一种适用于滴灌农田土壤氧化亚氮气体收集的静态箱的制作方法

1.本实用新型属于气体研究设备技术领域，具体地，涉及一种适用于滴灌农田土壤氧化亚氮气体收集的静态箱。


背景技术：

2.我国作为世界上最大的化学氮肥消耗国，氮肥用量已达全球总用量的33％，然而，大多数农作物的氮肥利用率都低于40％。氮肥在土壤中转化的各个环节不仅影响着土壤对外源氮的利用，还影响着生态环境安全和农业生产的健康发展。有报道指出，施入作物系统中的氮肥至少有50％会以氨挥发、硝酸盐以及氧化亚氮排放的形式损失，既增加了农业投入又加大了环境污染，引起了气候改变。尿素是农业中最广泛使用的氮肥之一，其施入土壤后可迅速水解为铵，在不同的土壤环境条件下可完成硝化、反硝化、硝化细菌反硝化、硝酸盐异化还原以及一步式硝化等转化过程，期间会产生氧化亚氮排放损失。氧化亚氮作为一种潜在的温室气体，其含量虽然占温室气体总量的7.1％，但百年尺度的增温潜势却是二氧化碳的265倍。农业土壤每年氧化亚氮排放量约占人为氧化亚氮排放总量的65％，在中国，仅氮肥施用对土壤氧化亚氮排放的贡献率就达77.64％。农田氧化亚氮测定一直是研究氮肥损失的一项重要指标。氧化亚氮气体收集装置(静态箱)的设计需要充分考虑到不同农业生态系统的特殊性、种植作物的种类和形态指标以及田间配置等因素。进行滴灌农田氧化亚氮排放测定时，除了上述因素外，还需考虑滴灌施肥这种独特的水肥摄入方式以及滴灌系统的田间布局。另外，由于田间试验条件的局限性和提高试验效率的必要性，静态箱的简单、易操作也成了一个考量因素。
3.目前，最接近的现有技术：
4.近年来，有关温室气体收集装置的专利虽然并不少见但会受到观测条件的制约，例如，一些适用于草地、林地、水田、旱地等不同农业生态系统的温室气体收集装置必须与具体试验条件相匹配。滴灌农田温室气体收集装置尤其要符合滴灌系统的田间布局，而现有技术无法满足滴灌农田土壤氧化亚氮气体收集，并且至今还未有涉及滴灌农田土壤氧化亚氮气体收集装置的相关授权发明。
5.解决上述技术问题的难度和意义：
6.本实用新型是在现有技术的基础上，针对滴灌农田的特点将氧化亚氮气体收集装置进行改进，使其适用于滴灌系统，操作简单高效，适用于种植滴灌棉花、麦类、水稻等作物的农田氧化亚氮气体收集。


技术实现要素：

7.本实用新型要解决的技术问题是提供一种操作便捷、高效率的适用于滴灌农田的土壤氧化亚氮气体原位收集的静态箱，解决现有技术中氧化亚氮气体收集静态箱不适用于滴灌农田的技术问题。
8.为解决上述技术问题，具体技术方案如下：
9.一种适用于滴灌农田土壤氧化亚氮气体收集的静态箱，包括底座、箱体。
10.底座和箱体尺寸符合农田滴灌系统的田间配置，箱体高度适合滴灌棉花、麦类、水稻等作物。所述底座上端设有水封槽，下端有两处对称的凹槽，凹槽底部安装密封条可在滴灌带穿过时达到密封条件；所述箱体为下端开口的长方体，箱体下端与水封槽尺寸吻合，箱体外部中心处安装加固边条和把手，箱体外部粘贴防水海绵和反光膜以使箱内气体在采集时不受外部气温变化的影响；箱体顶部内侧安有两个小风扇和一个温度探头，风扇电源线和温度探头连接线从箱体顶部伸出箱体外，线的另一端分别连接锂电池和温度记录仪；顶部中心安装有一气密性的转换接口，两端连接采气管，箱体外采气管的另一端连接三通阀用于采集气样。所述实用新型设计合理、工艺简单、易于操作，适合农田多点、大批量气体样品的采集。
11.优选的，所述底座为两端开口的长方体，由2mm厚的不锈钢板焊接而成。底座内长600mm、内宽500mm、高100mm；底座上端焊接一圈水封槽，水封槽内高50mm，内宽40mm，底座上端位于水封槽底部中心处。
12.优选的，所述底座的两个长为600mm的侧面下端中心处开有两处对称的凹槽便于滴灌带穿过，凹槽深80mm、宽30mm，凹槽底端装有u形硅胶材质的密封条以确保在滴灌带穿过时起到密封作用，密封条厚2mm、宽30mm、高20mm、内开口宽度2mm。
13.优选的，所述箱体为顶部密封、下端开口的长方体，由5mm厚的pvc板用pvc焊条焊接而成，箱体内长600mm、内宽500mm、内高1100mm。
14.优选的，所述箱体外部中心处焊接一圈30mm宽、10mm厚的pvc边条加固箱体，在两个宽为500mm侧面的加固边条中心处各安装一个把手，箱体外侧粘贴20mm厚的防水海绵和反光膜以使箱内气体在采集时不受外部气温变化的影响。
15.优选的，所述箱体顶部内侧安装两个12v的小风扇，箱内距离箱顶150mm处设有一个温度探头，风扇电源线和温度探头连接线从箱顶中心开口处伸至箱体外，线的另一端分别连接锂电池和温度记录仪，开口处做密封处理。
16.优选的，所述箱体顶部中心开孔并安装内直径为6mm的气密性转换接口，转换接口两端连接外直径6mm、内直径4mm的pc采气管，箱体内的采气管长度为150mm，箱体外的采气管长度为100mm且另一端连接三通阀用于采集气样。
17.与现有技术相比，本实用新型的有益技术效果在于：
18.本实用新型结构简单，底座和箱体可委托当地材料加工店进行加工，相关配件均可自行购买、组装，使用便捷，简单易操作，配件如有损耗更换方便，该装置的设计解决了农田灌溉系统布局的问题，提高了氧化亚氮气体收集环节的效率。
附图说明
19.图1为本实用新型适用于滴灌农田土壤氧化亚氮气体收集的静态箱的结构示意图；
20.其中，1温度记录仪、2小风扇、3三通阀、4采气管、5转换接口、6锂电池、7温度探头、8箱体、9加固边条、10把手、11水封槽、12底座、13密封条、14凹槽。
21.图2为本实用新型适用于滴灌农田的土壤氧化亚氮气体收集的静态箱的实施例的使用状态图，静态箱底座已经嵌入土壤，其中，15滴灌带。
具体实施方式
22.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案作进一步详细地说明。
23.参照图1，一种适用于滴灌农田土壤氧化亚氮气体收集的静态箱，包括箱体8和底座12。
24.所述箱体8是由厚度为5mm的pvc板焊接而成的顶部密封、下端开口的长方体，内长600mm、内宽500mm、内高1100mm。箱体8顶部内侧安装两个12v的小风扇2用于混匀箱内气体，距离箱体8内侧顶部15cm处设有一个温度探头7，风扇电源线和温度探头连接线从顶部开口处伸出箱体外，另一端分别连接锂电池6和温度记录仪1；箱体顶部中心另开孔并安装内直径为6mm的转换接口5，转换接口5两端分别连接外直径6mm、内直径4mm的pc采气管4，箱体内采气管的长度为150mm，箱体外采气管的长度为100mm且另一端连接三通阀用于采集气样；箱体外部中心处焊接一圈30mm宽、10mm厚的pvc边条9用于加固箱体，在宽为500mm两侧面的加固边条中心处各安装一个把手10；箱体外侧粘贴20mm厚的防水海绵和反光膜以使箱内气体在采集时不受外部气温变化的影响。所述底座12是由厚度为2mm的不锈钢板焊接而成的两端开口的长方体，内长600mm、内宽500mm、内高100mm；底座12上端焊接有一圈水封槽11，内高50mm，内宽40mm，且底座12上端位于水封槽11的底部中心处；在底座12长边为600mm的两个侧面的下端中心处开有两处对称的深80mm、宽30mm的凹槽14，底部装有u形密封条13以确保在滴灌带穿过时达到密封条件。
25.所述实用新型设计合理、易于操作，适合滴灌农田多点、大批量气体样品的采集。
26.使用时参照图2，先将底座12下端的凹槽14对准滴灌带15以确保滴灌带15顺利穿过凹槽14，再将底座12竖直嵌入土壤使滴灌带15与带密封条13的凹槽14之间达到密封，用水平仪检查确保底座处于水平状态，此步骤可在第一次气体样品采集前安装完毕；气体采集前，先在水封槽11内注水至水的深度约为20mm，将箱体8的下端放入水封槽11内，此时箱内处于密封状态；接通小风扇2与锂电池6的电源线，打开温度记录仪1的开关，此时小风扇2开始转动，温度记录仪1开始显示箱内环境温度；在小风扇2转动5分钟时即可采集初始时刻的气样。为确保附图的清晰度，防水海绵和反光膜未在图内显示。
27.以下实施例中所涉及的其它辅助工具，如无特别说明，均为常规市售产品。
28.实施例
29.本实施例是在一项滴灌棉田的田间试验的基础上开展该装置的使用效果评价。该田间试验设置不施氮肥(n0)、单施氮肥(n)以及氮肥与硝化抑制剂配合施用(n ni)三个处理。在一次滴水施肥后第3天运用该静态箱进行土壤氧化亚氮气体收集并进行测定以证明该装置的有益效果。以n0处理为例，先选定n0处理所在小区的1条滴灌带15，将底座12下端的凹槽14对准滴灌带15以确保滴灌带15顺利穿过凹槽14，再将底座12竖直嵌入土壤使滴灌带15与带密封条13的凹槽14之间达到密封，用水平仪检查确保底座处于水平状态，此步骤在第一次气体样品采集前安装完毕；在水封槽11内注水至水的深度约为20mm，将箱体8的下端放入水封槽11内，此时静态箱内部处于密封状态；接通小风扇2与锂电池6的电源线，打开温度记录仪1的开关，此时小风扇开始转动，记录仪开始显示静态箱内的环境温度，装置布置图见图2。
30.将气体采样器(本实施例选用50ml气密性注射器抽取气样)与三通阀3连接，在小风扇转动5分钟时打开三通阀3的阀门开始抽取0时刻的气体样品20ml，关闭三通阀3的阀
门，等待10分钟后再抽取第10分钟气体样品20ml，以此类推可获得0、10、20、30分钟的气体样品。收集结束后，移除箱体，将气体样品带回实验室，用安捷伦7890a型气相色谱仪测定气体样品中的氧化亚氮浓度，再依据公式计算出滴灌农田氧化亚氮排放通量(μg n
·
m
‑2·
h
‑1)。
31.田间土壤氧化亚氮(n2o)排放通量计算公式为：
[0032][0033]
式中，f为n2o排放通量(μgn
·
m2·
h
‑1)，ρ为n2o在标准状态下的密度(1.25mgn
·
m
‑3)，v为静态箱体积(cm3)，a为静态箱底座面积(cm2)，p为静态箱内气压(pa)；p0为试验地环境气压(1.013
×
105pa)，一般p/p0≈1；dc/dt为每小时n2o积累量(ppb
·
h
‑1)，t为静态箱内气体温度(℃)。
[0034]
测定数据结果如表1所示：
[0035]
表1
[0036][0037]
上表中可以看出不施肥土壤氧化亚氮排放通量很低，施用氮肥土壤氧化亚氮排放通量显著高于不施肥土壤，氮肥添加硝化抑制剂后因为抑制了硝化，显著降低了土壤氧化亚氮排放，以上结果也体现了该装置的有益效果。
[0038]
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式和实施例，本实用新型的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本实用新型的保护范围内。