本发明专利技术涉及一种土壤二氧化碳浓度的监测装置及监测方法，包括钻头、二氧化碳浓度探头、温湿度探头、供电模块和数据采集器，所述钻头在土壤中分别钻出埋放所述二氧化碳浓度探头、所述温湿度探头的钻孔；所述数据采集器通过数据线连接所述二氧化碳浓度探头、所述温湿度探头，将所述二氧化碳浓度探头和所述温湿度探头的监测数据保存起来；所述供电模块通过导线连接所述二氧化碳浓度探头、所述温湿度探头和所述数据采集器。本发明专利技术的有益效果是：监测数据准确、稳定，对土壤的扰动降低到最小，能监测特定深度的土壤二氧化碳浓度，探头做保护处理，不受连续降雨对监测的影响，能在热带、亚热带地区长期连续进行土壤监测，通过增加显示表头和使用电池供电，还可在野外快速测定土壤二氧化碳浓度，具有响应迅速、精度高、无需试剂耗材等优点。
【技术实现步骤摘要】
一种土壤二氧化碳浓度的监测装置及监测方法
本专利技术涉及岩溶研究领域，具体涉及一种土壤二氧化碳浓度的监测装置及监测方法。
技术介绍
如图1所示，以往对不同深度土壤的二氧化碳浓度梯度的研究，由于技术手段的限制，埋放在土壤中的探头1极易受到土壤水分的影响而报废，导致监测中断(由于雨季时连续降雨14后，土壤含水率升高，甚至达到饱和，使得探头1直接浸泡在水中，导致探头内部短路)。而且，在安装探头1时采用直接开挖的方式：即先在需要安装探头1的地方，刨除地表的植物和枯枝落叶，再用铁锹、铲、镐等工具将土壤移除，挖到所需的深度，然后再在坑的侧面不同深度处开槽安装探头1，最后将土壤进行回填。上述研究方式存在如下的缺陷：(1)对土壤的扰动太大，即使严格按原状土2进行回填，也将导致新回填的部分土壤成分、孔隙度与原状土差异很大，特别是有地表径流3产生时，地表径流3将优先从原状土2和回填土4的界面5流入土壤层中，类似于管道流，而不是均匀入渗，使得监测结果的代表性大打折扣。国际上同行的研究结果表明，由于对土壤的扰动，这种方式安装的探头，一般要等半年后，或经过六场以上的降雨后，等土壤自然密实到接近原先的状态，监测结果才具有代表性；(2)只适用于对干旱半干旱地区的土壤进行监测，如在热带、亚热带降雨较多地区使用的话，只适用在雨季末期和枯季进行监测，此时土壤含水率较低，未达到饱和，对探头的损害较小，而在雨季连续降雨时，由于土壤含水率急剧上升，达到80％-100％，容易使探头长时间浸泡在土壤水中而导致损坏。还有另外一种野外现场测定土壤剖面二氧化碳浓度的方式，如图2所示，先用一截软管将去掉终端后的检测管7与手动真空泵8连接起来，检测管7的另一端连接长约50cm的软管6，然后拨开地表的枯枝落叶，用铁锤9将直径约1.5cm的钢钎10砸入土壤中特定深度，一般为20cm或50cm，接着将已锤到指定深度的钢钎10拔出，迅速将已连接好的软管6插入到孔中，并将孔口用土封闭，最后用手动真空泵8形成真空，抽取孔中的气体通过检测管7，通过二氧化碳气体与检测管7中的试剂反应变色的程度，人工判读最后的数据。这种方法的缺陷主要有：(1)在锤击钻进过程中，钢钎10对孔壁周边的土壤存在挤压密实作用，将孔壁周边的孔隙封闭；在枯季，土壤含水率低时又极难钻进到较深的位置；(2)在检测二氧化碳浓度时，由于只有孔口附近封闭，在真空作用下，使得整个孔中的气体，甚至各深度土壤层中的气体有可能进入到检测管中，测试的结果为混合气体的浓度，无法真实代表特定深度的土壤二氧化碳浓度；(3)检测管耗材使用量大；(4)读数由人工根据试剂变色程度进行判读，误差较大，精度小。
技术实现思路
综上所述，鉴于以上传统监测方式的缺陷，为了能将对土壤的扰动降低到最少，又能在热带、亚热带地区长期连续进行土壤二氧化碳的监测，不受连续降雨对监测的影响，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种土壤二氧化碳浓度的监测装置及监测方法。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种土壤二氧化碳浓度的监测装置，包括钻头、二氧化碳浓度探头、温湿度探头、供电模块和数据采集器，所述钻头在土壤中分别钻出埋放所述二氧化碳浓度探头、所述温湿度探头的钻孔，所述钻头的直径大于所述二氧化碳浓度探头和所述温湿度探头的直径；所述数据采集器通过数据线连接所述二氧化碳浓度探头、所述温湿度探头，将所述二氧化碳浓度探头和所述温湿度探头的监测数据保存起来；所述供电模块通过导线连接所述二氧化碳浓度探头、所述温湿度探头和所述数据采集器。进一步，所述钻头为中空结构。进一步，所述二氧化碳浓度探头处于PVC管内，所述PVC管为开口向上的中空结构，并且在所述PVC管的侧壁上均匀布满通孔。进一步，所述通孔的直径为6mm。进一步，在所述二氧化碳浓度探头外包裹有PTFE防水透气膜。进一步，所述供电模块包括太阳能电池板、控制器和蓄电池，所述太阳能电池板利用光电效应将太阳光的能量转化成可利用的电能并且存储到所述蓄电池内，所述太阳能电池板通过所述控制器连接蓄电池，所述蓄电池通过所述控制器再连接所述二氧化碳浓度探头、所述温湿度探头和所述数据采集器，所述控制器控制所述太阳能电池板对所述蓄电池的充电以及所述蓄电池对所述二氧化碳浓度探头、所述温湿度探头和所述数据采集器的放电。进一步，在所述钻头上设有长度刻度。一种通过土壤二氧化碳浓度的监测装置的监测方法，包括如下步骤：(1)拔开在需要测量的岩溶区土壤表层的枯枝落叶，用所述钻头在土壤上分别钻出埋放所述二氧化碳浓度探头和所述温湿度探头的钻孔，观察所述钻头上的长度刻度直到钻孔的深度达到要求后停止钻孔，同时将钻出的土壤按照出土顺序堆放在干净薄膜或塑料袋上，以便回填；(2)在二氧化碳浓度探头外包裹PTFE防水透气膜，再将连接好所述供电模块和所述数据记录器的二氧化碳浓度探头放入PVC管中，然后将上述组装好的组件放入步骤对应所钻的孔内，将所述温湿度探头也连接好所述供电模块和所述数据记录器后放入步骤对应的所钻的其他孔内；(3)将步骤钻孔时取出的相应的土壤按照堆放的顺序回填各个钻孔，盖上原来的枯枝落叶便可。进一步，步骤中回填土回填钻孔后，再于回填土上倒上蒸馏水。本专利技术的有益效果是：传统的监测方法相比，监测数据精度高、稳定，对土壤的扰动降低到最小，能监测特定深度的土壤二氧化碳浓度，探头做保护处理，不受连续降雨对监测的影响，能在热带、亚热带地区长期连续进行土壤监测。通过增加显示表头和使用电池供电，还可在野外快速测定土壤二氧化碳浓度，具有响应迅速、精度高、无需试剂耗材等优点。附图说明图1为传统自动连续监测土壤剖面二氧化碳浓度的结构示意图；图2为传统野外现场测土壤剖面二氧化碳浓度的结构示意图；图3为本专利技术土壤二氧化碳浓度长期连续自动监测装置的结构示意图。图4为本专利技术土壤二氧化碳浓度野外快速测定装置的结构示意图。附图中，各标号所代表的部件列表如下：1、探头，2、原状土，3、地表径流，4、回填土，5、界面，6、软管，7、检测管，8、手动真空泵，9、铁锤，10、钢钎，11、钻头，12、二氧化碳浓度探头，13、温湿度探头，14、降雨，15、供电模块，16、数据采集器，17、太阳能电池板，18、控制器，19、蓄电池，20、手持表头。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。如图3所示，一种土壤二氧化碳浓度的监测装置，包括钻头11、二氧化碳浓度探头12、温湿度探头13、供电模块15和数据采集器16，所述钻头11在土壤中分别钻出埋放所述二氧化碳浓度探头12、所述温湿度探头13的钻孔，所述钻头11的直径大于所述二氧化碳浓度探头12和所述温湿度探头13的直径。在所述钻头11上设有长度刻度，根据所要监测土壤距离地表的深度，通过观察长度刻度以便把握钻头11钻孔的深度。另外钻头11为中空结构，中空结构的钻头11在钻进过程中，钻出的土壤进入到钻头11内，避免钻头11挤压密实周边土壤，堵塞土壤孔隙。因为空心钻头11在钻进过程中，土壤是进入到钻头11内的，而不是挤压到周边土壤，与传统方法使用钢钎相比，能较大减小对周边土壤的挤压密实，保持土壤的天然孔隙，使测试获得的数值更具代表性。在所述二氧化碳浓度探头12外包裹有PTFE防水透气膜，所本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种土壤二氧化碳浓度的监测装置，其特征在于，包括钻头(11)、二氧化碳浓度探头(12)、温湿度探头(13)、供电模块(15)和数据采集器(16)，所述钻头(11)在土壤中分别钻出埋放所述二氧化碳浓度探头(12)、所述温湿度探头(13)的钻孔，所述钻头(11)的直径大于所述二氧化碳浓度探头(12)和所述温湿度探头(13)的直径；所述数据采集器(16)通过数据线连接所述二氧化碳浓度探头(12)、所述温湿度探头(13)，将所述二氧化碳浓度探头(12)和所述温湿度探头(13)的监测数据保存起来；所述供电模块(15)通过导线连接所述二氧化碳浓度探头(12)、所述温湿度探头(13)和所述数据采集器(16)为其供电。
【技术特征摘要】
1.一种土壤二氧化碳浓度的监测装置，其特征在于，包括钻头(11)、二氧化碳浓度探头(12)、温湿度探头(13)、供电模块(15)和数据采集器(16)，所述钻头(11)在土壤中分别钻出埋放所述二氧化碳浓度探头(12)、所述温湿度探头(13)的钻孔，所述钻头(11)的直径大于所述二氧化碳浓度探头(12)和所述温湿度探头(13)的直径；所述数据采集器(16)通过数据线连接所述二氧化碳浓度探头(12)、所述温湿度探头(13)，将所述二氧化碳浓度探头(12)和所述温湿度探头(13)的监测数据保存起来；所述供电模块(15)通过导线连接所述二氧化碳浓度探头(12)、所述温湿度探头(13)和所述数据采集器(16)为其供电；所述二氧化碳浓度探头(12)处于PVC管内，所述PVC管为开口向上的中空结构，并且在所述PVC管的侧壁上均匀布满通孔；在所述二氧化碳浓度探头(12)外包裹有PTFE防水透气膜。2.根据权利要求1所述的一种土壤二氧化碳浓度的监测装置，其特征在于，所述钻头(11)为中空结构。3.根据权利要求1所述的一种土壤二氧化碳浓度的监测装置，其特征在于，所述供电模块(15)包括太阳能电池板(17)、控制器(18)和蓄电池(19)，所述太阳能电池板(17)利用光电效应将太阳光的能量转化成可利用的电能并且存储到所述蓄电池(19)内，所述太阳能电池板(17)通过所述控制器(18)连接蓄电池(19)，所述蓄电池(19)通过所述控制器(18)再连接所述二氧...
【专利技术属性】
技术研发人员：汪进良，章程，苗迎，郝玉培，
申请(专利权)人：中国地质科学院岩溶地质研究所，
类型：发明
国别省市：广西;45
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