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专利名称：一种测定干旱过程中土壤呼吸作用的实验装置及方法
一种测定干旱过程中土壤呼吸作用的实验装置及方法技术领域
本发明属土壤监测技术领域，特别是涉及一种测定干旱过程中土壤呼吸作用的实验装置及方法。
背景技术：
土壤呼吸作用是全球碳循环中一个主要的流通途径。通过土壤呼吸作用将有机碳转化为(X)2形式流向大气圈，CO2排放是决定陆地生态系统碳平衡的主要因子，是土壤碳与大气(X)2快速交换的主要形式。
气候变化背景下，干旱、干湿交替具有日趋严重性和不可避免性两大特征。因此干旱和干湿交替条件下对土壤呼吸作用、土壤微生物分解矿化作用、全球土壤碳/氮循环、土壤中的污染物迁移转化等方面亟需开展相关的研究工作，这也是目前相关的学科领域(如土壤学、环境科学等)研究的热点。
在目前的研究工作中，关于土壤呼吸作用的测定方法较多。包括密闭静置培养法、 通气培养法、气相色谱法和(X)2传感器等方法。但是针对干旱过程中土壤呼吸作用的测定还缺乏简单易行的实验装置，气相色谱和(X)2传感器等方法涉及过于昂贵的检测仪器。
实验装置的缺乏制约了相关领域科学研究工作的深入推进。因此开发一种简单易行的能够实现对干旱条件下土壤呼吸作用产生的(X)2进行定量监测的实验装置具有重要意义。对于土壤领域，该装置可用于研究当干旱加剧，土壤相对含水量逼近重度干旱条件时， 土壤呼吸作用、土壤中微生物的分解矿化作用、土壤团聚体的变化规律等。对于环境科学领域，该装置可用于研究干湿交替条件下，土壤中的碳循环/氮循环、土壤对重金属的吸附释放能力、土壤中污染物迁移转化过程的变化等。并利于设置不同水分、光照、湿度条件下的对照实验。
该装置和方法与目前研究土壤呼吸作用的装置和方法最大的不同在于该装置可以控制土壤含水量(干旱或恒定含水量)、控制好氧/厌氧环境，实现干旱条件下呼吸作用的定量研究。而且测试方法简单易行，避免使用昂贵的监测仪器，降低了设备成本，更适合小试实验研究。发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种测定干旱过程中土壤呼吸作用的实验装置及方法，能够对实验容器中土壤湿度和含氧量进行控制，模拟自然界的干旱过程，实时定量测定干旱过程中土壤呼吸作用所释放的(X)2含量。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种测定干旱过程中土壤呼吸作用的实验装置，包括底盘、透明密封罩、硅胶干燥器、CO2吸收瓶，所述的底盘上方盖有透明密封罩，形成中空的圆柱形实验容器，所述的底盘上放置实验土壤；所述的透明密封罩侧面内侧装有可拆卸的温度计，上表面设置真空指示按钮，上表面中心位置设有抽/放气口 ； 所述的抽/放气口配有一个口径相吻合的手动抽气泵，所述的抽/放气口正下方悬挂可拆卸的硅胶干燥器；所述的透明密封罩侧面设有注射针孔，所述的注射针孔配有一支口径相吻合的针孔注射器；所述的底盘上贴边放置(X)2吸收瓶，且位于注射针孔正下方。
所述的透明密封罩内部空间为常压或使用手动抽气泵抽成真空。
所述的注射针孔配有一个致密的橡胶塞。
所述的(X)2吸收瓶内装载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。
所述的吸收液为浓度0. 5 lmol/L的碱性溶液。
所述的碱性溶液为NaOH或KOH溶液。
所述的固定液为BaCl2溶液。
一种测定干旱过程中土壤呼吸作用的实验方法，包括下列步骤
(1)将适量的实验土壤放置在底盘上，将适量的硅胶装入硅胶干燥器中，在(X)2吸收瓶中装入适量的NaOH溶液；
(2)盖上透明密封罩，使用手动抽气泵通过抽/放气口抽气，当突出的真空指示按钮与透明密封罩上表面相平时，抽气完成，此时实验容器内为厌氧环境；
(3)将准备好的实验容器放入人工气候箱中，根据实验需要设定人工气候箱的温度、湿度、光照条件；
(4)当需要测定实验容器中CO2的实时浓度时，使用针孔注射器吸取一定浓度的 BaCl2溶液，穿透致密的橡胶塞后，将BaCl2溶液逐滴加入到(X)2吸收瓶中，直至不再有白色沉淀物产生；快速取出固定好的吸收液过滤，以酚酞作为指示剂，用HCl滴定未反应的NaOH 溶液，通过反应的NaOH的量计算得出土壤呼吸作用所产生的(X)2的量；
(5)重复步骤2、3、4，对相同的实验土壤进行干旱或干湿交替条件下的连续实验， 并进行研究比对。
所述的步骤1中，实验土壤与硅胶的质量比约为1 5。
所述的步骤4中，所用的BaCl2溶液浓度为0. 5 lmol/L ；所用的HCl溶液浓度 0.1 0. 5mol/L。
有益效果
本发明可以定量测定土壤呼吸作用释放出的CO2量，实现对土壤呼吸作用的实时定量检测。硅胶干燥器可控制恒定含水量或干旱两种实验环境；实验容器可以抽真空，构造相对厌氧的环境，实现对深层土壤环境中厌氧呼吸作用的研究；实验装置可以配合人工气候箱使用，通过控制温度、光照、湿度等外界条件，研究不同土壤含水率、不同有机质含量或添加外来成分等条件下对土壤呼吸作用的影响。本发明实验装置轻便小巧、可拆卸、易组装，实验方法简单易行，避免了使用昂贵的仪器设备，降低了设备成本，更适合实验室小试研究。


图1为本发明实验装置整体结构示意1.底盘2.硅胶干燥器3. CO2吸收瓶4.透明密封罩5.手动抽气泵6.真空指示按钮7.橡胶塞8.针孔注射器9.抽/放气口 10.温度计具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
如图1所示，本发明实验装置包括底盘1、透明密封罩4、硅胶干燥器2、C02吸收瓶 3，所述的底盘1上方盖有透明密封罩4，形成中空的圆柱形实验容器，所述的底盘1上放置实验土壤；所述的透明密封罩4侧面内侧装有可拆卸的温度计10，上表面设置真空指示按钮6，上表面中心位置设有抽/放气口 9 ；所述的抽/放气口 9配有一个口径相吻合的手动抽气泵5，所述的抽/放气口 9正下方悬挂可拆卸的硅胶干燥器2 ；所述的透明密封罩4侧面设有注射针孔，所述的注射针孔配有一支口径相吻合的针孔注射器8 ；所述的底盘1上贴边放置(X)2吸收瓶3，且位于注射针孔正下方。
所述的透明密封罩4内部空间为常压或使用手动抽气泵5抽成真空。
所述的注射针孔配有一个致密的橡胶塞7。
所述的(X)2吸收瓶3内装载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。
所述的吸收液为浓度0. 5 lmol/L的碱性溶液。
所述的碱性溶液为NaOH或KOH溶液。
所述的固定液为BaCl2溶液。
本发明实验方法包括下列步骤
(1)将适量的实验土壤放置在底盘1上，将适量的硅胶装入硅胶干燥器2中，在CO2 吸收瓶3中装入适量的NaOH溶液；
(2)盖上透明密封罩4，使用手动抽气泵5通过抽/放气口 9抽气，当突出的真空指示按钮6与透明密封罩4上表面相平时，抽气完成，此时实验容器内为厌氧环境；
(3)将准备好的实验容器放入人工气候箱中，根据实验需要设定人工气候箱的温度、湿度、光照条件；
(4)当需要测定实验容器中(X)2的实时浓度时，使用针孔注射器8吸取一定浓度的 BaCl2溶液，穿透致密的橡胶塞7后，将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产生；快速取出固定好的吸收液过滤，以酚酞作为指示剂，用HCl滴定未反应的 NaOH溶液，通过反应的NaOH的量计算得出土壤呼吸作用所产生的(X)2的量；
(5)重复步骤2、3、4，对相同的实验土壤进行干旱或干湿交替条件下的连续实验， 并进行研究比对。
所述的步骤1中，实验土壤与硅胶的质量比约为1 5。
所述的步骤4中，所用的BaCl2溶液浓度为0. 5 lmol/L ；所用的HCl溶液浓度 0.1 0. 5mol/L。
本发明的实验装置中，硅胶干燥器可在恒温的条件下，吸收土壤水分，模拟干旱过程；同时硅胶干燥器也可拆卸，实验容器的密封性可使土壤水分保持在恒定的水平，与干旱过程进行对照实验。同时可根据硅胶的变色情况随时估计土壤的湿度水平。
真空指示按钮可以通过肉眼观察直接判断实验容器内是否处于真空状态。除了对表层土壤呼吸作用的研究，本发明实验容器的可抽真空性能够构造厌氧的实验环境，实现对深层土壤厌氧呼吸作用的实验研究。
温度计可以根据需要测定土壤或实验容器中空气的温度。土壤呼吸作用排放的 CO2和CH4是主要的温室气体，因此对温度的检测也可以用于有关温室效应方面的研究。
实验装置的尺寸可以根据研究需要(土壤量、硅胶量)进行设计。
在密封情况下，用针孔注射器通过致密的橡胶塞从外部直接将(X)2固定液注入到 CO2吸收瓶中，避免了空气中(X)2的干扰，增加了实验结果的准确性。所用的(X)2吸收瓶开口应尽可能得开阔。
本发明有着广泛的应用前景。对于土壤领域，该装置可用于研究当干旱加剧，土壤相对含水量逼近干旱条件时，土壤呼吸作用、土壤中微生物的分解矿化作用，土壤团聚体的变化规律等；对于环境科学领域，该装置可用于研究干湿交替条件下，土壤中的碳/氮循环，土壤对重金属的吸附释放能力，土壤中污染物迁移转化过程的变化等。本发明的实验装置可以配合人工气候箱使用，利于设置不同水分、光照、湿度条件下的对照实验。
权利要求
1.一种测定干旱过程中土壤呼吸作用的实验装置，包括底盘(1)、透明密封罩、硅胶干燥器(2)、C02吸收瓶(3)，其特征在于所述的底盘(1)上方盖有透明密封罩，形成中空的圆柱形实验容器，所述的底盘(1)上放置实验土壤；所述的透明密封罩(4)侧面内侧装有可拆卸的温度计(10)，上表面设置真空指示按钮(6)，上表面中心位置设有抽/放气口(9)；所述的抽/放气口(9)配有一个口径相吻合的手动抽气泵(5)，所述的抽/放气口 (9)正下方悬挂可拆卸的硅胶干燥器O)；所述的透明密封罩(4)侧面设有注射针孔，所述的注射针孔配有一支口径相吻合的针孔注射器(8)；所述的底盘(1)上贴边放置CO2吸收瓶 (3)，且位于注射针孔正下方。
2.如权利要求1所述的一种测定干旱过程中土壤呼吸作用的实验装置，其特征在于 所述的透明密封罩内部空间为常压或使用手动抽气泵(5)抽成真空。
3.如权利要求1所述的一种测定干旱过程中土壤呼吸作用的实验装置，其特征在于 所述的注射针孔配有一个致密的橡胶塞(7)。
4.如权利要求1所述的一种测定干旱过程中土壤呼吸作用的实验装置，其特征在于 所述的CO2吸收瓶(3)内装载吸收液或吸收液、固定液的混合溶液或吸收液、固定液、酚酞、 HCl的混合溶液。
5.如权利要求4所述的一种测定干旱过程中土壤呼吸作用的实验装置，其特征在于 所述的吸收液为浓度0. 5 lmol/L的碱性溶液。
6.如权利要求5所述的一种测定干旱过程中土壤呼吸作用的实验装置，其特征在于 所述的碱性溶液为NaOH或KOH溶液。
7.如权利要求4所述的一种测定干旱过程中土壤呼吸作用的实验装置，其特征在于 所述的固定液为BaCl2溶液。
8.一种测定干旱过程中土壤呼吸作用的实验方法，使用如权利要求1所述的一种测定干旱过程中土壤呼吸作用的实验装置，其特征在于，包括下列步骤(1)将适量的实验土壤放置在底盘(1)上，将适量的硅胶装入硅胶干燥器( 中，在(X)2 吸收瓶(3)中装入适量的NaOH溶液；(2)盖上透明密封罩G)，使用手动抽气泵( 通过抽/放气口(9)抽气，当突出的真空指示按钮(6)与透明密封罩(4)上表面相平时，抽气完成，此时实验容器内为厌氧环境；(3)将准备好的实验容器放入人工气候箱中，根据实验需要设定人工气候箱的温度、湿度、光照条件；(4)当需要测定实验容器中CO2的实时浓度时，使用针孔注射器(8)吸取一定浓度的 BaCl2溶液，穿透致密的橡胶塞(7)后，将BaCl2溶液逐滴加入到CO2吸收瓶(3)中，直至不再有白色沉淀物产生；快速取出固定好的吸收液过滤，以酚酞作为指示剂，用一定浓度的HCl 滴定未反应的NaOH溶液，通过反应的NaOH的量计算得出土壤呼吸作用所产生的(X)2的量；(5)重复步骤2、3、4，对相同的实验土壤进行干旱或干湿交替条件下的连续实验，并进行研究比对。
9.如权利要求8所述的一种测定干旱过程中土壤呼吸作用的实验方法，其特征在于 所述的步骤1中，实验土壤与硅胶的质量比约为1 5。
10.如权利要求8所述的一种测定干旱过程中土壤呼吸作用的实验方法，其特征在于所述的步骤4中，所用的BaCl2溶液浓度为0. 5 lmol/L ；所用的HCl溶液浓度0. 1 0. 5mol/L。
全文摘要
本发明涉及一种测定干旱过程中土壤呼吸作用的实验装置及方法，实验装置包括底盘、透明密封罩、硅胶干燥器、CO2吸收瓶，底盘上方盖有透明密封罩；透明密封罩上表面中心位置设有抽/放气口；抽/放气口正下方悬挂硅胶干燥器；底盘上贴边放置CO2吸收瓶。所述的方法为实验土壤放置在底盘上，CO2吸收瓶中装入NaOH溶液；盖上透明密封罩，使用手动抽气泵抽气；使用针孔注射器将BaCl2溶液逐滴加入到CO2吸收瓶中；快速取出固定好的吸收液过滤，以酚酞作为指示剂，用HCl滴定未反应的NaOH溶液，通过反应的NaOH的量计算得出土壤呼吸作用所产生的CO2的量。本发明实验方法简单易行，降低了设备成本，更适合实验室小试研究。
文档编号G01N33/24GK102507903SQ20111034416
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月3日 优先权日2011年11月3日
发明者丁怡, 宋新山, 王君, 虞素飞, 郑莹莹 申请人:东华大学