[发明专利]调节二氧化碳通量和泄漏及反扩散系数的标准装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种土壤二氧化碳释放到大气中模拟方法和装置，特别是一种能够主动任意调节二氧化碳通量和泄漏及反扩散系数的标准装置及方法。

背景技术

温室效应是气候变暖的主要原因，其中二氧化碳气体是最重要的温室气体。在全球碳循环过程中，土壤中二氧化碳是全球碳循环的重要形式和环节。土壤的二氧化碳通量作为陆地与大气界面温室气体交换的重要度量指标，不仅反映了土壤物理、土壤化学、土壤生物性质，也反映了人类对土地利用、地下矿产资源、岩溶状况，土壤的二氧化碳通量还可用于植被或地力恢复速率的评价。测量土壤二氧化碳通量的方法和仪器有多种，现有的二氧化碳通量测量过程如附图1所示：将于一个下端开口的样品箱1扣在待测样地4上，由于土壤中的二氧化碳在扩散与渗流作用下, 逸出表面进入样品箱1，导致样品箱1内二氧化碳浓度变化。泵3一直以恒定流速将样品箱1内的二氧化碳泵入二氧化碳测量仪器2内，通过测量气流内二氧化碳浓度来反推得到二氧化碳通量。

泵3的流率较大，二氧化碳测量仪器2内的二氧化碳浓度与样品箱1内的二氧化碳浓度相等，二氧化碳测量仪器2内的二氧化碳浓度C为：

(1)

J为被测土壤表面二氧化碳通量；S为样品箱1的底面积；V为样品箱1的空间体积；为样品箱1的泄漏系数；为反扩散系数； t为收集二氧化碳的时间。

式（1）的解为：

(2)

为环境二氧化碳浓度，由多个测量周期测量得到的样品箱1内二氧化碳浓度变化规律就可以通过线性或非线性拟合得到二氧化碳通量。

由于土壤二氧化碳通量随环境的温、湿度和气压的变化有较大的变化，因此，检验测量土壤二氧化碳通量的方法和仪器的准确性和可靠性，就需要不受环境的温、湿度和气压变化的土壤二氧化碳通量标准装置。中国专利文献公开了一种“任意调节二氧化碳通量和泄漏及反扩散系数的方法及标准装置（申请号：201510052723.0）”，该装置采用多个小孔的开闭来调节泄露和反扩散系数，但是在实践中由于灰尘可能堵塞小孔，改变泄露和反扩散系数。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种能够主动任意调节二氧化碳通量和泄漏及反扩散系数的标准装置及方法，该装置和方法能够用于检验测量二氧化碳通量的仪器和测量方法的准确性和可靠性。

本发明的技术方案是：调节二氧化碳通量和泄漏及反扩散系数的标准装置，包括开口样品箱、面板、可调微量泵、第一流量计、吸附管、第二流量计、调节阀、缓冲容器、换热器、减压阀及二氧化碳气源。

所述的面板上设有进气接头、出气接头及二氧化碳气源接头，二氧化碳气源接头处在进气接头及出气接头之间，面板为采用致密材料制成的平面板，当开口样品箱紧扣在面板上进行二氧化碳通量测量时，致密材料制成的面板能够阻挡二氧化碳的反扩散。

所述的致密材料为玻璃及不锈钢。

所述的吸附管装有能吸附二氧化碳的吸附材料，所述的吸附材料为氢氧化钙。

面板上的出气接头的一端通过管道与可调微量泵的进气口连接，可调微量泵的出气口通过管道与第一流量计的进气口连接，第一流量计的出气口通过管道与吸附管的进气口连接，吸附管的出气口通过管道与面板上的进气接头连接，开口样品箱罩在面板上，并将进气接头、出气接头及二氧化碳气源接头罩在开口集氡罩内，面板上的二氧化碳气源接头通过管道与第二流量计的出气口连接，第二流量计的进气口通过管道与调节阀的出气口连接，调节阀的进气口通过管道与缓冲容器的出气口连接，缓冲容器的进气口通过管道与换热器的出气口连接，换热器的进气口通过管道与减压阀的出气口连接，减压阀的进气口通过管道与二氧化碳气源连接。

采用调节二氧化碳通量和泄漏及反扩散系数的标准装置来主动任意调节二氧化碳通量、标准装置的泄漏及反扩散系数的过程如下：

将开口样品箱紧扣在面板上，保证样品箱与面板接触面之间无泄漏，然后接通二氧化碳气源，通过调节阀来调节二氧化碳通量。

控制可调微量泵的流率来调节泄漏及反扩散系数。由于开口样品箱和面板组成的密闭空间内的二氧化碳无法通过泄漏和反扩散效应逸出到外界大气中，只能随空气被可调微量泵抽出通过第一流量计进入吸附管，空气中的二氧化碳被吸附管中的吸附材料吸附后，不含二氧化碳的空气进入开口样品箱，这样就能够通过控制可调微量泵的流率来调节泄漏及反扩散系数。

本发明的进一步技术方案是：将第一流量计与吸附管之间的管道断开。