在生态环境监测、污染场地调查、农业科学研究以及碳循环研究等领域，土壤并非静止的固体介质，而是一个动态、活跃的生态系统。其中，土壤气体——包括氧气（O₂）、二氧化碳（CO₂）、甲烷（CH₄）、氮氧化物（N₂O）、挥发性有机物（VOCs）以及某些有毒有害气体（如苯、氯代烃等）——不仅反映着土壤微生物活动、植物根系呼吸和有机质分解过程，还可能指示地下污染源的存在与迁移趋势。为准确获取这些关键气体信息，土壤气体取样器应运而生，成为连接地表观测与地下环境状态的重要桥梁。

一、土壤气体的科学意义与监测价值

土壤气体是土壤—大气界面物质交换的核心载体。例如：

CO₂浓度可反映土壤呼吸强度，是评估生态系统碳通量和土壤健康状况的重要指标；

CH₄和N₂O作为强效温室气体，其排放量直接影响全球气候变化模型；

在污染场地（如加油站、化工厂旧址），地下储油罐泄漏或工业废液渗漏会释放苯系物、氯代溶剂等VOCs，这些气体通过土壤孔隙向上扩散，形成“气相羽流”，成为非侵入式污染筛查的关键线索；

在农业领域，土壤中O₂含量影响作物根系生长，而N₂O排放则与氮肥施用效率密切相关。

因此，对土壤气体进行原位、分层、连续或定点采样，对于环境风险评估、污染修复决策、碳汇核算及精准农业管理具有不可替代的作用。

二、基本原理与类型

土壤气体取样器的核心功能是在不显著扰动土壤结构的前提下，从特定深度采集具有代表性的气体样本。根据采样方式和应用场景，主要分为以下几类：

1.静态采样器（被动式）

如土壤气体探头（Soil Gas Probe）或取样管，通常由不锈钢或特氟龙材质制成，前端带有多孔筛管，插入土壤后静置一段时间使孔隙气体扩散平衡，再通过注射器或气密袋抽取。适用于快速筛查和低频次监测，成本低、操作简便，但易受大气倒灌干扰，代表性有限。

2.动态采样系统（主动式）

通过真空泵或负压装置主动抽取气体，确保样本来自目标深度。典型设备包括：

多通道土壤气体取样井：在钻孔中安装带多层筛管的PVC套管，每层独立连接取样口，可实现垂向剖面气体分布监测；

便携式土壤气体采样仪：集成微型真空泵、流量计、干燥管和采样袋/罐，支持现场实时采样，常用于应急调查或野外科研。

3.连续自动监测系统

在长期观测站点（如通量塔周边、landfill覆盖层），部署固定式土壤气体探头，连接在线气体分析仪（如红外CO₂传感器、光腔衰荡光谱仪），实现分钟级数据采集，用于研究气体通量日变化或季节动态。

三、关键技术参数与采样规范

为确保数据科学有效，土壤气体取样需遵循严格的技术规范：

采样深度：根据研究目的设定，通常0–1 m为根系活跃层，1–5 m用于污染羽流追踪，更深则需专业钻探；

气体保存与传输：VOCs易吸附或降解，应使用惰性材料（如苏玛罐、Tedlar气袋）并尽快分析；CO₂/CH₄可用玻璃注射器短期保存；

避免大气混入：采样前需“冲洗”管路，排出滞留空气，一般抽取3–5倍管路体积气体；

温度与湿度校正：气体浓度受温湿度影响，需同步记录环境参数；

符合标准方法：如美国EPA Method 5035A（土壤气体VOCs采样）、ISO 17166:2019（土壤气体通量测定）等。

四、典型应用场景

1.污染场地调查：在疑似泄漏点布设网格化取样点，通过检测苯、甲苯、三氯乙烯等特征污染物，快速圈定污染范围，指导后续钻探与修复。

2.landfill甲烷监测：在填埋场覆盖层下定期采样，评估CH₄产生速率与收集系统效率，防范爆炸风险并支持碳减排核算。

3.农田温室气体研究：结合施肥、灌溉等农事操作，监测N₂O和CO₂排放峰值，优化氮肥管理策略。

4.生态碳循环观测：在全球碳计划（Global Carbon Project）框架下，土壤呼吸（CO₂）数据是陆地碳汇估算的关键输入。

5.地质灾害预警：某些地震前兆研究认为，地壳应力变化可能导致氡气（Rn）异常释放，土壤气体监测可作为辅助手段。

土壤气体取样器虽不显眼，却是打开地下世界“呼吸密码”的钥匙。它让无形的气体变得可测、可知、可控，为环境保护、气候应对和资源管理提供坚实数据支撑。随着生态文明建设深入推进和“双碳”战略全面实施，对土壤这一“沉默碳库”与“潜在污染源”的认知将愈发深入，而土壤气体取样器，将继续作为科学家和工程师手中的“地下听诊器”，默默守护着我们脚下的安全与未来。