模拟增温降雨测定土壤呼吸及水分运移装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种模拟增温降雨测定土壤呼吸及水分运移装置及方法，包括土壤温湿度监测仪、土壤呼吸测定仪、模拟降雨装置、检测管、电热带，模拟降雨装置包括支架、水箱、流量阀，水箱悬挂在支架上，水箱下端的输出口连接输出管，流量阀安装在输出管上，检测管位于输出管的正下方，检测管内被等分为若干监测单元，每个监测单元内均设置有填充物，检测管上设置有连通各个监测单元的监测孔，电热带包裹在检测管外，土壤温湿度监测仪的各个传感器探头分别由各个监测孔插入检测管内，传感器探头与监测孔外周用硅胶封住，土壤呼吸测定仪的气体采集部放置于检测管的管口，本装置结构简单，设计合理，操作方便，稳定性好、准确性高、参数可量化。

Device and method for measuring soil respiration and water movement by simulated warming rainfall

【技术实现步骤摘要】
模拟增温降雨测定土壤呼吸及水分运移装置及方法
本专利技术涉及一种模拟增温降雨测定土壤呼吸及水分运移装置及方法，属于生态学与土壤学研究设备

技术介绍
全球变化引起的气候变暖和降雨格局改变愈演愈烈，且由其所致的全球碳循环的变化已成为全世界关注的热点问题。陆地生态系统中的土壤碳库分别是大气碳库和植被碳库的2倍和3倍，因此，土壤碳输入与输出的碳通量变化是导致全球变化的主要原因之一，是当前国内外生态学、土壤学与环境科学等领域的研究热点。CO2作为最重要的温室气体，其源、汇和通量的准确测定对全球碳循环与碳收支评估具有重要意义。土壤呼吸是指土壤向大气释放CO2的过程，其主要组分来源于植物根系的自养呼吸、土壤微生物对有机质氧化的异养呼吸和极少部分的土壤动物呼吸，其中，土壤异养呼吸变化被认为是导致大气碳库和全球变化的主要原因。目前，测定土壤异养呼吸主要有室内培养-碱液吸收法、静态箱-气象色谱法和根系排除-红外线CO2气体分析仪法等，各方法均有其优势和局限性。近年来，红外线CO2气体分析仪法被广泛应用于室外土壤呼吸测定，其高精确度和高灵敏性深受广大科研工作者的青睐。另外，全球变化所引起的气候变暖和降雨格局改变等环境因素显著影响土壤异养呼吸CO2排放通量，因此，进行全球变化多因子的模拟试验设计来准确评估和预测土壤呼吸对未来全球变化的响应具有重要的理论与现实意义。野外增温多采用开顶箱法和红外辐射法，而开顶箱法由于利用被动增温原理，常常受限于挡风挡雨挡光造成透光率降低、空气交换小和雨量分布不均所致的增温效果不显著和不平衡等问题突出；红外辐射法虽然避免了开顶箱法的缺点，但由于设备昂贵和维护管理费用大而限制其应用。室内模拟增温培养虽能精确控制温度，但通常其温度梯度较大（5-10℃）且与全球增温效应（1℃）差异较大，因而其得出的土壤呼吸及温度敏感性能否真实反映未来全球增温效应还有待进一步商榷。野外自然降雨量控制多采用人工浇水法和自动增减雨装置法，均较室内培养复杂，且降雨区域不平衡性、降雨量大小、淋溶深度和径流程度等因素难以控制，进而增加土壤呼吸CO2排放通量测定的不确定性，且难以合理评估土壤呼吸对降雨量的响应。另外，现有的室内或室外土壤呼吸测定装置无法同时测量与评估不同温度与不同雨量及交互作用对不同深度土壤与土层交替下土壤呼吸CO2排放通量，以及难以确定土壤呼吸与不同深度土壤与土层交替下增温和雨量控制间的耦合与去耦合关系。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出一种模拟增温降雨测定土壤呼吸及水分运移装置及方法。本专利技术解决技术问题所采用的方案是，一种模拟增温降雨测定土壤呼吸及水分运移装置，包括土壤温湿度监测仪、土壤呼吸测定仪，还包括模拟降雨装置、检测管、电热带，所述模拟降雨装置包括支架、水箱、流量阀，水箱悬挂在支架上，水箱下端的输出口连接输出管，流量阀安装在输出管上，检测管位于输出管的正下方，所述检测管内被等分为若干监测单元，每个监测单元内均设置有填充物，检测管上设置有连通各个监测单元的监测孔，电热带包裹在检测管外，电热带上于监测孔处设置让位口，土壤温湿度监测仪的各个传感器探头分别由各个监测孔插入检测管内，测定监测单元内的温湿度，传感器探头与监测孔外周用硅胶封住，土壤呼吸测定仪的气体采集部放置于检测管的管口，测定土壤呼吸CO2释放速率。进一步的，检测管为PVC管，检测管底部安装有固定基座。进一步的，电热带经粘扣带包裹于检测管外周侧。进一步的，支架包括底座、安装在底座上的竖杆，竖杆上部周侧安装有一横臂，水箱悬挂在横臂上。进一步的，横臂一端焊接有套筒，套筒套设在竖杆上，套筒周侧设置有螺孔，螺孔内设置有螺钉，套筒经螺钉锁固在竖杆上。进一步的，输出管为软管。进一步的，每个监测单元外周对应包裹一个电热带；或者仅一个电热带将检测管外周完全包裹。一种模拟增温降雨测定土壤呼吸及水分运移的方法，包括以下步骤：（1）根据实验需要，向水箱加入自来水、去离子水、单一或复合营养液中的一种；（2）根据实验需要，向检测管的监测单元内进行不同深度土壤分层填充、不同土层土壤交替填充或不同介质交替填充；（3）通过土壤温湿度监测仪、土壤呼吸测定仪进行的数据收集和实时监控分析，调节电热带温度、经流量阀调节控制降雨量，模拟水分或养分在不同土壤或介质中的运移情况，进而协同构建模拟增温和降雨下土壤呼吸CO2释放速率，以及反演预测未来全球变化的影响。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：结构简单，设计合理，操作方便，稳定性好、准确性高、参数可量化。附图说明下面结合附图对本专利技术专利进一步说明。图1为装置的结构示意图。图中：1-土壤温湿度监测仪；2-土壤呼吸测定仪；3-土壤温湿度监测仪的传感器探头；4-土壤呼吸测定仪的气体采集部；5-固定基座；6-填充物；7-电热带；8-检测管；9-输出管；10-流量阀；11-水箱；12-横臂；13-套筒；14-螺钉；15-竖杆；16-底座。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进一步说明。如图1所示，一种模拟增温降雨测定土壤呼吸及水分运移装置，包括土壤温湿度监测仪1、土壤呼吸测定仪2（型号为Li-Cor8100A），还包括模拟降雨装置、检测管8、电热带7，所述模拟降雨装置包括支架、水箱11、流量阀10，水箱为柔性塑料瓶制作，其上设置有刻度，流量阀用来精确定量控制降雨量，水箱内的液体可为自来水、去离子水、单一或复合营养液等，液体为单一或复合营养液时，可通过分层采集土柱内土壤样品进行化学分析，然后再进行养分运移模拟，水箱悬挂在支架上，水箱下端的输出口连接输出管9，流量阀安装在输出管上，检测管位于输出管的正下方，所述检测管内被等分为若干监测单元，每个监测单元内均设置有填充物6，检测管上设置有连通各个监测单元的监测孔，电热带包裹在检测管外，土壤温湿度监测仪的各个传感器探头3（EH2O-5TE传感器）分别由各个监测孔插入检测管内，测定监测单元内的温湿度，传感器探头与监测孔外周用硅胶封住，以免土壤和水分的流失，土壤呼吸测定仪的气体采集部4放置于检测管的管口，测定土壤呼吸CO2释放速率。作业过程中，可通过土壤温湿度监测仪、土壤呼吸测定仪进行的数据远程收集和实时监控分析，调节电热带温度、经流量阀调节控制降雨量，模拟水分在不同土壤或介质中的运移情况（优选的，通过Hydrus软件进行模拟），进而协同构建模拟增温和降雨下土壤呼吸CO2释放速率，以及反演预测未来全球变化的影响。在本实施例中，填充物为栽培土壤、土砂混合物或培养基质等其他介质，且填充介质可根据实验需要进行不同深度土壤分层填充、不同土层土壤交替填充或不同介质交替填充，填充物可根据实验要求为无植物的单一介质或在管口处介质上种植幼苗植物两种，以实现不同试验目的的土柱制作。在本实施例中，检测管为PVC管，检测管底部安装有固定基座5。在本实施例中，电热带经粘扣带包裹于检测管外周侧。在本实施例中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟增温降雨测定土壤呼吸及水分运移装置，包括土壤温湿度监测仪、土壤呼吸测定仪，其特征在于：还包括模拟降雨装置、检测管、电热带，所述模拟降雨装置包括支架、水箱、流量阀，水箱悬挂在支架上，水箱下端的输出口连接输出管，流量阀安装在输出管上，检测管位于输出管的正下方，所述检测管内被等分为若干监测单元，每个监测单元内均设置有填充物，检测管上设置有连通各个监测单元的监测孔，电热带包裹在检测管外，土壤温湿度监测仪的各个传感器探头分别由各个监测孔插入检测管内，测定监测单元内的温湿度，传感器探头与监测孔外周用硅胶封住，土壤呼吸测定仪的气体采集部放置于检测管的管口，测定土壤呼吸二氧化碳释放速率。/n

【技术特征摘要】
1.一种模拟增温降雨测定土壤呼吸及水分运移装置，包括土壤温湿度监测仪、土壤呼吸测定仪，其特征在于：还包括模拟降雨装置、检测管、电热带，所述模拟降雨装置包括支架、水箱、流量阀，水箱悬挂在支架上，水箱下端的输出口连接输出管，流量阀安装在输出管上，检测管位于输出管的正下方，所述检测管内被等分为若干监测单元，每个监测单元内均设置有填充物，检测管上设置有连通各个监测单元的监测孔，电热带包裹在检测管外，土壤温湿度监测仪的各个传感器探头分别由各个监测孔插入检测管内，测定监测单元内的温湿度，传感器探头与监测孔外周用硅胶封住，土壤呼吸测定仪的气体采集部放置于检测管的管口，测定土壤呼吸二氧化碳释放速率。


2.根据权利要求1所述的模拟增温降雨测定土壤呼吸及水分运移装置，其特征在于：检测管为PVC管，检测管底部安装有固定基座。


3.根据权利要求1所述的模拟增温降雨测定土壤呼吸及水分运移装置，其特征在于：电热带经粘扣带包裹于检测管外周侧。


4.根据权利要求1所述的模拟增温降雨测定土壤呼吸及水分运移装置，其特征在于：支架包括底座、安装在底座上的竖杆，竖杆上部周侧安装有一横臂，水箱悬挂在横臂上。


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【专利技术属性】
技术研发人员：郭九信，李延，陈欢欢，张世祺，程琛，
申请(专利权)人：福建农林大学，
类型：发明
国别省市：福建;35