一种可拆卸调节的稻田养鱼温室气体采集系统及方法与流程

1.本发明涉及农田温室气体采集技术领域，具体涉及一种可拆卸调节的稻田养鱼温室气体采集系统及方法。


背景技术：

2.目前，全球气候变暖是气候变化的重大问题，政府间气候变化专门委员会(ipcc)第六次评估报告称，全球1.5℃增暖。二氧化碳(co2)、甲烷(ch4)和氧化亚氮(n2o)是三种主要的温室气体，这些温室气体浓度的增加将会驱动全球变暖，其浓度已上升至历史最高水平，农业产生的ch4和n2o分别约占全球温室气体总排放量的50％和60％,其中稻田是大气ch4和n2o重要排放源之一，由此可知，农田生态系统与全球气候变化密切相关。我国水稻播种面积位列全球第二，约占全世界水稻面积的20％。为了减少稻田温室气体排放量和增温潜势，缓解气候变化，我国在大力发展稻渔综合种养有机生态循环农业模式，众多研究表明稻渔综合种养可以减少温室气体的排放，但稻渔共作的稻田温室气体排放变化需根据品种类型、水层深度、气温状况等条件深入研究。为了动态监测和全面了解稻田各种生态系统在全球气候变化中的角色，其主要温室气体通量的研究已成诸多学者和政府部门关注的焦点。
3.现阶段，对于温室气体研究，主要的气体采集方法为密闭式静态箱箱法，有关农田温室气体排放监测的专利包括“一种测定农田温室气体排放量的方法”(申请号：97111901.5)，“一种水稻田温室气体采集装置”(申请号：201821328096.4)，“稻田温室气体采集装置”(申请号：202021460490.0)，这些专利温室气体采集装置为常规的静态箱，一般是由箱体和基座两部分组成，基座相对固定，使得基座、箱体笨重，移动时较为繁琐，灵活性差，耗时长，工作效率低。不同生长阶段、不同品种的水稻，其高度相差较大，大部分采集装置高度和箱体大小是固定的，一种设备很难满足多个不同条件的水稻田温室气体样品的采集；同时这种方法箱体和基座紧密结合，阻断了养殖生物的自由活动，不适合稻渔共作水稻田温室气体的采集。
4.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
5.(1)现有技术中温室气体采集装置为常规的静态箱，一般是由箱体和基座两部分组成，基座相对固定，使得基座、箱体笨重，移动时较为繁琐，灵活性差，耗时长，工作效率低。
6.(2)现有技术中不同生长阶段、不同品种的水稻，其高度相差较大，大部分采集装置高度和箱体大小是固定的，则一种设备很难满足多个不同条件的水稻田温室气体样品的采集。
7.(3)现有技术中箱体和基座紧密结合，阻断了养殖生物的自由活动，不适合稻渔共作水稻田温室气体的采集。
8.(4)现有技术发明稻田温室气体的采集装置及方法，未配有与太阳能供电单元连接的照度传感器、温度传感器、粉尘粒子传感器、据处理单元和无线网络模块等，不能实时
检测空气质量。
9.解决以上问题及缺陷的难度为：
10.优化稻田温室气体采集装置的构造，既满足稻田温室气体的采集空间容量及密闭性的需要，又能可拆卸调节，并携带轻便，拆卸组装简易，远距离实验田的使用；
11.减轻稻田温室气体采集装置的重量，筛选满足设备要求的更轻便的材质；
12.提升稻田温室气体采集装置的功能，将气体采集和气体质量实时检测及自然光能源的合理结合利用；
13.兼顾采集区种养生物的特性，保持采集区正常的活动状态，鱼在水稻田可以自由活动，水稻在整个个生长期高度有变化，同时水稻品种不同、高度也有很大差异。


技术实现要素：

14.本发明主要目的在提供一种可拆卸调节的稻田养鱼温室气体采集系统及方法，以解决现有技术存在的问题。
15.为解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案：
16.一种可拆卸调节的稻田养鱼温室气体采集系统，包括组合箱和气体采样管，所述气体采样管设置于所述组合箱侧壁上，所述组合箱包括组合箱主体和气体收集袋，所述气体收集袋套设于所述组合箱主体外侧，所述组合箱主体底部固定设置于稻田泥层中，所述气体收集袋底部浸入稻田水层中，所述组合箱主体底部设置可调支撑管。
17.进一步的，所述组合箱主体为一立体中空结构，所述组合箱主体还包括第一支撑管和第二支撑管，所述第一支撑管和第二支撑管通过三通连接管连接，所述第一支撑管、第二支撑管和可调支撑管通过四通连接管连接。
18.进一步的，所述气体采样管设置于所述组合箱任意一面侧壁的中间位置，所述气体采样管上设有密封圈双阀门。
19.进一步的，所述组合箱顶部设置太阳能供电单元，所述太阳能供电单元通过支撑架与所述组合箱铰接，所述支撑架通过十字卡扣固定于两个第一支撑管交界处，所述支撑架通过合页与太阳能供电单元铰接。
20.进一步的，所述组合箱主体顶部安装有试验说明挂板、光温计、空气质量检测计和轴流风扇。
21.进一步的，所述光温计包括照度传感器和温度传感器，所述空气质量检测计包括粉尘粒子传感器；照度传感器、温度传感器和粉尘粒子传感器分别与数据处理单元连接，数据处理单元与无线网络模块连接；所述照度传感器、温度传感器、粉尘粒子传感器、数据处理单元和无线网络模块分别与太阳能供电单元电连接。
22.进一步的，所述气体收集袋由尼龙膜、聚乙烯膜、聚氟乙烯薄膜和双组份粘合剂复合而成。
23.进一步的，所述第一支撑管、第二支撑管和可调支撑管为pvc管或碳纤维管，所述第一支撑管、第二支撑管和可调支撑管上均设有长度刻度。
24.一种可拆卸调节的稻田养鱼温室气体采集方法，包括以下步骤：
25.s1.将第一支撑管、第二支撑管和可调支撑管连接组装成方正的中空结构，形成采集系统的组合箱主体；
26.s2.根据水稻长度、水位深度、淤泥厚度，调整组合箱主体底部可调支撑管的高度，确定气体收集袋外套组合箱主体的底部位置；
27.s3.安装轴流风扇和在线实时传输数据的光温计、空气质量检测计，并与太阳板供电单元电连接，组合箱主体外侧套上适合其长宽尺寸的气体收集袋；
28.s4.根据确定好的底部位置将气体收集袋余下的底部薄膜折叠，并将气体收集袋从上到下和第一支撑管、第二支撑管和可调支撑管接触的地方用卡扣卡紧；
29.s5.打开气体采样管上的密封圈双阀门，开启轴流风扇，将组合箱内的废气排出；
30.s6.关闭密封圈双阀门，开启无线网络模块，实时传导记录组合箱内光度、温度及粉尘粒子数据指标，同时记录密封圈双阀门关闭时间，设置静置时间，并具备提醒报警功能；
31.s7.静置30min
‑
60min，报警提醒后，用注射针筒将气体采样管内的气体打入真空铝箔袋中保存并进行后续检测，根据不同的实验采集需要，间隔或者连续采样。
32.进一步的，所述气体收集袋安装时平整紧套于组合箱主体顶部和四面并用配套卡扣扣紧，气体收集袋底部根据水稻和水体高度进行折叠至位于水下3
‑
5cm，折叠部分用配套卡扣在可调支撑管处扣紧。
33.与现有技术相比，本发明提供的一种可拆卸调节的稻田养鱼温室气体采集系统及方法具有以下有益效果：
34.(1)本发明的稻田养鱼温室气体采集装置，结构设计巧妙合理，可拆卸可调节，适合不同生长阶段
‑
不同水稻品种的水稻田，同时也适合稻田养鱼生态系统的温室气体的采集；
35.(2)本发明的稻田养鱼温室气体采集装置，采集装置只有四个支撑管底部小部分插入稻田，对土壤扰动小，田间原位观测性好；采集装置的箱体为方正的长方体，支撑架带有刻度，用公式即可求得体积大小；
36.(3)本发明的稻田养鱼温室气体采集装置，采集装置内部安装了光照温度、空气质量检测器，与太阳能供电单元连接，节能环保，并可实时监测并进行在线传输；
37.(4)本发明的稻田养鱼温室气体采集装置，整体材质轻便，支撑管为质轻强度大的pvc或碳纤维管，收集袋为订制的材质轻便膜，重量轻、易收纳、组装运输简便轻巧、操作使用简单方便，可以很好的应用于跨市、跨省等远距离稻田基地或者稻渔工作基地稻田温室气体样品的采集。
附图说明
38.图1为本发明整体结构示意图。
39.图2为本发明控制系统示意图。
40.其中，1
‑
三通连接管，2
‑
小号支撑管，3
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试验说明挂板，4
‑
光温计，5
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气体收集袋，6
‑
中号支撑管，7
‑
气体采样管，8
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空气质量检测计，9
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轴流风扇，10
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四通连接管，11
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可调支撑管，12
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稻田水层，13
‑
稻田泥层，14
‑
太阳能板，15
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支撑架，16
‑
水稻植物体，17
‑
鱼体。
具体实施方式
41.以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
42.结合图1至图2，本发明提供一种可拆卸调节的稻田养鱼温室气体采集系统及方法。
43.一种可拆卸调节的稻田养鱼温室气体采集系统，包括组合箱和气体采样管7，所述气体采样管7设置于所述组合箱侧壁上，所述气体采样管7设置于所述组合箱任意一面侧壁的中间位置，所述气体采样管7上设有密封圈双阀门；
44.所述组合箱包括组合箱主体和气体收集袋5，所述气体收集袋5套设于所述组合箱主体外侧，气体收集袋5适合组合箱主体长宽尺寸，所述组合箱主体底部固定设置于稻田泥层13中，所述气体收集袋5底部浸入稻田水层12中，稻田泥层13中可种植水稻植物体16，稻田水层12中有自由游动的鱼体17；
45.所述组合箱主体底部设置可调支撑管11，可调支撑管11位于组合箱主体四角底部，可调节支撑管11为可以伸缩调节高度的伸缩管，可根据水稻田的水稻的高度自行调节，方便实用。
46.优选的，所述组合箱主体为一立体中空结构，所述组合箱主体还包括第一支撑管和第二支撑管，所述第一支撑管和第二支撑管通过三通连接管1连接，所述第一支撑管、第二支撑管和可调支撑管11通过四通连接管10连接。本实施例中，第一支撑管为小号支撑管2，第二支撑管为中号支撑管6。三通连接管1和四通连接管10可以将小号支撑管2、中号支撑管6和可调支撑管11有序组装，也可以将其合理拆卸，方便采集装置运输和保存。所述第一支撑管、第二支撑管和可调支撑管11为pvc管或碳纤维管，所述第一支撑管、第二支撑管和可调支撑管11上均设有长度刻度。
47.优选的，所述组合箱顶部设置太阳能供电单元，所述太阳能供电单元通过支撑架15与所述组合箱铰接，所述支撑架15通过十字卡扣固定于两个第一支撑管交界处，所述支撑架15通过合页与太阳能供电单元铰接。本实施例中，太阳能供电单元包括太阳能板14和蓄电池，可以根据太阳光照射的位置调节太阳能板14的角度。
48.优选的，所述组合箱主体顶部安装有试验说明挂板3、光温计4、空气质量检测计8和轴流风扇9。所述光温计4包括照度传感器和温度传感器，所述空气质量检测计8包括粉尘粒子传感器；照度传感器、温度传感器和粉尘粒子传感器分别与数据处理单元连接，数据处理单元与无线网络模块连接；所述照度传感器、温度传感器、粉尘粒子传感器、数据处理单元和无线网络模块分别与太阳能供电单元电连接。光温计4和空气质量检测计8可以在线实时进行数据传输。
49.优选的，所述气体收集袋5采用尼龙膜、聚乙烯膜、聚氟乙烯薄膜和双组份粘合剂复合而成。具有透光强、气密性好和机械强度高等优点。气体收集袋5为专业气体收集袋，其长宽可以根据组合箱主体的大小进行订制，高度大小可以和箱体高度一样，后续可以折叠调节，以便保证气体收集袋5底部可以浸入在稻田水层12中，保证气体收集袋5的膜包裹的组合箱主体内是处于密闭状态。气体收集袋5安装时平整紧套于组合箱主体的顶部和四面，并用配套卡扣扣紧，气体收集袋5底部可根据水稻和水体高度进行折叠至位于水下3
‑
5cm，折叠部分必须用配套卡扣在支撑管处扣紧。
50.本实施例中，数据处理单元为控制器，无线网络模块采用gprs移动蜂窝网络，控制器集成温度、照度、空气质量(空气粉尘、pm2.5)等采集功能，通过无线gprs模块组网，可以连接至电脑端，利用电脑软件绘制曲线，曲线有实时曲线，历史曲线，方便对比取得更加精
准的数据，亦可用手机app来展现曲线。gprs移动蜂窝网络的优势：利用电信公司的庞大网络基站，几乎可以覆盖到全国的每个角落，设备使用的地域局限几乎不存在。
51.控制器按照设定的频率读取各传感器数值，进行数据预处理、打包、发送操作；同时侦测控制软件是否有相关指令，有指令，解压数据包，对相关操作指令进行存储，并按照指令执行相关操作。
52.电脑软件或者手机app的功能：数据存储；数据比对；曲线绘制；数据导出；长势预测；实时数据提取；排气控制。
53.一种可拆卸调节的稻田养鱼温室气体采集方法，包括以下步骤：
54.s1.将第一支撑管、第二支撑管和可调支撑管11连接组装成方正的中空结构，形成采集系统的组合箱主体；
55.s2.根据水稻长度、水位深度、淤泥厚度，调整组合箱主体底部可调支撑管11的高度，确定气体收集袋5外套组合箱主体的底部位置；
56.s3.安装轴流风扇9和在线实时传输数据的光温计4、空气质量检测计8，并与太阳板供电单元电连接，组合箱主体外侧套上适合其长宽尺寸的气体收集袋5；
57.s4.根据确定好的底部位置将气体收集袋5余下的底部薄膜折叠，并将气体收集袋5从上到下和第一支撑管、第二支撑管和可调支撑管11接触的地方用卡扣卡紧；
58.s5.打开气体采样管7上的密封圈双阀门，开启轴流风扇9，将组合箱内的废气排出；
59.s6.关闭密封圈双阀门，开启无线网络模块，实时传导记录组合箱内光度、温度及粉尘粒子数据指标，同时记录密封圈双阀门关闭时间，设置静置时间，并具备提醒报警功能；
60.s7.静置30min
‑
60min，报警提醒后，用注射针筒将气体采样管内的气体打入真空铝箔袋中保存并进行后续检测，根据不同的实验采集需要，可以间隔或者连续采样。
61.优选的，所述气体收集袋5安装时平整紧套于组合箱主体顶部和四面并用配套卡扣扣紧，气体收集袋5底部可根据水稻和水体高度进行折叠至位于水下3
‑
5cm，折叠部分用配套卡扣在可调支撑管处扣紧。
62.下面结合具体数据对本发明的技术方案作详细的描述。
63.实施例1
64.在水稻移栽后，秧苗返青时，水稻长度在45cm，水位15cm，30g/尾规格的鲤鱼投放水稻田一周进行温室气体样品采集，组合箱主体规格设定为长宽50cm
×
50cm。选取10根25cm长度的pvc小号支撑管2，通过八个三通连接管1和一个四通连接管10组装成组合箱主体上部；八根50cmpvc中号支撑管6和四根(1
‑
1.5m)pvc可调支撑管11通过四个四通连接管10继续组合成组合箱主体下部，最终形成方正立体中空构造的组合箱主体。调节底部可调支撑管11至组合箱主体总高度到达140cm时，插入淤泥25cm确保整体结构稳固，水面高度15cm，水面至组合箱主体顶部高度100cm。组合箱主体顶部安装轴流风扇9和可以在线实时数据传输的光温计4，从上而下外套适合箱体长宽的气体收集袋5至距离可调支撑管11底部38cm的位置，将余下的气体收集袋5底部膜折叠，并将气体收集袋5从上到下与小号支撑管2、中号支撑管6和可调支撑管11接触的地方用卡扣扣紧。在预设的点插入气体采样管7，打开气体采样管7上的密封圈双阀门，开启轴流风扇9，将组合箱内的废气排出。关闭密封圈双
阀门，静置30min，用注射针筒通过气体采样管7收集气体，每间隔30min，在采集气体两次至一个真空铝箔袋中保存及后续检测。
65.实施例2
66.在水稻移栽后，秧苗返青时，水稻长度在100cm，水位25cm，鲤鱼投放水稻田45天进行温室气体样品采集，组合箱主体规格设定为长宽50cm
×
50cm。选取十根25cm长度的pvc小号支撑管2，通过八个三通连接管1和一个四通连接管10组装成组合箱主体上部；八根50cmpvc中号支撑管6和四根(1
‑
1.5m)pvc可调支撑管11通过四个四通连接管10继续组合成组合箱主体下部，最终形成方正立体中空构造的组合箱主体。调节底部可调支撑管11至组合箱主体总高度到达190cm时，插入淤泥25cm确保整体结构稳固，水面高度25cm，水面至组合箱主体顶部高度140cm。组合箱主体顶部安装轴流风扇9和可以在线实时数据传输的光温计4，从上而下外套适合箱体长宽的气体收集袋5至距离可调支撑管11底部47cm的位置，将余下的气体收集袋5底部膜折叠，并将气体收集袋5从上到下与小号支撑管2、中号支撑管6和可调支撑管11接触的地方用卡扣扣紧。在预设的点插入气体采样管7，打开气体采样管7上的密封圈双阀门，开启轴流风扇9，将组合箱内的废气排出。关闭密封圈双阀门，静置30min，用注射针筒通过气体采样管7收集气体，每间隔30min，在采集气体两次至一个真空铝箔袋中保存及后续检测。
67.下面结合表1对本发明与现有技术的对比对本发明地积极效果作进一步描述。
[0068][0069]
表1
[0070]
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改
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等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。