[发明专利]一种气体通量测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种气体通量的测量系统，尤其涉及针对植物或土壤气体通量的高效测量系统。

背景技术

在植物学和生态学领域，植物、土壤的二氧化碳、水蒸气、氧气、臭氧、甲烷等气体的通量是基本的测量指标，检测这些指标对研究植物生长，土壤微生物，生态环境等方面具有重要意义。

到目前为止，一些学者设计研发了一些可以连续检测冠层光合速率、呼吸速率和蒸腾速率的同化箱。如申请人之前的专利201320891829.6实现了自动化的冠层光合速率和蒸腾速率，即二氧化碳通量和水蒸气通量的检测。但是这些检测方法利用一套传感器只能检测一个同化箱内的通量，检测效率较低。由于传感器或检测器通常价格较为昂贵，大规模应用的成本极高。

国外许多学者开发的同化箱用于测量田间小区田块的冠层蒸腾速率和光合速率。Reicosky和Peters(1977)提出了利用同化箱对田间小区冠层蒸腾速率进行快速测量。Reicosky等(1990)总结了利用可在田间使用的同化箱测量和计算冠层二氧化碳气体交换速率的方法。Bugbee(1992)设计了闭路式冠层同化箱。Steduto等(2002)开发的自动冠层同化箱可以监控全天的冠层光合和蒸腾，但是该同化箱的顶盖是掀开式，即顶盖的一侧边沿与箱体之间安装转轴，再利用卷扬机将顶盖从水平旋转到约竖直位置，其不足之处是在有风天气稳定性差，且仅由顶盖重力通常很难压紧密封条，气密性不容易保证。Muller等(2009)研发了用于测量小麦冠层光合作用的开路式同化箱。Pérez-Priego(2010)设计制作了用于测量整株树的闭路式冠层同化箱。

国内许多研究人员关注植物群体冠层光合和产量的关系，且分别研制同化箱用于测量实验。新疆的周抑强等(1997)利用冠层同化箱对棉花群体光合特性进行研究；新疆石河子大学的马富裕(1998)介绍了利用闭路式同化箱以棉花为主测量群体冠层光合作用速率的方法；山东农科院玉米研究所的王庆成等(2001)利用闭路式同化箱通过测量玉米冠层光合作用研究不同品种，不同株型对冠层光合的影响；中国农大的李明和施生锦(2006)研发了开路式作物群体光合与蒸散连续测定系统；台州学院和中科院寒区旱区研究所的高松等(2011)采用Licor公司的LI-8100土壤碳通量测量仪结合北京力高泰公司定做的同化箱对荒漠植物梭梭的群体光合进行了研究。本申请人之前的专利申请201520133143.X也揭示了用于稳定的自动化测量的垂直开启式同化箱。

国内外学者设计开发的这些同化箱，都是基于单个植物小区、单个土壤地块的实验设备。如果想要测量多个植物小区或土壤地块，就需要使用多套仪器。而每套仪器配备的气体检测设备较为昂贵，这也是目前类似设备尚未大规模使用的原因之一。

因此，本领域迫切需要开发改进高效率的气体通量检测设备。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种气体通量测量系统，适合应用于如冠层光合速率等的大规模测量场景。

本发明的技术方案为：本发明揭示了一种气体通量测量系统，包括检测器、控制器、采样气路、以及至少一个同化箱，控制器分别连接每一同化箱的顶盖以控制其关闭或打开，采样气路分别与同化箱上的通气口连接，检测器连接采样气路，信号采集器连接检测器，控制器在控制同化箱顶盖关闭或打开的同时控制采样气路连通到处于关闭状态的同化箱，处于关闭状态的同化箱内的气体通过采样气路输送到检测器，检测器检测气体浓度信号。

根据本发明的气体通量测量系统的一实施例，系统还包括：

信号采集器，检测器将检测出的气体浓度信号传送到信号采集器中予以记录。

根据本发明的气体通量测量系统的一实施例，控制器定时输出多路信号，将各路信号通过步进电机或气缸驱动各个同化箱的顶盖。

根据本发明的气体通量测量系统的一实施例，同化箱是通过步进电机或气缸驱动自动实现其顶盖的关闭或打开。

根据本发明的气体通量测量系统的一实施例，采样气路进一步包括：

主气泵，连通检测器，给检测器供应所要检测的气体；

辅助气泵，设置在采样气路中，排除采样气路中的残余气体；

第一电磁阀组，具有一个主路和至少一个支路，第一电磁阀组的主路与检测器的进气口相连；