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专利号: 2022101598680
申请人: 浙江农林大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种流通式土壤呼吸监测仪,其特征在于:包括有流通型气室(1)、数控模块(2)、封闭挡板(3)和土壤环(4),所述流通型气室(1)整体呈圆筒状,所述流通型气室(1)顶部封闭,底部设置为敞口,所述流通型气室(1)的侧壁上固定连接有进气口(12)、出气口(13)和引压口(15),所述流通型气室(1)的顶端连接有四个缆线接头(14);所述数控模块(2)安装在流通型气室(1)上,所述数控模块(2)包括有中央处理器(5)、CO2浓度传感器(6)、温度传感器(7)、压差变送器(8)、抽气泵(9)、流量计(10)和触控显示屏(11),所述CO2浓度传感器(6)、温度传感器(7)、压差变送器(8)、抽气泵(9)、流量计(10)和触控显示屏(11)均与中央处理器(5)电性连接;所述流通型气室(1)底端敞口处还固定连接有气室底座(16),所述气室底座(16)上开设有连接槽,所述连接槽内部固定安装有橡胶环,所述土壤环(4)通过连接槽扣接在气室底座(16)上,所述封闭挡板(3)连接在土壤环(4)的内侧壁上。

2.根据权利要求1所述的一种流通式土壤呼吸监测仪,其特征在于,所述CO2浓度传感器(6)和温度传感器(7)固定安装在流通型气室(1)内部,所述压差变送器(8)通过PU导管与引压口(15)相连接,所述抽气泵(9)和流量计(10)均设置有两个,所述流量计(10)与抽气泵(9)相连接,同时所述流量计(10)还通过气管与进气口(12)和出气口(13)相连。

3.根据权利要求1‑2中任一所述的一种流通式土壤呼吸监测仪所使用的一种土壤呼吸速率计算方法,其特征在于,具体包括以下步骤:S1、将土壤呼吸监测仪本体的土壤环(4)插入土壤中,随后将流通型气室(1)的进气口(12)和出气口(13)通过气管分别与两个独立的流量计(10)相连接,并将流量计(10)的另一端再分别与两个抽气泵(9)相连,将引压口(15)通过导管与压差变送器(8)的低压端连接;

S2、土壤呼吸监测仪本体安装、连接完成后,接通数控模块(2)的电源,开始进行土壤呼吸速率测量工作;

S3、将封闭挡板(3)置于由土壤环(4)围绕的土壤表面,在封闭挡板(3)上表面以及流通型气室(1)的进气口(12)侧和出气口(13)侧分别安装一个CO2浓度传感器(6),同时在流通型气室(1)的内部中央处安装一个温度传感器(7),所述CO2浓度传感器(6)和温度传感器(7)的连接线均从流通型气室(1)顶部的缆线接头(14)接出;

S4、通过触控显示屏(11)的人机交互接口调用中央处理器(5),操控调节抽气泵(9)的流量,并实时记录抽气泵(9)工作时的压差变送器(8)检测到的压差数据ΔP;

S5、根据S4中所获得的压差数据ΔP调节进气口(12)和出气口(13)处抽气泵(9)抽压的气体流速vi、vo,使得压差的波动起伏最小,连续测量十分钟,记录流速数据;

S6、完成流速测量与记录之后,关闭抽气泵(9),将流通型气室(1)从土壤环(4)上提起,取出之前放置的封闭挡板(3),将原先封闭挡板(3)表面上的CO2浓度传感器(6)转移至直接与土壤表面接触;

S7、完成CO2浓度传感器(6)为止调整后,再将流通型气室(1)的气室底座(16)与土壤环(4)紧扣,重新开启抽气泵(9);

S8、通过触控显示屏(11)观察流通型气室(1)的进气口(12)和出气口(13)处CO2浓度的变化,待进气口(12)处CO2浓度Ci和出气口(13)处CO2浓度Co稳定后,计算得出土壤表面的CO2通量F,计算公式为:式中,vo为出气口处气体流速;Co为出气口处CO2浓度;vi为进气口处气体流速;Ci为进气口处CO2浓度;A为土壤环(4)环绕包裹的土壤面积;

S9、考虑S4中所获得的压差数据ΔP对土壤呼吸速率计算结果的影响,若ΔP=0,则S8中计算所得的土壤表面的CO2通量F即为土壤呼吸速率;若ΔP≠0,则对S8所得计算结果进行校准,修正由于流通型气室(1)内外压强差导致的测量偏差;

S10、校准完成后,计算获得土壤实际呼吸速率,输出计算结果,土壤呼吸速率计算工作结束。

4.根据权利要求3所述的一种土壤呼吸速率计算方法,其特征在于,所述S3中在土壤表面添加封闭挡板(3)的目的是防止由于土壤透气性强,导致流通型气室(1)内外压强差ΔP数值无法被检测的情况发生。

5.根据权利要求3所述的一种土壤呼吸速率计算方法,其特征在于,所述S9中提到的通过压差数据ΔP对土壤呼吸速率计算结果进行校准,通过计算测量过程中CO2通量的偏差量来修正土壤呼吸速率的测量偏差,具体包括以下步骤:A1、将出气口(13)封闭,调节抽气泵(9)至最大流量,在进气口(12)瞬时抽取或打入较体积为V0的气体;

A2、通过压差变送器(8)记录压强△P0随时间衰变至0的曲线,并通过最小二乘法拟合得到曲线函数式:ΔP0=f(t)

A3、结合达西定律计算得出由于压强差引起的理论实时土壤气体传输速率v(t),计算公式为:式中,k为土壤的渗透率,μ为空气的动力粘度,△z为土壤下与流通型气室(1)外大气压相同的一点与土壤表面的距离;

A4、计算抽气泵(9)所抽取的气体体积V0,其计算公式为:

A5、根据A4中所得计算公式计算得出实时的气体传输速度,进而结合实际测量过程中检测到的压差△P计算得出CO2通量的偏差量,其计算公式为:式中,|v(t)|max表示由△P0决定的实时气体传输速度的绝对值最大值;

A6、根据A5中计算所得的偏差量数据进行校正,即可获得真实的土壤呼吸率SR,其计算公式为:SR=F‑ΔF

式中,F表示测量所得的土壤表面的CO2通量。