冻融过程对土壤环境影响的室内模拟系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种冻融过程对土壤环境影响的室内模拟系统，涉及冰冻圈科学研究技术领域。系统包括人工气候箱、土壤存储器(含土柱)、温室气体传输采集通道(含CO2浓度传感器)、土壤温湿盐传感器和数据采集器。控制箱内温度正负波动的气候箱中分两层设置测试柜，土柱置于上层测试柜内，下层测试柜保存可定期取样分析的土壤样品。土壤温湿盐传感器与土柱密封连接，无泄漏的采集通道用于输送土柱内产生的温室气体至人工气候箱外进行定期采集及量化研究，CO2浓度传感器能对采集通道内CO2浓度进行实时检测，各传感器监测数据由箱外的数据采集器采集存储。系统可为冻融对土壤环境影响方面的研究提供科学技术支撑并弥补原位观测研究的不足。

Indoor simulation system of the effect of freezing and thawing on Soil Environment

The utility model provides an indoor simulation system for the influence of the freezing and thawing process on the soil environment, which relates to the scientific research field of the frozen circle. The system includes artificial climate box, soil storage (including soil column), greenhouse gas transmission acquisition channel (including CO2 concentration sensor), soil temperature and humidity salt sensor and data acquisition device. The test box is divided into two layers in the climate box with positive and negative fluctuations in the temperature of the box, the soil column is placed in the upper level test cabinet, and the lower test cabinet holds the soil samples that can be regularly sampled and analyzed. Soil temperature and soil moisture and salinity sensor and soil column sealing connection, no leakage for acquisition of greenhouse gases produced in the transport of soil column to artificial climate box outside the regular collection and quantification, CO2 concentration sensor for real-time detection of CO2 concentration acquisition channel, the sensor monitoring data acquisition data storage from outside the box. The system can provide scientific and technical support for the study of the effect of freezing and thawing on soil environment and make up for the inadequacy of in situ observation.

【技术实现步骤摘要】
冻融过程对土壤环境影响的室内模拟系统
本技术涉及冰冻圈科学研究
，具体而言，涉及一种冻融过程对土壤环境影响的室内模拟系统。
技术介绍
土壤冻融过程(或称冻融循环)，是由于昼夜或季节热量变化在表土及以下一定深度形成反复冻结—融化的土壤过程，该现象在中、高纬度或高海拔地区非常普遍。据研究，北半球近57％的陆地面积经历土壤冻融过程。众多已研究表明，冻融交替作用对土壤环境有着强烈影响，主要是通过改变土壤水热特性而对土壤物理特征、化学性质、微生物群落组成结构和活性及温室气体产生排放等产生效应。因此，冻融过程对土壤环境的影响过程复杂、深远而且强烈，目前正在成为一项新的国际性前沿课题和热点领域，其重视度在与日俱增。青藏高原是土壤冻融过程频发区，土壤冻融频度和强度大，进而造成的土壤侵蚀、盐渍化、荒漠化及植被衰退等现象也非常严重，已对高原生态的可持续发展构成了巨大的环境压力。然而，由于恶劣的自然条件，开展土壤冻融过程的野外原位控制试验难度大、成本高等。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种冻融过程对土壤环境影响的室内模拟系统，其能够方便快捷模拟研究冻融过程中的土壤环境(水热盐、微生物群落结构组成与功能、碳氮储量和温室气体产生排放等)变化过程与内在机理。本技术的实施例是这样实现的：本技术的实施例提供了一种冻融过程对土壤环境影响的室内模拟系统，包括人工气候箱、第一测试柜、第二测试柜、土柱、同所述土柱密封配合的温室气体传输采集通道、土壤温湿盐传感器和数据采集器。所述人工气候箱的内部具有空腔，所述第一测试柜和所述第二测试柜均布置于所述空腔，所述人工气候箱用于控制所述第一测试柜和所述第二测试柜内的温度第一时间高于预设值或者第二时间低于预设值，所述土柱的数量为多个且均设置于所述第一测试柜内，所述第二测试柜用于容纳需要土壤理化和微生物特征分析的土壤样品，所述土壤温湿盐传感器的数量为多个且每个所述土壤温湿盐传感器均与一个所述土柱连接且所述土壤温湿盐传感器的监测数据由所述数据采集器采集存储，所述温室气体传输采集通道包含CO2浓度传感器，所述CO2浓度传感器的数量为多个且每个所述CO2浓度传感器均与一个所述土柱配合，检测所述温室气体传输采集通道中的CO2浓度且其监测数据由所述数据采集器采集存储，所述温室气体传输采集通道能够将温室气体输送至所述人工气候箱外部。另外，根据本技术的实施例提供的冻融过程对土壤环境影响的室内模拟系统，还可以具有如下附加的技术特征：在本技术的可选实施例中，所述第一测试柜和所述第二测试柜温度的预设值为0.0℃。在本技术的可选实施例中，所述人工气候箱包括显示屏和调节按钮，每个所述显示屏均具有与之对应的所述调节按钮。在本技术的可选实施例中，所述显示屏包括用于显示周期/时段的第一显示屏，用于显示时间的第二显示屏，用于显示温度的第三显示屏和用于显示湿度的第四显示屏，各项显示变量可通过调节按钮来控制。在本技术的可选实施例中，所述冻融过程对土壤环境影响的室内模拟系统还包括集气瓶，所述集气瓶通过第一管道与所述土柱连通，所述CO2浓度传感器设置于所述集气瓶且能够检测所述集气瓶内的CO2浓度，所述集气瓶还通过用于采集气体的第二管道与外部环境连通。为了量化研究的准确性，温室气体传输采集通道需保证完全密封，以避免温室气体泄漏和污染。在本技术的可选实施例中，所述集气瓶与外部环境的连通状态通过设置于所述人工气候箱外的三通阀控制。在本技术的可选实施例中，所述冻融过程对土壤环境影响的室内模拟系统还包括与所述数据采集器连接的无线传输器，以将测量数据发送至外部接收设备。在本技术的可选实施例中，所述冻融过程对土壤环境影响的室内模拟系统还包括能够给数据采集器供电的供电系统。在本技术的可选实施例中，所述第一测试柜和所述第二测试柜之间采用铁丝网隔离。本技术的有益效果是：冻融过程对土壤环境影响的室内模拟系统，使用人工气候箱来调控第一测试柜和第二测试柜的温度，通过分时段地控制温度保持0.0℃以下或者以上来模拟土壤的冻融过程，并对处于不同温度阶段的土壤样品进行各类数据相关的采集测定，如在温室气体传输采集通道内实时监测CO2浓度，定期采集通道内的气体进行CO2、CH4和N2O等的量化研究以及定期提取第二测试柜中的土壤样品进行土壤理化和微生物特征等分析。使得对于土壤冻融过程的研究更为可行，既缩短了研究时间，降低研究成本，又能取得切实的研究数据，具有很好的使用价值。并且通过在合适的场所构建这样的冻融过程对土壤环境影响的室内模拟系统，可以让研究的难度得以降低，为土壤冻融的研究提供更好的数据采集基础。实现方便快捷地进行土壤冻融过程中的土壤水热盐条件、微生物群落结构组成与功能和碳/氮储量的变化，以及温室气体(CO2、CH4和N2O等)产生排放量的模拟研究，可为冻融对土壤环境影响方面的研究提供科学技术支撑并弥补原位观测研究的不足。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，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技术的某些实施例，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。图1为本技术的实施例1提供的冻融过程对土壤环境影响的室内模拟系统的第一个视角下的示意图；图2为图1所示的A处的局部放大图；图3为图1所示的CO2浓度传感器等部件的示意图；图4为图1所示的数据采集器等部件的示意图；图5为图1所示的冻融过程对土壤环境影响的室内模拟系统的第二个视角下的示意图；图6为图5所示的B处的局部放大图；图7为图1所示的C处的局部放大图；图8为本技术的实施例1提供的第一测试柜的结构示意图；图9为图8所示的第一测试柜的透视图；图10为本技术的实施例1提供的第二测试柜的结构示意图；图11为图1所示的D处的局部放大图；图12为图1所示的冻融过程对土壤环境影响的室内模拟系统的第三个视角下的示意图；图13为图2所示的土壤温湿盐传感器的结构示意图；图14为图2所示的集气瓶的示意图；图15为图1所示的E处的局部放大图。图标：100-冻融过程对土壤环境影响的室内模拟系统；10-人工气候箱；112-第一显示屏；114-第二显示屏；116-第三显示屏；118-第四显示屏；13-调节按钮；15-化霜定时器；16-电源开关；17-化霜开关；18-保险丝座；20-第一测试柜；21-箱体；212-立柱条；23-箱门；25-机柜锁；27-外接孔；30-第二测试柜；31-铝制容器；35-抽气针头；40-土柱；50-土壤温湿盐传感器；51-探针；52-传输线路；60-CO2浓度传感器；70-数据采集器；80-集气瓶；81-橡胶塞；812-孔洞；83-第一管道；84-第二管道；90-无线传输器；95-供电系统；101-铁丝网；102-排水孔；103-三通阀；104-加湿器；1041-加湿器插座。具体实施方式为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冻融过程对土壤环境影响的室内模拟系统，其特征在于，包括人工气候箱、第一测试柜、第二测试柜、土柱、同所述土柱密封配合的温室气体传输采集通道、土壤温湿盐传感器和数据采集器；所述人工气候箱的内部具有空腔，所述第一测试柜和所述第二测试柜均布置于所述空腔，所述人工气候箱用于控制所述第一测试柜和所述第二测试柜内的温度第一时间高于预设值或者第二时间低于预设值，所述土柱的数量为多个且均设置于所述第一测试柜内，所述第二测试柜用于容纳需要土壤理化和微生物特征分析的土壤样品，所述土壤温湿盐传感器的数量为多个且每个所述土壤温湿盐传感器均与一个所述土柱连接且所述土壤温湿盐传感器的监测数据由所述数据采集器采集存储，所述温室气体传输采集通道包含CO2浓度传感器，所述CO2浓度传感器的数量为多个且每个所述CO2浓度传感器均与一个所述土柱配合，检测所述温室气体传输采集通道中的CO2浓度且其监测数据由所述数据采集器采集存储，所述温室气体传输采集通道能够将温室气体输送至所述人工气候箱外部；所述冻融过程对土壤环境影响的室内模拟系统还包括集气瓶，所述集气瓶通过第一管道与所述土柱连通，所述CO2浓度传感器设置于所述集气瓶且能够检测所述集气瓶内的CO2浓度，所述集气瓶还通过用于采集气体的第二管道与外部环境连通，所述集气瓶与外部环境的连通状态通过设置于所述人工气候箱外的三通阀控制；所述冻融过程对土壤环境影响的室内模拟系统还包括与所述数据采集器连接的无线传输器，以将测量数据发送至外部接收设备。...

【技术特征摘要】
1.一种冻融过程对土壤环境影响的室内模拟系统，其特征在于，包括人工气候箱、第一测试柜、第二测试柜、土柱、同所述土柱密封配合的温室气体传输采集通道、土壤温湿盐传感器和数据采集器；所述人工气候箱的内部具有空腔，所述第一测试柜和所述第二测试柜均布置于所述空腔，所述人工气候箱用于控制所述第一测试柜和所述第二测试柜内的温度第一时间高于预设值或者第二时间低于预设值，所述土柱的数量为多个且均设置于所述第一测试柜内，所述第二测试柜用于容纳需要土壤理化和微生物特征分析的土壤样品，所述土壤温湿盐传感器的数量为多个且每个所述土壤温湿盐传感器均与一个所述土柱连接且所述土壤温湿盐传感器的监测数据由所述数据采集器采集存储，所述温室气体传输采集通道包含CO2浓度传感器，所述CO2浓度传感器的数量为多个且每个所述CO2浓度传感器均与一个所述土柱配合，检测所述温室气体传输采集通道中的CO2浓度且其监测数据由所述数据采集器采集存储，所述温室气体传输采集通道能够将温室气体输送至所述人工气候箱外部；所述冻融过程对土壤环境影响的室内模拟系统还包括集气瓶，所述集气瓶通过第一管道与所述土柱连通，所述CO2浓度传感器设置于所述集气瓶且能够检测所述集气瓶内的CO2浓...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈生云，吴妍妍，张钊，李硕，孙月娥，
申请(专利权)人：中国科学院寒区旱区环境与工程研究所，
类型：新型
国别省市：甘肃,62