[发明专利]一种用于测量土壤有机碳含量的装置和方法

说明书

技术领域

本发明属于环境科学研究领域，具体地涉及一种用于测量土壤有机碳含量的装置。

本发明还涉及一种利用上述装置测量土壤有机碳含量的方法。

背景技术

土壤有机质是土壤固相基质的重要组成部分，尽管它从重量上看仅占土壤很小的一部分，但是它与土壤肥力、土壤固碳、土壤环境解毒功能以及农业可持续发展等方面均存在密切关系。首先，土壤有机质含有十分丰富的微生物和植物所需的营养元素，是植物和微生物生命活动的能源，对土壤的基本理化性质有着深刻影响；其次，土壤有机质中很大一部分是腐殖物质，其具有十分活跃的氧化还原能力，这会显著影响重金属、农药等各种无机与有机污染物在土壤环境中的行为；再次，土壤有机碳库被认为是影响全球碳循环的主要因素，它是陆地生态中最大的碳库，其微弱的变化都将导致生态系统以及大气CO₂浓度发生显著改变，从而影响气候变化。由此可见，研究土壤有机质在诸多学科领域中都有着十分重要意义，而深刻认识土壤有机质的功能一个必不可少的环节就是需要对土壤有机碳含量进行监测。目前测定土壤有机碳含量的方法主要有很多，其中较为经典的是重铬酸钾外加热法与总有机碳分析仪法。

重铬酸钾外加热法是利用过量的重铬酸钾作为氧化剂来氧化土壤有机碳，而剩余的重铬酸钾用标准硫酸亚铁溶液进行滴定，通过重铬酸钾的消耗量来计算土壤有机碳含量。重铬酸钾外加热法操作较为繁琐，耗时长，污染较大，回收率也较低。

总有机碳分析仪法是采用高温电炉灼烧和气相色谱装置相结合来自动分析总有机碳的含量，该方法具有较高的稳定性和回收率，是目前测量土壤有机碳含量最为精确的方法，但由于很多科研工作者受到仪器的限制，该方法未能被广泛采用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于测量土壤有机碳含量的装置。

本发明的又一目的在于提供一种利用上述装置测量土壤有机碳含量的方法。

为实现上述目的，本发明提供的用于测量土壤有机碳含量的装置，包括：

一真空泵(A)，通过波纹管(M)连接液氮冷阱(L)；

第一高真空三通接头(C1)和第二高真空三通接头(C2)，第一高真空三通接头(C1)的一个接头与第二高真空三通接头(C2)的一个接头通过玻璃管(K1)相连，第一高真空三通接头(C1)的另二个接口分别连接液氮冷阱(L)和CO₂收集管(H)，第二高真空三通接头(C2)的另二个接口分别连接挤压管(B)和水捕集阱(E)；挤压管(B)上设有螺旋式阀门(J1)；

水捕集阱(E)通过CO₂冷阱(G)连接CO₂收集管(H)；CO₂冷阱(G)顶部设有两个螺旋式阀门(J2、J3)；

由上述装置构成真空系统。

所述的装置，其中，第一高真空三通接头(C1)与液氮冷阱(L)和CO₂收集管(H)之间分别安装有第一高真空阀门(D1)和第三高真空阀门(D3)；第二高真空三通接头(C2)与水捕集阱(E)之间安装有第二高真空阀门(D2)。

所述的装置，其中，水捕集阱(E)的填充物为无水高氯酸锰(O)，水捕集阱的两端填充有石英棉(N1、N2)。

所述的装置，其中，CO₂收集管(H)上设有压力计(I)。

本发明提供的利用上述装置测量土壤有机碳含量的方法：

1)将土壤样品与氧化铜装于氧化管中，并加入银丝以去除样品在氧化过程中产生的硫化物气体；

2)将氧化管套入真空系统中进行抽真空，待系统真空度达到极限后，烧封氧化管并于800-900℃下反应，样品被氧化生成CO₂、水蒸气与不可冷凝的气态氧化物；

3)将氧化后的氧化管放入挤压管中，将挤压管套入真空系统中，待系统真空度达到极限后，破碎氧化管使得土壤样品生成的混合气体经过水捕集阱，以除去水蒸气，余下气体则继续通过CO₂冷阱，使CO₂被冷凝而不可冷凝的杂气则被真空泵抽出；

4)通过加热使步骤3的CO₂释放并引入已知体积的CO₂收集管中，通过CO₂收集管上的压力计读数测量CO₂的生成量，并计算出土壤有机碳含量。

所述的方法，其中，步骤1的土壤样品用0.5mol L^-1HCl进行预处理，去除土壤中的碳酸盐，避免无机碳对测定土壤有机碳含量的影响。