本实用新型涉及一种氢氧稳定同位素的水汽在线收集装置。
背景技术：
：由于氢和氧同位素的存在，自然界中的水分子有多种组成形式，丰度最高的三种为H216O，H218O和HD16O，它们已经被广泛的应用到全球大气、水文和生态等多种学科的研究工作中。由于后两种水分子数量远低于第一种，所以同位素常用相对标准样品的千分差δ值来表示：其中，R是18O/16O或D/H的摩尔比率，RVSMOW是目前国际通用的维也纳标准平均大洋水(ViennaStandardMeanOceanWater,VSMOW)。陆地蒸散发是全球水文循环和区域生态过程的重要组成部分，主要包括植物蒸腾和土壤蒸发。估算蒸散发中植物蒸腾和土壤蒸发的比率常用来区分生态系统具体的水文循环过程。传统方法对二者的直接观测是一个挑战，费时费力，而且难以在长时间尺度应用。土壤在蒸发过程中，同位素由于平衡和动力分馏作用，轻同位素优先汽化，所以蒸发出来的同位素偏负，要远低于土壤水同位素。而对于植物蒸腾，虽然蒸腾出来的水汽同位素在日内是变化的，但是在中午和长时间尺度是接近植物水源同位素的。这就导致土壤蒸发和植物蒸腾出来的水汽同位素有很大的差异。正是这种同位素信号的差异，使得同位素被广泛的应用到蒸散发的区分中。要计算蒸发和蒸腾在蒸散发中所占的比率，必须知道蒸散发(ET)、植物蒸腾(T)和土壤蒸发(E)中水汽同位素的组成(δET、δT、δE)。由于三者不容易直接观测，所以很多模型被发展出来。比如，Craig-Gordon用来计算δE，Dongmann和Farquhar-Cernusak来计算δT。但是这些模型的精度严重依赖于输入参数。叶片生理参数，比如叶片传导率、叶片含水量和叶片水周转率等都不容易在野外测量。一般δET由Keeling曲线估算，但是必须在短时间内获得足够大的水汽浓度变化，否则Keeing曲线有很大的不确定性。随着激光同位素测量技术的出现，叶片腔室被发展出来，它通过在线收集叶片蒸腾出来的水汽，然后将水汽传输到同位素分析仪中完成蒸腾水汽同位素的直接测定，但是目前叶片腔室仅适用于收集树木枝干上叶片蒸腾水汽。对于冠层较低的生态系统，比如草原生态系统，还没有系统的装置来完成水汽的在线收集。技术实现要素：本实用新型的目的在于提供一种准确、高效的氢氧稳定同位素的水汽在线收集装置。为了达成上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种氢氧稳定同位素的水汽在线收集装置，它包括：上壳体和下壳体，该上壳体的侧壁上开设进气孔，该上壳体的顶壁上开设出气孔，该上壳体的底部呈开口状，该下壳体的顶部呈开口状，在该下壳体的底壁面的外缘开设一植物叶片进入口，与该进入口对应的侧壁面上开设豁口，该豁口与该进入口连通，该上壳体下部经该下壳体的顶部插入该下壳体的腔室中，该上壳体的腔室与该下壳体的进入口连通，该上壳体与该下壳体密封插接。所述上壳体和所述下壳体采用透明有机玻璃，该上壳体为下端开口、上端封闭的上圆形管体，该下壳体为一端开口、一端封闭的下圆形管体。实现所述上壳体与所述下壳体密封插接的结构是：所述上圆形管体与所述下圆形管体之间设置密封圈，所述上圆形管体的下端侧壁上开设穿孔，该穿孔中插设一螺杆，该螺杆的头部位于上圆形管体内，该螺杆的杆部伸出上圆形管体并螺接螺母，在所述下壳体的侧壁上设有与该螺母外侧的螺杆对应的L形槽口。所述上圆形管体的内径为4-5cm，外径为4.5-5.5cm，高为5cm。所述出气孔的直径为3-3.2mm，和/或该出气孔还插设一气管，该气管采用泰氟隆材质。本实用新型的有益效果：采用本实用新型所述的一种氢氧稳定同位素的水汽在线收集装置，可以快速、准确的在线收集植物蒸腾、土壤蒸发和蒸散发的水汽，为三种氢氧稳定同位素的直接测定提供便利。附图说明图1为本实用新型用于植物蒸腾的一种氢氧稳定同位素的水汽在线收集装置的结构示意图；图2为本实用新型的上圆形管体的结构示意图；图3为本实用新型的下圆形管体的结构示意图；图4为本实用新型用于土壤蒸发或地表蒸散发的结构示意图；图5为植物蒸腾的氢氧稳定同位素的水汽在线收集装置密封前后水汽浓度和氢氧同位素的变化情况。1、1A：上圆形管体，11、11A：出气孔，12、12A：进气孔，13：穿孔，2：下圆形管体，21：进入口，22：豁口，23：槽口，3：螺杆，4：气管。具体实施方式如图1和图4所示，用于收集草原生态系统植物蒸腾、土壤蒸发和地表蒸散发的氢氧稳定同位素的水汽在线收集装置。如图1所示，为本实用新型的一种氢氧稳定同位素的水汽在线收集装置，它包括：上壳体和下壳体，该上壳体和该下壳体采用透明有机玻璃，能最大限度的降低对太阳辐射强度的削弱；该上壳体为一下端开口，上端封闭的上圆形管体1，该上圆形管体的内径为4-5cm，外径为4.5-5.5cm，高为5cm；优选内径4.4cm，外径4.9cm，高5cm；该上圆形管体1的侧壁上开设相对的两个进气孔12，该上圆形管体的顶壁即封闭端中心部位开设一个出气孔11；该进气孔12与该出气孔11为圆形小孔，其直径3-3.2mm；该下壳体为一上端开口，下端封闭的下圆形管体2，在该下圆形管体的底壁面即封闭端的外缘开设一进入口21，与该进入口21对应的侧壁面上开设豁口22，该豁口22与该进入口21连通，该豁口22是为了收集植物蒸腾的水汽的时候，将下圆形管体2对准植物叶片和茎水平移动使植物叶片的茎通过该豁口22和进入口21进入下圆形管体2的腔室内，然后在下圆形管体2的腔室中插设上圆形管体1，该上圆形管体1的侧壁封堵住下圆形管体2的豁口22，该进入口21被该上圆形管体1的腔室罩压住，该上圆形管体的外径与下圆形管体的内径匹配，该上圆形管体的下端环形壁面压在该下圆形管体的封闭端的内表面设置密封圈上，使上圆形管体与下圆形管体形成密封结构，防止外界地表水汽干扰；为了更好的稳固上圆形管体与下圆形管体，并且拆装方便，在该上圆形管体的下端侧壁面的沿着直径方向开设两个穿孔13，在各穿孔13中穿设螺杆3，螺杆3的头部贴于上圆形管体1的内壁面，上圆形管体的螺杆伸出管外，该下圆形管体的侧壁上开设与螺杆3对应的L形槽口23，当需要上圆形管体盖住下圆形管体时，使螺杆3对正槽口23，把上圆形管体插入下圆形管体，双手分别握住上圆形管体和下圆形管体轻轻旋转，螺杆进入L形槽口的水平槽口内，此时上圆形管体的底部端面正好压在密封圈上，该上圆形管体与该下圆形管体更加稳固的密封连接在一起，形成一个密闭工作腔室；出气孔11直径为3-3.2mm，和/或该出气孔还插设一气管4，该气管采用泰氟隆材质能有效降低水汽在气管内壁的吸附和滞留时间，增大水汽在气管中的响速度。气管3末端连接同位素分析仪，分析仪通过真空泵将腔室中形成压力差，最终腔室中蒸腾出来的水汽和通过两个进气孔12进入腔室的空气混合通过出气孔11进入分析器测得水汽同位素的值。当测量植物蒸腾的水汽时，先确定好植物，把下圆形管体的豁口对准植物的叶片和茎，然后水平推动下圆形管体，使植物的叶片和茎底部进入进入口，再通过泡沫封堵进入口，泡沫保证了植物茎和进入口之间没有空隙，阻止下圆形管体1底部土壤蒸发出来的水汽进入其腔室，首先测量背景大气水汽同位素2min，然后将上圆形管体安装在下圆形管体上，形成密闭腔室，测量该腔室中的水汽2min，最后30s平均值作为稳态值。图5为腔室密闭前后水汽浓度和氢氧同位素的变化情况，一般水汽同位素在1min左右达到稳态。CA和CM分别为背景水汽和腔室达到稳态时的水汽浓度；δA和δM为背景水汽和腔室达到稳态时的水汽同位素组成。根据二源水汽混合模型，可以计算出δ(δT,δE,或δET)的值：如图2所示，一种土壤蒸发或地表蒸散发的氢氧稳定同位素的在线水汽收集装置，它包括：上壳体，该上壳体采用透明有机玻璃即亚克力，能最大限度的降低对太阳辐射强度的削弱；所述上壳体为下端开口、上端封闭的上圆形管体1A；该上圆形管体的侧壁上开设进气孔12A，该圆形管体的封闭端即的顶壁上开设一出气孔11A。该出气孔11A的直径为3-3.2mm，该出气孔11A还插设一气管，气管末端连接同位素分析仪，该气管采用泰氟隆材质。当收集土壤蒸发水汽时候直接将上圆形管体放在地表无植被的裸露土壤上测量，注意要保证其开口紧挨地面，二者之间没有缝隙，而且该上圆形管体1A竖立不倒；上圆形管体的内径为7.4-8.4cm，外径为8-9cm，高为5cm，实际观测中，可根据生态系统草的类型和裸露土壤特点确定上圆形管体的内外径和高。当收集地表蒸散发水汽时，同样直接将上圆形管体的盖放在地面，其腔室内部的土壤和植物面积要有该地区的代表性，一般要接近该地区植被的覆盖比率。可以在不同地点测量求平均值。测量时保证其开口紧挨地面，二者之间没有缝隙，而且该上圆形管体竖立不倒；上圆形管体的内径为16.5-17.5cm，外径为17.4-18.4cm，高为5cm。实际观测中，可根据生态系统草和裸露土壤的分布特点和比例确定上圆形管体的内外径和高。一种在线收集草原生态系统植物蒸腾、土壤蒸发和地表蒸散发的水汽在线收集装置。根据收集水汽对象的不同(植物、土壤或二者之和)，上圆形管体的大小共分为三个尺寸。收集蒸散发水汽的上圆形管体的直径较大，这样收集的水汽才能有效代表该地区植被和土壤的覆盖比率。一般根据草原生态系统草的形态特征确定三种腔室的大小，比如高山草甸(青藏高原中部和东部草原生态系统的一种优势种)三种腔室上壳体的尺度规格如下表：收集对象内径/cm外径/cm高/cm体积/cm3T4.44.9576.0E7.98.55245.1ET1717.951134.9采用本实用新型所述的在线水汽收集装置，可以快速、准确的在线收集植物蒸腾、土壤蒸发和蒸散发的水汽，为三种氢氧稳定同位素的直接测定提供便利。当前第1页1 2 3