本發(fā)明涉及土壤測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種便攜式土壤呼吸測量的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

土壤呼吸是表征土壤質(zhì)量和肥力的重要生物學指標，它反映了土壤生物活性和土壤物質(zhì)代謝的強度。在生態(tài)演替過程中，植被的變化通過吸收養(yǎng)分和歸還有機物等，以影響土壤的物理、化學和生物學性狀，土壤呼吸亦隨之變化，指示著生態(tài)系統(tǒng)演替的過程與方向。此外，從小氣候?qū)W角度看，土壤釋放的CO2改變了近地面的微氣象條件，為植物下部冠層提供了更豐富的碳源。便攜式土壤呼吸測量系統(tǒng)由主機和手持式雙通道數(shù)據(jù)采集顯示器組成，用于野外土壤呼吸/CO2通量測量。

一般將測量方法分為間接測定方法和直接測定方法兩大類：1、間接方法是通過測定其他相關(guān)指標來推算土壤呼吸速率，例如，土壤總的新陳代謝，可以從凈初級生產(chǎn)量中扣除地上食草動物所消耗的能量進行估算。也有研究者用土壤中的三磷酸腺苷(ATP)含量估算土壤呼吸。此外，有研究者通過研究溫度和水分對土壤呼吸的影響，建立回歸方程計算得出土壤呼吸的大小。間接方法需要建立所測指標與土壤的定量關(guān)系，而這種關(guān)系一般用于特定的生態(tài)系統(tǒng)。因此這類方法的應用具有較大的時空局限性，并且測定結(jié)果難以和其他方法測定結(jié)果進行比較。

直接法包含原位測定和室內(nèi)測定兩類,根據(jù)概括地比較了各種直接測定方法得出，a.靜態(tài)法，適用于各種土壤，但存在改變了近地面微氣象條件；b.密閉室法，可連續(xù)監(jiān)測土壤信息，但取樣間隔不可過短，需要補充同體積空氣；c.靜態(tài)堿吸收法，設(shè)備簡單,可同時多重復，但存在難以連續(xù)監(jiān)測，堿的用量需事先確定；d.土壤PCO2法，可連續(xù)進行點上的監(jiān)測，但擴散系數(shù)難以準確測定，對土壤存在干擾；e.動態(tài)室法，對CO2擴散影響較小，但存在改變了近地面微氣象條件；f.動態(tài)堿吸收法，準確、可同時多次重復監(jiān)測，但設(shè)備復雜，難以連續(xù)監(jiān)測，且堿的用量需事先確定；g.微氣象法，可連續(xù),大面積監(jiān)測，但需要同時測定冠層光合，植物和動物呼吸速率；h.冠層內(nèi)PCO2法，可知冠層內(nèi)CO2源庫信息，但需測定擴散系數(shù)和多種微氣象參數(shù)，穩(wěn)定性差；i.冠層上PCO2法，要求植被均勻，且需測定擴散系數(shù)和多種微氣象參數(shù)，穩(wěn)定性差；j.渦度相關(guān)法，可進行不同面積上的測定，要求植被均勻，設(shè)備昂貴，結(jié)果變異大；k.室內(nèi)測定，條件可控，可多重復，可長時間連續(xù)測定，但嚴重擾動土壤，與野外條件不一致；l.原狀土柱，保持了一點的原狀結(jié)構(gòu)，但工作量大，土壤和植物都受到擾動；m.非原狀土，不受時間限制，可得到土壤碳分級信息，但不能得到實際呼吸量。

現(xiàn)階段的測量方法主要為靜態(tài)堿液吸收法和密閉氣室法，這兩種方法的主要測量步驟為：

靜態(tài)堿液吸收法：人們利用堿液吸收法研究森林、草原和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的土壤呼吸。有些研究者用堿液(NaOH或者KOH溶液)，也有研究者用固體堿粒。他們的原理是一樣的，即堿吸收CO2形成碳酸根，再用重量法或者中和滴定法計算出剩余的堿量，根據(jù)公式計算得出一定時間內(nèi)土壤排放的CO2總量。以堿液法為例，具體的操作過程如下：在樣地內(nèi)選定直徑為25厘米的圓形測定點，將圓內(nèi)的綠色植物齊地剪掉后，將一高2厘米左右的小三角架固定在圓心，其上放置事先已經(jīng)注入1.0mol/L的NaOH溶液20ml的玻璃廣口瓶，迅速用鍍鋅金屬圓桶(直徑25厘米，高30厘米，一端密閉)扣在選定的樣圓上，為隔絕外界空氣避免大氣CO2的干擾，圓桶下緣壓入土中2厘米，確保桶與外界無氣體交換。一段時間后取出堿液瓶，迅速蓋好蓋子帶回實驗室內(nèi)分析，可得到該時間內(nèi)的土壤呼吸速率。

密閉氣室法：密閉氣室法包括氣相色譜法和紅外CO2分析法兩種。此法是將一無底無蓋的管狀容器一端插入土壤中，經(jīng)過一段時間內(nèi)的穩(wěn)定后，加蓋，用一針狀連接器以一定的時間間隔抽取氣體樣品進入真空容器內(nèi)，用氣相色譜儀或紅外分析儀測定其中CO2的濃度，計算得出CO2排放的速率。

這兩種方法分別存在不足之處，主要體現(xiàn)為：(1)堿液法改變了地面微氣象條件；(2)密閉法取樣間隔不可過短；需要補充同體積空氣；(3)密閉法需采樣泵，測量環(huán)境因氣流導致的氣壓變化而產(chǎn)生影響；(4)堿液法的局限性在于測定的精度不理想，在土壤呼吸速率低的情況下，測定的結(jié)果比真實值高。在土壤呼吸速率高的情況下，測定結(jié)果比真實值偏低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于背景技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種便攜式土壤呼吸測量的系統(tǒng)，具有良好的監(jiān)測性能，便于攜帶，監(jiān)測精確的特點，解決現(xiàn)有土壤呼吸測量的土壤易被擾動、野外測量不便攜帶和費用較高的問題。

本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種便攜式土壤呼吸測量的系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)測量及記錄讀表，所述數(shù)據(jù)測量及記錄讀表的底端通過傳輸線與紅外CO2分析儀的頂部連接，該紅外CO2分析儀的另一端貫穿呼吸室的頂壁，并延伸至呼吸室的內(nèi)部，所述紅外CO2分析儀與呼吸室的頂端連接處套接有固定座，該固定座通過螺釘固定于呼吸室的頂端中部，所述呼吸室的內(nèi)部設(shè)置有太陽輻射傳感器和溫濕度傳感器該太陽輻射傳感器和溫濕度傳感器分別位于呼吸室內(nèi)部紅外CO2分析儀的兩側(cè)，所述紅外CO2分析儀、溫濕度傳感器和太陽輻射傳感器均與數(shù)據(jù)測量及記錄讀表電性連接。

優(yōu)選的，所述呼吸室為銀色。

優(yōu)選的，所述呼吸室為非透明式或透明式，且呼吸室為封閉式或開放式

優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)測量及記錄讀表的采樣頻率為1秒—30小時，數(shù)據(jù)測量及記錄讀表為可充電式或電池式。

優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)測量及記錄讀表的內(nèi)部設(shè)置有電子顯示屏，且電子顯示屏的下方數(shù)據(jù)測量及記錄讀表的表面設(shè)置有調(diào)整按鈕和開關(guān)按鈕。

本發(fā)明提供了一種便攜式土壤呼吸測量的系統(tǒng)，有益效果有：

(1)呼吸室采用封閉式非透明，呼吸室為銀色鋁合金材質(zhì)，降低了輻射熱吸收，且提高了呼吸室的散熱，減少了使用堿液對地面微氣象的影響，使用太陽輻射傳感器、溫濕度傳感器和紅外CO2分析儀，方便了對土壤的檢測，降低了土壤呼吸速率不同時，測試結(jié)果與真實值誤差，最大程度避免呼吸室的“溫室效應”，測量環(huán)境為野外環(huán)境，無土壤擾動，不影響地面微氣象條件。

(2)呼吸室使用封閉式非透明的銀色鋁合金材質(zhì)，紅外CO2分析儀擴散式測量分析，減少了采樣泵，減輕了系統(tǒng)的重量，方便了攜帶，同時，太陽輻射傳感器、溫濕度傳感器和紅外CO2分析儀均位于呼吸室的內(nèi)部，使得系統(tǒng)不受因氣流導致的氣壓變化時的檢測結(jié)果。

(3)用于生態(tài)測量的紅外CO2分析儀，單光束雙波長紅外技術(shù)，測量精確，數(shù)據(jù)實時傳輸記錄。自動溫度補償功能，長期穩(wěn)定性(偏移)小于±2％/年(2000ppm滿量程情況下小于±40ppm)

(4)該系統(tǒng)采用呼吸室、傳輸線和數(shù)據(jù)測量及記錄讀表構(gòu)成，不僅系統(tǒng)裝置少，使用的裝置小巧，還便于攜帶，適合各種長途的野外測量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明太陽輻射傳感器示意圖；

圖3為本呼吸室的仰視示意圖。

圖中：1數(shù)據(jù)測量及記錄讀表、2傳輸線、3紅外CO2分析儀、4呼吸室、5固定座、6太陽輻射傳感器、7溫濕度傳感器。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

如圖1-3所示，圖1為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明太陽輻射傳感器示意圖；圖3為本呼吸室的仰視示意圖。

請參閱圖1-3，本發(fā)明提供一種技術(shù)方案：一種便攜式土壤呼吸測量的系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)測量及記錄讀表1，用于測量條件設(shè)置，數(shù)據(jù)采集及記錄，數(shù)據(jù)測量及記錄讀表1的采樣頻率為1秒—30小時，數(shù)據(jù)測量及記錄讀表1為可充電式或電池式，數(shù)據(jù)測量及記錄讀表1的內(nèi)部設(shè)置有電子顯示屏，且電子顯示屏的下方數(shù)據(jù)測量及記錄讀表1的表面設(shè)置有調(diào)整按鈕和開關(guān)按鈕，數(shù)據(jù)測量及記錄讀表1的底端通過傳輸線2與紅外CO2分析儀3的頂部連接，紅外CO2分析儀3用于CO2測量，溫度及氣壓測量，該紅外CO2分析儀3的另一端貫穿呼吸室4的頂壁，并延伸至呼吸室4的內(nèi)部，呼吸室4為銀色，呼吸室4為非透明式或透明式，且呼吸室4為封閉式或開放式，用于控制待測樣本土壤環(huán)境，避免其他條件的干擾，紅外CO2分析儀3與呼吸室4的頂端連接處套接有固定座5，該固定座5通過螺釘固定于呼吸室4的頂端中部，呼吸室4的內(nèi)部設(shè)置有太陽輻射傳感器6和溫濕度傳感器7該太陽輻射傳感器6和溫濕度傳感器7分別位于呼吸室4內(nèi)部紅外CO2分析儀3的兩側(cè)，紅外CO2分析儀3、溫濕度傳感器7和太陽輻射傳感器6均與數(shù)據(jù)測量及記錄讀表1電性連接，呼吸室4采用封閉式非透明，呼吸室4為銀色鋁合金材質(zhì)，降低了輻射熱吸收，且提高了呼吸室4的散熱，減少了使用堿液對地面微氣象的影響，使用太陽輻射傳感器6、溫濕度傳感器7和紅外CO2分析儀3，方便了對土壤的檢測，降低了土壤呼吸速率不同時，測試結(jié)果與真實值誤差，最大程度避免呼吸室4的“溫室效應”，測量環(huán)境為野外環(huán)境，無土壤擾動，不影響地面微氣象條件，呼吸室4使用封閉式非透明的銀色鋁合金材質(zhì)，紅外CO2分析儀3擴散式測量分析，減少了采樣泵，減輕了系統(tǒng)的重量，方便了攜帶，同時，太陽輻射傳感器6、溫濕度傳感器7和紅外CO2分析儀3均位于呼吸室4的內(nèi)部，使得系統(tǒng)不受因氣流導致的氣壓變化時的檢測結(jié)果，用于生態(tài)測量的紅外CO2分析儀3，單光束雙波長紅外技術(shù)，測量精確，數(shù)據(jù)實時傳輸記錄。自動溫度補償功能，長期穩(wěn)定性(偏移)小于±2％/年(2000ppm滿量程情況下小于±40ppm)，該系統(tǒng)采用呼吸室4、傳輸線2和數(shù)據(jù)測量及記錄讀表1構(gòu)成，不僅系統(tǒng)裝置少，使用的裝置小巧，還便于攜帶，適合各種長途的野外測量。

本發(fā)明中，呼吸室4中的紅外CO2分析儀3、太陽輻射傳感器6和溫濕度傳感器7將收集到的數(shù)據(jù)通過傳輸線2傳遞給數(shù)據(jù)測量及記錄讀表1，數(shù)據(jù)測量及記錄讀表1接收到的數(shù)據(jù)通過處理顯示在電子顯示屏上。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。