專利名稱：一種測(cè)定整株樹木氣體交換的閉路箱式系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及植物-大氣間氣體交換測(cè)定技術(shù)，具體為一種測(cè)定整株樹木氣體交換的閉路箱式系統(tǒng)，它是可以整株樹木氣體交換的閉路箱式系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
自工業(yè)革命以來，由于人類活動(dòng)的加強(qiáng)，資源消耗型社會(huì)發(fā)展模式開始惡性膨脹，導(dǎo)致了地球氣候系統(tǒng)和地球生態(tài)系統(tǒng)過程的急劇變化。其中包括由于化石燃料的燃燒使大氣中CO2等溫室氣體的濃度不斷上升，致使碳循環(huán)與碳交換受到干擾，自然界的碳平衡被打亂。還有土地覆蓋變化和水資源的不合理利用，對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)水循環(huán)的強(qiáng)烈影響。以上問題的相互作用加劇了系列的全球環(huán)境問題，對(duì)人類自身的生存和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展帶來了巨大的威脅。而森林與大氣間的氣體交換是全球碳水循環(huán)主要的生化過程，這也使得該方面的研究在全球變化研究中發(fā)揮著重要的作用。
目前，對(duì)于森林與大氣間的氣體交換觀測(cè)研究主要集中在利用便攜式光合儀對(duì)組織水平(單葉、針簇、根系或樹干等)的氣體交換觀測(cè)、利用微氣象法對(duì)生態(tài)系統(tǒng)水平的氣體交換觀測(cè)和其他諸如穩(wěn)定性同位素技術(shù)、航空技術(shù)等間接方法的應(yīng)用。尚未有使用可靠、操作簡(jiǎn)便、商品化的成熟觀測(cè)系統(tǒng)直接應(yīng)用于單株水平(即整株樹木)氣體交換觀測(cè)。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用、適用范圍廣、改造方便和操作簡(jiǎn)單的測(cè)定整株樹木氣體交換的閉路箱式系統(tǒng)，解決現(xiàn)有技術(shù)中沒有使用可靠、操作簡(jiǎn)便、商品化的成熟觀測(cè)系統(tǒng)直接應(yīng)用于單株水平(即整株樹木)氣體交換觀測(cè)等問題，填補(bǔ)整株樹木氣體交換觀測(cè)系統(tǒng)的空白。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下 一種測(cè)定整株樹木氣體交換的閉路箱式系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括升降設(shè)備、箱體、底座和氣體分析儀，用于密閉受測(cè)樹木的箱體與升降設(shè)備連接，箱體設(shè)置于底座上，氣體分析儀的傳感器設(shè)置于箱體內(nèi)。
所述的測(cè)定整株樹木氣體交換的閉路箱式系統(tǒng)，升降設(shè)備為吊架式，在受測(cè)樹木上方，搭建一橫梁，橫梁中部安裝滑輪，橫梁高度為箱體高度的2-3倍，在地面上安置控制箱體升降的繩索絞動(dòng)裝置，繩索一端連接箱體，繩索另一端經(jīng)過橫梁中部的滑輪連接絞動(dòng)裝置。
所述的測(cè)定整株樹木氣體交換的閉路箱式系統(tǒng)，箱體采用鋼材焊制框架，框架表面用透明的聚乙烯薄膜覆裹成箱，覆裹時(shí)用雙面密封膠將薄膜粘合在框架上。
所述的測(cè)定整株樹木氣體交換的閉路箱式系統(tǒng)，在箱體內(nèi)部安裝氣體混合風(fēng)扇。
所述的測(cè)定整株樹木氣體交換的閉路箱式系統(tǒng)，底座包括底板和卡槽，卡槽安裝于底板上，用密封膠進(jìn)行密封，箱體密封安置于卡槽上。
所述的測(cè)定整株樹木氣體交換的閉路箱式系統(tǒng)，在底板中心鉆取允許受測(cè)樹木樹干通過的圓孔，沿著該圓孔的孔徑向外沿切割方便樹干進(jìn)入的底板條形通道。
所述的測(cè)定整株樹木氣體交換的閉路箱式系統(tǒng)，在底板易受遮蔭的面，鉆取用于進(jìn)氣管、紅外分析儀電纜線、葉室電纜線、參比室導(dǎo)氣管和樣品室導(dǎo)氣管通過的圓孔，作為電纜通道。
所述的測(cè)定整株樹木氣體交換的閉路箱式系統(tǒng)，氣體分析儀采用便攜式光合儀，便攜式光合儀的控制和操作臺(tái)部分設(shè)置于箱體外，便攜式光合儀的傳感器密封在箱體內(nèi)，便攜式光合儀的控制和操作臺(tái)部分與便攜式光合儀的傳感器通過電纜相連。
本發(fā)明的有益效果是 1、本發(fā)明中，升降設(shè)備為吊架式，吊架上還安裝了固定箱體的附屬設(shè)施；箱體用于密閉受測(cè)樹木，內(nèi)部安裝了氣體混合風(fēng)扇；底座由底板和卡槽兩部分組成，卡槽用于密封箱體；采用本發(fā)明，通過便攜式光合儀傳感器上的氣體分析儀對(duì)箱體內(nèi)部CO2和H2O氣體濃度的監(jiān)測(cè)，可以實(shí)現(xiàn)整株樹木CO2和H2O氣體濃度的同時(shí)觀測(cè)，可以直接反映出密閉在箱體內(nèi)部的整株樹木氣體交換特性。另外，如果把該系統(tǒng)的底板去除，直接將卡槽埋于地面并對(duì)其周圍密封，該系統(tǒng)還可以直接測(cè)定土壤和整株樹木共同的氣體交換。因此，運(yùn)用本發(fā)明閉路箱式系統(tǒng)可以直接進(jìn)行整株植物與大氣間和土壤-植物系統(tǒng)與大氣間的氣體交換觀測(cè)研究。
2、采用本發(fā)明，能自動(dòng)采集和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，能夠自動(dòng)監(jiān)測(cè)箱體空氣溫度、空氣相對(duì)濕度、光合有效輻射和大氣壓等環(huán)境因子，有利于樹木氣體交換的研究和應(yīng)用。



圖1本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例安裝圖； 圖2本發(fā)明的卡槽設(shè)計(jì)示意圖； 其中，A便攜式光合儀的控制和操作臺(tái)部分；B便攜式光合儀的傳感器(分析測(cè)定部分IRGA)；C受測(cè)樹木； 1進(jìn)氣管；2電纜(包括進(jìn)氣管、分析儀和葉室電纜線、參比室和樣品室導(dǎo)氣管、風(fēng)扇電線等)；3氣體混合風(fēng)扇；4蓄電池或外接電源；5底板條形通道；6箱體把手；7樹干；8圓孔(樹木樹干通過處)；9底座卡槽處；10繩索；11橫梁；12滑輪；13絞動(dòng)裝置；14底板；15箱體；16卡槽；17卡槽外圍；18箱體底框；19卡槽內(nèi)圍；20電纜通道。

具體實(shí)施例方式 如圖1-圖2所示，本發(fā)明測(cè)定整株樹木氣體交換的閉路箱式系統(tǒng)主要有四部分升降設(shè)備、箱體、底座和氣體分析儀，用于密閉受測(cè)樹木的箱體與升降設(shè)備連接，箱體設(shè)置于底座上，氣體分析儀的傳感器設(shè)置于箱體內(nèi)。具體結(jié)構(gòu)如下升降設(shè)備為吊架式。首先，在受測(cè)樹木C正上方，沿東西走向搭建一橫梁11，橫梁11中部安裝滑輪12。橫梁11高度為箱體15高度的2-3倍，長(zhǎng)度以箱體15能寬松升降為宜。然后，在地面上安置一套繩索10的絞動(dòng)裝置13，以控制箱體15的升降。繩索10一端連接箱體15，經(jīng)過橫梁中部的滑輪12，再連接絞動(dòng)裝置13。當(dāng)需要箱體密閉時(shí)，就把箱體15放下；當(dāng)測(cè)定完成后，即可通過絞動(dòng)裝置13把箱體升起。為了防止在大風(fēng)情況下，上升到高處的箱體15搖擺，吊架上還可以安裝固定箱體15的附屬設(shè)施。
箱體為了保證箱體15的硬度和強(qiáng)度，并且最大程度減少框架結(jié)構(gòu)對(duì)箱內(nèi)光線的遮擋，采用橫截面為1.5×1.5cm鋼材焊制框架。箱體15大小以受測(cè)樹木C的樹冠大小設(shè)計(jì)制作。框架表面用透明的聚乙烯薄膜覆裹成箱，覆裹時(shí)用雙面密封膠將薄膜粘合在框架上。由于許多氣體的比重大于空氣，為了防止氣體沉降導(dǎo)致箱內(nèi)局部氣體濃度差異，并降低該現(xiàn)象引起的測(cè)定誤差，在箱體內(nèi)部對(duì)角線位置安裝了四個(gè)12V的氣體混合風(fēng)扇3，氣體混合風(fēng)扇3通過電纜與蓄電池或外接電源箱體4連接，箱體15連有進(jìn)氣管1，箱體15上安裝有箱體把手6。
底座箱體底座由底板14和卡槽16兩部分組成(見圖1-圖2)，底座卡槽處9安裝卡槽16，卡槽16為位于外側(cè)的卡槽外圍17與位于內(nèi)側(cè)的卡槽內(nèi)圍19圍成，底板14和卡槽16用螺栓安裝一起后，再用密封膠進(jìn)行密封。底板14大小和形狀以箱體15橫截面設(shè)定，一般比箱體15底部長(zhǎng)寬外延15-20cm。在底板14中心鉆取一個(gè)圓形孔洞(圓孔8)，以允許受測(cè)樹木C的樹干7通過。圓孔8孔徑依據(jù)樹干7直徑大小調(diào)整。沿著該孔徑向外沿切割一個(gè)底板條形通道5以方便樹干7進(jìn)入(見圖2)，在底板14易受遮蔭的北面，鉆取五個(gè)圓孔(直徑約8mm)作為電纜通道20，用于進(jìn)氣管、紅外分析儀電纜線、葉室電纜線、參比室導(dǎo)氣管和樣品室導(dǎo)氣管通過。底座高度設(shè)計(jì)為比樹木第一活枝低3cm左右?？ú?6的設(shè)計(jì)目的是在測(cè)定時(shí)方便儲(chǔ)油以密閉箱體15，材質(zhì)為鋁塑或塑鋼，該材質(zhì)防水且對(duì)CO2影響不大?？ú?6尺寸嚴(yán)格依照箱體15橫截面大小，卡槽16的深度和寬度以能寬松放入箱體底框18的框架為宜，本實(shí)例的卡槽深度和寬度都為3cm。
氣體分析儀氣體分析儀采用美國(guó)LICOR公司的Li-6400便攜式光合儀，便攜式光合儀的控制和操作臺(tái)部分A設(shè)置于箱體15外，將便攜式光合儀的傳感器(分析測(cè)定部分IRGA，Infrared Gas Analyzers紅外線氣體分析儀)B密封在箱體15內(nèi)，以測(cè)定箱體15內(nèi)的氣體濃度變化情況，同時(shí)還能測(cè)定箱體15內(nèi)的光、溫度等環(huán)境因子的變化。便攜式光合儀的控制和操作臺(tái)部分A與便攜式光合儀的傳感器B通過電纜2相連。
該系統(tǒng)將便攜式光合儀的傳感器B和進(jìn)氣口安置在箱體15內(nèi)部，在氣體分析儀內(nèi)部氣泵的驅(qū)動(dòng)下，氣體不斷在測(cè)定系統(tǒng)中循環(huán)流動(dòng)，從而構(gòu)成了一個(gè)動(dòng)態(tài)閉合回路。
系統(tǒng)安裝與調(diào)試完之后，開始對(duì)受測(cè)樹木C的氣體交換進(jìn)行觀測(cè)。本發(fā)明閉路箱式系統(tǒng)操作比較簡(jiǎn)便，歸納起來每一個(gè)觀測(cè)周期主要有四個(gè)操作過程 (1)箱體15降落； (2)氣體分析儀器啟動(dòng)觀測(cè)，并自動(dòng)采集數(shù)據(jù)； (3)測(cè)定時(shí)間結(jié)束，氣體分析儀器關(guān)閉； (4)箱體15升起。
測(cè)定結(jié)束后，對(duì)受測(cè)樹木C的氣體交換速率進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式如下 式中，F(xiàn)表示為受測(cè)樹木C單位時(shí)間單位葉面積的氣體交換速率(μmol·m-2·s-1)，ρ為箱內(nèi)溫度下的空氣密度(mol·m-3)，

表示觀測(cè)時(shí)間Δt(s)內(nèi)箱內(nèi)所測(cè)氣體濃度的變化速率(μmol·mol-1·s-1)，這個(gè)變化率由Li-6400便攜式光合儀測(cè)定的數(shù)據(jù)擬合得到。Vchamber為箱體的有效體積(m3)，即箱體體積除去樹冠、氣管、電纜、風(fēng)扇和分析儀等所占的體積。Acanopy為整個(gè)樹木冠層的葉面積(m2)。其中， 式中P為箱內(nèi)大氣壓(KPa)，該值可以由Li-6400便攜式光合儀上的附加傳感器測(cè)定得到。R為理想氣體常數(shù)(8.314×10-3m3·KPa·mol-1·K-1)。Tchamber為箱內(nèi)氣體溫度(K)，該溫度可也可以由Li-6400便攜式光合儀上的附加傳感器測(cè)定得到。
權(quán)利要求
1、一種測(cè)定整株樹木氣體交換的閉路箱式系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括升降設(shè)備、箱體、底座和氣體分析儀，用于密閉受測(cè)樹木的箱體與升降設(shè)備連接，箱體設(shè)置于底座上，氣體分析儀的傳感器設(shè)置于箱體內(nèi)。
2、按照權(quán)利要求1所述的測(cè)定整株樹木氣體交換的閉路箱式系統(tǒng)，其特征在于升降設(shè)備為吊架式，在受測(cè)樹木上方，搭建一橫梁，橫梁中部安裝滑輪，橫梁高度為箱體高度的2-3倍，在地面上安置控制箱體升降的繩索絞動(dòng)裝置，繩索一端連接箱體，繩索另一端經(jīng)過橫梁中部的滑輪連接絞動(dòng)裝置。
3、按照權(quán)利要求1所述的測(cè)定整株樹木氣體交換的閉路箱式系統(tǒng)，其特征在于箱體采用鋼材焊制框架，框架表面用透明的聚乙烯薄膜覆裹成箱，覆裹時(shí)用雙面密封膠將薄膜粘合在框架上。
4、按照權(quán)利要求3所述的測(cè)定整株樹木氣體交換的閉路箱式系統(tǒng)，其特征在于在箱體內(nèi)部安裝氣體混合風(fēng)扇。
5、按照權(quán)利要求1所述的測(cè)定整株樹木氣體交換的閉路箱式系統(tǒng)，其特征在于底座包括底板和卡槽，卡槽安裝于底板上，用密封膠進(jìn)行密封，箱體密封安置于卡槽上。
6、按照權(quán)利要求5所述的測(cè)定整株樹木氣體交換的閉路箱式系統(tǒng)，其特征在于在底板中心鉆取允許受測(cè)樹木樹干通過的圓孔，沿著該圓孔的孔徑向外沿切割方便樹干進(jìn)入的底板條形通道。
7、按照權(quán)利要求5所述的測(cè)定整株樹木氣體交換的閉路箱式系統(tǒng)，其特征在于在底板易受遮蔭的面，鉆取用于進(jìn)氣管、紅外分析儀電纜線、葉室電纜線、參比室導(dǎo)氣管和樣品室導(dǎo)氣管通過的圓孔，作為電纜通道。
8、按照權(quán)利要求1所述的測(cè)定整株樹木氣體交換的閉路箱式系統(tǒng)，其特征在于氣體分析儀采用便攜式光合儀，便攜式光合儀的控制和操作臺(tái)部分設(shè)置于箱體外，便攜式光合儀的傳感器密封在箱體內(nèi)，便攜式光合儀的控制和操作臺(tái)部分與便攜式光合儀的傳感器通過電纜相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及植物-大氣間氣體交換測(cè)定技術(shù)，具體為一種測(cè)定整株樹木氣體交換的閉路箱式系統(tǒng)，解決現(xiàn)有技術(shù)中沒有使用可靠、操作簡(jiǎn)便、商品化的成熟觀測(cè)系統(tǒng)直接應(yīng)用于單株水平(即整株樹木)氣體交換觀測(cè)等問題。該系統(tǒng)包括升降設(shè)備、箱體、底座和氣體分析儀，用于密閉受測(cè)樹木的箱體與升降設(shè)備連接，箱體設(shè)置于底座上，氣體分析儀的傳感器設(shè)置于箱體內(nèi)。氣體分析儀采用美國(guó)LICOR公司的Li-6400便攜式光合儀，測(cè)定時(shí)需要把傳感器(含IRGA)被密封在箱體內(nèi)。采用本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)整株樹木CO2和H2O氣體濃度的同時(shí)觀測(cè)，且能自動(dòng)采集和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，能夠自動(dòng)監(jiān)測(cè)箱體空氣溫度、空氣相對(duì)濕度、光合有效輻射和大氣壓等環(huán)境因子，有利于樹木氣體交換的研究和應(yīng)用。
文檔編號(hào)A01G7/00GK101622944SQ20081001227
公開日2010年1月13日 申請(qǐng)日期2008年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月11日
發(fā)明者袁鳳輝, 關(guān)德新 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所