專利名稱：用于水田種植系統(tǒng)根際的土壤溶液原位采集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種土壤溶液原位采集裝置，該裝置適用于土壤科學(xué)、植物營養(yǎng) 科學(xué)和環(huán)境科學(xué)中對植物根際化學(xué)和土壤溶液化學(xué)的研究，特別適用于水田種植
系統(tǒng)根際的土壤溶液原位釆集。
二背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中對于土壤溶液原位采樣裝置，已經(jīng)有很多，但由于個體大、對土 體及根際擾動大等原因，很多不適合于水田根際原位溶液的采集。自從微根際土 壤溶液釆樣器誕生以來，根際原位溶液的研究已經(jīng)有很多，但這些研究至今為止 僅限于旱地，對于水田種植系統(tǒng)來說，存在很大的問題，導(dǎo)致無法開展具體的研 究。
相比旱地，水田種植體系中，土壤在絕大多數(shù)時間處于淹水飽和狀態(tài)，將前 人運(yùn)用于旱地研究的裝置應(yīng)用于水田系統(tǒng)后，裝置四周均出現(xiàn)漏水情況，這會影
響到淹水土體及根際養(yǎng)分遷移、氧化還原等原位狀況；另外，適用于旱地的裝置 系統(tǒng)箱體窄，對于水田作物如水稻這樣的須根植物而言，尤其在飽和情況下，過 窄的箱體不利于根際和土體間的區(qū)分，這些問題均是水田根際原位溶液相研究的 重要制約因素。
三、 發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明針對上述技術(shù)空白，提供一種特別適用于水田種植系統(tǒng)根 際的土壤溶液原位采集裝置，該采集裝置采集準(zhǔn)確迅速，對水飽和土壤擾動小。
技術(shù)方案 一種適用于水田種植系統(tǒng)根際的土壤溶液原位采集裝置，包括真 空泵、真空控制器、壓力感應(yīng)器、緩沖瓶、微樣品收集器和植物生長箱，所述植 物生長箱上設(shè)有土壤微溶液采集器，土壤微溶液采集器通過導(dǎo)液管與微樣品收集 器的接液管相連，微樣品收集器通過真空管與緩沖瓶連接，連接微樣品收集器和 緩沖瓶的真空管上設(shè)有真空三通開關(guān)，壓力感應(yīng)器設(shè)于緩沖瓶上，緩沖瓶通過真 空管與真空泵連接，真空控制器分別與真空泵和壓力感應(yīng)器電源連接。上述的一種適用于水田種植系統(tǒng)根際的土壤溶液原位采集裝置，包括土壤微 溶液采集器，所述植物生長箱為上端開口的單匣箱體，箱體相對的前面板和后面 板上設(shè)有一一對應(yīng)的孔陣列，前面板的內(nèi)側(cè)設(shè)有密封膜，土壤微溶液采集器穿過 前面板上的陣列孔和密封膜，伸入箱體內(nèi)。
上述的一種適用于水田種植系統(tǒng)根際的土壤溶液原位采集裝置，所述前面板 和后面板上設(shè)有與孔陣列——對應(yīng)的座標(biāo)代碼。
有益效果本發(fā)明裝置部分組裝與拆卸均操作簡便、快捷；采樣方法中采用 經(jīng)綿法定位準(zhǔn)確，適用性廣，可以實現(xiàn)水田種植體系內(nèi)各種植物(如水稻)土壤 原位微溶液的迅速、準(zhǔn)確地采集；采樣器體積小(直徑僅有l(wèi)mm)、采樣點(diǎn)小， 采樣過程中獲取采樣點(diǎn)周圍溶液體積極小，對水飽和土壤擾動小；不僅適用于群 根根際溶液采集，更適用于單根根際土壤溶液采集，研究更貼近于大田植物生長 的實際情況。樣品采集到所需各種養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)的檢出的時間短可以在數(shù)分鐘內(nèi)完 成。
四

圖1:本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1,真空控制器；2,電源線；3,真空 連接管；4,玻璃導(dǎo)氣管；5,緩沖瓶；6，真空泵；7,壓力感應(yīng)器；8,接 液管；9,彈性橡膠封套；10，導(dǎo)液管；11,真空收集箱；12,微樣品收集 器；13,真空三通開關(guān)；14，微土壤溶液采樣器；15,植物生長箱
圖2:植物生長箱前面箱體組合元件。其中，16,前面箱體上小孔的列代碼； 17,前面箱體上的小孔；18，前面箱體上小孔的行代碼；
圖3:植物生長箱后面箱體組合元件。其中，19,后面箱體上小孔的列代 碼；20,后面箱體上的小孔；21,后面箱體上小孔的行代碼；
圖4:植物生長箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。其中，22，植物的根；23，后面箱體； 24,前面箱體；25,前面箱體內(nèi)側(cè)上的貼膜；
圖5:采樣過程示意圖；26， 土體入滲流；27,根際區(qū)橫截面28，根際外滲 流；29,非根際區(qū)橫截面
圖6:根際土壤原位溶液NH/虧缺以及Ca^富集指數(shù)示意圖。
圖7:獲取不同體積根際土壤原位溶液中NH/濃度示意圖。
五具體實施方式
實施例1:如圖1所示，兩個串聯(lián)起來的緩沖瓶、真空泵、壓力感應(yīng)器、收集器在使用 真空連接管3、玻璃導(dǎo)氣管4連接時，連接部位的接縫處，均用真空油脂反復(fù)均 勻涂抹。真空三通開關(guān)13與真空連接管3的連接處均有生膠帶包裹后再進(jìn)行連 接。真空泵電源和壓力感應(yīng)器7的信號端分別連接在真空控制器的特定部位，通 過真空控制器設(shè)定所需負(fù)壓，當(dāng)布置在串聯(lián)緩沖瓶5上的壓力感應(yīng)器7感應(yīng)到緩 沖瓶內(nèi)負(fù)壓不足或超過時，真空控制器自動開啟或關(guān)閉真空泵電源。在采樣過程 時，打開真空控制器開關(guān)并設(shè)定好負(fù)壓數(shù)值，待緩沖瓶內(nèi)負(fù)壓穩(wěn)定后，打開真空 三通開關(guān)13，進(jìn)行采樣。
如圖1所示，真空收集箱11內(nèi)放置有微樣品收集器12,它由連蓋200ulPCR 管替代， 一次性使用，收集樣品。真空收集箱11上表面固定有接液管8，它與導(dǎo) 液管10和微土壤溶液采樣器14連接成土壤微溶液傳導(dǎo)通路，接縫處有彈性橡膠 封套9固定并密封。
如圖1所示，植物生長箱是釆樣兩種PVC材料組合而成的單匣上端開口的 箱體，內(nèi)部厚度為14mm (如圖4所示)，其前面箱體(如圖2所示)是由布滿 圓孔18的不透明PVC板組成，此圓孔可以布置微土壤溶液采樣器，在采樣時， 前面箱體的內(nèi)側(cè)要用特種密封膜25密封，防止箱體內(nèi)的土壤水溶液由圓孔透 出；后面箱體(如圖3所示)是由透明的PVC板構(gòu)成，前后兩面PVC板之間有 彈性密封墊連接，螺絲加固。前面箱體的每個小孑L根據(jù)所在的行、歹'j (如圖2的 16、 17所示)建立自己的坐標(biāo)，并且每個小孔在后面箱體的透明PVC板上的投 影位置均有描點(diǎn)(如圖3的21所示)與之——對應(yīng)，并有相同的坐標(biāo)。有植物 種植時，種植部位靠近植物生長箱15的一側(cè)，植物根系則向著植物生長箱另外 一側(cè)和向下延伸，需要采集樣品時，從植物生長箱后面箱體(如圖3或23所 示)觀察所要采集的某個點(diǎn)位的行列坐標(biāo)，然后將微土壤溶液原位采樣器14從 前面箱體(如圖2或24所示)相應(yīng)坐標(biāo)的孔內(nèi)植入植物生長箱的后面箱體23內(nèi) 側(cè)(如圖4所示)。微土壤溶液采樣器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示，它分前后兩部 分，前部分由長為4mm的多孔材料組成，后部分由不透水材料組成用來傳輸由 前部采來的樣品。
實施例2
采用本發(fā)明人自有根際土壤溶液原位采集裝置進(jìn)行該方法。首先用水校驗植 物生長箱箱內(nèi)各處是否漏水，不漏水的箱體方可應(yīng)用。為了減少土壤團(tuán)粒的帶來 的土體水分和養(yǎng)分的不均一性，本發(fā)明采用100目土壤作為土壤材料。土壤材料 在充分拌勻肥料的情況下，緩慢注入蒸餾水，靜置12小時后墩實，以保證土體均勻，方可栽種植物。選用剛剛萌發(fā)的種子進(jìn)行播種，播種部位靠近植物生長箱 的一側(cè)，植物根系則向著植物生長箱另外一側(cè)和向下延伸。采樣過程詳細(xì)結(jié)構(gòu)如 圖5所示，在植物生長的某個時期，需要采集樣品時，從植物生長箱后面箱體觀 察所要采集的根際或土體某點(diǎn)位的行列坐標(biāo)，然后將土壤微溶原位采樣器從前面 箱體相應(yīng)坐標(biāo)的孔內(nèi)植入，植入深度直至植物生長箱的后面箱體內(nèi)側(cè)表面，然后 將微土壤溶液釆樣器的另外一端用PEEK管連接到樣品收集器中。
打開真空控制器待壓力控制系統(tǒng)穩(wěn)定后，打開真空三通開關(guān)，微土壤溶液采 樣器周圍溶液就可以通過微土壤溶液采樣器和真空管路系統(tǒng)進(jìn)入樣品收集器，從 而實現(xiàn)根際土壤溶液的原位采集。本發(fā)明使用的條件是采用相對較高負(fù)壓條件(-
500hPa)在短時間內(nèi)(5分鐘)采樣，以獲取50ul以內(nèi)(視觀測根的直徑)體積 的溶液樣品。樣品采集完成后，迅速打開樣品收集器取出樣品，然后分別采用微 pH電極和毛細(xì)管電泳儀進(jìn)行pH值和相關(guān)養(yǎng)分的毛細(xì)管電泳分析。
采用本發(fā)明應(yīng)用于苗齡為30天的水稻根際土壤溶液原位研究。施入肥料以 N (NH4+) 、 P、 K+計，用量各為150mg/Kg干土，釆樣點(diǎn)位于水稻根系具有根毛 的伸長區(qū)，距根尖為5cm，設(shè)重復(fù)4次。
各樣品濃度分析顯示，群根根表NH4+濃度為1.84ppm,虧缺指數(shù)(即某點(diǎn)位 NH4+濃JL/距單根根表2cm點(diǎn)位NH4+濃度x100。/。)為指數(shù)為11%; Ca^群根根表 濃度為229.97ppm，富集指數(shù)(某點(diǎn)位0&2+濃度/群根根表Ca2+濃度x100。/。)為指 數(shù)為100%。距單根根表不同距離的NH/虧缺指數(shù)以及Ca"富集指數(shù)如圖6所 示，單根根表土壤溶液中NH4+虧缺指數(shù)與群根根表類似，亦呈大量耗竭趨勢， Ca^則呈累積趨勢。另外，群根根表NH4+耗竭高于單才^艮表，Ca^富集也高于單 根根表，可見根系聚集增加了表面NH4+虧缺趨勢和Ca^的累積趨勢。以往的研 究都是以在群根體系下取得的結(jié)果來指示單根根際養(yǎng)分狀況，我們的結(jié)果表明這 與實際情況相比有所偏高。
應(yīng)用實例證明，本發(fā)明所述根際土壤溶液原位釆集方法適用于水田種植系統(tǒng) 根際土壤溶液相的原位研究，采樣點(diǎn)間相互干擾小，采樣精確，不僅適合群根根 際研究，更適合單根根際研究。
實施例3
圖5所示說明了采樣過程中采樣點(diǎn)的具體情況，微土壤溶液采樣器緊貼根表 布置，采集單根或群根根表土壤溶液原位樣品。以單根(直徑l-2mm)根際(距 根表2mm以內(nèi))狀況為例，如圖5所示，根表周圍采樣點(diǎn)為半圓柱體形狀，半圓柱體積計算公式為根表截面積x根表范圍；根表溶液體積計算公式為根表 體積x 土壤容重x 土壤含水量。
以單根l-2mm，根際范圍2mm半徑計，則此根表采樣區(qū)域的體積為最 小，3.14 x (5/2)2 x 5/2=49.0625mm3。最大為3.14 x (6/2)2 x 6/2=84.78腿3。 土壤 灌水后容重L18g/cm3。所以才艮際溶液樣品重范圍最小49.0625 x 1.18 x 47%=27.2M,最大84.78 x 1.18 x 47%=47.02ul。
根據(jù)此理論推算值，安排了獲取不同體積(50ul、 lOOul、 200ul)的單根根際 土壤原位溶液樣品的實驗，將各體積處理的樣品NH4+濃度進(jìn)行比較，實驗結(jié)果如 圖7所示，結(jié)果顯示獲取體積為50ul的樣品最能體現(xiàn)根際土壤養(yǎng)分的梯度變化。
權(quán)利要求1.一種適用于水田種植系統(tǒng)根際的土壤溶液原位采集裝置，其特征在于包括真空泵(6)、真空控制器(1)、壓力感應(yīng)器(7)、緩沖瓶(5)、微樣品收集器(12)和植物生長箱(15)，所述植物生長箱上設(shè)有土壤微溶液采集器(14)，土壤微溶液采集器(14)通過導(dǎo)液管(10)與微樣品收集器(12)的接液管(8)相連，微樣品收集器(12)通過真空管(3)與緩沖瓶(5)連接，連接微樣品收集器(12)和緩沖瓶(5)的真空管上設(shè)有真空三通開關(guān)(13)，壓力感應(yīng)器(7)設(shè)于緩沖瓶(5)上，緩沖瓶(5)通過真空管(3)與真空泵(6)連接，真空控制器(1)分別與真空泵(6)和壓力感應(yīng)器(7)電連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于水田種植系統(tǒng)根際的土壤溶液原位采 集裝置，其特征在于包括土壤微溶液采集器，所述植物生長箱為上端開 口的單匣箱體，箱體相對的前面板和后面板上設(shè)有——對應(yīng)的孔陣列， 前面板的內(nèi)側(cè)設(shè)有密封膜，土壤微溶液釆集器穿過前面板上的陣列孔和 密封膜，伸入箱體內(nèi)。
3. 根據(jù)根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種適用于水田種植系統(tǒng)根際的土壤溶液原 位采集裝置，其特征在于所述前面板和后面板上設(shè)有與孔陣列——對應(yīng) 的座標(biāo)代碼。
專利摘要本實用新型提供一種特別適用于水田種植系統(tǒng)根際的土壤溶液原位采集裝置，該采集器采集準(zhǔn)確迅速，對水飽和土壤擾動小。一種適用于水田種植系統(tǒng)根際的土壤溶液原位采集裝置，包括真空泵、真空控制器、壓力感應(yīng)器、緩沖瓶、微樣品收集器和植物生長箱，所述植物生長箱上設(shè)有土壤微溶液采集器，土壤微溶液采集器通過導(dǎo)液管與微樣品收集器的接液管相連，微樣品收集器通過真空管與緩沖瓶連接，連接微樣品收集器和緩沖瓶的真空管上設(shè)有真空三通開關(guān)，壓力感應(yīng)器設(shè)于緩沖瓶上，緩沖瓶通過真空管與真空泵連接，真空控制器分別與真空泵和壓力感應(yīng)器電源連接。
文檔編號G01N33/24GK201425556SQ20092004066
公開日2010年3月17日 申請日期2009年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月22日
發(fā)明者劉新紅, 施衛(wèi)明 申請人:中國科學(xué)院南京土壤研究所