專利名稱：一種多通道閉路式植物根際區(qū)CO₂增加裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多通道閉路式CO2增加裝置，尤其適用于根際區(qū)CO2濃度變化對植物生理、生態(tài)和生化方面的影響的科學(xué)研究試驗(yàn)。
背景技術(shù)：
在干旱沙區(qū)植被重建過程中生物土壤結(jié)皮的形成、及在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中土壤板結(jié)或積水、澆水不當(dāng)或者洪澇災(zāi)害等都會造成植物根際O2不足而CO2濃度過高。有研究表明，通氣良好的土壤中CO2濃度一般為1000-2000 μ L/L (O. 1%-0. 2%)，通氣性差的土壤中CO2濃度 常達(dá)5%_10%，有時(shí)甚至更高。而土壤中CO2濃度過高，植物根細(xì)胞呼吸作用會受到抑制，降低根系對養(yǎng)分、水分的吸收和向地上部的運(yùn)輸能力，導(dǎo)致單位面積莖葉內(nèi)的養(yǎng)分含量減少，生長受到抑制，產(chǎn)量和品質(zhì)降低等現(xiàn)象的產(chǎn)生。近年來，人們?nèi)藗円呀?jīng)利用溫室、人工氣候室和開放式CO2濃度增高(FACE)系統(tǒng)對作物、樹木和草本等作了廣泛的研究，并取得了很好的研究成果。但這些實(shí)驗(yàn)裝置都基于大氣中CO2濃度的變化特征，而對植物根際區(qū)，即土壤中CO2濃度的控制卻無能為力，況且溫室和人工氣候室內(nèi)的實(shí)驗(yàn)在輻射強(qiáng)度、溫度和濕度以及晝夜溫差等方面與自然環(huán)境差異很大，F(xiàn)ACE系統(tǒng)昂貴的控制和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用不利于其廣泛的推廣應(yīng)用。迄今為止，一種適合于研究根際區(qū)CO2濃度變化對植物影響的科研裝置尚無相關(guān)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述，本發(fā)明的目的旨在一種多通道閉路式植物根際區(qū)CO2增加裝置，利用此裝置研究根際區(qū)CO2濃度變化對植物生理、生態(tài)和生化的影響。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的
一種多通道閉路式植物根際區(qū)CO2增加裝置，由CO2氣體鋼瓶(I)、減壓閥(2)、三通閥門(3)和螺旋狀硅膠管(4)組成。CO2氣體鋼瓶通過減壓閥(2)和不銹鋼鋼管(2)與并聯(lián)的三通閥門(3)連接，并聯(lián)的三通閥門(3)每個(gè)閥門一端分別與并聯(lián)的每個(gè)螺旋狀硅膠管(4)一端連接，螺旋狀硅膠管(4)的另一端封閉。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和產(chǎn)生的有益效果是
I、在設(shè)計(jì)思路上，本發(fā)明基于氣體滲透原理，利用硅膠管的良好氣體滲透性來實(shí)現(xiàn)CO2濃度改變的目的，與以往直接往空氣中或者土壤中注入CO2氣體的方法相比，具有創(chuàng)新性。、體現(xiàn)在閉路式的設(shè)計(jì)方案上，通過硅膠管滲透釋放出的CO2氣體與土壤中的CO2氣體在較短的時(shí)間內(nèi)即可形成一個(gè)平衡，達(dá)到CO2增加的目的。該方案充分利用了土壤中氣體擴(kuò)散的性質(zhì)，實(shí)測中僅需將硅膠管的出氣口密封，螺旋狀埋設(shè)在植物根際區(qū)即可，避免了一些開路式CO2增加系統(tǒng)連續(xù)釋放CO2氣體所帶來的巨額經(jīng)濟(jì)費(fèi)用，并且簡單實(shí)用。、利用并聯(lián)三通閥門實(shí)現(xiàn)多通道的設(shè)計(jì)方案，不僅滿足本發(fā)明多點(diǎn)測定的需要，而且經(jīng)濟(jì)實(shí)用、攜帶方便。、本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置可長期在野外惡劣的環(huán)境條件下進(jìn)行連續(xù)試驗(yàn)，具有無人看管的優(yōu)點(diǎn)，為研究CO2濃度變化對植物的影響提供了一種簡便的科研儀器，具有良好的市場應(yīng)用開發(fā)前景。



圖I為本發(fā)明的示意圖。圖2為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述
如圖I所示，一種多通道閉路式植物根際區(qū)CO2增加裝置，由CO2氣體鋼瓶I、減壓閥2、三通閥門4和螺旋狀硅膠管5組成。CO2氣體鋼瓶I通過減壓閥2和不銹鋼鋼管3與并聯(lián)的三通閥門4連接，接口處密封。并聯(lián)的三通閥門4每個(gè)閥門一端分別與并聯(lián)的每個(gè)螺旋狀硅膠管5 —端連接，螺旋狀硅膠管5的另一端封閉。本發(fā)明采用上海偉創(chuàng)標(biāo)準(zhǔn)氣體有限公司配置的1000uL/L、5000uL/L、10000uL/L的CO2氣體(其余空氣)，18個(gè)連接三通4和I. 8m/個(gè)硅膠管5。選擇檸條和油蒿兩種灌木，共18株，將其移栽在花盆中，花盆直徑26cm，高35cm。下面通過具體實(shí)例和操作來進(jìn)行說明
實(shí)例I :如圖2所示，將已連接的硅膠管螺旋狀埋設(shè)在花盆中檸條和油蒿的根系周圍。一周后測定檸條和油蒿的光合速率和蒸騰速率。利用硅膠管5的良好滲透性，可以使硅膠管5附近形成的小氣室與連接的CO2鋼瓶中氣體濃度一致，穩(wěn)定時(shí)間在5-6小時(shí)。實(shí)測數(shù)據(jù)如表I所示C02濃度從lOOOuL/L增加到5000uL/L時(shí)，檸條和油蒿的光合速率和蒸騰速率也相應(yīng)的增加，當(dāng)CO2濃度繼續(xù)增加到10000uL/L時(shí)，檸條和油蒿的光合速率和蒸騰速率卻表現(xiàn)出下降的趨勢。說明檸條和油蒿的根際區(qū)存在一個(gè)最適的CO2氣體濃度范圍。因?yàn)镃O2濃度適當(dāng)增加，根系吸收的CO2可以降低細(xì)胞質(zhì)的pH值，釋放H+，使細(xì)胞壁中H+濃度提高，激活細(xì)胞壁的酶類，解除細(xì)胞壁中多聚物的聯(lián)結(jié)，進(jìn)而使細(xì)胞壁軟化松弛，膨壓下降，從而促進(jìn)細(xì)胞吸水膨大，加快植株的生長發(fā)育。另外，植物根系吸收固定的CO2不僅為能量代謝提供了底物，而且也為NH4+的同化作用和氨基酸的生物合成提供了碳骨架，有利于光合蒸騰作用的進(jìn)行。而當(dāng)CO2濃度繼續(xù)增加時(shí)，則會影響植物根系的有氧呼吸，抑制根系的生長發(fā)育，從而阻礙根系營養(yǎng)物質(zhì)的吸收、利用以及代謝，最終限制了地上部葉片的光合蒸騰作用及其生長發(fā)育。通過本實(shí)例的研究，我們可以解釋一些干旱荒漠地區(qū)植被在地表微生境改變時(shí)所導(dǎo)致的生理生態(tài)適應(yīng)策略及群落演替規(guī)律。表I檸條和油蒿根際區(qū)不同CO2濃度下光合速率和蒸騰速率
權(quán)利要求
1. 一種多通道閉路式植物根際區(qū)CO2增加裝置，由CO2氣體鋼瓶(I)、減壓閥(2)、三通閥門(3)和螺旋狀硅膠管(4)組成，其特征是CO2氣體鋼瓶通過減壓閥(2)和不銹鋼鋼管(2)與并聯(lián)的三通閥門(3)連接，并聯(lián)的三通閥門(3)每個(gè)閥門一端分別與并聯(lián)的每個(gè)螺旋狀硅膠管(4) 一端連接，螺旋狀硅膠管(4)的另一端封閉。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多通道閉路式植物根際區(qū)CO2增加裝置。其結(jié)構(gòu)特征是CO2氣體鋼瓶通過減壓閥和不銹鋼鋼管與并聯(lián)的三通閥門連接，并聯(lián)的三通閥門每個(gè)閥門一端分別與并聯(lián)的每個(gè)螺旋狀硅膠管一端連接，螺旋狀硅膠管的另一端封閉。本裝置克服現(xiàn)有對控制CO2濃度的研究都以開路式(FACE)試驗(yàn)為主，需要消耗大量人力、物力和財(cái)力的不足。利用硅膠管的良好滲透性，可以使硅膠管附近形成的小氣室與連接的CO2鋼瓶氣體濃度一致，可以方便的對由CO2濃度變化所造成的對植物生理、生態(tài)和生化的影響進(jìn)行綜合研究和評估，具有良好的應(yīng)用開發(fā)前景。
文檔編號A01G7/02GK102657040SQ201210130508
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月28日
發(fā)明者張志山, 李新榮, 黃磊 申請人:中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所