[发明专利]一种模拟原状土柱N2O消纳过程氮气采集的方法及装置

摘要

本发明公开了一种模拟原状土柱N₂O消纳过程氮气采集的方法及装置，步骤：A、采集原状水稻土柱；B、制作原状土柱培养装置；C、组合内层可密封的塑料杯和土柱装置；D、预培养：将塑料杯土柱置于恒温室；E、检验气密性；F、密闭塑料杯与原状土柱培养装置通气底座氦气体置换；G、将原状土柱塑料杯组合装置、注射器等置于厌氧罩置换气体；H、内层密闭塑料杯土柱组合装置通气底座外源输入气体；I、采集塑料杯内气体和通气底座气体。装置包括外层厌氧罩、原状土柱与塑料杯组合装置，内层密闭塑料杯土柱组合装置套于可密封的外层厌氧罩内。准确收集土壤反硝化微生物产生的N₂和N₂O、通气底座剩余的N₂O。确保后续气象色谱仪精确测定氮气浓度及排放量。

主权项

1.一种模拟原状土柱N₂O消纳过程氮气的采集方法，其步骤是：A、采集原状水稻土柱：用PVC管采集120个0‑14cm原状水稻土柱，标注土层上下方向后用保鲜膜包裹，带回实验室做后续处理；B、制作小型原状土柱培养装置：1)获得包裹的0‑5cm和5‑10cm原状小型土柱各120个；2)制作相同数量的通气底座：PVC板240个，采用PVC管120个，PVC管底部用未打孔的PVC板覆盖并用704硅胶密封边缘，上部用均匀打孔的PVC板覆盖密封边缘，后再覆盖一层透气不透水的硅胶片并密封边缘，通气底座PVC管壁上钻孔，用于连接三通阀外源添加气体和气体采集等操作；3)将通气底座分别覆盖0‑5cm和5‑10cm原状小型土柱底部，密封边缘；C、组合内层可密封的塑料杯和土柱装置，通过浸水测试组合装置气密性：内层塑料杯土柱装置组合后，盖上杯盖，用注射器反复抽空塑料杯和通气底座内的空气，直到整个密闭空间成负压，分别将每套内层密闭塑料杯土柱的组合装置置于水桶中，塑料杯土柱组合装置内外形成压强差，观察各个接口吸水向装置内，装置接口未吸水向装置内，取出装置，擦干外壁和接口处的水珠，打开装置上下三通阀通气；然后用704硅胶再次密封该接口，等胶凝固后重复浸水测试其气密性，每套装置气密；D、预培养：将制备的塑料杯土柱组合装置置于25℃恒温室，向培养盆内加去离子水，土表维持1cm深自由水层不变，预培养10d；E、检验气密性：厌氧罩的三通阀与真空泵的三通阀连接，接通电源，对4～6套外层厌氧罩抽真空；F、密闭塑料杯与原状土柱培养装置通气底座氦气体置换：用注射器分别与内层塑料杯和原状土柱培养装置通气底座连接，抽真空充氦气反复3～8次置换气体，直到密闭塑料杯土柱组合装置各个空间内充满氦气，每套原状土柱塑料杯组合装置操作相同；G、将原状土柱塑料杯组合装置、针头、注射器，已抽过真空的铝箔气体采样袋，置于厌氧罩内，拉动封条密封，厌氧罩内部的控制是将手伸入厌氧罩的手套内实现操作，将厌氧罩内外的三通阀通路打开与真空泵连接，对厌氧罩抽真空，再接通连氮气罐的三通阀，向厌氧罩充入70％真空袋体积的氦气，使厌氧罩微胀停止充气，如此对外层厌氧罩与内层密闭塑料杯土柱组合装置之间氦气体置换三次，最后再用注射器对内层塑料杯与原状土柱培养装置通气底座空间内抽真空充氦气一次；H、内层密闭塑料杯土柱组合装置通气底座外源输入气体N₂O：处理设置两组，实验组充10mL浓度为10000μmol/moL的N₂O，对照组不充N₂O气体，实验组前期的处理如下：配置10000μmol/moLN₂O气体：双手伸入厌氧罩的手套内操作，将厌氧罩内部的三通阀连接1号500mL的气体采样袋，将硅胶管外端的三通阀连接N₂O气瓶，开启N₂O气瓶2‑3秒，除尽气瓶上气管的空气后，由外向内逐个打开厌氧罩的三通阀，再打开气体采样袋的通路，充入20mL99.99％的N₂O；厌氧罩的内三通阀连接5L的铝箔气体采样袋，接通外界的氮气罐通路，充入氦气，用注射器取10mLN₂O用氦气稀释100倍到10000μmol/moL的2号1L气体采样袋，混匀，用10mL注射器从每个内层密闭塑料杯土柱组合装置通气底座内抽取10mL氦气出来打到厌氧罩空间内，然后用注射器从装有10000μmol/moL的N₂O气袋内抽10mL气体N₂O外源注入每个内层密闭塑料杯土柱组合装置通气底座，从第一个充N₂O气体的内层密闭塑料杯土柱组合装置开始计时培养，其他培养瓶同样操作，对照组不充N₂O，共密闭培养192h，期间土壤反硝化微生物能将部分氧化亚氮还原为氮气；I、采集塑料杯内气体和通气底座气体：每次采气前，将注射器、一次性针头，已抽真空的顶空采样瓶、装有氦气的采样袋置于外层厌氧罩内，再将外层厌氧罩抽真空充氦气置换气体三次，双手戴上厌氧罩的手套操作，在每一个内层密闭塑料杯土柱组合装置的塑料杯盖采气口和N₂O充气口都安装带有一次性针头的注射器，其中用于采N₂的顶空采样瓶进一步在厌氧罩内重复充氦气抽真空置换两次气体，具体气体样品采集如下：用注射器分别在密闭培养的24、48、96、144、192h采集通气底座内气体，并在6、12、24、36、48、60、72、84、96、120、144、168、192h采集塑料杯内气体样品，各1ml于12ml顶空采样瓶中，充入29ml高纯He使气瓶内气体维持高压，气体通过注射针注入气瓶中，用于N₂O和N₂含量的测定，每次采集气体样品前用注射器反复10～15次抽打装置空间内气体使空间气体混匀，气体样品采集后补入等量高纯He使装置内各空间气压平衡，采集的气体用气象色谱仪测定其浓度。