CN101347081B - 用于进行植物的气体释放和气体转化规律研究的密闭装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及了一种用于进行植物的气体释放和气体转化规律研究的密闭装置，主要由植物生长室1、气体管道2、气体冷却室3、液体收集器4、循环水泵5、气体分析器6、光照系统7组成，其特征在于：植物的生长空间是完全密闭的，光照、温湿度、风速、水分灌溉等培养条件可以根据实验需要进行合理的调控。本装置的有益效果是：具有密闭性好，抗外界干扰能力强，光照、温湿度、风速、水分灌溉等条件可调控，有利于研究植物在密闭条件下的气体释放和气体转化规律。本发明可应用于空间站、空间永久基地等密闭系统研究，也可应用于地面温室、空气净化等植物气体研究领域。

Description

用于进行植物的气体释放和气体转化规律研究的密闭装置
技术领域
本发明涉及一种植物气体研究的密闭装置，特别适用于进行植物的气体释放和气体转化规律研究。
背景技术
在自然界中植物扮演非常重要的作用，吸收CO2、提供O2，与此同时还释放一些微量气体。植物良好的生长离不开光照、温度、湿度、空气、水分、营养等条件。在开放条件下，很难进行植物的气体释放和气体转化测试，在密闭的条件下其环境条件又很难满足，现有的密闭条件下植物的气体释放和气体转化规律研究的密闭装置，存在光强、温湿度、风速等培养条件不可调控的缺点。
发明内容
本发明涉及了一种植物的气体释放和气体转化规律研究的密闭装置，其目的是为了克服现有技术的不足，提供一种密闭性好，光照、温湿度、风速、水分灌溉等培养条件可调控的装置。
为了达到上述目的，所采用的技术方案是：一种用于进行植物的气体释放和气体转化规律研究的密闭装置，主要由植物生长室1、气体管道2、气体冷却室3、液体收集器4、循环水泵5、气体分析器6、光照系统7组成，其特征在于：植物的生长空间是完全密闭的，光照、温湿度、风速、水分灌溉等培养条件可以根据实验需要进行合理的调控。
所述的植物生长室1内植物栽培基质为土壤19，基质厚度为5～40cm，基质底部有筛网16，筛网16孔径为1～20mm，筛网16距离植物生长间底部高度为1～20cm，基质上方有气体温湿度仪21。
所述的气体管道2中设有风扇22，风扇22的风速为0.1～5.0m/s，气体管道2具有伸缩性，气体管道2的左端与植物生长室1相连接，气体管道2的右端与气体冷却室3相连接。
所述的气体冷却室3内部设有热交换器9，热交换器9与密闭装置外部的控温水箱10连接，植物生长室1的热空气经风扇22与热交换器9接触时降温形成冷凝液，经降温后的气体返回植物生长室1，密闭装置内的温度因此可以调控在20～40℃范围内，湿度控制在50％～90％范围内。
所述的气体冷却室3的上面有压力表8，可以检验密闭装置的气密性和装置内部的压力变化，气体冷却室3的下面与液体收集器4连接处设有阀门12和冷凝液采样口11，可以用来取样分析冷凝液的性质。
所述的液体收集器4可以将热空气经过热交换器9时产生的冷凝液体集中起来，液体收集器4内有指示液体容量的刻度标14和液体取样孔13，液体取样孔13距离液体收集器4底0.1～10cm。
所述的循环水泵5可以将液体收集器4中的水通过水管15注入植物生长室1内的基质19中，基质19中设有湿度传感器17和水位传感器18，它们可以用来调控循环水泵5的工作，当基质湿度低于设定值时，水泵5开始工作向基质注水，当水位达到传感器18时，水泵停止注水，多余的水通过水管15返回至液体收集器4中，可以通过取样孔13进行灌溉液体的取样分析。
所述的光照系统7由LED红光和蓝光组成，可以根据植物气体研究不同需求，调节光强0～2000μmol·m-2·s-1。
所述的植物生长室1两侧有2～5个气体检测端口20，可以连接气体分析仪器6进行在线检测，也可以取气体样品另行分析。
本装置主体材料采用有机玻璃制作，装置体积在10L～100L，所有连接处均严格密封，装置密封度高。
本装置的有益效果是：具有密闭性好，抗外界干扰能力强，光照、温湿度、风速、水分灌溉等培养条件可调控，有利于研究植物在密闭条件下的气体释放和气体转化规律。
附图说明
图1：本发明专利的装置结构示意图
具体实施方式
下面结合附图对本发明专利的具体实施方案加以说明。
一种用于进行植物的气体释放和气体转化规律研究的密闭装置，主要由植物生长室1、气体管道2、气体冷却室3、液体收集器4、循坏水泵5、气体分析器6、光照系统7组成，其特征在于：植物的生长空间是完全密闭的，光照、温湿度、风速、水分灌溉等培养条件可以根据实验需要进行合理的调控。
设计的密闭装置植物生长室1为直径30cm的圆柱体，高为100cm，上下两层间用法兰紧密连接，通气管道2内径为8mm，长度为40cm，气体冷却间3采用圆柱式设计，内径15cm，底部为圆锥设计，总体高度100cm，气体冷却室3连接液体收集器4，整体密闭空间为36.28L，整个装置气密性好。
进行试验的植物为叶用莴苣，进行检测的代表气体为O2和CO2。
植物生长室1内植物栽培基质为土壤19，基质厚度为10cm，基质底部有筛网16，筛网16的孔径为5mm，筛网16距离植物生长间底部高度为2cm。
气体管道2中设有风扇22，风扇22的风速为1.0m/s，气体管道具有伸缩性，气体管道2的左端与植物生长室1连接，气体管道2的右端与气体冷却室3相连接，风扇孔径为8mm长度为40cm。
气体冷却室3内部设有热交换器9，热交换器9与密闭装置外部的控温水箱10连接，植物生长室1的热空气经风扇21与热交换器9接触时降温形成冷凝液，经降温后的气体返回植物生长室1，密闭装置内的温度因此可以调控在28～30℃范围内，湿度控制在75％～80％。
气体冷却室3的上面有压力表8，从读数观察得知实验过程中气密性很好。气体冷却室3的下面与液体收集器4连接处设有阀门13和冷凝液采样口14，可以用来取样分析实验过程中冷凝液的体积和性质。
液体收集器4可以将热空气经过热交换器9时产生的冷凝液体集中起来，液体收集器4内有指示液体容量的刻度标14和液体取样孔13，液体取样孔13距离液体收集器底2cm。
循环水泵5可以将液体收集器4中的水通过水管15注入植物生长室1内的基质19中，基质19中设有湿度传感器17和水位传感器18，它们可以用来调控循环水泵5的工作，当基质湿度低于设定值70％时，水泵5开始工作向基质注水，当水位达到传感器18时，水泵停止注水，多余的水通过水管15返回至液体收集器4中，可以通过取样孔13进行灌溉液体的取样分析。
光照系统7由90％的LED红光和10％的LED蓝光组成，调节光强为150μmol·m-2·s-1。
植物生长室1两侧有2个气体检测端口20，连接气体分析器6设定为进行O2和CO2的在线分析检测。
由上述内容可清楚地知道密闭装置的结构组成和相互关系，也知道了实验的代表植物为莴苣，测试气体为O2和CO2，培养条件为光强150μmol·m-2·s-1，空气温度28～30℃，空气湿度为75％～80％，基质湿度为70％，风速为1.0m/s。
首先，在密闭反应器内只有土壤基质，基质湿度70％，基质面积7.0650m2，测试周期24h.实验结果为CO2的生成速率1.8306g·m-2·day-1，O2的消耗速率4.3509g·m-2·day-1。
然后，在密闭反应器内移栽3棵已长有12片叶子的莴苣，待莴苣完全恢复生长稳定时，将装置密闭进行气体测试，试验周期24h。实验结果：CO2的生成速率0.02636g·m-2·day-1，O2的消耗速率0.01917g·m-2·day-1。
本发明一种用于进行植物的气体释放和气体转化规律研究的密闭装置，可以根据实验需要研究植物的不同种类，不同生长阶段的气体分析，也可以研究同一植物的在不同培养参数条件气体如何变化，具有很强的调控性和应用性。
本发明可应用于空间站、空间永久基地等密闭系统研究，也可应用于地面温室、空气净化等植物气体研究领域。

Claims (2)

1.一种用于进行植物的气体释放和气体转化规律研究的密闭装置，主要由植物生长室、气体管道、气体冷却室、液体收集器、循环水泵、气体分析器、光照系统组成，其特征在于：植物的生长空间是完全密闭的，光照、温湿度、风速、水分灌溉培养条件可以根据实验需要进行合理的调控；
植物生长室内植物栽培基质为土壤，基质厚度为5～40cm，基质底部有筛网，筛网孔径为1～20mm，筛网距离植物生长室底部高度为1～20cm，基质上方有气体温湿度仪；
气体管道中设有风扇，风扇的风速为0.1～5.0m/s，气体管道具有伸缩性，气体管道的左端与植物生长室相连接，气体管道的右端与气体冷却室相连接；
气体冷却室内部设有热交换器，热交换器与密闭装置外部的控温水箱连接，植物生长室的热空气经风扇与热交换器接触时降温形成冷凝液，经降温后的气体返回植物生长室，密闭装置内的温度因此可以调控在20～40℃范围内，湿度控制在50％～90％范围内；
气体冷却室的上面有压力表，可以检验密闭装置的气密性和装置内部的压力变化，气体冷却室的下面与液体收集器连接处设有阀门和冷凝液采样口；
液体收集器可以将热空气经过热交换器时产生的冷凝液体集中起来，液体收集器内有指示液体容量的刻度标和液体取样孔，液体取样孔距离液体收集器底0.1～10cm；
循环水泵可以将液体收集器中的水通过水管注入植物生长室内的基质中，基质中设有湿度传感器和水位传感器，它们可以用来调控循环水泵的工作，当基质湿度低于设定值时，水泵开始工作向基质注水，当水位达到传感器时，水泵停止注水，多余的水通过水管返回至液体收集器中，可以通过取样孔进行灌溉液体的取样分析；
光照系统由LED红光和蓝光组成，可以根据植物气体研究不同需求，调节光强0～2000μmol·m-2·s-1。
2.根据权利要求书1所述的一种用于进行植物的气体释放和气体转化规律研究的密闭装置，其特征在于：植物生长室两侧有2～5个气体检测端口，可以连接气体分析器进行在线检测，也可以取气体样品另行分析。
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