一種原位觀測濕地碳排放的靜態箱系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種原位觀測濕地碳排放的靜態箱系統，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,底座的上部還設有環狀的第一水槽;底座的外側壁上設有刻度尺;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;在箱體的頂面上設有風扇；箱體的外側壁上設有刻度尺;在箱體的頂面上還設有通孔；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。本實用新型具有結構簡單、操作容易、密封性好、穩定性好、實用性強、方便可靠的特點，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箱系統
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于生態環境的濕地溫室氣體排放通量監測【技術領域】，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行觀測碳排放的靜態箱系統，能對濕地的碳排放(ch4、CO2等)快速準確采集測量。
【背景技術】
[0002]近年來，濕地生態系統是目前陸地生態系統中僅次于森林的重要碳匯，在全球碳循環發揮著顯著影響，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系統之一，它對CH4和CO2等微量溫室氣體的產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注的熱點問題。而城市濕地具備娛樂教育社會服務功能、豐富生物多樣性和凈化水質等生態功能外，在“碳匯”和調節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的理論價值和現實意義。
[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物質生產構成了濕地系統碳積累和碳排放的主要來源。從循環過程看，大氣中的CO2通過濕地植物的光合作用形成有機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質，有機質經微生物分解再次以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法、邊界層測定法和箱法等方法。渦度相關法是微氣象法的一種，主要用來測定碳排放的垂直通量，該方法的優點是響應快，覆蓋面積大，能夠克服碳排放在小尺度空間上的變異性，但造價高，并對下墊面和大氣穩定度要求高，對傳感器的靈敏度和響應速度非常苛刻，不適合在野外觀測。邊界層測定法是根據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算得到，測定過程非常快速，適合在短時間內完成大樣本的采集和碳排放通量日變化的觀測。而箱法技術有三種類型:密閉式靜態箱、密閉式動態箱和開發式動態箱。開放式動態箱是通過箱入口和出口處氣體濃度差來計算待測氣體的排放通量，屬于準穩態箱；密閉式靜態箱和密閉式動態箱主要是根據箱內氣體濃度隨時間的變化率來計算被罩地面待測氣體的排放通量，屬于非穩態箱。以上各方面各有優缺點和適用條件，在相同的氣象條件下，不同的方法得到的結果可能存在2-18倍的差異。其中，密閉式靜態箱法因簡單易行，造價便宜，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過程中植物的碳排放情況時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，導致人為主觀因素影響引起的誤差，同時測量過程中對植物和水體擾動較大；生長無統一的設計標準，不同設計規格和采樣方式可能導致采樣和分析結果的偏差；長期(數月或者半年以上)觀測時，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、風力、降雨都會造成影響等。
實用新型內容
[0005]針對現有技術的不足，本實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箱系統，具有結構簡單、操作容易、密封性好、穩定性好、實用性強、方便可靠的特點，可適合長期原位觀測采集濕地碳排放通量情況。
[0006]為實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案:
[0007]—種原位觀測濕地碳排放的靜態箱系統，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有環狀的第一水槽；所述底座的外側壁上設有刻度尺；
[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；在箱體的頂面上設有2-3個風扇；所述箱體的外側壁上設有刻度尺；在箱體的頂面上還設有一個通孔；
[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]實現本實用新型的目的還可以通過采取如下技術方案達到:
[0012]實現本實用新型的一種實施方式是:所述箱體包括一個頂箱和一個延長箱；所述延長箱的頂面和底面均為開口，其上部還設有環狀的第二水槽；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]實現本實用新型的一種實施方式是:所述頂箱和延長箱的外側壁上都設有刻度尺，所述刻度尺的尺寸單位為mm。刻度尺的設置是為了方便觀測水位高度和植物生長高度情況。
[0014]實現本實用新型的一種實施方式是:所述的箱體是采用透明有機玻璃板制作的透明結構。質地較硬，能夠保障在野外觀測時牢固穩定，不受環境因素(如風雨等)的干擾。同時，材質透明能夠保證箱體內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]實現本實用新型的一種實施方式是:所述的氣體收集容器為注射器或氣樣袋。或其他采樣器，可根據實際情況選用合適的采樣容器。
[0016]實現本實用新型的一種實施方式是:所述的底座的底部設有尖端，方便底座插入底泥。
[0017]實現本實用新型的一種實施方式是:所述靜態箱系統還包括設置于頂箱的內側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]實現本實用新型的一種實施方式是: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]實現本實用新型的一種實施方式是:所述靜態箱系統還包括設置于延長箱的內側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]實現本實用新型的一種實施方式是:所述靜態箱系統還包括設置于延長箱的內側壁上的液位計，所述液位計的導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]本實用新型的有益效果在于:
[0022]1、本實用新型的主體結構由采集箱、延長箱、底座組成；為保障觀察植物氣體排放時整體箱結構的氣密性，在各個部件之間設計了水槽，在罩箱期間往水槽內注水，以達到密封作用；三個部分可以根據濕地植物的實際生長狀況組合使用，根據所需觀測的生態系統的實際情況，可選擇性增減延長箱的數量，靈活性較大。采樣方便，易于實施。本實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，具有結構簡單、操作容易、密封性好、穩定性好、實用性強、方便可靠的特點，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、本實用新型在底座、延長箱和頂箱側面設置了尺寸單位為_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、本實用新型所述的靜態箱系統將溫濕檢測系統、氣體采樣裝置及液位計等的輸出端共用一個通孔，既方便維護管理又避免了漏氣。
[0025]4、本實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，同時又不影響箱體內系統的物化性質。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1為本實用新型的結構示意圖。
[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、風扇；5、刻度尺；6、空氣溫濕度傳感器；7、溫濕度測定儀。
【具體實施方式】
[0028]下面，結合附圖以及【具體實施方式】，對本實用新型做進一步描述:
[0029]具體實施例:
[0030]參照圖1，本實施例所述的原位觀測濕地碳排放的靜態箱系統，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的上部還設有環狀的第一水槽11；所述底座I的外側壁上設有刻度尺5;所述的底座I的底部設有尖端，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的頂面上設有2個風扇4，風扇由外置電源(如蓄電池)供電；在箱體2的頂面上還設有一個通孔20，孔徑不可過大，以防漏氣；所述箱體2包括一個頂箱21和一個延長箱22 ;所述延長箱22的頂面和底面均為開口，其上部還設有環狀的第二水槽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的外側壁上都設有刻度尺5，所述刻度尺5的尺寸單位為_。刻度尺的設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厚的透明有機玻璃板制作的透明結構；質地較硬，能夠保障在野外觀測時牢固穩定，不受環境因素(如風雨等)的干擾。同時，材質透明能夠保證箱體內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。每次使用該裝置進行罩箱操作之前，需要往第一水槽11和第二水槽22-1內注入一定量的水。鑒于本裝置考慮用于監測濕地植物，所以水源可以是濕地內的湖水、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]所述靜態箱系統還包括設置于頂箱21的內側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。所述靜態箱系統還包括設置于延長箱22的內側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。所述靜態箱系統還包括設置于延長箱22的內側壁上的液位計，所述液位計的導線的一端穿過箱體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，容易發臭或滋生蚊子，因此可以有如下改進:底座上的水槽底部開設有排水小孔，小孔附接上帶開關閥門需要排水時打開閥門即可。
[0039]本實用新型的工作原理:
[0040]正式采集樣品前I?2周，選擇好監測用的樣方并且固定好底座。正式采樣時，往第一水槽和第二水槽中注入適量濕地水，接通頂箱的風扇的電源，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，同時通過空氣溫濕度傳感器檢測箱內中的溫度、濕度，通過土壤溫濕度傳感器檢測土壤中的溫度、濕度，通過液位計檢測液位高度。然后每隔一段時間采集一次樣品，獲得所需的若干個樣品。樣品采集完畢后，將頂箱(或延長箱)向上提起，轉移至空氣流通的地方，側放在地面或者平面上。
I (Jiff
[0041 ] 根據碳排放通量的定義，即單位時間內通過單位面積的物質的量，為F = 。經過代入轉化，以裝置中碳排放濃度的增加率來計算濕地碳排放通量，計算公式為:[0042]
【權利要求】
1.一種原位觀測濕地碳排放的靜態箱系統，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有環狀的第一水槽；所述底座的外側壁上設有刻度尺； 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；在箱體的頂面上設有2-3個風扇；所述箱體的外側壁上設有刻度尺；在箱體的頂面上還設有一個通孔； 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.根據權利要求1所述的原位觀測濕地碳排放的靜態箱系統，其特征在于:所述箱體包括一個頂箱和一個延長箱；所述延長箱的頂面和底面均為開口，其上部還設有環狀的第二水槽；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.根據權利要求2所述的原位觀測濕地碳排放的靜態箱系統，其特征在于:所述頂箱和延長箱的外側壁上都設有刻度尺，所述刻度尺的尺寸單位為mm。
4.根據權利要求2所述的原位觀測濕地碳排放的靜態箱系統，其特征在于:所述的箱體是采用透明有機玻璃板制作的透明結構。
5.根據權利要求2所述的原位觀測濕地碳排放的靜態箱系統，其特征在于:所述的氣體收集容器為注射器或氣樣袋。
6.根據權利要求2所述的原位觀測濕地碳排放的靜態箱系統，其特征在于:所述的底座的底部設有尖端。
7.根據權利要求2所述的原位觀測濕地碳排放的靜態箱系統，其特征在于:所述靜態箱系統還包括設置于頂箱的內側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.根據權利要求7所述的原位觀測濕地碳排放的靜態箱系統，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.根據權利要求2所述的原位觀測濕地碳排放的靜態箱系統，其特征在于:所述靜態箱系統還包括設置于延長箱的內側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.根據權利要求2所述的原位觀測濕地碳排放的靜態箱系統，其特征在于:所述靜態箱系統還包括設置于延長箱的內側壁上的液位計，所述液位計的導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 優先權日:2013年11月26日
【發明者】鄧一榮, 肖榮波, 徐志偉, 黃柳菁, 周健, 黃澤宏 申請人:廣東省環境科學研究院
專業數控銑床產品供應商
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