劉新紅， 余立功， 高 巖， 胡茂俊， 易 能， 邸攀攀， 羅 佳， 嚴(yán)少華

(1.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，江蘇南京 210014； 2.南京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇南京 210094)

隨著人類社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境問題日益突出，大氣中溫室氣體濃度日益增加所造成的全球變暖已經(jīng)成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)。水體生態(tài)系統(tǒng)是溫室氣體釋放的重要源和匯。對溫室氣體排放的研究催生了大量研究方法的創(chuàng)新[1-2]。針對氣體從水生環(huán)境中釋放的研究方法，現(xiàn)有的方法主要有靜態(tài)箱法、梯度法、倒置漏斗法、集氣罩法、渦度相關(guān)法等[3-4]。

靜態(tài)箱法又稱為漂浮通量箱法，通過將倒扣的箱體漂浮在水體表面，每隔一定時(shí)間間隔測量箱體中待測氣體濃度，根據(jù)濃度隨時(shí)間的變化速率來計(jì)算被覆蓋水域釋放氣體的通量。該方法結(jié)合氣相色譜分析，能夠同時(shí)分析氣體的多種成分[5-6]。然而該方法的缺點(diǎn)是(1)采樣過程需要科研人員等待在采樣點(diǎn)，耗時(shí)費(fèi)力。(2)不能連續(xù)監(jiān)測水體釋放氣體的情況，而水體在每日不同時(shí)間段釋放氣體量及成分具有明顯差異。(3)研究水體排出的氣體相對于箱體頂空氣體量少，適于分析甲烷、氧化亞氮等空氣中極微量的氣體，而對空氣中本底濃度很高的氮、氧產(chǎn)出測定精確度不高。(4)氣體產(chǎn)生日變化規(guī)律難以進(jìn)行分析。

梯度法又稱為擴(kuò)散模型法，通過同時(shí)測量某種氣體在表層水體中和大氣中的濃度，計(jì)算濃度差，再根據(jù)氣體交換系數(shù)，計(jì)算通量[5，7]。該方法可以實(shí)現(xiàn)對氣體濃度的連續(xù)監(jiān)測。然而該方法的缺點(diǎn)在于由于基于氣體水氣界面擴(kuò)散的過程半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ头椒?，并不能夠?qū)U(kuò)散過程的原理和驅(qū)動(dòng)機(jī)制進(jìn)行體現(xiàn)，計(jì)算結(jié)果存在較大不確定性；同時(shí)對于事先并不能夠明確產(chǎn)出氣體的成分的情況，該方法就顯得無能為力。

渦度相關(guān)法通過測定大氣中湍流運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的風(fēng)速脈動(dòng)與物理量脈動(dòng)，直接計(jì)算物質(zhì)的通量[7-8]。渦度相關(guān)法要求常通量層必須在熱力中性大氣條件下，被測下墊面大尺度宏觀均勻，且測點(diǎn)上風(fēng)方向相當(dāng)大的區(qū)域內(nèi)氣體通量排放均勻。該方法的缺點(diǎn)在于成本高、技術(shù)復(fù)雜、對環(huán)境要求較高，主要應(yīng)用于陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳通量研究。

近年來，江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院發(fā)明了一種水體釋放氣體收集裝置，將采氣罩置于水面以下，通過水的浸沒過程將采氣罩中原有空氣全部排出后，原位連續(xù)收集水層產(chǎn)出的氣體，用排水集氣法原理將收集到的氣體引入集氣瓶，瓶中收集到的氣體即為集氣罩覆蓋水域面積下水體產(chǎn)生的氣體。該裝置可以收集整個(gè)水柱釋放的氣體，也可調(diào)節(jié)后收集不同水層斷面產(chǎn)生的氣體，實(shí)現(xiàn)了同時(shí)進(jìn)行產(chǎn)出氣體體積計(jì)量、成分測定和通量計(jì)算[9-12]。該裝置是一種漂浮式、可移動(dòng)、使用方便的裝置，但也存在不少不足，如水層氣體產(chǎn)生量等參數(shù)是通過人工取下集氣瓶稱質(zhì)量計(jì)算的。如果進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測時(shí)，一般要間隔數(shù)小時(shí)取下集氣瓶稱量1次氣體產(chǎn)生量，并替換新的集氣瓶。這不但工作量大，且不能獲得連續(xù)數(shù)據(jù)，也不能用于精確分析水面釋放氣體的晝夜變化規(guī)律。針對以上問題，本研究提出1種使用重力傳感器和數(shù)據(jù)傳輸信息技術(shù)連續(xù)、實(shí)時(shí)計(jì)量水體釋放氣體量方法，以期能夠?qū)崿F(xiàn)對水體釋放氣體特征進(jìn)行實(shí)時(shí)定量監(jiān)測。

1 材料與方法

1.1 監(jiān)測點(diǎn)位介紹

水體釋放氣體原位實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測試驗(yàn)在江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院內(nèi)富營養(yǎng)化河道進(jìn)行。河道常年接納上游排入的生活污水。河道入水口處污水的總氮(TN)濃度為14.0 mg/L，總磷(TP)濃度為4.0 mg/L；河道表層水體中TN濃度從上游至下游有逐漸降低的趨勢，每年變幅大概為1.5～10.3 mg/L，TP濃度變幅大概為0.1～2.2 mg/L。夏秋季節(jié)，河道水體表層可觀察到嚴(yán)重的藻華，且觀察到氣泡冒出水面。河道分上下2個(gè)部分，分隔于馬路兩側(cè)，兩河道水體相通，在豐水季節(jié)由修建的閘門控制水量；在枯水季節(jié)，閘門關(guān)閉，上部分河道水深超過一定深度則由小型的排水口流入下游河道。在水稻生長季節(jié)，河道內(nèi)的污水用于稻田灌溉。在雨季或稻田灌溉季節(jié)，河道水力停留時(shí)間短，水量交換較大。其余季節(jié)，河道內(nèi)污水的水力停留時(shí)間較長，外界擾動(dòng)小。由于下游河道水力情況比上游河道穩(wěn)定，本試驗(yàn)關(guān)于實(shí)時(shí)監(jiān)測水層釋放氣體的試驗(yàn)在下游河道2號塘開展。

1.2 氣體收集和氣體釋放量自動(dòng)監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)

整個(gè)監(jiān)測裝置包括集氣罩、漂浮框架、集氣瓶、重力傳感器和數(shù)據(jù)傳輸。裝置使用和結(jié)構(gòu)示意見圖1。

采用浮球架做成的漂浮框架將整個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)支撐浮于水面。將重力傳感器、集氣瓶和傳輸裝置固定在垂直伸出水面的不銹鋼支架上，確保傳感設(shè)備完好，不浸入水中。匯聚節(jié)點(diǎn)連通重力傳感器、空氣溫度傳感器、水體溫度傳感器之后放在漂浮框架最頂端，作為數(shù)據(jù)傳輸裝置。集氣罩浸沒于水面之下，通過其頂端的真空水管與懸掛于不銹鋼支架中心點(diǎn)的集氣瓶連通。集氣罩覆蓋一定面積的水體，下方水柱產(chǎn)生的氣體在集氣罩中匯集，匯集的氣體通過真空水管在重力差的作用下向上進(jìn)入集氣瓶，同時(shí)集氣瓶中的水靠重力排出進(jìn)入水體中，從而實(shí)現(xiàn)將收集的氣體自動(dòng)連續(xù)地吸入集氣瓶。集氣瓶懸掛于重力傳感器的感應(yīng)器上，置于漂浮框架最頂端的中心點(diǎn)上，集氣瓶的質(zhì)量變化通過重力傳感器測定。同時(shí)，可以通過人工稱量集氣瓶質(zhì)量的變化，計(jì)算獲得集氣瓶中所收集的氣體的體積，與自動(dòng)監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行比較。集氣罩浸沒在水體中的深度可以通過集氣罩和漂浮框架間的連接軟繩進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便測定不同深度水層斷面產(chǎn)生氣體的情況。其中，集氣罩下方設(shè)有1個(gè)透明擋板(圖2)，可阻止下方水柱釋放的氣體進(jìn)入集氣罩，同時(shí)保證水樣流動(dòng)性，自然劃分出不同深度水層斷面。因此在監(jiān)測不同深度水層斷面產(chǎn)生氣體特征時(shí)，只要將連接有擋板的集氣罩置于設(shè)定的深度即可。傳感器和匯聚節(jié)點(diǎn)工作原理見圖3。

1.3 氣體收集裝置工作原理與水體釋放氣體量的計(jì)量方法

將采氣罩置于水面以下，通過水的浸沒過程將采氣罩中原有空氣全部排出。利用倒掛于一定高度裝滿水的集氣瓶收集采氣罩內(nèi)聚集到的氣體。集氣瓶的進(jìn)氣管與采氣罩的出氣口相連，集氣瓶上的排水管直接垂入水中與水體相通。在采氣罩有氣體聚集的情況下，集氣瓶中等體積的水靠重力排出進(jìn)入水體，從而實(shí)現(xiàn)將收集的氣體自動(dòng)連續(xù)地吸入集氣瓶。計(jì)量集氣瓶質(zhì)量變化，可由如下等式計(jì)算出氣體產(chǎn)出的體積：

V水=V氣；

∵m水=mt1-mt2；

式中：V代表收集裝置中水或者氣體的體積；m水代表收集裝置中水的質(zhì)量；ρ代表水的密度；mt1和mt2分別代表起始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間氣體收集瓶的質(zhì)量。

根據(jù)以上公式可知，氣體收集裝置收集到的氣體的實(shí)際體積與實(shí)時(shí)測定集氣瓶的質(zhì)量差呈線性正相關(guān)關(guān)系。由于水的密度約為1 kg/L，因此可以通過測定集氣瓶的質(zhì)量差，得到排出氣體的體積。

Gao等通過定期取回集氣瓶，稱其質(zhì)量變化，計(jì)算氣體產(chǎn)出的體積。而本研究應(yīng)用重力傳感器和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)計(jì)量傳輸氣體產(chǎn)生數(shù)據(jù)[9]。當(dāng)氣體通過軟管a進(jìn)入集氣瓶，同時(shí)瓶中的水通過軟管b排出，重力傳感器示數(shù)就會發(fā)生變化。設(shè)置重力傳感器示數(shù)為質(zhì)量(kg)，根據(jù)監(jiān)測時(shí)段的重力示數(shù)差，可得到排出水的質(zhì)量，根據(jù)質(zhì)量和體積的關(guān)系即可計(jì)算該時(shí)段氣體產(chǎn)出量。重力傳感器和網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，可以獲得大量、連續(xù)的氣體產(chǎn)生數(shù)據(jù)。

2 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸體系

傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量部署在作用區(qū)域內(nèi)的微小傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通常包括傳感器(sensor)、匯聚節(jié)點(diǎn)(sink node)和管理節(jié)點(diǎn)。大量傳感器節(jié)點(diǎn)部署在監(jiān)測區(qū)域(sensor field)內(nèi)部或附近[13]。傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測的數(shù)據(jù)送到匯聚節(jié)點(diǎn)，最后通過移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)到達(dá)管理節(jié)點(diǎn)。用戶通過管理節(jié)點(diǎn)對傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置和管理，發(fā)布監(jiān)測任務(wù)以及收集監(jiān)測數(shù)據(jù)[14]。圖4為整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

匯聚節(jié)點(diǎn)包括傳感器接口模塊、微處理器模塊、無線通信模塊、電源模塊和增強(qiáng)功能模塊5個(gè)組成部分。如圖5所示，傳感接口模塊用于提供各種傳感器的接口，針對實(shí)際應(yīng)用接收相應(yīng)傳感器傳來的數(shù)據(jù)；微處理器系統(tǒng)是一個(gè)簡單的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，用于將各個(gè)傳感器送來的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、打包、存儲或根據(jù)設(shè)定頻率進(jìn)行計(jì)算或處理；無線通信模塊用于對管理節(jié)點(diǎn)通信發(fā)送監(jiān)測數(shù)據(jù)，接收控制命令；電源模塊用于提供電源；增強(qiáng)模塊用于針對某些特殊數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算，為可選配置。對于水樣氣體產(chǎn)生監(jiān)測的實(shí)際應(yīng)用，匯聚節(jié)點(diǎn)上連接的傳感器包括空氣溫度傳感器、水樣溫度傳感器、氣體重力傳感器等。因此傳感接口模塊就應(yīng)當(dāng)包括這些傳感器的相應(yīng)接口[15]。

管理節(jié)點(diǎn)包括無線通信模塊、服務(wù)監(jiān)測模塊、數(shù)據(jù)發(fā)布模塊。如圖6所示，無線通信模塊同匯聚節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，發(fā)送控制命令，接收監(jiān)測數(shù)據(jù)；服務(wù)監(jiān)測模塊根據(jù)數(shù)據(jù)協(xié)議將接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行解包分發(fā)，并接受監(jiān)測指令發(fā)送給各匯聚節(jié)點(diǎn)；數(shù)據(jù)發(fā)布模塊將數(shù)據(jù)接收的數(shù)據(jù)發(fā)布到監(jiān)測界面[16]。

3 結(jié)果與分析

3.1 重力傳感器及精準(zhǔn)度驗(yàn)證

使用的重力傳感器型號為LCS-S3，配備標(biāo)準(zhǔn)MODBUS數(shù)字稱質(zhì)量/測力變送器RW-ST01D，其測量精度為 0.001 kg。采用5 V電源供電，其通信采用串口通信。能夠在-30～85 ℃范圍內(nèi)工作。同時(shí)配備DS18B20溫度傳感器。采用5 V電源供電，其溫度測量范圍是-55～125 ℃，精度為±0.5 ℃。

匯聚節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊采用嵌入式DTU ME99E(含吸附式天線)通過串口與設(shè)備連接，匯聚節(jié)點(diǎn)采用無線網(wǎng)絡(luò)與終端電子計(jì)算機(jī)(PC)建立透明的信號傳輸通道，使采集點(diǎn)與后端PC機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸。3G(第3代移動(dòng)通信技術(shù))模塊采用MU509。

在重力傳感器應(yīng)用于試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集前，須要驗(yàn)證比較其與稱量方式的精確性。試驗(yàn)前，將充滿水的集氣瓶用電子天平稱量，記錄質(zhì)量，對應(yīng)的為集氣瓶掛到重力傳感器上并連接集氣罩時(shí)網(wǎng)絡(luò)傳輸回的質(zhì)量數(shù)據(jù)。在試驗(yàn)中，將換取集氣瓶時(shí)重力傳感器發(fā)回的質(zhì)量數(shù)據(jù)與用電子天平測量數(shù)據(jù)對應(yīng)。比較使用電子天平稱量和重力傳感器數(shù)據(jù)的差異，驗(yàn)證其精度，結(jié)果見表1。

由表1可知，重力傳感器的測量值與電子天平稱量數(shù)值誤差范圍為-0.1%～0.1%，誤差計(jì)算公式：(重力傳感器數(shù)據(jù)-電子天平數(shù)據(jù))/電子天平數(shù)據(jù)×100%。

3.2 表層水體晝夜釋放氣體特征的自動(dòng)監(jiān)測

自動(dòng)監(jiān)測裝置可以任意設(shè)置傳感器的傳輸頻率，因此對江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院2號塘水體釋放氣體規(guī)律進(jìn)行24 h的實(shí)時(shí)監(jiān)測，數(shù)據(jù)示數(shù)記錄頻率為1 min1次。并且可以將收集到的各個(gè)時(shí)間的示數(shù)數(shù)據(jù)根據(jù)監(jiān)測時(shí)間進(jìn)行曲線擬合，得到氣體產(chǎn)生的方程，并得到晝夜變化規(guī)律。

監(jiān)測時(shí)間的溫度范圍是28～39 ℃，光照良好，此時(shí)對表層水體釋放氣體規(guī)律進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。試驗(yàn)采用3個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)，圖7-a顯示了1 d中不同時(shí)刻氣體釋放量的變化情況，將1 h內(nèi)氣體產(chǎn)生量(y)和時(shí)間點(diǎn)(x)擬合成多項(xiàng)式曲線：

y=-2×10-5x4+0.001 4x3-0.028 6x2+0.213 1x-0.205 5(r2=0.806 1)。

可以看出，R值較高，擬合程度較高。此外可以明顯看出1 d中產(chǎn)氣量的峰值在13：30—15：30這一時(shí)間段，而這一時(shí)段正好是氣溫最高、太陽輻射最強(qiáng)的時(shí)刻。水體釋放氣體量呈現(xiàn)出隨著每日光合作用的增強(qiáng)、減弱呈現(xiàn)升高、降低的規(guī)律性變化。在氣溫變化范圍為24～34 ℃，光照充分的環(huán)境下，對水體表層釋放氣體進(jìn)行24 h監(jiān)測，監(jiān)測1 d。試驗(yàn)采用1個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)，圖7-b顯示了1 d的監(jiān)測情況，將1 h氣體產(chǎn)生通量和時(shí)間擬合成多項(xiàng)式曲線：

y=-1×10-7x6+5×10-6x4-2×10-5x3-0.001 6x2+0.016 4x(r2=0.365 3)。

通過數(shù)據(jù)分析，使用柱狀圖進(jìn)行呈現(xiàn)。采用曲線進(jìn)行多項(xiàng)式擬合，可以反映時(shí)間和表層產(chǎn)氣量的變化規(guī)律。與氣溫28～39 ℃的結(jié)果相比，由于溫度降低，其氣體產(chǎn)生通量要小得多，約為較高溫度下氣體通量的1/4。而當(dāng)天產(chǎn)氣量的峰值仍然在13：30—15：30這一時(shí)間段，也正好是氣溫最高，太陽輻射最強(qiáng)的時(shí)刻，符合隨著每日光合作用的增強(qiáng)、減弱產(chǎn)氣量呈現(xiàn)升高、降低的規(guī)律性變化[17-18]。

3.3 中層水體晝夜釋放氣體特征的自動(dòng)監(jiān)測

在監(jiān)測表層釋放氣體規(guī)律的同時(shí)，在10月17日至18日氣溫范圍為23～25 ℃的晴好天氣對中層水體釋放氣體規(guī)律進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。圖8為不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)水體釋放氣體的情況?？梢钥闯銎淝€擬合程度較低，并沒有呈現(xiàn)隨著光合作用晝夜變化而相應(yīng)規(guī)律性的變化。將每小時(shí)氣體產(chǎn)生通量和時(shí)間擬合成多項(xiàng)式曲線：

y=-9×10-9x5+6×10-7x4-2×10-5x3+0.000 2x2-0.001x+0.002 1(r2=0.187 6)。

中層水體斷面的氣體釋放量明顯低于表層水體，約為表層水體產(chǎn)氣量的1/10。這主要是因?yàn)樵摂嗝鎸哟蔚墓夂仙a(chǎn)能力降低，由于光合作用釋放的O2量大幅度降低，從而使氣體釋放量銳減。

3.4 底層水體晝夜釋放氣體特征的自動(dòng)監(jiān)測

在氣溫變化范圍為24～34 ℃，光照充分的環(huán)境下，對底層水體釋放氣體規(guī)律進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。試驗(yàn)采用3個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)，分別位于不同位置。圖9顯示了其中2個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)監(jiān)測的平均情況。通過數(shù)據(jù)分析，使用柱狀圖進(jìn)行呈現(xiàn)。采用曲線進(jìn)行多項(xiàng)式擬合，y=-2×10-6x4+0.000 1x3-0.002 2x2+0.012 5x+0.008 6(r2=0.648)。

與表層水體相比，底層水體的氣體產(chǎn)生明顯少于表層水體，約為表層水體產(chǎn)氣量的1/4。由于底層水體受到陽光輻射少，溫度下降且變化沒有表層明顯，因此沒有明顯的峰值，即底層水體釋放氣體量并未隨著光合作用的增強(qiáng)、減弱呈現(xiàn)升高、降低的規(guī)律性變化。這也說明底層水體(泥水界面)產(chǎn)生氣體的機(jī)制與表層水體不同。底層水體收集到的氣體主要來自底泥。在夏季高溫季節(jié)，底泥處于厭氧條件，微生物驅(qū)動(dòng)的厭氧發(fā)酵過程強(qiáng)烈[19-20]，產(chǎn)生的氣體以CH4為主，而表層水體釋放氣體以O(shè)2為主。但在白天和夜晚，底層水體氣體產(chǎn)出變化仍存在明顯差別。這可能主要受到底層水體晝夜溫度、溶解氧含量(反映厭氧程度)、養(yǎng)分等環(huán)境條件差異的影響[10]。

3.5 不同層次水體氣體釋放的人工監(jiān)測

利用人工監(jiān)測方法對表層水體24 h內(nèi)釋放氣體的規(guī)律進(jìn)行分析，與重力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。由于人工監(jiān)測方法收集氣體樣品的間隔時(shí)間較長，因此對實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)在相同時(shí)間間隔段內(nèi)進(jìn)行累加(表2)。從不同時(shí)間間隔的釋放比例來看，8月份人工監(jiān)測方法獲得的氣體釋放規(guī)律也呈現(xiàn)出隨著每日光合作用的增強(qiáng)、減弱呈現(xiàn)升高、降低的規(guī)律性變化，與重力傳感器獲得的數(shù)據(jù)而擬合的曲線總體上非常相近，12：00—16：00和16：00—20：00都是氣體釋放量最高的2個(gè)時(shí)間段[10]，說明重力傳感器能很好地反映氣體釋放的變化情況。此外，與人工稱量方法相比，重力傳感器明顯可以獲得更詳細(xì)的氣體釋放實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，能夠準(zhǔn)確反映氣體釋放的最低點(diǎn)和峰值情況。說明基于重力傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳輸方法實(shí)時(shí)監(jiān)測水體釋放氣體規(guī)律能更好、更詳盡地反映水體釋放氣體規(guī)律的實(shí)際情況。

表2 手動(dòng)稱量方法監(jiān)測水體不同層次氣體釋放體積

4 結(jié)論和展望

基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的水體釋放氣體監(jiān)測方法能夠?qū)崟r(shí)、定量、準(zhǔn)確地監(jiān)測水體氣體產(chǎn)生規(guī)律。由于該方法節(jié)省了大量人力，克服了以往試驗(yàn)方法難以實(shí)時(shí)、連續(xù)、在不同位置同時(shí)監(jiān)測的問題，獲得的數(shù)據(jù)更加充分[21-22]，并且可以根據(jù)需求采集數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)反映水體產(chǎn)生氣體的規(guī)律。

本技術(shù)目前僅解決了實(shí)時(shí)監(jiān)測水體產(chǎn)生氣體量的難題，但并未同時(shí)實(shí)現(xiàn)環(huán)境因子(溫度、溶解氧含量、pH值、光照度等)及釋放氣體成分的實(shí)時(shí)監(jiān)測。下一步，可將環(huán)境因子的監(jiān)測探頭安裝在自動(dòng)升降裝置上，并將相應(yīng)的傳感器加入本研究所開發(fā)裝置的傳感器接口模塊中，實(shí)現(xiàn)不同深度水層環(huán)境因子的實(shí)時(shí)同步監(jiān)測。另外，還可以引入在線測定溫室氣體成分CH4、CO2、N2O的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)氣體成分的在線監(jiān)測。

由于開發(fā)的試驗(yàn)設(shè)備有限，還沒有展開大量布點(diǎn)試驗(yàn)。在進(jìn)一步的研究中，將進(jìn)一步改進(jìn)試驗(yàn)裝置，實(shí)現(xiàn)多層布控，實(shí)時(shí)監(jiān)測。隨著監(jiān)測的不斷進(jìn)行，其監(jiān)測數(shù)據(jù)也將變得龐大，這些數(shù)據(jù)將成為系統(tǒng)性研究水體氣體產(chǎn)生規(guī)律的寶藏。隨著數(shù)據(jù)的增多，將進(jìn)一步研究和利用各種大數(shù)據(jù)分析方法進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)對各種影響試驗(yàn)結(jié)果的隨機(jī)因素進(jìn)行辨別和濾除，更好地輔助開展關(guān)于水體溫室氣體和氮相關(guān)氣體釋放規(guī)律的研究。