[发明专利]大气氮素干湿沉降全自动收集装置及样品采集与检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及取样装置，具体涉及大气氮素干湿沉降全自动收集装置与样品检测方法。

背景技术

大气氮沉降是氮素循环的重要组成，近年来在自然和人为的双重影响下已发生了较为深刻的变化。20世纪中叶以来，随着化石燃料高速消耗、化学氮肥使用量大幅增长，以及畜牧业迅猛发展等，人类活动诱导的活性氮排放激增，而大气氮沉降与活性氮排放线性相关。随着人类活动强度的不断增大，活性氮排放必将大幅升高，而大气氮沉降也相应增加。

大气氮沉降的增加，对不同生态系统的物质循环及其结构、功能等方面都有重大影响（Galloway et al.,2008;Canfield et al.,2010）。因此，定量研究大气氮沉降对揭示其对生态系统氮循环的贡献具有十分重要的意义。大气氮沉降定量化研究是开展生态环境响应评估和制定应对措施的前提，有关大气氮沉降的测定方法和联网监测近年来受到广泛关注。早在19世纪50年代英国洛桑试验站就开始了对大气氮沉降的收集和监测工作，但主要收集通过降水产生的湿沉降（Liu et al.,2011）。而干沉降的监测相对于湿沉降具有很高的难度和挑战性，其研究起步可以追溯到20世纪60年代，而20世纪80年代欧共体NITREX项目和美国大气沉降研究网络计划实施才标志着大气干沉降系统化、网络化研究的开始（Wesely and Hicks,2000）。目前，大气氮沉降的研究方法通常有直接和间接两种。直接法采用野外观测，其中干沉降可采用涡漩相关法、浓度梯度法、下垫面替代法和Bowen比法进行测定，湿沉降可以采用雨量器法和通降法等，通过收集雨水并测定其含氮化合物浓度而获得（Xie et al.,2008;He et al.,2011）。间接法采用数值模型实现对干沉降速率、湿沉降速率和气态物、气溶胶、雨水中离子浓度的模拟，定量估算干沉降量（Wesely and Hicks,2000;Shen et al.,2011）。同时，随着自动化技术的广泛应用，一些干沉降自动收集仪也开始应用于大气氮素沉降的研究中。基于15N同位素稀释技术的ITNI（Interal Total Nitrogen Input）盆栽系统，也可以直接测定大气氮沉降的总量（Weigel et al.,2000）。然而，采用不同的监测方法获取的结果往往相差较大。当降水较少（低于2mm），或风夹细雨时，湿沉降样品可能会受风干作用的影响，造成误差；而当特大暴雨发生时（高于200mm），样品可能从容器中溢出，引起测定误差；而采用主动采集器难以实时模拟实际风场状况，同时由于风场与大气含氮物质扩散呈非线性变化，分段采样无法获取全时间序列的连续数据，对大气氮沉降估算带来不确定性；而且目前市场上流通的收集装置只能将氮沉降分为干颗粒态、降水结合态与气态分别收集，由于样品采集方式的差异往往带来较大的系统误差，而且难以实现同步监测；干湿沉降转换大多采用常规的水平滑动装置，降尘等杂物往往干扰桶盖的滑动，从而影响干湿沉降区分；目前尚无统一的样品前处理与分析检测方法，且不同的前处理方式和检测手段，大气氮沉降结果差别往往较大。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供了一种具有干湿氮沉降同步监测功能的一体化装置，实现样品采集的自动化分离与混匀搅拌；同时配套样品的前处理及检测方法。

本发明的目的之一是通过这样的技术方案实现的，大气氮素干湿沉降全自动收集装置，包括沉降桶盖、用于支撑并控制沉降桶盖的多连杆支架传动装置、沉降桶盛放室和设置在沉降桶盛放室顶部的雨水传感器，所述沉降桶盛放室内并列设置有干沉降桶和湿沉降桶，所述干沉降桶和湿沉降桶中分别设置有搅拌器；所述雨水传感器根据下雨与否，控制多连杆支架传动装置，下雨时，雨水传感器开始工作，电信号传至多连杆支架传动装置，将沉降桶盖传动至干沉降桶上方，雨停时，多连杆支架传动装置将沉降桶盖传动至湿沉降桶。

进一步，沿干沉降桶或/和湿沉降桶桶口边缘设置有一圈密封圈。

进一步，还包括滤网，所述滤网覆盖在沉降桶盛放室的上方。

本发明的目的之二是通过以下技术方案来实现的，大气氮素样品采集与检测方法，包括以下步骤：

步骤一.干、湿沉降样品采集

在进行样品采集前，分别在干、湿沉降桶内倒入一定量的一级水，下雨时，雨水传感器开始工作，电信号传至多连杆支架传动装置，将沉降桶盖滑动至干沉降桶上方，开始湿沉降样品收集；雨停时，多连杆支架传动装置将沉降桶盖滑动至湿沉降桶，收集干沉降样品；

步骤二.干、湿沉降样品收集与保存