一种农田生态系统CO2通量自动监测系统

技术领域

本发明属于生态学的技术领域，具体涉及一种农田生态系统CO₂通量自动监测系统。

背景技术

农田生态系统中CO₂通量的日变化规律，作物在不同生育期的CO₂通量变化规律，以及作物在整个生长期CO₂通量的变化规律和碳平衡等方面亟需开展相关的研究工作，这也是目前相关的学科领域（农学、生态学和环境科学等）研究的热点。

在目前研究工作中，关于静态明箱高度的控制主要是通过人工叠加有机玻璃静态明箱实现的。其局限性为：叠加时操作困难，难以进行持续监测和多地点同时监测，而且在操作过程中易出现安全隐患，静态箱在运输过程中也不方便。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种农田生态系统CO₂通量自动监测系统，以解决现有静态明箱叠加时操作困难，难以进行持续监测和多地点同时监测和运输不便的问题。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种农田生态系统CO₂通量自动监测系统，包括若干套合的静态明箱、自动升降机和CO₂监测装置；CO₂监测装置设于静态明箱内，用于实时检测静态明箱内的CO₂浓度；自动升降机用于夹持静态明箱调节其高度；若干套合的静态明箱和自动升降机，均用于CO₂监测装置检测不同高度的CO₂浓度；

静态明箱两侧均安装有一上挡板和下档案；上挡板和下档案上均贴有泡沫塑料软管；相邻泡沫塑料软管贴合密封相邻的两静态明箱；

自动升降机包括底座，固定于底座下方的滑轮，固定于底座上的支架；支架内固定有一滑轮；滑轮外侧连接有用于夹持静态明箱，调节其高度的固定扶手；

CO₂监测装置包括总控制装置和通过传输线缆与总控制装置连接的CO₂浓度测试仪；CO₂浓度测试仪固定于静态明箱顶盖上；静态明箱顶盖通过铰链活动连接于静态明箱上。

优选地，总控制装置上设有与总电源控制开关连接的CO₂通量记录器显示屏、CO₂测试仪控制器、顶盖控制开关和自动升降机控制器；>2测试仪控制器控制CO₂浓度测试仪检测静态明箱内的CO₂浓度，将检测的CO₂浓度显示于CO₂通量记录器显示屏上；自动升降机控制器用于控制自动升降机调节静态明箱的高度。

优选地，静态明箱上均安装有环箍。

优选地，静态明箱上设有一可伸缩的铝合金支管。

优选地，铝合金支管为二通或三通的铝合金管。

优选地，最里层静态明箱内设有两风扇和与风扇连接的电池。

优选地，两风扇错位设置在静态明箱的两侧壁。

优选地，最里层静态明箱下设有一不锈钢底座；不锈钢底座尺寸和静态明箱下表面面积大小一致。

优选地，最里层静态明箱和不锈钢底座通过泡沫塑料软管连接密封。

本发明提供的农田生态系统CO₂通量自动监测系统，具有以下有益效果：

本发明系统模拟自然条件，实现了随着作物生长高度而对静态明箱高度进行控制，并且在不改变静态明箱内土壤或作物生长的其他条件下，对静态明箱内CO₂通量实施自动监测。

本系统通过套合若干静态明箱，利用泡沫塑料软管贴合密封相邻的两静态明箱，配合自动升降机，实现对静态明箱高度的调控，使其能够跟随作物生长情况而实时调整监测高度。

除此，本系统高度自动化，CO₂监测装置上设有总控制装置，总控制装置上安装有CO₂通量记录器显示屏、CO₂测试仪控制器、顶盖控制开关、自动升降机控制器和总电源控制开关，用于实时监测农田生态系统的CO₂通量，并将结果显示于CO₂通量记录器显示屏上，使结果更加直观，便于后续数据的收集和研究，同时在调整静态明箱的高度时，只需要通过自动升降机控制器控制升降机的升降即可，而且设有总电源控制开关，使得操作更加安全，避免安全隐患。

该系统仅对静态明箱的高度进行调控，不影响静态箱内作物生长的其他自然环境，具有操作方便、可持续监测、易携带和易组装的特点，可用于监测作物在不同生长期不同高度条件下农田生态系统CO₂通量排放的研究；配合自动气象站等可用于长期野外农田生态系统的研究工作；在多地同时设立静态明箱，并将多地的静态明箱内都连接CO₂监测装置，实现多地点持续同时的监测。

附图说明

图1为农田生态系统CO₂通量自动监测系统静态明箱套合固定的结构示意图。

图2为农田生态系统CO₂通量自动监测系统静态明箱顶盖结构示意图。

图3为农田生态系统CO₂通量自动监测系统总控制装置结构示意图。

图4为农田生态系统CO₂通量自动监测系统相邻静态明箱的套合密封结构示意图。

图5为农田生态系统CO₂通量自动监测系统自动升降机结构示意图。

图6为农田生态系统CO₂通量自动监测系统自动升降机提升套合的静态明箱结构示意图。

其中，1、静态明箱；2、铝合金支管；3、风扇；4、电池；5、CO₂浓度测试仪；6、不锈钢底座；7、传输线缆；8、顶盖；9、环箍；10、上挡板；11、铰链；12、总控制装置；13、CO₂通量记录器显示屏；14、CO₂测试仪控制器；15、顶盖控制开关；16、自动升降机控制器；17、总电源控制开关；18、下挡板；19、泡沫塑料软管；20、底座；21、滑轮；22、支架；23、滑轮；24、固定扶手。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案的实施方式进行详细地说明：

根据本申请的一个实施例，如图1-6所示，本方案的农田生态系统CO₂通量自动监测系统，包括若干套合的静态明箱1、自动升降机和CO₂监测装置，CO₂监测装置设于静态明箱内，用于实时检测静态明箱内的CO₂浓度，自动升降机用于夹持静态明箱调节其高度，若干套合的静态明箱和自动升降机，均用于CO₂监测装置检测不同高度的CO₂浓度。

如图4所示，静态明箱1内外两侧分别安装有一宽2cm的上挡板10和下挡板18，上挡板10和下挡板18上均贴有泡沫塑料软管19，当上挡板10和下挡板18互相结合时，相邻泡沫塑料软管19贴合，密封相邻的两静态明箱1。

如图1所示，在套合的最里层静态明箱1内，错位设置有风扇3，用于混合静态明箱1内的气体，并固定一个电池4作电源。除此，最里层静态明箱1下设有一不锈钢底座6，不锈钢底座6尺寸和静态明箱1下表面面积大小一致，并通过泡沫塑料软管19与静态明箱1连接，用于固定密封最里层的静态明箱1。

静态明箱1上均安装有一环箍9，且静态明箱1上套合有一可伸缩的铝合金支管2，用于防止静态明箱1下滑。其中铝合金支管2为二通或三通的铝合金管，方便携带、安装和拆卸。

如图5所示，自动升降机包括底座20，固定于底座20下方的滑轮21，固定于底座20上的支架22，支架22内固定有一滑轮23，滑轮23外侧连接有一固定扶手23，固定扶手23用于夹持静态明箱1，并用于调节静态明箱1高度，以满足植被在不同时期的生长高度。

如图2和图3所示，CO₂监测装置包括总控制装置12和通过传输线缆7与总控制装置12连接的CO₂浓度测试仪5，CO₂浓度测试仪5固定于静态明箱1的顶盖8上，静态明箱1的顶盖8通过铰链11活动连接于静态明箱1上，可通过调节静态明箱1上顶盖8的位置进而调节CO₂浓度测试仪5的悬挂位置，确保CO₂浓度测试仪5位于静态明箱1的中部，使监测的数据具有准确性和代表性。

其中总控制装置12上设有与总电源控制开关17连接的CO₂通量记录器显示屏13、CO₂测试仪控制器14、顶盖控制开关15和自动升降机控制器16。

CO₂通量记录器显示屏13和CO₂测试仪控制器14连接，CO₂测试仪控制器14控制CO₂浓度测试仪5用于实时监测静态明箱1内的CO₂浓度，并将数据显示于CO₂通量记录器显示屏13上，作为后期农田生态系统中CO₂通量的研究数据。

其中CO₂浓度测试仪5为testo-535型CO₂测试仪，该仪器可用来监测即时CO₂浓度和短期内CO₂浓度的变化，可测量的CO₂浓度范围为0—9999ppm，使监测更加方便。

自动升降机控制器16用于调整静态明箱1的高度，不需人为的叠加，只需要操作控制自动升降机控制器16控制升降机的升降即可，而且设有总电源控制开关17，控制CO₂通量记录器显示屏13、CO₂测试仪控制器14、顶盖控制开关15和自动升降机控制器16的启闭，使得操作更加安全，避免安全隐患。

具体流程：如图6所示，将套合的静态明箱1安装在监测点的不锈钢底座6上，根据实验要求，利用自动升降机调节静态明箱1套合的高度。每节静态明箱1的高度固定，根据套合的静态明箱1节数来控制静态明箱1的总高度，如一节静态明箱1的高为0.5m，如果要控制1m的高度，就需要采用两节高0.5m的有静态明箱1，以此类推。

当安装好静态明箱1后，将自动升降机固定在静态明箱1外，通过固定扶手调节静态明箱1的高度。打开总电源控制开关17，控制静态明箱1的升降高度，到达一定高度后用环箍9套在静态明箱1外，再用铝合金支管2支撑。通过总控制装置12上的顶盖控制开关15控制顶盖8关闭，监测开始。

同时，将静态明箱1内的风扇3打开，使箱内的气体均匀混合。

在监测时，CO₂浓度测试仪5通过传输线缆7与CO₂通量记录器显示屏13相连，可自动持续监测静态明箱1内的CO₂浓度，并通过调节CO₂测试仪控制器14来控制数据输出频率和时间间隔。

在每天的持续监测中，每监测15min可将静态明箱1放下，便于静态明箱1与大气的气体交换，保证作物的正常生长。每次的观测时间长短可根据研究要求进行调节。

当观测结束，断开CO₂浓度测试仪5与CO₂通量记录器显示屏13间的传输线缆7，通过总控制装置12控制静态箱1上的顶盖8开启，利用自动升降机将静态明箱1放下，重新套合在一起，系统回复原始观测状态。

该系统通过对静态明箱高度的调控，不影响静态箱内作物生长的其他自然环境。具有操作方便、可持续监测、易携带和易组装的特点，可用于监测作物在不同生长期不同高度条件下农田生态系统CO₂通量排放的研究。配合自动气象站等可用于长期野外农田生态系统的研究工作。在多地同时设立静态明箱，并将多地的静态明箱都连接于CO₂监测装置，实现多地点持续同时的监测。

虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。