[发明专利]甲烷自动采集和分析系统及其方法

说明书

本发明涉及一种甲烷的自动采集和分析系统及其方法，属于测量类，用于水稻(甲烷或其它微量气体)的测量。

空气、水及土壤是人类赖以生存的基本要素，但仅在最近的10-20年，这些要素的环境问题才引起公众广泛的注意。近二百年来由于工业化及土地使用等人类活动的增加不仅导致了当地及区域性的环境退化，也正在给全球生态环境带来严重的后果。这种现象对大气来说尤其如此，大气这种超级流体能把在其中的区域性的破坏很快地传播到全球范围。现有观测结果证实：由于人类释放的气体已造成全球大气中化学成分的改变，从而引起地球辐射平衡的变化。大气中CO、CH₄、N₂O、O₃及CFC，等温度气体的增多已使大气温度不断提高(温室效应)，并可能引起全球生态环境的进一步正反馈变化。鉴于这是如此一个重要过程，全球变化问题已成为当今世界上众多科学家极其关注的研究课题。

模式研究表明：到二十世纪70年代以前，CO₂是温室效应的主要原因，但到八十年代，CH₄、N₂O、H₂O、O₃等其他温室气体所引起的温室效应已和CO₂相近，而甲烷已占CO₂辐射强度的40％，是除CO₂以外的最重要的温室效应气体；不仅如此，甲烷还是大气化学的“活泼分子”，它是羟基(OH)的主要反应物之一，而OH是大气中极活跃的氧化剂，参与极多的光化学反应，例O₃的保护及消除，CO的可能增长……。另外CH₄也是平流层O₃的：“保护者”及H₂O生成的“赞助者”，而且，甲烷对人类活动增加的响应很敏感，工业化以前，大气甲烷浓度仅为0.6-0.8ppmv，但现在它在大气中浓度已为1.7ppmv，增加了一倍多，观测表明在过去的十年中以平均约1.0％的惊人速率增加着。大气甲烷的以上特征引起了全球范围内科学家的高度重视，人们迫切需要知道：大气甲烷的增加趋势及增长原因是什么？因此对大气甲烷各地表源的监测已成为这个问题最主要的焦点之一了。

初步观测表明稻田是大气甲烷的主要源，约占20％的大气甲烷来源。水稻作为世界最主要的食物之一，人类活动增长的趋势特别是人口增长已体现在全球水稻面积的不断增长，从1980-1985年全球稻田面积的年增长率高达6.4％，因此对稻田甲烷排放及排放机理的研究对了解和控制大气甲烷增长的趋势起至关重要的作用。

中国是世界上最大的水稻生产国，水稻收割面积和产量分别占全球的22％及37％，早年已进行的一些观测表明，我国稻田的甲烷排放速率相对高于欧美稻田中的观测值。因此对我国主要产稻区的集中观测已成为对甲烷源地观测的重中之重了。

本着这样的责任感，我们研制出了一套现在用于稻田甲烷观测和同时可方便推广到其他微量气体采集分析的测量系统。

这是一套由微机控制、全自动采集和分析的装置，不仅减轻了人工测量的工作量，也达到了实时、连续和全天候这些人工测量所达不到的要求，能取得更多和更全的资料。本系统首先在农业生态实验站进行水稻田排放的观测。并于91年10月底通过中科院院级技术鉴定，鉴定意见认为：该测量系统为水稻甲烷(或其他微量气体)排放的现场、原位和多通道采集提供了一种新的测量技术。它具有连续、自动和多点采样及控制，并能实时采集存储测量数据，分析精度高，可长期连续工作，功能多和易扩展等特点。通过测试组的实际测试和现场实地观察，该系统完全符合原设计的技术指标，其技术性能和研究成果尚属国内首创，达到国际先进水平。

现有技术是人工采集和分析，用针管插入采集箱抽取箱内空气样品，用秒表计时，在第3、6、9和12分钟时抽取四个气样，用气相色谱仪进行分析，四块稻田，每块设六个采集箱，因此每次共采气样96个，每次野外采样时间约需3-4小时。其不足之处在于：所得的观测资料不连续和不完整，难以深入研究水稻甲烷排放的生物机理和调控措施；采样中因环境扰动、定时误差和针管漏气等因素会导致较大的总误差；观测人员劳动强度大和费工费时。

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足之处而提供一种甲烷的自动采集和分析的测量系统。