一种土壤相对气体扩散系数的测定装置

1.本实用新型涉及土壤性能测定装置领域，具体而言，涉及一种土壤相对气体扩散系数的测定装置。


背景技术：

2.土壤是地球表面最大的有机碳库，同时也是温室气体二氧化碳和氧化亚氮的主要来源。而土壤的物理性质与土壤中温室气体排放模式密切相关，因此我们采用了土壤相对气体扩散系数(d
p
/do)对土壤温室气体排放进行更好的预测。
3.n2o(氧化亚氮)是导致平流层臭氧消耗的主要人为排放物。农业土壤的n2o排放在人为n2o排放中占主导地位，但有关相对土壤气体扩散系数(d
p
/do)和n2o排放的相关研究与测定方法非常有限。随着土壤含水量的增加，氧气(o2)向土壤的扩散减少。土壤中的硝化、反硝化反应，分别是好氧和厌氧过程，而土壤反硝化过程增加和土壤向厌氧状态过渡会使土壤n2o排放增加。
4.土壤相对气体扩散系数是指土壤空气的扩散系数(d
p
)和自由空气的扩散系数(do)的比值。该比值仅依赖于土壤性质，而与气体性质无关。它是土壤通气性的重要指标，n2o的产生和土壤水分的关系可以很好的被dp/do所概括，而且d
p
/do已被越来越多被用来描述这一关系，其也可以解释n2o:n2的变化。
5.目前关于测定土壤相对气体扩散系数的报道几乎没有。
6.鉴于此，特提出本技术。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的在于提供一种土壤相对气体扩散系数的测定装置以克服上述技术问题。
8.本实用新型可这样实现：
9.本实用新型提供一种土壤相对气体扩散系数的测定装置，其包括测定容器和土壤盛装容器；
10.测定容器由具有底部密封且上部敞口的壳体，壳体内部形成容纳腔；容纳腔内设有氧气传感器，壳体的壳壁开设有惰性气体进孔和惰性气体出孔；
11.土壤盛装容器的上端和下端均敞口设置，土壤盛装容器的下端与测定容器的上端连通。
12.在可选的实施方式中，测定容器的高度为140-160mm。
13.在可选的实施方式中，测定容器呈柱状，测定容器的内径为100-120mm。
14.在可选的实施方式中，土壤盛装容器也呈柱状，土壤盛装容器的内径小于或等于测定容器的内径。
15.在可选的实施方式中，氧气传感器位于壳体底面的中心位置。
16.在可选的实施方式中，惰性气体进孔和惰性气体出孔之间的距离为40-50mm。
17.在可选的实施方式中，惰性气体进孔与惰性气体出孔处于同一水平高度。
18.在可选的实施方式中，惰性气体进孔距离壳体底面的距离为90-100mm。
19.在可选的实施方式中，惰性气体进孔和惰性气体出孔的直径均为5-7mm。
20.在可选的实施方式中，测定装置还包括连接件，连接件与土壤盛装容器的外壁以及测定容器的外壁同时螺纹连接。
21.本实用新型的有益效果是包括：
22.本技术提供的土壤相对气体扩散系数的测定装置通过使测定容器和土壤盛装容器连通，并在测定容器上设置惰性气体进孔和惰性气体出孔，确保在测定前排除测定容器内的氧气，进而使得土壤盛装容器中的土壤部分暴露于无o2的容纳腔惰性气体中。当o2通过土核扩散到气腔时，容纳腔内o2浓度随时间的变化可通过测定容器内的氧气传感器进行测定，通过氧气浓度变化除以对应的时间即可得到相应的扩散系数。
23.上述装置能够在室内条件下测定原状土核或是经过设定容重的土壤的相对气体扩散系数，衡量不同状态下(容重、质地、水分含量等)土壤通气性，进而有利于利用土壤相对气体扩散系数进行对与土壤物理性质有关土壤中生物化学过程(温室气体n2o、co2、ch4等的排放)进行更好的预测。
附图说明
24.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
25.图1为本技术提供的土壤相对气体扩散系数的测定装置的结构示意图。
26.图标：1-测定容器；11-壳体；12-容纳腔；13-氧气传感器；14-惰性气体进孔；15-惰性气体出孔；16-通孔；17-线路；2-土壤盛装容器；3-连接件。
具体实施方式
27.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
28.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
29.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
30.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简
化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
31.此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
32.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
33.实施例
34.请参照图1，本实施例提供一种土壤相对气体扩散系数的测定装置，其包括测定容器1和土壤盛装容器2。
35.测定容器1由具有底部密封且上部敞口的壳体11，壳体11内部形成容纳腔12；容纳腔12内设有氧气传感器13，壳体11的壳壁开设有惰性气体进孔14和惰性气体出孔15；
36.土壤盛装容器2的上端和下端均敞口设置，土壤盛装容器2的下端与测定容器1的上端连通。
37.其中，测定容器1呈柱状，其横截面形状示例性但非限定性地可以为圆形、正方形、长方形或三角形等，也可以为其它形状。
38.较为方便地，测定容器1可以为圆柱状，也即其横截面积为圆形。
39.可参考地，当测定容器1为圆柱体时，其内径例如可以为100-120mm，如100mm、110mm、120mm、130mm、140mm、150mm、160mm、170mm、180mm、190mm或200mm等，也可以为100-120mm范围内的其它任意值。
40.无论该测定容器1的形状如何，其高度均可为140-160mm，如140mm、145mm、150mm、155mm或160mm等，也可以为140-160mm范围内的其它任意值。
41.在一些具体的实施方式中，测定容器1为圆柱体，内径为110mm，高度为150mm。
42.本技术中，土壤盛装容器2用于盛装土壤，土壤在其内部呈固定态，也即沿土壤盛装容器2的高度方向不发生明显移动，也不会脱落或散落。
43.可参考地，土壤盛装容器2的形状也呈柱状，其横截面形状也可以为圆形、正方形、长方形或三角形等，还可以为其它形状。
44.在优选的实施方式中，土壤盛装容器2的形状与测定容器1形状一致。
45.例如，土壤盛装容器2也呈圆柱状，该土壤盛装容器2的内径小于或等于测定容器1的内径。
46.当土壤盛装容器2的内径小于测定容器1的内径时，土壤盛装装置容器的外径可与测定容器1的内径相等，二者可通过螺纹连接或卡接等方式连接固定。
47.此外，当土壤盛装容器2的内径小于测定容器1的内径时，土壤盛装装置容器的外径还可小于测定容器1的内径。此条件下，测定装置还可包括连接件3，连接件3用于将土壤盛装容器2以及测定容器1连接起来，也即，其位于土壤盛装容器2以及测定容器1之间。
48.在一些具体的实施方式中，连接件3也可呈柱状，其横截面可呈环状。
49.上述连接件3的高度可以为10-20mm，如10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、16mm、17mm、18mm、19mm或20mm等，也可以为10-20mm范围内的其它任意值。
50.该连接件3的外径可以为115-125mm，如115mm、116mm、117mm、118mm、119mm、120mm、121mm、122mm、123mm、124mm或125mm等，也可以为115-125mm范围内的其它任意值。
51.作为列举的，连接件3与土壤盛装容器2以及测定容器1之间的连接方式可以为螺纹连接或卡接等。
52.当其为螺纹连接时，连接件3的内环的内壁具有外螺纹，土壤盛装容器2用于与测定容器1连接的下部区域的外壁具有外螺纹，连接件3与土壤盛装容器2之间通过相互配合的内外螺纹实现螺纹连接。
53.同时，连接件3的内环外侧的部分设有一圈内螺纹，测定容器1的用于与土壤盛装容器2连接的上部区域的外壁具有外螺纹，连接件3与测定容器1之间通过相互配合的内外螺纹实现螺纹连接。
54.当其为卡接方式时，连接件3的内环的内壁具有卡槽，土壤盛装容器2用于与测定容器1连接的下部区域的外壁具有卡块；或者，连接件3的内环的内壁具有卡块，土壤盛装容器2用于与测定容器1连接的下部区域的外壁具有卡槽；连接件3与土壤盛装容器2之间通过相互配合的卡槽和卡块实现螺纹连接。
55.同时，连接件3的内环外侧的部分设有卡槽，测定容器1的用于与土壤盛装容器2连接的上部区域的外壁具有卡块；或者，连接件3的内环外侧的部分设有卡块，测定容器1的用于与土壤盛装容器2连接的上部区域的外壁具有卡槽；连接件3与测定容器1之间通过相互配合的内外螺纹实现螺纹连接。
56.通过上述连接方式，可使测定容器1与土壤盛装容器2之间稳定连接，确保测定结果准确。
57.本技术中，氧气传感器13用于测定容纳腔12内的氧气浓度，其可位于壳体11底面的任何位置，优选位于壳体11底面的中心位置，更优选地，氧气传感器13的长度与测定容器1的内径相等或略小于测定容器1的内径，以获得更加准确的测定数据。
58.在某些实施方式中，测定容器1的壳壁还开设有通孔16，氧气传感器13通过穿过该通孔16的线路17与外界读数表盘连接，以方便随时掌握氧气传感器13的所测得的数值。
59.惰性气体进孔14和惰性气体出口的设置主要是为了在测定前，将容纳腔12内的空气完全排出，以避免其影响测定结果的准确性。其可分别由气管与外界惰性气体供应设备以及惰性气体收集设备连接。
60.惰性气体进孔14和惰性气体出孔15的直径均可示例性但非限定性地为5-7mm，如5mm、5.5mm、6mm、6.5mm或7mm等，也可为5-7mm范围内的其它任意值。
61.惰性气体进孔14和惰性气体出孔15之间的距离示例性但非限定性地可以为40-50mm，如40mm、41mm、42mm、43mm、44mm、45mm、46mm、47mm、48mm、49mm或50mm等，也可以为40-50mm范围内的其它任意值。此外，惰性气体进孔14和惰性气体出孔15还可以测定容器1的中心轴为对称轴对称设置。
62.较佳地，惰性气体进孔14与惰性气体出孔15处于同一水平高度，此外，也不排除二者可呈一上一下的方式设置。
63.当惰性气体进孔14与惰性气体出孔15处于同一水平高度时，惰性气体进孔14(惰性气体出孔15)距离壳体11底面的距离示例性但非限定性地可以为90-100mm，如90mm、91mm、92mm、93mm、94mm、95mm、96mm、97mm、98mm、99mm或100mm等，也可以为90-100mm范围内的其它任意值。
64.承上，本技术提供的土壤相对气体扩散系数的测定装置的使用原理包括：在将盛装有土核的土壤盛装容器2置于装置上后，检查装置的气密性，向测定容器1的容纳腔12中通入惰性气体进行冲洗，通过读数表盘获得氧气传感器13的读数，当o2浓度数值降到0％(也即氧气传感器13读数趋近于零保持不变)时，停止通入惰性气体并开始测定。此时，土壤盛装容器2中的土壤部分暴露于无o2的容纳腔12惰性气体中。随后，当o2通过土核扩散到气腔时，容纳腔12内o2浓度随时间的变化可通过氧气传感器13测定。(假设由于o2消耗而导致的d
p
测量值中的任何误差都可以忽略不计)。
65.根据对相对o2浓度的回归分析，可以计算d
p
(土壤中的o2扩散系数)。所有扩散系数计算均在25℃下进行，25℃下的do(空气中的o2扩散系数)值为0.074m2/h。
66.综上所述，本技术提供的土壤相对气体扩散系数的测定装置能够在室内条件下测定原状土核或是经过设定容重的土壤的相对气体扩散系数，衡量不同状态下(容重、质地、水分含量等)土壤通气性，进而有利于利用土壤相对气体扩散系数进行对与土壤物理性质有关土壤中生物化学过程(温室气体n2o、co2、ch4等的排放)进行更好的预测。
67.以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。