一種連續(xù)測(cè)定土壤、植物甲烷氧化速率的裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種連續(xù)測(cè)定土壤、植物甲烷氧化速率的裝置，包括通過(guò)傳導(dǎo)組件密閉聯(lián)通的反應(yīng)室和供氧室；所述反應(yīng)室為設(shè)有可活動(dòng)頂蓋的密封容器，密封容器內(nèi)設(shè)有樣品培養(yǎng)裝置和吸收劑盛放裝置；所述供氧室包括內(nèi)壁涂有FeCl3的內(nèi)裝置、一端開口的外裝置，外裝置通過(guò)開口套在內(nèi)裝置外面，內(nèi)裝置靠近外裝置底部的一端留有小孔，另一端與傳導(dǎo)組件密閉聯(lián)通。本實(shí)用新型的供養(yǎng)室可以連續(xù)向反應(yīng)室中供應(yīng)氧，保持氧濃度，氧的供應(yīng)根據(jù)裝置內(nèi)部的氣壓自動(dòng)平衡，適合長(zhǎng)期測(cè)定，甲烷氧化為二氧化碳后被吸收劑吸收，不會(huì)對(duì)甲烷氧化過(guò)程造成干擾。有助于提高甲烷氧化測(cè)定技術(shù)的效率，為了解各種土壤、植物氧化甲烷效率提供有力的技術(shù)支撐。
【專利說(shuō)明】
一種連續(xù)測(cè)定土壤、植物甲烷氧化速率的裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及農(nóng)業(yè)技術(shù)參數(shù)測(cè)定裝置，具體地，涉及一種連續(xù)測(cè)定土壤、植物甲烷氧化速率的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]甲烷是一種重要的溫室氣體，其對(duì)溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)僅次于二氧化碳。但是以100年的尺度平均計(jì)算，每噸甲烷造成全球暖化的效應(yīng)比二氧化碳高出25倍，甲烷減排在減緩全球氣候變化中起著重要作用。甲烷在大氣中的濃度未曾有太大變化，但是自工業(yè)革命后其濃度增加了一倍多，而且還在以每年1.0 %?1.2 %的速度增長(zhǎng)。全球向大氣排放的甲烷主要來(lái)自微生物、采礦、燃燒化石能源以及焚燒生物體等方面。甲烷氧化菌是自然環(huán)境中氧化甲烷的重要微生物類群，甲烷氧化菌以甲烷為唯一的碳源和能源，每年從大氣中氧化甲烷達(dá)20?60Tg，甲烷氧化菌在濕地、海洋、垃圾填埋場(chǎng)、稻田等自然環(huán)境中廣泛存在，消耗了大量甲烷，對(duì)減少甲烷排放有重要作用。據(jù)研究，甲烷氧化菌使淡水和濕地等自然環(huán)境向大氣的甲烷釋放減少了約700Tg。
[0003]以淹水稻田為例，稻田是大氣甲烷的一個(gè)重要來(lái)源，甲烷凈排放量取決于甲烷產(chǎn)生和氧化的平衡結(jié)果。稻田土壤產(chǎn)生的甲烷在排向大氣前有一半以上被重新氧化，由此可見，甲烷氧化在控制和減少稻田土壤的甲烷排放量的重要作用。強(qiáng)化土壤中的甲烷氧化速度，對(duì)降低溫室效應(yīng)的具有重要的貢獻(xiàn)。目前對(duì)甲烷氧化速率的測(cè)定通常采用將供試土或植物樣品加入血清瓶密封，再加入定量純甲烷的方式進(jìn)行。該方法培養(yǎng)后在不同時(shí)間測(cè)定血清瓶中的甲烷量獲得甲烷氧化量。這種測(cè)定方法過(guò)程中環(huán)境密閉，培養(yǎng)氧氣濃度逐漸下降，而實(shí)際情況下甲烷氧化菌的維持活性所需的氧往往可以得到補(bǔ)充，其生理活性持續(xù)存在。特別是表層土壤的氧濃度可以由大氣補(bǔ)充，其甲烷氧化速度與密閉固定氧環(huán)境的測(cè)定條件是存在差異的。在長(zhǎng)期氧存在的環(huán)境條件下測(cè)定甲烷的氧化速度更接近于真實(shí)狀態(tài)，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果更可靠。因此，有必要改進(jìn)甲烷氧化測(cè)定過(guò)程，獲得更加準(zhǔn)確的甲烷氧化速度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種連續(xù)測(cè)定土壤、植物甲烷氧化速率的裝置。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的:
[0006]—種連續(xù)測(cè)定土壤、植物甲烷氧化速率的裝置，包括通過(guò)傳導(dǎo)組件密閉聯(lián)通的反應(yīng)室和供氧室;所述反應(yīng)室為設(shè)有可活動(dòng)頂蓋的密封容器，密封容器內(nèi)設(shè)有樣品培養(yǎng)裝置和吸收劑盛放裝置;所述供氧室包括內(nèi)壁涂有FeCl3的內(nèi)裝置、一端開口的外裝置，外裝置通過(guò)開口套在內(nèi)裝置外面，內(nèi)裝置靠近外裝置底部的一端留有小孔，另一端與傳導(dǎo)組件密閉聯(lián)通。
[0007]作為優(yōu)選實(shí)施方式，所述內(nèi)裝置為一小試管，外裝置為一端開口的大試管，大試管通過(guò)開口套在小試管的外面，小試管底部設(shè)有小孔，小試管的開口上設(shè)有密封帽，傳導(dǎo)組件穿過(guò)密封帽與小試管密閉聯(lián)通。
[0008]作為更優(yōu)選實(shí)施方式，所述可活動(dòng)頂蓋上設(shè)有橡膠帽，傳導(dǎo)組件穿過(guò)橡膠帽與反應(yīng)室密閉聯(lián)通。
[0009]作為最優(yōu)選實(shí)施方式，所述傳導(dǎo)組件包括第一針頭、第二針頭和通氣導(dǎo)管;第一針頭插在密封帽上，第二針頭插在橡膠帽上，第一針頭和第二針頭通過(guò)通氣導(dǎo)管聯(lián)通，從而實(shí)現(xiàn)反應(yīng)室和供氧室的密閉聯(lián)通。采用橡膠帽、密封帽和針頭的好處是可以保證反應(yīng)室和供氧室的密封性。
[0010]作為優(yōu)選實(shí)施方式，所述小孔的孔徑為2?4mm。
[0011 ]作為優(yōu)選實(shí)施方式，所述反應(yīng)室為長(zhǎng)15.5cm、寬15.5cm、高6.9cm的長(zhǎng)方體密封容器;所述大試管內(nèi)徑1.4cm、高5.2cm;小試管內(nèi)徑1.0cm、高3.8cm。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0013]相比傳統(tǒng)的一次性封閉甲烷氧化測(cè)定方法，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的連續(xù)測(cè)定土壤、植物甲烷氧化速度的裝置的優(yōu)點(diǎn)在于:第一、所述供養(yǎng)室可以連續(xù)向反應(yīng)室中供應(yīng)氧，保持氧濃度;第二、氧的供應(yīng)根據(jù)裝置內(nèi)部的氣壓自動(dòng)平衡，適合長(zhǎng)期測(cè)定;第三、甲烷氧化為二氧化碳后被吸收劑吸收，不會(huì)對(duì)甲烷氧化過(guò)程造成干擾?；诖?，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的裝置的使用將有助于提高甲烷氧化測(cè)定技術(shù)的的效率，為了解各種土壤、植物氧化甲烷效率提供有力的技術(shù)支撐。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為連續(xù)測(cè)定土壤、植物甲烷氧化速率的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2為水稻根系在12?96h內(nèi)的甲燒氧化速度。
[0016]圖3為水稻表層土壤在24?144h內(nèi)的甲烷氧化速度。
[0017]圖示說(shuō)明:I為反應(yīng)器;2為可活動(dòng)頂蓋;3為內(nèi)裝置;4為外裝置;5為小孔;6為吸收劑盛放裝置;7為樣品培養(yǎng)裝置;8為密封帽;9為橡膠帽；10為第一針頭；11為第一針頭；12為通氣導(dǎo)管。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合說(shuō)明書附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作出進(jìn)一步地詳細(xì)闡述，所述實(shí)施例只用于解釋本實(shí)用新型，并非用于限定本實(shí)用新型的范圍。下述實(shí)施例中所使用的試驗(yàn)方法如無(wú)特殊說(shuō)明，均為常規(guī)方法;所使用的材料、試劑等，如無(wú)特殊說(shuō)明，為可從商業(yè)途徑得到的試劑和材料。
[0019]實(shí)施例1
[0020]如圖1所示，本實(shí)施例提供一種連續(xù)測(cè)定土壤、植物甲烷氧化速率的裝置，包括通過(guò)傳導(dǎo)組件密閉聯(lián)通的反應(yīng)室I和供氧室;所述反應(yīng)室I為設(shè)有可活動(dòng)頂蓋2的密封容器，密封容器內(nèi)設(shè)有樣品培養(yǎng)裝置7和吸收劑盛放裝置6，可活動(dòng)頂蓋2上設(shè)有橡膠帽9;所述供氧室包括小試管3、一端開口的大試管4，大試管4通過(guò)開口套在小試管3外面，小試管3底部設(shè)有小孔5，小試管3的開口上設(shè)有密封帽8，所述傳導(dǎo)組件包括第一針頭10、第二針頭11和通氣導(dǎo)管12;第一針頭插10在密封帽8上，第二針頭11插在橡膠帽9上，第一針頭10和第二針頭11通過(guò)通氣導(dǎo)管12聯(lián)通，從而實(shí)現(xiàn)反應(yīng)室I和供氧室的密閉聯(lián)通。
[0021]反應(yīng)室I采用玻璃材質(zhì)，供氧室和傳導(dǎo)組件采用塑料制作。反應(yīng)室I中的樣品培養(yǎng)裝置7用于放置待測(cè)土壤樣品或是植物樣品，樣品培養(yǎng)裝置7可以是普通的培養(yǎng)皿;吸收劑盛放裝置6可為圓形或方形塑料容器，吸收劑(氫氧化鈉溶液)置于其中，濃度為0.5?1.0mol/Lo
[0022]作為優(yōu)選實(shí)施方式，所述反應(yīng)室I為長(zhǎng)15.5cm、寬15.5cm、高6.9cm的長(zhǎng)方體密封容器;所述大試管4內(nèi)徑1.4cm、高5.2cm;小試管3內(nèi)徑1.0cm、高3.8cm。
[0023]供氧室提供連續(xù)不斷的氧氣，其供氧過(guò)程受制于反應(yīng)室的壓力變化。其原理在于供氧室內(nèi)的大試管4和小試管3組成氣壓感應(yīng)裝置，小試管3置于三氯化鐵溶液中浸泡I?5分鐘，取出后干燥即可在內(nèi)壁上形成FeCl3薄膜。小試管3底部開小孔5，置于大試管4中，加入H2O2t3H2O2和FeCl3反應(yīng)生成氧，通過(guò)小試管3頂部的導(dǎo)管進(jìn)入反應(yīng)室I內(nèi)。當(dāng)甲烷被氧化和二氧化碳吸收后，供氧室內(nèi)的大試管4和小試管3的液面發(fā)生變動(dòng)，觸發(fā)氧生成過(guò)程。
[0024]傳導(dǎo)組件用于聯(lián)通反應(yīng)室I和供氧室，通氣導(dǎo)管兩端連接第一針頭10和第二針頭11，第一針頭10和第二針頭11外圈塑料和塑料通氣導(dǎo)管經(jīng)強(qiáng)力膠粘結(jié)保證氣密性。
[0025]使用時(shí)，首先將大試管4內(nèi)裝入H2O2，小試管3內(nèi)用FeCl3浸泡I?5分鐘，取出后干燥。NaOH溶液置于吸收劑盛放裝置6中，而后將土壤或植物樣品放置于反應(yīng)室的培養(yǎng)裝置內(nèi)7，封閉反應(yīng)室，將小試管3放入大試管4中，塑料通氣導(dǎo)管12連接供氧裝置小試管3頂部的密封帽8，連接反應(yīng)室I頂部橡膠帽9，裝置完成密閉。根據(jù)實(shí)際情況將不同體積的甲烷氣體從反應(yīng)室I頂部的橡膠帽9處用注射器注入氣體后，測(cè)定即可開始。定期用注射器根據(jù)需要采集氣體，采用氣相色譜測(cè)定甲烷濃度，從而可以定量分析待測(cè)土壤或植物的甲烷氧化速度，該裝置可以用于環(huán)境保護(hù)、農(nóng)業(yè)生態(tài)中低碳減排植物的篩選，低碳模式實(shí)施效果的檢驗(yàn)以及實(shí)驗(yàn)室碳循環(huán)方面的科學(xué)研究。
[0026]本實(shí)施例中，反應(yīng)室的樣品培養(yǎng)裝置內(nèi)放置新鮮水稻根系1.0g，用注射器向反應(yīng)室注入21111甲烷，分別在0，611，1211，2411，4811，9611用注射器采集11111氣體，采用氣相色譜測(cè)定甲烷濃度。實(shí)驗(yàn)完成后稱取水稻根系干重量。根據(jù)公式甲烷氧化速度=(初始濃度-采樣濃度)/干重/采樣時(shí)間;計(jì)算甲烷氧化速度(ppmv/g/h)。根據(jù)圖2所示，水稻根系的甲烷氧化速度呈現(xiàn)逐步下降的趨勢(shì)，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，氧化速度下降的程度也更加顯著。96h的氧化速度僅是最初氧化速度的1/5。采用線性擬合發(fā)現(xiàn)，根系甲烷氧化速度在12?96h內(nèi)具有線性下降趨勢(shì)，擬合相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.8395?？梢灶A(yù)見，隨著時(shí)間進(jìn)一步推移，甲烷氧化速度的變化趨緩，從長(zhǎng)時(shí)間來(lái)看，氧化速度會(huì)達(dá)到穩(wěn)定值，這可以通過(guò)進(jìn)一步延長(zhǎng)時(shí)間觀察測(cè)定獲得。
[0027]實(shí)施例2
[0028]一種連續(xù)測(cè)定土壤、植物甲烷氧化速率的裝置，結(jié)構(gòu)如實(shí)施例1所示。本實(shí)施例中，反應(yīng)室的樣品培養(yǎng)裝置內(nèi)放置稻田表層I?5cm的新鮮表層土壤1.0g，用注射器向反應(yīng)室注入3ml甲烷，分別在O，24h，48h，72h，96h，120h，144h用注射器采集Iml氣體測(cè)定。實(shí)驗(yàn)完成后稱取土壤干重。根據(jù)公式甲烷氧化速度=(初始濃度-采樣濃度)/干重/采樣時(shí)間;計(jì)算甲烷氧化速度(ppmv/g/h)。根據(jù)圖3所示，水稻根系的甲烷氧化速度呈現(xiàn)逐步下降的趨勢(shì)，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，甲烷氧化速度在48?96h出現(xiàn)一定波動(dòng)，這可能與微生物的繁殖程度有關(guān)。24h至48h的氧化速度變化最為劇烈。擬合發(fā)現(xiàn)，土壤甲烷氧化速度在24?144h內(nèi)具有較明顯的乘冪關(guān)系，擬合相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.8163。從曲線關(guān)系看，隨著時(shí)間進(jìn)推移，甲烷氧化速度的趨向?yàn)榱?，微生物活?dòng)停滯，采用連續(xù)測(cè)定裝置可以獲得更好的反應(yīng)曲線，有助于理解土壤的甲燒氧化過(guò)程。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種連續(xù)測(cè)定土壤、植物甲烷氧化速率的裝置，其特征在于，包括通過(guò)傳導(dǎo)組件密閉聯(lián)通的反應(yīng)室和供氧室;所述反應(yīng)室為設(shè)有可活動(dòng)頂蓋的密封容器，密封容器內(nèi)設(shè)有樣品培養(yǎng)裝置和吸收劑盛放裝置;所述供氧室包括內(nèi)壁涂有FeCl3的內(nèi)裝置、一端開口的外裝置，外裝置通過(guò)開口套在內(nèi)裝置外面，內(nèi)裝置靠近外裝置底部的一端留有小孔，另一端與傳導(dǎo)組件密閉聯(lián)通。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述內(nèi)裝置為一小試管，外裝置為一端開口的大試管，大試管通過(guò)開口套在小試管的外面，小試管底部設(shè)有小孔，小試管的開口上設(shè)有密封帽，傳導(dǎo)組件穿過(guò)密封帽與小試管密閉聯(lián)通。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述可活動(dòng)頂蓋上設(shè)有橡膠帽，傳導(dǎo)組件穿過(guò)橡膠帽與反應(yīng)室密閉聯(lián)通。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述傳導(dǎo)組件包括第一針頭、第二針頭和通氣導(dǎo)管;第一針頭插在密封帽上，第二針頭插在橡膠帽上，第一針頭和第二針頭通過(guò)通氣導(dǎo)管聯(lián)通，從而實(shí)現(xiàn)反應(yīng)室和供氧室的密閉聯(lián)通。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述小孔的孔徑為2?4mm。
【文檔編號(hào)】G01N33/00GK205607989SQ201620338103
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年4月20日
【發(fā)明人】趙本良, 章家恩, 李凱迪, 藍(lán)偉淳, 王思慧, 常凱
【申請(qǐng)人】華南農(nóng)業(yè)大學(xué)