CN102944492A - 基于连通器方式的植株吸水量与耗水量的检测方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于连通器方式的植株吸水量与耗水量的检测方法与装置。第一电子天平、第二电子天平上分别放有盛放植株生长需要的营养液的第一容器和第二容器，第一容器和第二容器底部采用连接胶管连接组成连通器，第一容器、第二容器的顶部分别用第一密封材料和第二密封材料进行密封，待测的植株经第二密封材料插入第二容器中，通过数据线将两台天平与PC计算机相连。因为两个容器是密封的，水分只能通过待测植株的蒸腾作用散失，通过天平称取两个容器的重量变化，该装置可以将植株的吸水与耗水区别开来，实时计算得到植株的吸水量和耗水量。该装置可以作为其他研究植株水分测量方法的校准装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种植株吸水量与耗水量检测方法与装置，尤其是涉及一种基于连通器方式的植株吸水量与耗水量的检测方法与装置。
背景技术
植物的生长离不开水，水在植物-大气-土壤中进行循环，一方面保证了植物的生命活动，维持了生态的平衡和发展，另一方面也是生命活动的结果。农田土壤水分的转化利用与调控是以土壤—植物—大气连续体(SPAC)为基础，以植物为核心。植物从土壤中吸收水分，同时植物体内的水分又以气态散失到大气中——蒸腾作用，蒸腾作用是植物的水分主要消耗方式，植物吸收的水分99%以上，通过蒸腾作用散失到大气中。
蒸腾作用不仅受外界环境条件的影响，而且还受植物本身的调节和控制，因此它是一种复杂的生理过程。Boyer 指出在植物体内的水分流动同时受到几种作用的影响。白天，蒸腾作用占据主导位置，少量的水供给细胞的生长，新陈代谢和韧皮部运输。夜间的时候，蒸腾作用逐渐萎缩，白天占据非主导地位的水分运输在夜间占据了主要地位。
植物体内具有一定的贮水功能，也就是植物的体内贮存一定数量的水分，白天蒸腾开始逐渐增强的时候，植株首先将体内储存的水，用于蒸腾，这样就会出现脱水的现象，接着在蒸腾拉力的作用下，根部就开始吸收水分，吸收的水分用于蒸腾和缓解植株的脱水现象。在晚上，则发生相反的现象，因为蒸腾作用的减弱，植株内的储存水会增加。在正常情况下，植株体内的组织脱水—吸水交替发生，周而复始。
植物的水分活动可以用一个公式来描述：
U+T=G+H
U表示植物的吸水量，T表示植物的耗水量，G表示植物的生长用水，H表示植株的脱水（复水）用水。
该公式表明了植物体的水分动态变化过程。从上面的分析可以看出植物根部的吸水和植物的耗水（蒸腾作用）是两种不同步的水分传输状态，植物的吸水量不一定等于植物的耗水量，因为植物体内还有一定的贮存水参与水分循环活动。通常认为植物的夜间耗水量为零，但是夜间同样存在着植物根部吸水，所吸收的水分主要用于组织的复水和生长需要。
如何对上述变量进行测量，对于理解作物的水分生理过程有极大的帮助，现在对植物水分的测定方法——称重式蒸渗仪法只能检测到植物与土壤组成的整体中的水分减少量，这种方法只是测定了整体的水分减少量，而无法测定整体内的水分转移量，即无法回答水分在土壤和植物体内的运输转移。因此无法达到将上述变量进行区分的目的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于连通器方式的植株吸水量与耗水量的检测方法与装置，可以实时区分检测植株吸水量与耗水量。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一、一种基于连通器方式的植株吸水量与耗水量的检测方法，该方法的步骤如下：
1）在第一电子天平、第二电子天平上分别放有第一容器和第二容器，第一容器和第二容器底部采用连接胶管连接起来，组成一个连通器，通过数据线将两台天平与PC计算机相连；
2）向两个容器组成的连通器中加入植株生长需要的营养液，将待测的植株放到第二容器中，两个容器的顶部通过密封材料进行了密封，待测的植株与连通器组成一个整体，在这个整体中水分只能通过待测的植株的蒸腾作用散失，PC计算机通过数据线就得到两台电子天平的实时重量变化，两台电子天平的重量变化代数和是整个装置的重量减少量，该减少量就是植株的耗水量。
第一容器中被植株吸收的水分通过第一电子天平读出，第二容器中被植株吸收的水分需要通过第一容器减少的水量以及第一容器和第二容器的液面面积，用公式进行计算得到：
设第一天平的重量变化为△W1，第二天平的变化△W2，S1是第一容器的液面面积，S2是第二容器的液面面积；
则植株的耗水量为：
T=△W2+△W1；
植株的吸水量为：
U=△W1×（1+S2/S1）。
二、一种基于连通器方式的植株吸水量与耗水量的检测装置：
包括第一容器、第二容器、第一电子天平、第二电子天平、第一密封材料、第二密封材料、连接胶管、数据线和PC计算机；第一电子天平、第二电子天平上分别放有盛放植株生长需要的营养液的第一容器和第二容器，第一容器和第二容器底部采用连接胶管连接组成连通器，第一容器、第二容器的顶部分别用第一密封材料和第二密封材料进行密封，待测的植株经第二密封材料插入第二容器中，通过数据线将两台天平与PC计算机相连。
本发明具有的有益效果是：
1、本发明可以同时检测植株的吸水量与耗水量，将这两种作用于植株水分生理的活动分别检测出来。避免了现有称重蒸渗仪法，只能检测耗水量，无法检测吸水量带来的水分转移问题。
2、本发明的装置通过数据线与计算机相连，便于实现长时间的数据采集，对植株的研究可以进行长时间的观测，减轻了数据采集时的工作量。
3、通过计算机的程序，可以调整对电子天平的采集频率，计算方法等，进行系统相关参数的调整。从而得到更为精确的植株吸水耗水状态变化。
4、本发明可以用于检测植株的水分运输和水分生理活动，同时该方法采用高精度天平（0.01克），灵敏度和准确性很高，可以用于其他检测植株耗水量的方法的校准方法。
附图说明
图1是本发明的结构原理图。
图2是本发明的实施结果图。
图中：1、第一容器，2、第二容器，3、第一电子天平，4、第二电子天平，5、第一密封材料，6、第二密封材料，7、待测的植株，8、连接胶管，9、数据线，10、PC计算机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明包括第一容器1、第二容器2、第一电子天平3、第二电子天平4、第一密封材料5、第二密封材料6、连接胶管8、数据线9和PC计算机10；第一电子天平3、第二电子天平4上分别放有盛放植株生长需要的营养液的第一容器1和第二容器2，第一容器1和第二容器2底部采用连接胶管8连接组成连通器，第一容器1、第二容器2的顶部分别用第一密封材料5和第二密封材料6进行密封，待测的植株7经第二密封材料6插入第二容器2中，通过数据线9将两台天平与PC计算机10相连。
用连接胶管将两个容器的底部连接起来，构成连通器，向连通器中加入植株生长需要的营养液，将待测的植株7放到第二容器2中，两个容器的顶部通过密封材料进行了密封，待测的植株与连通器组成一个整体，在这个整体中水分只能通过待测的植株的蒸腾作用散失。PC计算机通过数据线就得到两台电子天平的实时重量变化，两台电子天平的重量变化代数和是整个装置的重量减少量，该减少量就是植株的耗水量。
植株的吸水作用会使第一容器1、第二容器2的水面下降，如果植株根部吸收的水分存储在植株体内，而不用于蒸腾时，第一电子天平3的重量会减少，第二电子天平4的重量增加；虽然第二电子天平4的重量是增加了，但是第二容器2因为与第一容器1是连通器，所以第二容器2的液位是下降了，并且第二容器2的下降量和第一容器1的下降量相同，水分从第一容器1、第二容器2转移到待测的植株7中，两台电子天平的总重量没有发生变化。当植株吸水和耗水同时存在时，第一容器1中被植株吸收的水分可以通过第一电子天平3读出，第二容器2中被植株吸收的水分需要通过第一容器1减少的水量以及第一容器1和第二容器2的液面面积，用公式进行计算得到：
设第一电子天平3的重量变化为△W1，第二电子天平4的变化△W2，S1，S2是第一容器1、第二容器2对应的液面面积。
则植株的耗水量为：
T=△W2+△W1；
植株的吸水量为：
U=△W1×（1+S2/S1）；
该方法和装置的最大优点就是能够区分植株的耗水量和植株的吸水量。并且实时计算得到植株的水分吸收和耗水量。通过计算机可以对植株长时间进行吸水-耗水量的测定。
以2012年11月17日的实验装置和数据为例：
实验中所用的两个容器的外形为圆柱形，其内部直径尺寸70mm。植株放置在第二容器2中，植株的茎直径为13mm，所以：容器1的液面面积：S1=3846.50 ，第二容器2的液面面积：S2=3846.5-153.86=3692.64
；两个容器从17日11时开始的重量变化曲线如图2所示，图中的细线是插有植株的第二容器2的重量变化曲线，粗线是第一容器1的重量变化曲线，图中的曲线反映了植株的吸水量与耗水量是不同步。
根据试验中的部分数据整理出表1，表中的数据标明了17日11时开始的不同时段第一电子天平3、第二电子天平4数据变化量，以及计算出来吸水量和蒸腾量。
表1 ：17日11时开始的不同时段第一电子天平3、第二电子天平4数据变化量表格
| 时间段 | △W1（g） | △W2（g） | U（g） | T（g） |
| 11：00-12：00 | -0.25 | -2.2 | -0.49 | -2.45 |
| 12：00-13：00 | -0.36 | -2.8 | -0.7056 | -3.16 |
| 13：00-14：00 | -0.55 | -2.35 | -1.078 | -2.9 |
| 14：00-15：00 | -0.56 | -1.53 | -1.0976 | -2.09 |
| 15：00-16：00 | -0.55 | -0.62 | -1.078 | -1.17 |
| 16：00-17：00 | -0.47 | 0.09 | -0.9212 | -0.38 |
| 17：00-18：00 | -0.35 | 0.24 | -0.686 | -0.11 |
| 18：00-19：00 | -0.31 | 0.23 | -0.6076 | -0.08 |
| 19：00-20：00 | -0.25 | 0.18 | -0.49 | -0.07 |
| 20：00-21：00 | -0.26 | 0.19 | -0.5096 | -0.07 |
| 21:00-22:00 | -0.22 | 0.2 | -0.4312 | -0.02 |
| 22:00-23:00 | -0.24 | 0.15 | -0.4704 | -0.09 |
| 23:00-24:00 | -0.25 | 0.15 | -0.49 | -0.1 |
从实验数据可以看出：该方法和装置能够区分植株的耗水量和吸水量。通过计算机可以对植株吸水-耗水量进行长时间的测定。
Claims (3)
1.一种基于连通器方式的植株吸水量与耗水量的检测方法，其特征在于该方法的步骤如下：
1）在第一电子天平、第二电子天平上分别放有第一容器和第二容器，第一容器和第二容器底部采用连接胶管连接起来，组成一个连通器，通过数据线将两台天平与PC计算机相连；
2）向两个容器组成的连通器中加入植株生长需要的营养液，将待测的植株放到第二容器中，两个容器的顶部通过密封材料进行了密封，待测的植株与连通器组成一个整体，在这个整体中水分只能通过待测的植株的蒸腾作用散失，PC计算机通过数据线就得到两台电子天平的实时重量变化，两台电子天平的重量变化代数和是整个装置的重量减少量，该减少量就是植株的耗水量。
2.根据权利要求1所述的一种基于连通器方式的植株吸水量与耗水量的检测方法，其特征在于：
第一容器中被植株吸收的水分通过第一电子天平读出，第二容器中被植株吸收的水分需要通过第一容器减少的水量以及第一容器和第二容器的液面面积，用公式进行计算得到：
设第一天平的重量变化为△W1，第二天平的变化△W2，S1是第一容器的液面面积，S2是第二容器的液面面积；
则植株的耗水量为：
T=△W2+△W1；
植株的吸水量为：
U=△W1×（1+S2/S1）。
3.根据权利要求1所述方法的一种基于连通器方式的植株吸水量与耗水量的检测装置，其特征在于：包括第一容器（1）、第二容器（2）、第一电子天平（3）、第二电子天平（4）、第一密封材料（5）、第二密封材料（6）、连接胶管（8）、数据线（9）和PC计算机（10）；第一电子天平（3）、第二电子天平（4）上分别放有盛放植株生长需要的营养液的第一容器（1）和第二容器（2），第一容器（1）和第二容器（2）底部采用连接胶管（8）连接组成连通器，第一容器（1）、第二容器（2）的顶部分别用第一密封材料（5）和第二密封材料（6）进行密封，待测的植株（7）经第二密封材料（6）插入第二容器（2）中，通过数据线（9）将两台天平与PC计算机（10）相连。
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