专利名称：浅水湖泊温室气体原位采集装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种浅水湖泊温室气体的原位采集装置，特别涉及了一种能够采集单位体积湖泊底泥内温室气体的装置。
背景技术：
在社会不断进步，工业经济的不断发展的同时，人类也同样面临着生态系统破坏的问题。近年来，气候的反常不仅体现在极端天气(极冷和极热)的出现、旱涝灾害增加等问题上，还导致了全球范围内的冰川融化，海平面上升。大气中温室气体(0)2、014等)的增多，是导致上述问题的决定性因素。温室气体能够吸收太阳光中的长波辐射并再反射回地 球，从而减少向外层空间的能量净排放，导致大气层和地球表面温度升高。我国共有2000多个天然湖泊，大多为浅水湖泊(0_4m深)。研究表明浅水湖泊中的底泥有机质含量较高，在微生物和水体理化性的影响下，成为大气中温室气体的重要自然排放源，具有很好研究价值。已有的研究表明，大部分湖泊中的CO2和CH4相对于大气是过饱和的，在冬季，湖泊水体会蓄积大量的CO2和CH4,并在春夏季的融冰季节大量释放到大气中。与此同时，近年来，人类对湖泊强烈的干扰行为，导致了水体的严重富营养化和藻类爆发,生物残体累积量沉降速度增加,致使沉积物有机质含量增高和水体浊度增加,局部形成厌氧环境，为CO2和CH4的产生提供了条件。因此，分析湖泊沉积物产生、生源要素循环的同时，强化分析底泥中释放的温室气体通量，是全面了解湖泊物质循环规律、获取湖泊气体动力学及其与温室效应现象潜在关系的重要方向。随着对温室效应的重视，对水田和沉积物中温室气体排放的研究较多。其中主要采用且多采用静态箱装置采集。与土壤-大气界面不同，湖泊界面主要采用底部开口，倒置且漂浮在湖泊上的箱体，“蹲点式”采集从湖泊底泥中上溢的温室气体。这种方式关注的是湖泊水一大气界面，无法原位采集湖泊底泥中的温室气体。温室气体主要由底泥中的微生物代谢产生，然后经过湖泊底泥-上覆水界面交换至水体，再经水体-大气界面交换作用而最终释放到大气中。因此，系统研究和分析温室气体释放的不同阶段特征，将有利于理解底泥中的温室气体特征，为削减自然温室排放提供依据。采集湖泊底泥中释放的温室气体量有如下难点1.泥一水界面位于湖泊的底层，无法通过常规的采样方式原位采集气体，且底泥中上溢的温室气体是无规律的扩散，难以采集且易被氧化；2.实验装置中的空气对采集的温室气体样品有很大的影响，如何精确获取释放气体量也是技术上的难题。

发明内容
本发明的目的是提供一种能够原位采集湖泊底泥温室气体的装置，该装置结构简单，操作方便，能固定在湖泊底泥中，于原位稳定地获取单位面积沉积物-水界面释放的温室气体。本发明是通过以下技术实现的
浅水湖泊温室气体原位采集装置，由原位采气系统、气体贮存系统、气样采集系统组成；其特征在于，原位采气系统与气体贮存系统由输气导管相连，原位采气系统固定在湖泊底泥上，气体贮存系统通过漂浮装置漂浮在湖面上；气样采集系统通过抽气管与气体贮存系统顶端相连，气体采集系统安置在采样船上，供实时采集气体样品用。所述的原位采气系统通过模具制成，由塑料套管、圆柱形箱体、滤网、可伸缩式搅拌器、可伸缩式抓地棒等组成，圆柱形箱体底部开口，顶部与塑料套管相连，其右上部开有出气口 ；塑料套管内通过固定板装有可伸缩式搅拌器，搅拌器贯穿整个采气系统，下部装有四片搅拌板，需要搅拌时，伸入底泥中搅拌，不需要时，缩回箱体内；固定装置夹在圆柱形箱体底部四周，并连有可伸缩式抓地棒，抓地棒表面均匀刻有刻度，可以定量测量装置插入底 泥的深度，其底部为正方形竹板；圆柱形箱体中上部装有滤网，以阻止可能的底泥上浮现象。采集气体样品的过程中，原位采气系统与湖泊底泥组合成一个密封系统，用来聚集从湖泊底泥中释放的温室气体。所述的气体贮存系统由漂浮装置、集气箱、进气口、进水口、排水管等组成。所述的集气箱为立方体塑料密封箱体，箱体表面均匀刻有刻度，可准确测量排水量，其体积与圆柱形箱体相当，顶部连有进水管，进水管上安有阀门；集气箱顶部右方连有抽气管，供抽气采样用；集气箱底部左侧为进气口，右侧为排水管；整个集气箱安置在漂浮装置上。为防止倒吸，所述的排水管呈双U型。所述的气体采集系统由抽气管、三通阀、塑料针筒及铝箔真空袋组成。所述的抽气管为透明娃胶管，外径0. 4cm,内径0. 3cm, 一端连接气体忙存系统的集气箱，另一端连接三通阀的阀门I。所述的塑料针筒及铝箔真空袋大小容量根据实际需要而定。本发明使用原位采气系统直接采集湖泊底泥中的温室气体，使用气体贮存系统收集纯温室气体，并通过三通阀阀门的开启及关闭，采用塑料针筒及真空铝箔袋采集气体样品。本发明的主要优点如下所述
I.该采样装置通过可伸缩的抓地棒固定在湖泊底泥中，圆柱形箱体的下沿与底泥形成了一个封闭系统，能够有效的原位采集单位体积底泥中上溢的温室气体。2.采气系统中装有可伸缩式搅拌棒，该搅拌棒能够伸入湖泊底泥内部，对底泥进行扰动搅拌，有利于底泥中温室气体的释放，为防止搅动过程中底泥颗粒上浮影响采气，在箱体中上部装有滤网；若不需要搅拌，可将搅拌棒缩入箱体内。3.采用排水法纯化并收集温室气体，能够避免集气箱中空气对温室气体的影响。通过漂浮装置使集气箱漂浮在水面上，能有效的防止倒吸，保证通畅的进气及出水效果。4.集气箱及可伸缩式抓地棒上都刻有刻度，能够定量的描述所测底泥的深度及排水的量，为采样过程提供精确的技术支持。5.采用塑料针筒定量抽取温室气体，并使用铝箔真空袋保存，能够长时间稳定的保存气体样品，以供带回实验室分析用，提高了实验数据的精确度。


图I是本发明的结构示意图 图2是排水集气法水气流动示意图
图3是可伸缩式抓地棒与圆柱形箱体固定方式示意图
图中1.可伸缩式搅拌器；2.塑料套管；3.固定板；4.圆柱形箱体；5.滤网；6.固定装置可伸缩式抓地棒；8.出气口 ；9.输气导管；10.集气箱；11.进水口 ；12.阀门；13.漂浮装置；14.进气口； 15阀门；16.阀门；17.排水管；18.抽气管；19.三通阀阀门I ;20.三通阀阀门2 ;21三通阀阀门3 ；22.塑料针筒；23.铝箔真空袋
具体实施例方式本发明的结构如图I所示,主要由原位采气系统、气体贮存系统、气样采集系统等 组成；原位采气系统与气体贮存系统由输气导管(9)相连，原位采气系统固定在湖泊底泥上，气体贮存系统通过漂浮装置(13)漂浮在湖面上；气样采集系统通过抽气管(18)与气体贮存系统顶端相连，气体采集系统安置在采样船上。原位采气系统由塑料套管(2)、圆柱形箱体⑷、滤网(5)、可伸缩式搅拌器⑴、可伸缩式抓地棒(7)等组成，圆柱形箱体(4)底部开口，顶部与塑料套管(2)相连，其右上部开有出气口(8);塑料套管(2)内通过固定板(3)装有可伸缩式搅拌器(I)，搅拌器贯穿整个采气系统，下部装有四片搅拌板，固定装置(6)夹在圆柱形箱体(4)底部四周，并连有可伸缩式抓地棒(7)，抓地棒表面刻有刻度，底部为正方形竹板；圆柱形箱体中上部装有滤网
(5)。气体贮存系统由漂浮装置(13)、集气箱(10)、进气口(14)、进水口(11)、排水管(17)等组成。所述的集气箱(10)为立方体塑料密封箱体，顶部连有进水口(11)，进水管上安有阀门；集气箱(10)顶部右方连有抽气管(18)，供抽气采样用；集气箱(10)底部左侧为进气口(14)，右侧为排水管(17)。气体采集系统由抽气管(18)、三通阀、塑料针筒(22)及铝箔真空袋(23)组成。所述的抽气管(18)为透明娃胶管,外径0. 4cm,内径0. 3cm, 一端连接气体忙存系统的集气箱(10 )，另一端连接三通阀的阀门(19 )。本发明的排水集气水气流动方式如图2所示，集气箱(10)通过漂浮装置(13)浮在水面上，集气箱(10)顶部设有进水口( 11 )，底部左侧设有进气口( 14)，右侧设有排水管
(17),通过进水口( 11)向集气箱(10)注水排尽箱内空气，然后开启阀门，采集到的气体通过进气口( 14)进入集气箱(10)，将箱内水从排水管(17)排出箱体，从而收集到纯净的温室气体，为防止倒吸，排水管(17 )设计成双U型。本发明的可伸缩式抓地棒与圆柱形箱体固定方式如图3所示，圆柱形箱体(4)和可伸缩式抓地棒(7)通过凹型固定装置(6)接合在一起，该装置共有四片凹形固定装置
(6)，分列在圆柱形箱体(4)的上下左右四处。本次采样选择的湖泊是太湖流域，具体的操作步骤如下所示将原位采气系统插入湖泊中，并缓缓下沉，使可伸缩式抓地棒插入底泥中。将气体贮存系统放置在近船处的水面上，打开进水管阀门，使集气箱中充满水，以排除箱内空气，此时，气体采集系统的三通阀阀门(19)、(20)、(21)均处于关闭状态。
采集气体时，将可伸缩式搅拌器伸入至底泥中，轻轻转动搅拌器，搅拌底泥，此时，底泥中的温室气体慢慢溢出，通过箱体上部的出气口排出，通过输气导管进入集气箱中，气体上浮，慢慢将集气箱中的水从排水管仲排出，待集气箱中液面稳定时，读取液面刻度，并关闭排水管及进水口处的阀门，打开阀门(20)、阀门(21)、关闭阀门(19)，用塑料针筒抽取气体样品，抽取完毕后，关闭阀门(21)，打开阀门(19)、阀门(20)，将塑料针筒中的气体样品转移至铝箔真空袋中，取下铝箔真空袋保存。集完毕，将原位采气系统取出，通过抓地棒上的泥面读取其刻度，并记录。检查滤 网通畅度，若部分被堵，用水冲洗；打开阀门(14)、(15)，排出集气箱中的水，并以同样的方法采集下一个点的气体样品。
权利要求
1.一种浅水湖泊温室气体原位采集装置，由原位采气系统、气体贮存系统、气样采集系统组成；其特征在于所述的原位采气系统与气体贮存系统由输气导管(9)相连，原位采气系统固定在湖泊底泥上，气体贮存系统通过漂浮装置(13)漂浮在湖面上；气样采集系统通过抽气管(18)与气体贮存系统顶端相连，气体采集系统安置在采样船上； 所述的原位采气系统由塑料套管(2)、圆柱形箱体(4)、滤网(5)、可伸缩式搅拌器(I)、可伸缩式抓地棒(7)组成，圆柱形箱体4底部开口，顶部与塑料套管(2)相连，其右上部开有出气口(8);塑料套管(2)内通过固定板(3)装有可伸缩式搅拌器(1)，搅拌器贯穿整个采气系统，下部装有四片搅拌板，固定装置(6)夹在圆柱形箱体(4)底部四周，并连有可伸缩式抓地棒(7)，抓地棒底部为正方形竹板；圆柱形箱体中上部装有滤网(5)； 所述的气体贮存系统由漂浮装置(13)、集气箱(10)、进气口(14)、进水口(11)、排水管(17)组成；集气箱(10)为立方体塑料密封箱体，顶部连有进水口(11)，进水管上安有阀门；集气箱(10)顶部右方连有抽气管(18)，集气箱(10)底部左侧设有进气口( 14)，右侧设有排水管(17)； 所述的气体采集系统由抽气管(18)、三通阀(19)、(20)、(21)、塑料针筒(22)及铝箔真空袋(23)组成；所述的抽气管(18) —端连接气体贮存系统的集气箱(10)，另一端连接阀门(21)，阀门(19)连接铝箔真空袋(23)，阀门(20)连接塑料针筒(22)。
2.根据权利要求I所述的浅水湖泊温室气体原位采集装置，其特征在于所述的抽气管(18)米用透明娃胶材料,外径0. 4cm,内径0. 3cm。
3.根据权利要求I所述的浅水湖泊温室气体原位采集装置，其特征在于所述的可伸缩式抓地棒(7)及集气箱(10)上均刻有刻度。
4.根据权利要求I所述的浅水湖泊温室气体原位采集装置，其特征在于所述的排水管(17)呈双U型。
全文摘要
本发明涉及一种浅水湖泊温室气体原位采集的方法及装置；由原位采气系统、气体贮存系统、气样采集系统等组成；原位采气系统能固定在湖泊底泥中，其上端连接气体贮存系统，气体贮存系统漂浮在水面上，并通过排水法收集底泥中释放的温室气体，经纯化的温室气体，通过塑料针筒打入真空铝箔袋中保存；该装置结构设计巧妙，操作简单，可以有效采集湖泊底泥中释放的温室气体，且采用排水法收集气体，能够排除装置中空气对采样过程造成的误差，具有较高的精准度。
文档编号G01N1/24GK102749228SQ20121019986
公开日2012年10月24日 申请日期2012年6月18日 优先权日2012年6月18日
发明者姜圣韬, 张松贺, 惠玉鑫, 王沛芳, 王超, 郭川, 顾桔 申请人:河海大学