專利名稱：一種測定干旱過程中土壤呼吸作用的實驗裝置及方法
一種測定干旱過程中土壤呼吸作用的實驗裝置及方法技術領域
本發(fā)明屬土壤監(jiān)測技術領域，特別是涉及一種測定干旱過程中土壤呼吸作用的實驗裝置及方法。
背景技術：
土壤呼吸作用是全球碳循環(huán)中一個主要的流通途徑。通過土壤呼吸作用將有機碳轉化為(X)2形式流向大氣圈，CO2排放是決定陸地生態(tài)系統(tǒng)碳平衡的主要因子，是土壤碳與大氣(X)2快速交換的主要形式。
氣候變化背景下，干旱、干濕交替具有日趨嚴重性和不可避免性兩大特征。因此干旱和干濕交替條件下對土壤呼吸作用、土壤微生物分解礦化作用、全球土壤碳/氮循環(huán)、土壤中的污染物遷移轉化等方面亟需開展相關的研究工作，這也是目前相關的學科領域(如土壤學、環(huán)境科學等)研究的熱點。
在目前的研究工作中，關于土壤呼吸作用的測定方法較多。包括密閉靜置培養(yǎng)法、 通氣培養(yǎng)法、氣相色譜法和(X)2傳感器等方法。但是針對干旱過程中土壤呼吸作用的測定還缺乏簡單易行的實驗裝置，氣相色譜和(X)2傳感器等方法涉及過于昂貴的檢測儀器。
實驗裝置的缺乏制約了相關領域科學研究工作的深入推進。因此開發(fā)一種簡單易行的能夠實現(xiàn)對干旱條件下土壤呼吸作用產(chǎn)生的(X)2進行定量監(jiān)測的實驗裝置具有重要意義。對于土壤領域，該裝置可用于研究當干旱加劇，土壤相對含水量逼近重度干旱條件時， 土壤呼吸作用、土壤中微生物的分解礦化作用、土壤團聚體的變化規(guī)律等。對于環(huán)境科學領域，該裝置可用于研究干濕交替條件下，土壤中的碳循環(huán)/氮循環(huán)、土壤對重金屬的吸附釋放能力、土壤中污染物遷移轉化過程的變化等。并利于設置不同水分、光照、濕度條件下的對照實驗。
該裝置和方法與目前研究土壤呼吸作用的裝置和方法最大的不同在于該裝置可以控制土壤含水量(干旱或恒定含水量)、控制好氧/厭氧環(huán)境，實現(xiàn)干旱條件下呼吸作用的定量研究。而且測試方法簡單易行，避免使用昂貴的監(jiān)測儀器，降低了設備成本，更適合小試實驗研究。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種測定干旱過程中土壤呼吸作用的實驗裝置及方法，能夠對實驗容器中土壤濕度和含氧量進行控制，模擬自然界的干旱過程，實時定量測定干旱過程中土壤呼吸作用所釋放的(X)2含量。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是提供一種測定干旱過程中土壤呼吸作用的實驗裝置，包括底盤、透明密封罩、硅膠干燥器、CO2吸收瓶，所述的底盤上方蓋有透明密封罩，形成中空的圓柱形實驗容器，所述的底盤上放置實驗土壤；所述的透明密封罩側面內(nèi)側裝有可拆卸的溫度計，上表面設置真空指示按鈕，上表面中心位置設有抽/放氣口 ； 所述的抽/放氣口配有一個口徑相吻合的手動抽氣泵，所述的抽/放氣口正下方懸掛可拆卸的硅膠干燥器；所述的透明密封罩側面設有注射針孔，所述的注射針孔配有一支口徑相吻合的針孔注射器；所述的底盤上貼邊放置(X)2吸收瓶，且位于注射針孔正下方。
所述的透明密封罩內(nèi)部空間為常壓或使用手動抽氣泵抽成真空。
所述的注射針孔配有一個致密的橡膠塞。
所述的(X)2吸收瓶內(nèi)裝載吸收液或吸收液和固定液的混合溶液或吸收液、固定液、 酚酞、HCl的混合溶液。
所述的吸收液為濃度0. 5 lmol/L的堿性溶液。
所述的堿性溶液為NaOH或KOH溶液。
所述的固定液為BaCl2溶液。
一種測定干旱過程中土壤呼吸作用的實驗方法，包括下列步驟
(1)將適量的實驗土壤放置在底盤上，將適量的硅膠裝入硅膠干燥器中，在(X)2吸收瓶中裝入適量的NaOH溶液；
(2)蓋上透明密封罩，使用手動抽氣泵通過抽/放氣口抽氣，當突出的真空指示按鈕與透明密封罩上表面相平時，抽氣完成，此時實驗容器內(nèi)為厭氧環(huán)境；
(3)將準備好的實驗容器放入人工氣候箱中，根據(jù)實驗需要設定人工氣候箱的溫度、濕度、光照條件；
(4)當需要測定實驗容器中CO2的實時濃度時，使用針孔注射器吸取一定濃度的 BaCl2溶液，穿透致密的橡膠塞后，將BaCl2溶液逐滴加入到(X)2吸收瓶中，直至不再有白色沉淀物產(chǎn)生；快速取出固定好的吸收液過濾，以酚酞作為指示劑，用HCl滴定未反應的NaOH 溶液，通過反應的NaOH的量計算得出土壤呼吸作用所產(chǎn)生的(X)2的量；
(5)重復步驟2、3、4，對相同的實驗土壤進行干旱或干濕交替條件下的連續(xù)實驗， 并進行研究比對。
所述的步驟1中，實驗土壤與硅膠的質量比約為1 5。
所述的步驟4中，所用的BaCl2溶液濃度為0. 5 lmol/L ；所用的HCl溶液濃度 0.1 0. 5mol/L。
有益效果
本發(fā)明可以定量測定土壤呼吸作用釋放出的CO2量，實現(xiàn)對土壤呼吸作用的實時定量檢測。硅膠干燥器可控制恒定含水量或干旱兩種實驗環(huán)境；實驗容器可以抽真空，構造相對厭氧的環(huán)境，實現(xiàn)對深層土壤環(huán)境中厭氧呼吸作用的研究；實驗裝置可以配合人工氣候箱使用，通過控制溫度、光照、濕度等外界條件，研究不同土壤含水率、不同有機質含量或添加外來成分等條件下對土壤呼吸作用的影響。本發(fā)明實驗裝置輕便小巧、可拆卸、易組裝，實驗方法簡單易行，避免了使用昂貴的儀器設備，降低了設備成本，更適合實驗室小試研究。


圖1為本發(fā)明實驗裝置整體結構示意1.底盤2.硅膠干燥器3. CO2吸收瓶4.透明密封罩5.手動抽氣泵6.真空指示按鈕7.橡膠塞8.針孔注射器9.抽/放氣口 10.溫度計具體實施方式
下面結合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領域技術人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。
如圖1所示，本發(fā)明實驗裝置包括底盤1、透明密封罩4、硅膠干燥器2、C02吸收瓶 3，所述的底盤1上方蓋有透明密封罩4，形成中空的圓柱形實驗容器，所述的底盤1上放置實驗土壤；所述的透明密封罩4側面內(nèi)側裝有可拆卸的溫度計10，上表面設置真空指示按鈕6，上表面中心位置設有抽/放氣口 9 ；所述的抽/放氣口 9配有一個口徑相吻合的手動抽氣泵5，所述的抽/放氣口 9正下方懸掛可拆卸的硅膠干燥器2 ；所述的透明密封罩4側面設有注射針孔，所述的注射針孔配有一支口徑相吻合的針孔注射器8 ；所述的底盤1上貼邊放置(X)2吸收瓶3，且位于注射針孔正下方。
所述的透明密封罩4內(nèi)部空間為常壓或使用手動抽氣泵5抽成真空。
所述的注射針孔配有一個致密的橡膠塞7。
所述的(X)2吸收瓶3內(nèi)裝載吸收液或吸收液和固定液的混合溶液或吸收液、固定液、酚酞、HCl的混合溶液。
所述的吸收液為濃度0. 5 lmol/L的堿性溶液。
所述的堿性溶液為NaOH或KOH溶液。
所述的固定液為BaCl2溶液。
本發(fā)明實驗方法包括下列步驟
(1)將適量的實驗土壤放置在底盤1上，將適量的硅膠裝入硅膠干燥器2中，在CO2 吸收瓶3中裝入適量的NaOH溶液；
(2)蓋上透明密封罩4，使用手動抽氣泵5通過抽/放氣口 9抽氣，當突出的真空指示按鈕6與透明密封罩4上表面相平時，抽氣完成，此時實驗容器內(nèi)為厭氧環(huán)境；
(3)將準備好的實驗容器放入人工氣候箱中，根據(jù)實驗需要設定人工氣候箱的溫度、濕度、光照條件；
(4)當需要測定實驗容器中(X)2的實時濃度時，使用針孔注射器8吸取一定濃度的 BaCl2溶液，穿透致密的橡膠塞7后，將BaCl2溶液逐滴加入到(X)2吸收瓶3中，直至不再有白色沉淀物產(chǎn)生；快速取出固定好的吸收液過濾，以酚酞作為指示劑，用HCl滴定未反應的 NaOH溶液，通過反應的NaOH的量計算得出土壤呼吸作用所產(chǎn)生的(X)2的量；
(5)重復步驟2、3、4，對相同的實驗土壤進行干旱或干濕交替條件下的連續(xù)實驗， 并進行研究比對。
所述的步驟1中，實驗土壤與硅膠的質量比約為1 5。
所述的步驟4中，所用的BaCl2溶液濃度為0. 5 lmol/L ；所用的HCl溶液濃度 0.1 0. 5mol/L。
本發(fā)明的實驗裝置中，硅膠干燥器可在恒溫的條件下，吸收土壤水分，模擬干旱過程；同時硅膠干燥器也可拆卸，實驗容器的密封性可使土壤水分保持在恒定的水平，與干旱過程進行對照實驗。同時可根據(jù)硅膠的變色情況隨時估計土壤的濕度水平。
真空指示按鈕可以通過肉眼觀察直接判斷實驗容器內(nèi)是否處于真空狀態(tài)。除了對表層土壤呼吸作用的研究，本發(fā)明實驗容器的可抽真空性能夠構造厭氧的實驗環(huán)境，實現(xiàn)對深層土壤厭氧呼吸作用的實驗研究。
溫度計可以根據(jù)需要測定土壤或實驗容器中空氣的溫度。土壤呼吸作用排放的 CO2和CH4是主要的溫室氣體，因此對溫度的檢測也可以用于有關溫室效應方面的研究。
實驗裝置的尺寸可以根據(jù)研究需要(土壤量、硅膠量)進行設計。
在密封情況下，用針孔注射器通過致密的橡膠塞從外部直接將(X)2固定液注入到 CO2吸收瓶中，避免了空氣中(X)2的干擾，增加了實驗結果的準確性。所用的(X)2吸收瓶開口應盡可能得開闊。
本發(fā)明有著廣泛的應用前景。對于土壤領域，該裝置可用于研究當干旱加劇，土壤相對含水量逼近干旱條件時，土壤呼吸作用、土壤中微生物的分解礦化作用，土壤團聚體的變化規(guī)律等；對于環(huán)境科學領域，該裝置可用于研究干濕交替條件下，土壤中的碳/氮循環(huán)，土壤對重金屬的吸附釋放能力，土壤中污染物遷移轉化過程的變化等。本發(fā)明的實驗裝置可以配合人工氣候箱使用，利于設置不同水分、光照、濕度條件下的對照實驗。
權利要求
1.一種測定干旱過程中土壤呼吸作用的實驗裝置，包括底盤(1)、透明密封罩、硅膠干燥器(2)、C02吸收瓶(3)，其特征在于所述的底盤(1)上方蓋有透明密封罩，形成中空的圓柱形實驗容器，所述的底盤(1)上放置實驗土壤；所述的透明密封罩(4)側面內(nèi)側裝有可拆卸的溫度計(10)，上表面設置真空指示按鈕(6)，上表面中心位置設有抽/放氣口(9)；所述的抽/放氣口(9)配有一個口徑相吻合的手動抽氣泵(5)，所述的抽/放氣口 (9)正下方懸掛可拆卸的硅膠干燥器O)；所述的透明密封罩(4)側面設有注射針孔，所述的注射針孔配有一支口徑相吻合的針孔注射器(8)；所述的底盤(1)上貼邊放置CO2吸收瓶 (3)，且位于注射針孔正下方。
2.如權利要求1所述的一種測定干旱過程中土壤呼吸作用的實驗裝置，其特征在于 所述的透明密封罩內(nèi)部空間為常壓或使用手動抽氣泵(5)抽成真空。
3.如權利要求1所述的一種測定干旱過程中土壤呼吸作用的實驗裝置，其特征在于 所述的注射針孔配有一個致密的橡膠塞(7)。
4.如權利要求1所述的一種測定干旱過程中土壤呼吸作用的實驗裝置，其特征在于 所述的CO2吸收瓶(3)內(nèi)裝載吸收液或吸收液、固定液的混合溶液或吸收液、固定液、酚酞、 HCl的混合溶液。
5.如權利要求4所述的一種測定干旱過程中土壤呼吸作用的實驗裝置，其特征在于 所述的吸收液為濃度0. 5 lmol/L的堿性溶液。
6.如權利要求5所述的一種測定干旱過程中土壤呼吸作用的實驗裝置，其特征在于 所述的堿性溶液為NaOH或KOH溶液。
7.如權利要求4所述的一種測定干旱過程中土壤呼吸作用的實驗裝置，其特征在于 所述的固定液為BaCl2溶液。
8.一種測定干旱過程中土壤呼吸作用的實驗方法，使用如權利要求1所述的一種測定干旱過程中土壤呼吸作用的實驗裝置，其特征在于，包括下列步驟(1)將適量的實驗土壤放置在底盤(1)上，將適量的硅膠裝入硅膠干燥器( 中，在(X)2 吸收瓶(3)中裝入適量的NaOH溶液；(2)蓋上透明密封罩G)，使用手動抽氣泵( 通過抽/放氣口(9)抽氣，當突出的真空指示按鈕(6)與透明密封罩(4)上表面相平時，抽氣完成，此時實驗容器內(nèi)為厭氧環(huán)境；(3)將準備好的實驗容器放入人工氣候箱中，根據(jù)實驗需要設定人工氣候箱的溫度、濕度、光照條件；(4)當需要測定實驗容器中CO2的實時濃度時，使用針孔注射器(8)吸取一定濃度的 BaCl2溶液，穿透致密的橡膠塞(7)后，將BaCl2溶液逐滴加入到CO2吸收瓶(3)中，直至不再有白色沉淀物產(chǎn)生；快速取出固定好的吸收液過濾，以酚酞作為指示劑，用一定濃度的HCl 滴定未反應的NaOH溶液，通過反應的NaOH的量計算得出土壤呼吸作用所產(chǎn)生的(X)2的量；(5)重復步驟2、3、4，對相同的實驗土壤進行干旱或干濕交替條件下的連續(xù)實驗，并進行研究比對。
9.如權利要求8所述的一種測定干旱過程中土壤呼吸作用的實驗方法，其特征在于 所述的步驟1中，實驗土壤與硅膠的質量比約為1 5。
10.如權利要求8所述的一種測定干旱過程中土壤呼吸作用的實驗方法，其特征在于所述的步驟4中，所用的BaCl2溶液濃度為0. 5 lmol/L ；所用的HCl溶液濃度0. 1 0. 5mol/L。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種測定干旱過程中土壤呼吸作用的實驗裝置及方法，實驗裝置包括底盤、透明密封罩、硅膠干燥器、CO2吸收瓶，底盤上方蓋有透明密封罩；透明密封罩上表面中心位置設有抽/放氣口；抽/放氣口正下方懸掛硅膠干燥器；底盤上貼邊放置CO2吸收瓶。所述的方法為實驗土壤放置在底盤上，CO2吸收瓶中裝入NaOH溶液；蓋上透明密封罩，使用手動抽氣泵抽氣；使用針孔注射器將BaCl2溶液逐滴加入到CO2吸收瓶中；快速取出固定好的吸收液過濾，以酚酞作為指示劑，用HCl滴定未反應的NaOH溶液，通過反應的NaOH的量計算得出土壤呼吸作用所產(chǎn)生的CO2的量。本發(fā)明實驗方法簡單易行，降低了設備成本，更適合實驗室小試研究。
文檔編號G01N33/24GK102507903SQ20111034416
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月3日 優(yōu)先權日2011年11月3日
發(fā)明者丁怡, 宋新山, 王君, 虞素飛, 鄭瑩瑩 申請人:東華大學