一種原位觀測濕地碳排放的靜態(tài)箱系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種原位觀測濕地碳排放的靜態(tài)箱系統(tǒng)，包括底座、箱體和氣體采樣裝置；底座的頂面和底面均為開口,底座的上部還設(shè)有環(huán)狀的第一水槽;底座的外側(cè)壁上設(shè)有刻度尺;箱體的頂面封閉，其底面為開口；箱體的底部開口端插接于底座的第一水槽中;在箱體的頂面上設(shè)有風(fēng)扇；箱體的外側(cè)壁上設(shè)有刻度尺;在箱體的頂面上還設(shè)有通孔；氣體采樣裝置包括采樣管、抽氣泵和氣體收集容器;采樣管的一端穿過箱體的通孔伸入箱體的內(nèi)腔中，其另一端與抽氣泵連接；抽氣泵將抽出的氣體通過氣管輸送到氣體收集容器中。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡單、操作容易、密封性好、穩(wěn)定性好、實(shí)用性強(qiáng)、方便可靠的特點(diǎn)，可適合長期原位觀測采集濕地碳排放通量情況。
【專利說明】一種原位觀測濕地碳排放的靜態(tài)箱系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于生態(tài)環(huán)境的濕地溫室氣體排放通量監(jiān)測【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種能在湖泊濕地、灘涂濕地、河流濕地等特別是城市人工濕地進(jìn)行觀測碳排放的靜態(tài)箱系統(tǒng)，能對濕地的碳排放(ch4、CO2等)快速準(zhǔn)確采集測量。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，濕地生態(tài)系統(tǒng)是目前陸地生態(tài)系統(tǒng)中僅次于森林的重要碳匯，在全球碳循環(huán)發(fā)揮著顯著影響，并上升到地球氣候的高度。在全球氣候變化過程中，濕地是最容易受其影響的生態(tài)系統(tǒng)之一，它對CH4和CO2等微量溫室氣體的產(chǎn)生排放起著重要的作用。氣候變暖可加速濕地沉積物的分解速率，釋放甲烷或二氧化碳等溫室氣體，加速全球氣候變暖，繼而又排放出更多的甲烷和二氧化碳至大氣中。濕地的碳通量近年來成為全球氣候變化研究關(guān)注的熱點(diǎn)問題。而城市濕地具備娛樂教育社會服務(wù)功能、豐富生物多樣性和凈化水質(zhì)等生態(tài)功能外，在“碳匯”和調(diào)節(jié)氣候上具有非常重要的作用。研究濕地特別是城市濕地的碳排放具有較強(qiáng)的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。
[0003]濕地中的碳主要存儲于土壤和植被中，來自地上和地下的有機(jī)物質(zhì)生產(chǎn)構(gòu)成了濕地系統(tǒng)碳積累和碳排放的主要來源。從循環(huán)過程看，大氣中的CO2通過濕地植物的光合作用形成有機(jī)碳儲存于植物體中成為巨大的“碳匯”，植物地上部分和根死亡后殘留在濕地沉積物中形成沉積物有機(jī)質(zhì)，有機(jī)質(zhì)經(jīng)微生物分解再次以C02、CH4等形式排放到大氣中而成為“碳源”。濕地的碳排放大部分來源于濕地土壤碳通量的排放。
[0004]目前，研究濕地碳排放的觀測方法主要有渦度相關(guān)法、邊界層測定法和箱法等方法。渦度相關(guān)法是微氣象法的一種，主要用來測定碳排放的垂直通量，該方法的優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)快，覆蓋面積大，能夠克服碳排放在小尺度空間上的變異性，但造價(jià)高，并對下墊面和大氣穩(wěn)定度要求高，對傳感器的靈敏度和響應(yīng)速度非?？量?，不適合在野外觀測。邊界層測定法是根據(jù)水體表明和大氣的氣體濃度差和氣體在水-氣界面的交換速率計(jì)算得到，測定過程非常快速，適合在短時(shí)間內(nèi)完成大樣本的采集和碳排放通量日變化的觀測。而箱法技術(shù)有三種類型:密閉式靜態(tài)箱、密閉式動態(tài)箱和開發(fā)式動態(tài)箱。開放式動態(tài)箱是通過箱入口和出口處氣體濃度差來計(jì)算待測氣體的排放通量，屬于準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)箱；密閉式靜態(tài)箱和密閉式動態(tài)箱主要是根據(jù)箱內(nèi)氣體濃度隨時(shí)間的變化率來計(jì)算被罩地面待測氣體的排放通量，屬于非穩(wěn)態(tài)箱。以上各方面各有優(yōu)缺點(diǎn)和適用條件，在相同的氣象條件下，不同的方法得到的結(jié)果可能存在2-18倍的差異。其中，密閉式靜態(tài)箱法因簡單易行，造價(jià)便宜，裝卸攜帶方便，目前被廣泛用于濕地植被和地表碳排放通量的測定。但也有一定的局限性。比如，長期觀測野外濕地恢復(fù)過程中植物的碳排放情況時(shí)需要同步觀測植物的生長高度情況，因濕地水位都會有變化，每次只是用卷尺觀測植物生長高度時(shí)，導(dǎo)致人為主觀因素影響引起的誤差，同時(shí)測量過程中對植物和水體擾動較大；生長無統(tǒng)一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，不同設(shè)計(jì)規(guī)格和采樣方式可能導(dǎo)致采樣和分析結(jié)果的偏差；長期(數(shù)月或者半年以上)觀測時(shí)，濕地植物生長較快，箱體高度可能滿足不了植物的高度；濕地常含有不同深度的水體，如采用浮箱法，水體擾動、風(fēng)力、降雨都會造成影響等。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的目的是為了提供一種原位觀測濕地碳排放的靜態(tài)箱系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡單、操作容易、密封性好、穩(wěn)定性好、實(shí)用性強(qiáng)、方便可靠的特點(diǎn)，可適合長期原位觀測采集濕地碳排放通量情況。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種原位觀測濕地碳排放的靜態(tài)箱系統(tǒng)，其特征在于:包括底座、箱體和氣體采樣
裝置；
[0008]I)所述底座的頂面和底面均為開口，所述底座的上部還設(shè)有環(huán)狀的第一水槽；所述底座的外側(cè)壁上設(shè)有刻度尺；
[0009]2)所述箱體的頂面封閉，其底面為開口 ；所述箱體的底部開口端插接于所述底座的第一水槽中；在箱體的頂面上設(shè)有2-3個(gè)風(fēng)扇；所述箱體的外側(cè)壁上設(shè)有刻度尺；在箱體的頂面上還設(shè)有一個(gè)通孔；
[0010]3)所述氣體采樣裝置包括采樣管、抽氣泵和氣體收集容器；所述采樣管的一端穿過箱體的頂面上的通孔伸入箱體的內(nèi)腔中，其另一端與抽氣泵連接；所述抽氣泵將抽出的氣體通過氣管輸送到氣體收集容器中。
[0011]實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的還可以通過采取如下技術(shù)方案達(dá)到:
[0012]實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式是:所述箱體包括一個(gè)頂箱和一個(gè)延長箱；所述延長箱的頂面和底面均為開口，其上部還設(shè)有環(huán)狀的第二水槽；所述頂箱的頂面封閉，其底面為開口 ；所述頂箱的底部開口端插接于所述延長箱的第二水槽中，延長箱的底部開口端插接于所述底座的第一水槽中。
[0013]實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式是:所述頂箱和延長箱的外側(cè)壁上都設(shè)有刻度尺，所述刻度尺的尺寸單位為mm?？潭瘸叩脑O(shè)置是為了方便觀測水位高度和植物生長高度情況。
[0014]實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式是:所述的箱體是采用透明有機(jī)玻璃板制作的透明結(jié)構(gòu)。質(zhì)地較硬，能夠保障在野外觀測時(shí)牢固穩(wěn)定，不受環(huán)境因素(如風(fēng)雨等)的干擾。同時(shí)，材質(zhì)透明能夠保證箱體內(nèi)的植物在正常光照下被觀測，能夠比較合理地模擬所需的觀測的植物的條件。
[0015]實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式是:所述的氣體收集容器為注射器或氣樣袋?；蚱渌蓸悠?，可根據(jù)實(shí)際情況選用合適的采樣容器。
[0016]實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式是:所述的底座的底部設(shè)有尖端，方便底座插入底泥。
[0017]實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式是:所述靜態(tài)箱系統(tǒng)還包括設(shè)置于頂箱的內(nèi)側(cè)壁上的用于檢測空氣溫度和濕度的空氣溫濕度傳感器，所述空氣溫濕度傳感器的導(dǎo)線的一端穿過箱體的頂面上的通孔與外部的溫濕度測定儀連接。
[0018]實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式是:所述空氣溫濕度傳感器與采樣管的采樣嘴位于同一水平面上。
[0019]實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式是:所述靜態(tài)箱系統(tǒng)還包括設(shè)置于延長箱的內(nèi)側(cè)壁上的用于測量土壤溫度和濕度的土壤溫濕度傳感器，所述土壤溫濕度傳感器的導(dǎo)線的一端穿過箱體的頂面上的通孔與外部的溫濕度測定儀連接。
[0020]實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式是:所述靜態(tài)箱系統(tǒng)還包括設(shè)置于延長箱的內(nèi)側(cè)壁上的液位計(jì)，所述液位計(jì)的導(dǎo)線的一端穿過箱體的頂面上的通孔與外部的液位測定儀連接。
[0021]本實(shí)用新型的有益效果在于:
[0022]1、本實(shí)用新型的主體結(jié)構(gòu)由采集箱、延長箱、底座組成；為保障觀察植物氣體排放時(shí)整體箱結(jié)構(gòu)的氣密性，在各個(gè)部件之間設(shè)計(jì)了水槽，在罩箱期間往水槽內(nèi)注水，以達(dá)到密封作用；三個(gè)部分可以根據(jù)濕地植物的實(shí)際生長狀況組合使用，根據(jù)所需觀測的生態(tài)系統(tǒng)的實(shí)際情況，可選擇性增減延長箱的數(shù)量，靈活性較大。采樣方便，易于實(shí)施。本實(shí)用新型還包括氣體采集裝置、溫濕度檢測裝置和液位檢測裝置，具有結(jié)構(gòu)簡單、操作容易、密封性好、穩(wěn)定性好、實(shí)用性強(qiáng)、方便可靠的特點(diǎn)，可適合長期原位觀測采集濕地碳排放通量情況，盡可能減少了人為干擾。
[0023]2、本實(shí)用新型在底座、延長箱和頂箱側(cè)面設(shè)置了尺寸單位為_的刻度尺，可以十分方便地觀測水位高度和植物生長高度情況。
[0024]3、本實(shí)用新型所述的靜態(tài)箱系統(tǒng)將溫濕檢測系統(tǒng)、氣體采樣裝置及液位計(jì)等的輸出端共用一個(gè)通孔，既方便維護(hù)管理又避免了漏氣。
[0025]4、本實(shí)用新型的延長箱和底座的水槽可貯存少量水，可以為箱子提供密封作用，同時(shí)又不影響箱體內(nèi)系統(tǒng)的物化性質(zhì)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]其中，1、底座；11、第一水槽；2、箱體；20、通孔；21、頂箱；22、延長箱；22_1、第二
水槽；3、氣體采樣裝置；31、采樣管；32 ;抽氣泵；33、氣體收集容器；4、風(fēng)扇；5、刻度尺；6、空氣溫濕度傳感器；7、溫濕度測定儀。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面，結(jié)合附圖以及【具體實(shí)施方式】，對本實(shí)用新型做進(jìn)一步描述:
[0029]具體實(shí)施例:
[0030]參照圖1，本實(shí)施例所述的原位觀測濕地碳排放的靜態(tài)箱系統(tǒng)，包括底座1、箱體2和氣體采樣裝置3 ；
[0031]所述底座I的頂面和底面均為開口，所述底座I的上部還設(shè)有環(huán)狀的第一水槽11；所述底座I的外側(cè)壁上設(shè)有刻度尺5;所述的底座I的底部設(shè)有尖端，方便底座插入底泥。
[0032]所述箱體2的頂面封閉，其底面為開口 ；所述箱體2的底部開口端插接于所述底座I的第一水槽11中；在箱體2的頂面上設(shè)有2個(gè)風(fēng)扇4，風(fēng)扇由外置電源(如蓄電池)供電；在箱體2的頂面上還設(shè)有一個(gè)通孔20，孔徑不可過大，以防漏氣；所述箱體2包括一個(gè)頂箱21和一個(gè)延長箱22 ;所述延長箱22的頂面和底面均為開口，其上部還設(shè)有環(huán)狀的第二水槽22-1 ;所述頂箱21的頂面封閉，其底面為開口 ；所述頂箱21的底部開口端插接于所述延長箱22的第二水槽22-1中，延長箱22的底部開口端插接于所述底座I的第一水槽11中。所述頂箱21和延長箱22的外側(cè)壁上都設(shè)有刻度尺5，所述刻度尺5的尺寸單位為_。刻度尺的設(shè)置是為了方便觀測水位高度和植物生長高度情況。
[0033]所述的箱體2是采用4mm厚的透明有機(jī)玻璃板制作的透明結(jié)構(gòu)；質(zhì)地較硬，能夠保障在野外觀測時(shí)牢固穩(wěn)定，不受環(huán)境因素(如風(fēng)雨等)的干擾。同時(shí)，材質(zhì)透明能夠保證箱體內(nèi)的植物在正常光照下被觀測，能夠比較合理地模擬所需的觀測的植物的條件。
[0034]優(yōu)選地，所述箱體2的整體高度為120cm，底面積為50*50cm2。延長箱的是否使用取決于監(jiān)測對象植物的高度，若植物的高度高于50cm，則需要使用延長箱，否則可以選擇不使用。
[0035]第一水槽11和第二水槽22-1的外形為正方形,邊長55cm,高5cm。每次使用該裝置進(jìn)行罩箱操作之前，需要往第一水槽11和第二水槽22-1內(nèi)注入一定量的水。鑒于本裝置考慮用于監(jiān)測濕地植物，所以水源可以是濕地內(nèi)的湖水、沼澤水等。
[0036]所述氣體采樣裝置3包括采樣管31、抽氣泵32和氣體收集容器33;所述采樣管31的一端穿過箱體2的頂面上的通孔20伸入箱體2的內(nèi)腔中，其另一端與抽氣泵32連接；所述抽氣泵32將抽出的氣體通過氣管輸送到氣體收集容器33中。所述的氣體收集容器33為注射器或氣樣袋。
[0037]所述靜態(tài)箱系統(tǒng)還包括設(shè)置于頂箱21的內(nèi)側(cè)壁上的用于檢測空氣溫度和濕度的空氣溫濕度傳感器6，所述空氣溫濕度傳感器的導(dǎo)線的一端穿過箱體2的頂面上的通孔20與外部的溫濕度測定儀7連接。所述空氣溫濕度傳感器6與采樣管31的采樣嘴位于同一水平面上。所述靜態(tài)箱系統(tǒng)還包括設(shè)置于延長箱22的內(nèi)側(cè)壁上的用于測量土壤溫度和濕度的土壤溫濕度傳感器，所述土壤溫濕度傳感器的導(dǎo)線的一端穿過箱體2的頂面上的通孔20與外部的溫濕度測定儀連接。所述靜態(tài)箱系統(tǒng)還包括設(shè)置于延長箱22的內(nèi)側(cè)壁上的液位計(jì)，所述液位計(jì)的導(dǎo)線的一端穿過箱體2的頂面上的通孔20與外部的液位測定儀連接。
[0038]由于底座長期在外日曬雨淋，水槽容易積水難排出，容易發(fā)臭或滋生蚊子，因此可以有如下改進(jìn):底座上的水槽底部開設(shè)有排水小孔，小孔附接上帶開關(guān)閥門需要排水時(shí)打開閥門即可。
[0039]本實(shí)用新型的工作原理:
[0040]正式采集樣品前I?2周，選擇好監(jiān)測用的樣方并且固定好底座。正式采樣時(shí)，往第一水槽和第二水槽中注入適量濕地水，接通頂箱的風(fēng)扇的電源，使空氣流通，然后將延長箱放入裝有水的第一水槽中，將頂箱放入裝有水的第二水槽中，使頂箱的底部開口四周淹沒在水中，隔絕頂箱中空氣與外界空氣的交換，同時(shí)用透明膠密封頂箱頂端采樣管所在的通孔。在所有密閉工作完成后，開始用抽氣泵通過采樣管采樣氣體，同時(shí)通過空氣溫濕度傳感器檢測箱內(nèi)中的溫度、濕度，通過土壤溫濕度傳感器檢測土壤中的溫度、濕度，通過液位計(jì)檢測液位高度。然后每隔一段時(shí)間采集一次樣品，獲得所需的若干個(gè)樣品。樣品采集完畢后，將頂箱(或延長箱)向上提起，轉(zhuǎn)移至空氣流通的地方，側(cè)放在地面或者平面上。
I (Jiff
[0041 ] 根據(jù)碳排放通量的定義，即單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的物質(zhì)的量，為F = 。經(jīng)過代入轉(zhuǎn)化，以裝置中碳排放濃度的增加率來計(jì)算濕地碳排放通量，計(jì)算公式為:[0042]
【權(quán)利要求】
1.一種原位觀測濕地碳排放的靜態(tài)箱系統(tǒng)，其特征在于:包括底座、箱體和氣體采樣裝置； 1)所述底座的頂面和底面均為開口，所述底座的上部還設(shè)有環(huán)狀的第一水槽；所述底座的外側(cè)壁上設(shè)有刻度尺； 2)所述箱體的頂面封閉，其底面為開口；所述箱體的底部開口端插接于所述底座的第一水槽中；在箱體的頂面上設(shè)有2-3個(gè)風(fēng)扇；所述箱體的外側(cè)壁上設(shè)有刻度尺；在箱體的頂面上還設(shè)有一個(gè)通孔； 3)所述氣體采樣裝置包括采樣管、抽氣泵和氣體收集容器；所述采樣管的一端穿過箱體的頂面上的通孔伸入箱體的內(nèi)腔中，其另一端與抽氣泵連接；所述抽氣泵將抽出的氣體通過氣管輸送到氣體收集容器中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原位觀測濕地碳排放的靜態(tài)箱系統(tǒng)，其特征在于:所述箱體包括一個(gè)頂箱和一個(gè)延長箱；所述延長箱的頂面和底面均為開口，其上部還設(shè)有環(huán)狀的第二水槽；所述頂箱的頂面封閉，其底面為開口 ；所述頂箱的底部開口端插接于所述延長箱的第二水槽中，延長箱的底部開口端插接于所述底座的第一水槽中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的原位觀測濕地碳排放的靜態(tài)箱系統(tǒng)，其特征在于:所述頂箱和延長箱的外側(cè)壁上都設(shè)有刻度尺，所述刻度尺的尺寸單位為mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的原位觀測濕地碳排放的靜態(tài)箱系統(tǒng)，其特征在于:所述的箱體是采用透明有機(jī)玻璃板制作的透明結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的原位觀測濕地碳排放的靜態(tài)箱系統(tǒng)，其特征在于:所述的氣體收集容器為注射器或氣樣袋。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的原位觀測濕地碳排放的靜態(tài)箱系統(tǒng)，其特征在于:所述的底座的底部設(shè)有尖端。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的原位觀測濕地碳排放的靜態(tài)箱系統(tǒng)，其特征在于:所述靜態(tài)箱系統(tǒng)還包括設(shè)置于頂箱的內(nèi)側(cè)壁上的用于檢測空氣溫度和濕度的空氣溫濕度傳感器，所述空氣溫濕度傳感器的導(dǎo)線的一端穿過箱體的頂面上的通孔與外部的溫濕度測定儀連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的原位觀測濕地碳排放的靜態(tài)箱系統(tǒng)，其特征在于:所述空氣溫濕度傳感器與采樣管的采樣嘴位于同一水平面上。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的原位觀測濕地碳排放的靜態(tài)箱系統(tǒng)，其特征在于:所述靜態(tài)箱系統(tǒng)還包括設(shè)置于延長箱的內(nèi)側(cè)壁上的用于測量土壤溫度和濕度的土壤溫濕度傳感器，所述土壤溫濕度傳感器的導(dǎo)線的一端穿過箱體的頂面上的通孔與外部的溫濕度測定儀連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的原位觀測濕地碳排放的靜態(tài)箱系統(tǒng)，其特征在于:所述靜態(tài)箱系統(tǒng)還包括設(shè)置于延長箱的內(nèi)側(cè)壁上的液位計(jì)，所述液位計(jì)的導(dǎo)線的一端穿過箱體的頂面上的通孔與外部的液位測定儀連接。
【文檔編號】G01N33/24GK203572823SQ201320772422
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月26日
【發(fā)明者】鄧一榮, 肖榮波, 徐志偉, 黃柳菁, 周健, 黃澤宏 申請人:廣東省環(huán)境科學(xué)研究院