存儲(chǔ)量大小，對(duì)土地經(jīng)營(yíng)利用、土壤-大氣碳平衡、以及減緩全球氣候變暖等環(huán)境問(wèn)題，都是必不可少的。此外，該方法和裝置還可用于評(píng)價(jià)植被和地力恢復(fù)速率，如工業(yè)廢棄物、垃圾、采礦跡地的處理和恢復(fù)等。本發(fā)明的原理是基于土壤與空氣之間的對(duì)流和擴(kuò)散的原理，利用標(biāo)有尺度的鉆桿，由土壤表面垂直向下鉆眼，借助于樣桿，從不同土壤深度中取得二氧化碳樣品，直接通往儀器，根據(jù)紅外線對(duì)二氧化碳?xì)怏w具有特殊吸收的物理性質(zhì)，定時(shí)測(cè)定不同深度土壤放出或吸收二氧化碳的濃度值。將不同深度土壤條件下測(cè)得C02濃度值，代入計(jì)算公式，即可求得標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，某一深度單位面積、單位時(shí)間內(nèi)土壤的二氧化碳通量。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種土層二氧化碳通量的原位測(cè)定方法，該方法利用紅外線對(duì)二氧化碳?xì)怏w具有特殊吸收的物理性質(zhì)，測(cè)定土壤持續(xù)放出或吸收二氧化碳的濃度值，包括以下步驟a)利用鉆孔工具向地下土壤層鉆取一個(gè)深度的測(cè)量孔，然后從地下土壤層取出鉆孔工具；b)將連接紅外線式二氧化碳濃度分析儀的測(cè)量探頭放入所述深度的測(cè)量孔中，在一段時(shí)間測(cè)量該深度的土壤二氧化碳濃度值，以便觀測(cè)和持續(xù)記錄該深度的土壤二氧化碳濃度值隨時(shí)間變化的情況。根據(jù)本發(fā)明第二方面，提供了一種土層二氧化碳通量的原位測(cè)定方法，該方法利用紅外線對(duì)二氧化碳?xì)怏w具有特殊吸收的物理性質(zhì)，測(cè)定一個(gè)深度的土壤放出或吸收二氧化碳的濃度值，包括以下步驟a)用進(jìn)氣管將測(cè)量探頭與紅外線式二氧化碳濃度分析儀相連接，然后測(cè)定土壤表面的二氧化碳濃度值X。，并記錄此測(cè)定的時(shí)間T。；b)利用鉆孔工具向地下土壤層鉆取一個(gè)深度Hn的測(cè)量孔，然后從地下土壤層取出鉆孔工具；C)將連接紅外線式二氧化碳濃度分析儀的測(cè)量探頭放入所述深度H的測(cè)量孔中，測(cè)定該深度Hn的土壤二氧化碳濃度值Xn，并記錄從取出鉆孔工具到測(cè)定的時(shí)間Tn;d)利用上述的二氧化碳濃度值X。和Xn、時(shí)間T。和Tn、深度Hn，計(jì)算深度Hn的土壤層的二氧化碳通量。在所述計(jì)算中，按照以下公式計(jì)算深度H。的土壤層的二氧化碳通量Fh:2^其中，k為換算系數(shù)，V是深度H。的測(cè)量孔的體積，S是深度Ii的測(cè)量孔的表面積，AX-X。-Xn為二氧化碳濃度變化量，AT是時(shí)間T。至?xí)r間L的時(shí)間累計(jì)。此外，所述步驟c)還包括，在測(cè)定土壤二氧化碳濃度值Xn之前，長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量該深度Hn的土壤二氧化碳濃度值，以便觀測(cè)和持續(xù)記錄該深度的土壤二氧化碳濃度隨時(shí)間變化的情況。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種土層二氧化碳通量的原位測(cè)定方法，該方法利用紅外線對(duì)二氧化碳?xì)怏w具有特殊吸收的物理性質(zhì)，測(cè)定不同深度的土壤放出或吸收二氧化碳的濃度值，包括以下步驟a)用進(jìn)氣管將測(cè)量探頭與二氧化碳濃度分析儀相連接，然后測(cè)定土壤表面的二氧化碳濃度值X。，并記錄時(shí)間T。；b)利用鉆孔工具向地下土壤層鉆取第一深度Ht的測(cè)量孔，然后從地下土壤層取出鉆孔工具；c)將連接二氧化碳濃度分析儀的測(cè)量探頭放入所述第一深度測(cè)量孔中，測(cè)定第一深度的土壤二氧化碳濃度值并記錄從取出鉆孔工具到測(cè)定的第一時(shí)間T1;d)接著，重復(fù)執(zhí)行步驟b)至c)n-1次，以測(cè)定第二深度的土壤二氧化碳濃度值X2，…Xh,第n深度的土壤二氧化碳濃度值Xn，以及相應(yīng)的第二時(shí)間T2，…Tw，第n時(shí)間L;e)利用上述的各二氧化碳濃度值、測(cè)定的時(shí)間、深度，計(jì)算不同深度土壤層的二氧化碳通量。在所述計(jì)算中，按照以下公式計(jì)算第n-x深度至第n深度土壤層的二氧化碳通量Fh:其中，k為換算系數(shù)，x是小于等于n的正整數(shù)，V是第n深度的測(cè)量孔的體積，S是第n深度的測(cè)量孔的表面積，AX=|Xn:W為二氧化碳濃度變化量，AT是Tni時(shí)間至Tn時(shí)間的時(shí)間累計(jì)。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種土層二氧化碳通量的原位測(cè)定裝置，包括向地下土壤層鉆取一定深度的測(cè)量孔的鉆孔工具；放入所述測(cè)量孔中的測(cè)量探頭；以及通過(guò)進(jìn)氣管連接所述測(cè)量探頭的二氧化碳濃度分析儀。上述裝置還包括插接在所述進(jìn)氣管中間的過(guò)濾器。其中，所述鉆孔工具包括軸向兩端及下端分別設(shè)有連接端口的擋頭；通過(guò)所述軸向兩端的連接端口分別固定連接擋頭軸向兩端的兩個(gè)把柄；通過(guò)所述下端連接端口固定連接擋頭的鉆桿。其中，所述鉆桿為多段式鉆桿，各段短桿通過(guò)接口固定連接，其中鉆桿底端為鉆頭。其中，鉆孔工具的所述固定連接為螺紋連接。其中，所述探頭包括軸向兩端及下端分別設(shè)有連接端口的擋頭；通過(guò)所述軸向兩端連接端口分別固定連接擋頭軸向兩端的兩個(gè)把柄；通過(guò)所述下端連接端口固定連接擋頭的中空樣桿；其中所述擋頭還具有密封連接所述進(jìn)氣管的接管孔，該接管孔延伸至所述下端連接端口，以便形成從中空樣桿至進(jìn)氣管的取樣氣道。其中，所述測(cè)量探頭的樣桿為多段式樣桿，各段短桿通過(guò)接口固定連接。其中，在所述樣桿底部開(kāi)有與取樣氣道相通的取樣孔，并在該取樣孔附近的上下位置分別固定安裝土擋和桿頭。其中，所述探頭各部件的固定連接均為螺紋連接。其中，二氧化碳濃度分析儀是便攜式紅外線分析儀。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1).野外測(cè)定，對(duì)土壤結(jié)構(gòu)狀況干擾少，是一種自然狀況下的原位測(cè)定，測(cè)定更實(shí)際、及時(shí)。2).可測(cè)定不同深度土層的二氧化碳通量，深度范圍為0-200公分，包括不同深度土層的連續(xù)梯度測(cè)定、某一深度的測(cè)定和某一深度的連續(xù)時(shí)間測(cè)定(監(jiān)測(cè))。3).可以多地點(diǎn)、多樣地、重復(fù)測(cè)定，利用時(shí)間和空間位置的變異，移動(dòng)儀器設(shè)備，達(dá)到多點(diǎn)測(cè)定的目的。4).測(cè)定數(shù)據(jù)可靠、直接、快速紅外線測(cè)定二氧化碳?xì)怏w的濃度是國(guó)家規(guī)定的測(cè)定公共場(chǎng)所空氣中二氧化碳濃度的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定方法(GB/T18204.24-2000),是具有仲裁效力的方法，本發(fā)明將其移植到土壤二氧化碳通量的原位測(cè)定，理論依據(jù)可靠。由于是原位測(cè)定，使得測(cè)定結(jié)果更直接和快速。5).可設(shè)定不同時(shí)間段自動(dòng)紀(jì)錄數(shù)據(jù)，并能與電腦(PC)連接和導(dǎo)出數(shù)據(jù)，直接使用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用。6).適用范圍廣可以使用本發(fā)明的測(cè)定方法和裝置，進(jìn)行各種土壤類型的測(cè)定。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。圖1是本發(fā)明的土層二氧化碳通量的原位測(cè)定裝置的示意圖；圖2顯示了利用本發(fā)明的測(cè)定裝置實(shí)施測(cè)量的示意圖。具體實(shí)施方式參見(jiàn)圖l,本發(fā)明的土層二氧化碳通量的原位測(cè)定裝置包括向地下土壤層鉆取一定深度的測(cè)量孔的鉆孔工具3:放入所述測(cè)量孔中的測(cè)量探頭2;以及通過(guò)進(jìn)氣管13連接所述測(cè)量探頭2的二氧化碳濃度分析儀1。為了防止塵埃進(jìn)入二氧化碳濃度分析儀1中，可以在進(jìn)氣管13中間插接一個(gè)過(guò)濾器(未示出)，如塵埃過(guò)濾器。如圖l右側(cè)所示，鉆孔工具3可以包括軸向(水平)兩端及下端分別設(shè)有連接端口的擋頭35;通過(guò)所述軸向兩端的連接端口分別固定連接擋頭35軸向兩端的兩個(gè)把柄34;通過(guò)所述下端連接端口固定連接擋頭35的鉆桿。上述鉆桿可以是多段式鉆桿，各段短桿通過(guò)接口32固定連接，以便結(jié)合成一個(gè)長(zhǎng)鉆桿，并且可以在使用完畢后拆卸，成為多段短桿，以便于存放和攜帶。所述鉆桿底端為鉆頭31。擋頭35的各連接端口與把手34和鉆桿分別通過(guò)螺紋連接實(shí)現(xiàn)固定連接。接口32是連接樣桿各段短桿的部件，接口32可通過(guò)與各段短桿的螺紋連接實(shí)現(xiàn)樣桿各段短桿之間的固定連接。當(dāng)然也可以采用其它方式如焊接實(shí)現(xiàn)上述的固定連接。如圖l右側(cè)所示，探頭2包括軸向(水平)兩端及下端分別設(shè)有連接端口的擋頭26;通過(guò)所述軸向兩端連接端口分別固定連接擋頭26軸向兩端的兩個(gè)把柄27;通過(guò)所述下端連接端口固定連接擋頭26的中空樣桿；其中所述擋頭26還具有密封連接所述進(jìn)氣管13的接管孔28，該接管孔28延伸至所述擋頭26的下端連接端口，以便形成從中空樣桿至進(jìn)氣管13的取樣氣道。所述測(cè)量探頭3的樣桿也為多段式樣桿，各段短桿通過(guò)接口24固定連接，以便結(jié)合成一個(gè)長(zhǎng)鉆桿，并且可以在使用完畢后拆卸，成為多段短桿，以便于存放和攜帶。在所述樣桿底部開(kāi)有與取樣氣道相通的取樣孔22，用于采取土壤的二氧化碳含量。在取樣孔22附近的上下位置分別固定安裝土擋23和桿頭21。探頭2的擋頭35的各連接端口與把手34和鉆桿分別通過(guò)螺紋連接實(shí)現(xiàn)固定連接。接口24是連接樣桿各段短桿的部件，接口24可通過(guò)與各段短桿的螺紋連接實(shí)現(xiàn)樣桿各段短桿之間的固定連接。當(dāng)然也可以采用其它方式如焊接實(shí)現(xiàn)上述的固定連接上述二氧化碳濃度分析儀1最好采用便攜式紅外線分析儀。另外在所述鉆孔工具3的鉆桿和探頭2的樣桿上分別標(biāo)有刻度33和可讀25。下面參考圖1、圖2說(shuō)明采用本發(fā)明的測(cè)定設(shè)備實(shí)現(xiàn)土層二氧化碳通量的原位測(cè)定方法。1.同一深度二氧化碳通量的連續(xù)時(shí)間測(cè)定如需要從某一時(shí)間開(kāi)始做連續(xù)測(cè)定，即可將鉆孔工具3打到一定深度后取出，再把探頭2插入，固定到這一土壤深度，在儀器上設(shè)定采集數(shù)據(jù)的間隔時(shí)間，觀測(cè)和持續(xù)紀(jì)錄這一土壤深度的二氧化碳通量隨時(shí)間的變化情況。這種土層二氧化碳通量的原位測(cè)定方法，利用紅外線對(duì)二氧化碳?xì)怏w具有特殊吸收的物理性質(zhì)，測(cè)定土壤持續(xù)放出或吸收二氧化碳的濃度值，該方法包括以下步驟a)利用鉆孔工具3向地下土壤層鉆取一個(gè)深度的測(cè)量L，然后從地下土壤層取出鉆孔工具3;b)將連接紅外線式二氧化碳濃度分析儀1的測(cè)量探頭2放入所述深度的測(cè)量孔中，在一段時(shí)間測(cè)量該深度的土壤二氧化碳濃度值，以便觀測(cè)和持續(xù)記錄該深度的土壤二氧化碳濃度值隨時(shí)間變化的情況。2.某一深度二氧化碳通量的測(cè)定預(yù)先將儀器1與探頭2用膠管連接起來(lái)，打開(kāi)儀器，首先測(cè)定土壤表面的二氧化碳濃度值X。，并記錄時(shí)間T。；將鉆孔工具3直接打到某一深度(小于等于200公分)，抽出鉆孔工具3，放入探頭2，測(cè)定這個(gè)深度的土壤二氧化碳濃度值Xn，并記錄拿出鉆孔工具3到測(cè)定的時(shí)間T。這種土層二氧化碳通量的原位測(cè)定方法，利用紅外線對(duì)二氧化碳?xì)怏w具有特殊吸收的物理性質(zhì)，測(cè)定一個(gè)深度的土壤放出或吸收二氧化碳的濃度值，可以包括以下步驟a)用進(jìn)氣管13將測(cè)量探頭2與紅外線式二氧化碳濃度分析儀1相連接，然后測(cè)定土壤表面的二氧化碳濃度值X。，并記錄此測(cè)定的時(shí)間T。；b)利用鉆孔工具3向地下土壤層鉆取一個(gè)深度Hn的測(cè)量孔，然后從地下土壤層取出鉆孔工具3;c)將連接紅外線式二氧化碳濃度分析儀1的測(cè)量探頭2放入所述深度Hn的測(cè)量孔中，測(cè)定該深度ti的土壤二氧化碳濃度值l，并記錄從取出鉆孔工具3到測(cè)定的時(shí)間Tn;d)利用上述的二氧化碳濃度值X。和Xn、時(shí)間T。和Tn、深度H，計(jì)算深度f(wàn)i的土壤層的二氧化碳通量。可以按照以下公式計(jì)算上述深度Hn的土壤層的二氧化碳通量Fh:其中，k為換算系數(shù)，V是深度Hn的測(cè)量孔的體積，S是深度li的測(cè)量孔的表面積，AX=|X。-XJ為二氧化碳濃度變化量，AT是時(shí)間T。至?xí)r間Tn的時(shí)間累計(jì)。此外，上述步驟C)還包括，在測(cè)定土壤二氧化碳濃度值L之前，長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量該深度Hn的土壤二氧化碳濃度值，以便觀測(cè)和持續(xù)記錄該深度的土壤二氧化碳濃度隨時(shí)間變化的情況。3.不同深度二氧化碳的連續(xù)測(cè)定預(yù)先將儀器1與探頭2用膠管連接起來(lái)，打幵儀器，首先測(cè)定土壤表面的二氧化碳濃度值X。，并記錄時(shí)間T。，同時(shí)將鉆孔工具3的鉆頭31放到待測(cè)土壤表面，手握把柄34向下用力按或用斧頭打擋頭35，當(dāng)鉆進(jìn)入土壤一定深度時(shí)，取出鉆孔工具3，輕輕將探頭2放入所鉆孔里，然后測(cè)定這個(gè)深度的土壤二氧化碳濃度值L并記錄拿出鉆到測(cè)定的時(shí)間T"再將鉆孔工具3放入原來(lái)的孔中，繼續(xù)用手握住把柄34向下用力按或用斧頭打擋頭35，當(dāng)鉆進(jìn)入一定深度時(shí)，取出鉆桿2，將探頭2放入所鉆孔里，測(cè)定該深度的土壤二氧化碳濃度值X2，同樣記錄拿出鉆到測(cè)定的時(shí)間T2，這樣，依次鉆孔、放樣桿、測(cè)定、記時(shí)間，重復(fù)進(jìn)行，測(cè)定n次，即可測(cè)定最大深度達(dá)200公分處的土壤二氧化碳通量。這種土層二氧化碳通量的原位測(cè)定方法，利用紅外線對(duì)二氧化碳?xì)怏w具有特殊吸收的物理性質(zhì)，測(cè)定不同深度的土壤放出或吸收二氧化碳的濃度值，可以包括以下步驟a)用進(jìn)氣管13將測(cè)量探頭2與二氧化碳濃度分析儀1相連接，然后測(cè)定土壤表面的二氧化碳濃度值X。，并記錄時(shí)間T。。b)利用鉆孔工具3向地下土壤層鉆取第一深度H,的測(cè)量孔，然后從地下土壤層取出鉆孔工具3。c)將連接二氧化碳濃度分析儀1的測(cè)量探頭2放入所述第一深度測(cè)量孔中，測(cè)定第一深度的土壤二氧化碳濃度值&，并記錄從取出鉆孔工具3到測(cè)定的第一時(shí)間L。d)然后，重復(fù)執(zhí)行步驟b)至c)n-l次，以測(cè)定第二深度的土壤二氧化碳濃度值X2，…Xh,第n深度的土壤二氧化碳濃度值X，以及相應(yīng)的第二時(shí)間T2，…，第n時(shí)間L。例如，假設(shè)n-3，則重復(fù)執(zhí)行步驟b)至c)兩次(即3-l=2),這樣，可以得到X2、X3、T2、T3。e)利用上述的各二氧化碳濃度值、測(cè)定的時(shí)間、深度，計(jì)算不同深度土壤層的二氧化碳通量。在所述計(jì)算中，應(yīng)當(dāng)按照以下公式計(jì)算第ni深度至第n深度土壤層的二氧化碳通量Fh:2卩其中，k為換算系數(shù)，x是小于等于ii的正整數(shù)，V是第n深度的測(cè)量孔的體積，S是第n深度的測(cè)量孔的表面積，AX=|X—X-W為二氧化碳濃度變化量，AT是TVx時(shí)間至L時(shí)間的時(shí)間累計(jì)。綜上所述，一臺(tái)便攜式紅外線分析儀可以測(cè)量不同土壤深度0—200公分(每IO公分一個(gè)刻化單位)的『20個(gè)樣點(diǎn)值；也可以測(cè)定任意深度(小于等于200公分)土壤二氧化碳的通量，以及測(cè)定同一深度土壤二氧化碳在一段時(shí)間內(nèi)的連續(xù)觀測(cè)值。4.計(jì)算設(shè)土壤二氧化碳通量為F(mg/m2.hr),某一深度Hn(m)的柱狀孔體積為V(m3)、表面積為S(m2)，時(shí)間為AT(hr)，則Fh(mg/m2hr)=kAXVSATkkAXR2ttH(R2tt+2RttH)■ATRH(R+2-H)■AT(1)本裝置的鉆桿直徑是0.03米，所以代入(l)式，得:Fh(mg/m2.hr)=kAX0.015H(0.015+2H)"AT(2)式中k為換算系數(shù)為1.80(25°C，1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)AX-Xn—「XnS=+S2,其中S〖為孔的底面積，S2為孔壁面積5.計(jì)算案例某一草原土壤樣地的測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)表1.表l.二氧化碳濃度值實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)表深度cm樣點(diǎn)l樣點(diǎn)2樣點(diǎn)3樣點(diǎn)4樣點(diǎn)5求和平均值8:008:158:308:509:0504304604804905102370474<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>單位ppm;假定每10公分深的時(shí)間AT=2分鐘。根據(jù)給定的計(jì)算公式(2)，計(jì)算地下6070公分深度的土壤二氧化碳通量如下:20.01SHF60~70(mg/m2.hr)=kAX(0.015+2H)-AT=1.8X(1266-948)X-0.015x0.1-X60(0.015+2x0.1)x2=119.8(mg/m2.hr)。權(quán)利要求1、一種土層二氧化碳通量的原位測(cè)定方法，利用紅外線對(duì)二氧化碳?xì)怏w具有特殊吸收的物理性質(zhì)，測(cè)定土壤持續(xù)放出或吸收二氧化碳的濃度值，包括以下步驟a)利用鉆孔工具(3)向地下土壤層鉆取一個(gè)深度的測(cè)量孔，然后從地下土壤層取出鉆孔工具(3)；b)將連接紅外線式二氧化碳濃度分析儀(1)的測(cè)量探頭(2)放入所述深度的測(cè)量孔中，在一段時(shí)間測(cè)量該深度的土壤二氧化碳濃度值，以便觀測(cè)和持續(xù)記錄該深度的土壤二氧化碳濃度值隨時(shí)間變化的情況。2、一種土層二氧化碳通量的原位測(cè)定方法，包括以下步驟a)用進(jìn)氣管(13)將測(cè)量探頭(2)與紅外線式二氧化碳濃度分析儀(1)相連接，然后測(cè)定土壤表面的二氧化碳濃度值X。，并記錄此測(cè)定的時(shí)間T。；b)利用鉆孔工具(3)向地下土壤層鉆取一個(gè)深度Hn的測(cè)量孔，然后從地下土壤層取出鉆孔工具(3);c)將連接紅外線式二氧化碳濃度分析儀(1)的測(cè)量探頭(2)放入所述深度Ii的測(cè)量孔中，測(cè)定該深度Hn的土壤二氧化碳濃度值Xn，并記錄從取出鉆孔工具(3)到測(cè)定的時(shí)間T」d)利用上述的二氧化碳濃度值X。和X、時(shí)間T。和Tn、深度Hn，計(jì)算深度f(wàn)i的土壤層的二氧化碳通量。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，按照以下公式計(jì)算深度ti的土壤層的二氧化碳通量Fh-其中，k為換算系數(shù)，V是深度Hn的測(cè)量孔的體積，S是深度Hn的測(cè)量孔的表面積，AX-Xo-Xn為二氧化碳濃度變化量，AT是時(shí)間T。至?xí)r間Tn的時(shí)間累計(jì)。4、根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述步驟c)還包括，在完成土壤二氧化碳濃度值Xn的測(cè)定之前，長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量該深度Hn的土壤二氧化碳濃度值，以便觀測(cè)和持續(xù)記錄該深度的土壤二氧化碳濃度隨時(shí)間變化的情況。5、一種土層二氧化碳通量的原位測(cè)定方法，包括以下步驟a)用進(jìn)氣管(13)將測(cè)量探頭(2)與二氧化碳濃度分析儀(1)相連接，然后測(cè)定土壤表面的二氧化碳濃度值X。，并i己錄時(shí)間T。；b)利用鉆孔工具(3)向地下土壤層鉆取第一深度H,的測(cè)量孔，然后從地下土壤層取出鉆孔工具(3);c)將連接二氧化碳濃度分析儀(1)的測(cè)量探頭(2)放入所述第一深度測(cè)量孔中，測(cè)定第一深度的土壤二氧化碳濃度值X,，并記錄從取出鉆孔工具(3)到測(cè)定的第一時(shí)間T';d)接著，重復(fù)執(zhí)行步驟b)至c)，直至測(cè)定第二深度的土壤二氧化碳濃度值X2，…第n深度的土壤二氧化碳濃度值Xn，以及相應(yīng)的第二時(shí)間T2，…第n時(shí)間T;e)利用上述的各二氧化碳濃度值、測(cè)定的時(shí)間、深度，計(jì)算不同深度土壤層的二氧化碳通量。6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，按照以下公式計(jì)算第n-x深度至第n深度土壤層的二氧化碳通量Fh:其中，k為換算系數(shù)，x是小于等于n的正整數(shù)，V是第n深度的測(cè)量孔的體積，S是第n深度的測(cè)量孔的表面積，AX叫L-X。I為二氧化碳濃度變化量，AT是lVx至T。的時(shí)間累計(jì)。7、一種土層二氧化碳通量的原位測(cè)定裝置，包括向地下土壤層鉆取一定深度的測(cè)量孔的鉆孔工具(3);放入所述測(cè)量孔中的測(cè)量探頭(2);以及通過(guò)進(jìn)氣管(13)連接所述測(cè)量探頭(2)的二氧化碳濃度分析儀(1)。8、根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述鉆孔工具(3)包括軸向兩端及下端分別設(shè)有連接端口的擋頭(35);通過(guò)所述軸向兩端的連接端口分別固定連接擋頭(35)軸向兩端的兩個(gè)把柄(34);通過(guò)所述下端連接端口固定連接擋頭(35)的鉆桿；其中所述鉆桿是底端為鉆頭(31)的多段式鉆桿，各段短桿通過(guò)接口(32)固定連接。9、根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述探頭(2)包括軸向兩端及下端分別設(shè)有連接端口的擋頭(26);通過(guò)所述軸向兩端連接端口分別固定連接擋頭(26)軸向兩端的兩個(gè)把柄(27);通過(guò)所述下端連接端口固定連接擋頭(26)的中空樣桿；其中所述擋頭(26)還具有密封連接所述進(jìn)氣管(13)的接管孔(28)，該接管孔(28)延伸至所述下端連接端口，以便形成從中空樣桿至進(jìn)氣管(13)的取樣氣道；其中所述測(cè)量探頭(3)的樣桿為多段式樣桿，各段短桿通過(guò)接口(24)固定連接。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種土層二氧化碳通量的原位測(cè)定方法及裝置。本發(fā)明基于土壤與空氣之間的對(duì)流和擴(kuò)散的原理，利用標(biāo)有尺度的鉆桿，由土壤表面垂直向下鉆眼，借助于樣桿，從不同土壤深度中取得二氧化碳樣品，直接通往儀器，根據(jù)紅外線對(duì)二氧化碳?xì)怏w具有特殊吸收的物理性質(zhì)，定時(shí)測(cè)定不同深度土壤放出或吸收二氧化碳的濃度值。將不同深度土壤條件下測(cè)得CO₂濃度值，代入計(jì)算公式，即可求得標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，某一深度單位面積、單位時(shí)間土壤的二氧化碳通量值。本發(fā)明可用于自然狀態(tài)下不同深度土壤CO₂通量的觀測(cè)、土壤CO₂存儲(chǔ)量測(cè)定、土地利用變化引起CO₂釋放量變化的測(cè)算以及植被和地力恢復(fù)速率的評(píng)價(jià)。文檔編號(hào)G01N33/00GK101131352SQ20071010002公開(kāi)日2008年2月27日申請(qǐng)日期2007年6月4日優(yōu)先權(quán)日2007年6月4日發(fā)明者孫向陽(yáng),高程達(dá)申請(qǐng)人:高程達(dá);孫向陽(yáng);北京林業(yè)大學(xué)