CN103081746B

CN103081746B - 一种研究作物根际氧化亚氮排放机理的根箱培养装置

Info

Publication number: CN103081746B
Application number: CN201310054697.6A
Authority: CN
Inventors: 张振兴; 张文钊; 魏文学
Original assignee: Institute of Subtropical Agriculture of CAS
Current assignee: Institute of Subtropical Agriculture of CAS
Priority date: 2013-02-20
Filing date: 2013-02-20
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2033-02-20
Also published as: CN103081746A

Abstract

本发明公开了一种研究作物根际氧化亚氮排放机理的根箱培养装置，包括底座，还包括根系距离控制板、圆柱形箱体、根袋和气体采集装置，圆柱形箱体底端设置在底板上，根系距离控制板设置在底板上且位于圆柱形箱体内，根系距离控制板上同中心点的各个预设直径的圆周上分别均匀设置有插孔，插孔内插有不锈钢柱，不锈钢柱垂直于底座，圆柱形箱体由2个半圆形PVC管组成，2个半圆形PVC管连接处填充有硅胶垫，圆柱形箱体上箍设有不锈钢箍。本发明可方便获取离根际不同距离土壤及土壤N₂O气体排放状况。

Description

一种研究作物根际氧化亚氮排放机理的根箱培养装置

技术领域

本发明属于作物根系测量培育领域，更具体涉及一种研究作物根际氧化亚氮排放机理的根箱培养装置，适用于研究水稻根部不同范围内氧化亚氮排放。

背景技术

氧化亚氮（N₂O）是重要的温室气体，近年来备受关注。据估计，N₂O的全球增温潜势值为310（CH₄为21），1mol N₂O的增温效应是CO₂的150-200倍，它在大气中的浓度以每年0.2%～0.3%的速度增加，预计到2050年其浓度将从目前的3.12×10-4 mL L-1增加到3.5～4.0×10-4 mL L-1。大气中N₂O浓度的增加不仅加剧了全球的温室效应，而且间接地破坏臭氧层，导致到达地球表面的紫外辐射强度增加，使人类的生存健康受到影响。据估计大气中90%的N₂O来自地表生物源。土壤特别是农田土壤和热带地区的土壤，是全球最主要的N₂O排放源，贡献率高达70%～90%。因此近些年来，农田土壤N₂O的排放研究已成为焦点。

大量研究表明，农田土壤种植作物时的N₂O释放量一般大于不种植作物时的N₂O释放量，并指出这可能是作物根系活动所致。然而，由于试验技术和方法的限制性，作物根际对土壤N₂O释放的影响机理目前还不清楚。为了获取根际不同范围的土壤样品，人们设计了多种根箱装置，但以往的根箱装置常采用分室法或根垫法使根系形成垂直根面或水平根面，而自然条件下正常发育的根系构型常为圆锥型，这样就过度限制了作物根系的自然生长状况。其次，长形或方形的分室根箱装置适用范围较小，不适用于土壤根际释放的N₂O等气体的采集。此外，分室根箱装置体积较大，搬运不便，拆散比较麻烦，材料再利用率低，制作成本较高。

发明内容

本发明的目的是在于针对现有技术存在的上述问题，提供一种研究作物根际氧化亚氮排放机理的根箱培养装置，能够方便、准确地采集根际不同范围N₂O排放和离根表不同距离的土壤样品。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种研究作物根际氧化亚氮排放机理的根箱培养装置，包括底座，还包括根系距离控制板、圆柱形箱体、根袋和气体采集装置，圆柱形箱体底端设置在底板上，根系距离控制板设置在底板上且位于圆柱形箱体内，根系距离控制板上同中心点的各个预设直径的圆周上分别均匀设置有不锈钢柱，不锈钢柱垂直于底座，

根袋设置在同预设直径的不锈钢柱之间，根袋包括不锈钢环、尼龙网套筒和不锈钢固定柱，不锈钢环至少为2个，各个不锈钢环同中心线依次从上至下放置，不锈钢固定柱至少为2个，每个不锈钢固定柱分别与各个不锈钢环连接，尼龙网套筒一端封口，另一端开口，尼龙网套筒套设在由不锈钢环和不锈钢固定柱构成的不锈钢支架上，

气体采集装置包括蓄电池、注射器、三通阀、硅胶管、风扇和采气箱体，采气箱体底端开口且顶端封口，蓄电池与风扇连接，风扇设置在采气箱体上部的内壁，硅胶管一端穿过采气箱体顶端，另一端与三通阀的第一出口连接，三通阀的第二出口与注射器连接，三通阀的第三出口与采集瓶连接，气体采集装置套设在圆柱形箱体上。

一种研究作物根际氧化亚氮排放机理的根箱培养装置，还包括气体隔离套筒，气体隔离套筒套设在同预设直径的不锈钢柱上，气体隔离套筒包括不锈钢筒，不锈钢筒底端开口，顶端通过PVC圆板密封，PVC圆板上设置有排气孔。

如上所述的圆柱形箱体由2个半圆形PVC管组成，2个半圆形PVC管连接处填充有硅胶垫，圆柱形箱体上箍设有不锈钢箍。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1、本装置可通过控制根系距离控制板上圆孔与圆心之间的距离，可方便获取离根际不同距离土壤及土壤N₂O气体排放状况。

2、根袋由于采用了将尼龙网事先套在不锈钢的支架上，解决了因尼龙网袋易变形而引起的与网面接触的根际土壤表面凹凸不平的问题，便于对尼龙网外的不同距离根际土壤的界定，提高了根际土壤取样的精度。同时圆形根袋更加符合作物根系的自然发育状况，避免了以往平面根系所带来的实验误差。

3、圆柱形箱体由两个半圆PVC管组成，可在采集土壤样品时拆卸，便于准确对离根际不同距离的土壤样品采集，同时材料还可重复利用，降低了材料成本。

附图说明

图1是本发明侧视结构示意图；

图2是本发明俯视结构示意图；

图3是根袋的结构示意图；

图4是圆柱形箱体的结构示意图；

图5是气体采集装置示意图；

图6是气体隔离套筒示意图。

图中：1-圆柱形箱体；2-不锈钢柱；3-不锈钢支架；4-尼龙网套筒；5-底座；6-插孔；7-根系距离控制板；8-不锈钢环；9-半圆形PVC管；10-硅胶垫；11-不锈钢箍；12-蓄电池；13-注射器；14-三通阀；15-硅胶管；16-风扇；17-采气箱体；18-PVC圆板；19-排气孔；20-不锈钢筒。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

实施例1：

如图1~图4所示，一种研究作物根际氧化亚氮排放机理的根箱培养装置，包括底座5，还包括根系距离控制板7、圆柱形箱体1、根袋和气体采集装置，圆柱形箱体1底端设置在底板5上，根系距离控制板7设置在底板5上且位于圆柱形箱体1内，根系距离控制板7上同中心点的各个预设直径的圆周上分别均匀设置有插孔6，插孔6内插有不锈钢柱2，不锈钢柱2垂直于底座5，

根袋包括不锈钢环8、尼龙网套筒4和不锈钢固定柱，不锈钢环8至少为2个，各个不锈钢环8同中心线依次从上至下放置，不锈钢固定柱至少为2个，每个不锈钢固定柱分别与各个不锈钢环8连接，尼龙网套筒4一端封口，另一端开口，尼龙网套筒4套设在由不锈钢环8和不锈钢固定柱构成的不锈钢支架上，根袋放置在圆柱形箱体1内，

如图5所示，气体采集装置包括蓄电池12、注射器13、三通阀14、硅胶管15、风扇16和采气箱体17，采气箱体17底端开口且顶端封口，蓄电池12与风扇16连接，风扇16设置在采气箱体17上部的内壁，硅胶管15一端穿过采气箱体17顶端，另一端与三通阀14的第一出口连接，三通阀14的第二出口与注射器13连接，三通阀14的第三出口与采集瓶连接。

如图6所示，一种研究作物根际氧化亚氮排放机理的根箱培养装置，还包括气体隔离套筒，气体隔离套筒包括不锈钢筒20，不锈钢筒20一端开口，另一端通过PVC圆板18密封，PVC圆板18上设置有排气孔19，不锈钢筒20的内径与根系距离控制板7上同中心点的各个预设直径的圆的直径适配。

圆柱形箱体1由2个半圆形PVC管9组成，2个半圆形PVC管9连接处填充有硅胶垫10，圆柱形箱体1上箍设有不锈钢箍11。

实施例2：

圆柱形箱体1由直径为15cm的PVC管截成，高为19cm，焊接在由PVC板制成的边长为18cm的方形的底座5上。根系距离控制板7由壁厚为2cm的PVC板制成，直径为14cm，内置于圆柱形箱体1底部。在根系距离控制板7上等距离打直径为3mm的插孔6，插孔6与根系距离控制板7中心的距离分别为2、3和4cm，同一距离的插孔6为4个，每两相隔90°。在每一插孔6上垂直插入外径与插孔6适配且高为17cm的不锈钢柱2。不锈钢支架3由三个不锈钢环8和三根不锈钢柱焊接而成，不锈钢支架3为三个规格，可分别卡设在不同预设直径的圆周上分布的不锈钢柱2内，不锈钢支架3外套200目的尼龙网套筒4，尼龙网套筒4底端封口。整个根袋高为15cm。根袋垂直内置于箱体中心，如图2所示。

作为另一种优选方案，圆柱形箱体1由两个半圆形的PVC管9制成，直径为15cm，高为19cm。两个不锈钢箍11使两个半圆形PVC管9紧密连接在一起，在两个半圆形PVC管9接口处放置硅胶垫，确保连接处紧密性。

气体采集装置的采气箱体17同为圆形的PVC管，套设在圆柱形箱体1上，高度根据作物长势选择。采气箱体17顶端由的PVC圆板密封。风扇16内置在采气箱体17顶的内面，风扇16的电源线伸出采气箱体17与蓄电池12（6-DZM-20）连接，蓄电池12为风扇16提供动力，风扇16搅拌采气箱体17内的气体使气体混合均匀。硅胶管15（内径0.5cm）穿过采气箱体17顶面，一部分插入采气箱体17，一部分留在采气箱体17外，硅胶管15将采气箱体17内的气体导出采气箱体17外；采气箱体17外那部分硅橡胶管15末端连接上三通阀14（CTⅢ型）的一个出口，三通阀14其它两个出口分别连接注射器13（50ml）和采气瓶，通过改变三通阀14的方位改变气体流向，方便气体收集。

气体隔离套筒由不锈钢管20制成（管壁厚度为1mm），高为16cm，气体隔离套筒为三种规格，可分别套设在根系距离控制板7上不同预设直径的圆周上分布的不锈钢柱2上。不锈钢管20的顶端由PVC圆板18密封，并在PVC圆板18上钻一排气孔19，以便气体排除，使用时可沿不同距离的不锈钢柱2垂直插到土壤中，再用胶带封闭排气孔19，方便不同范围内气体的采集。

本发明的用于研究作物根际对氧化亚氮排放影响的根箱装置。实际使用过程如下：

首先，根据农田土壤实际情况计算相同装土高度时，根袋和用作作物培养的圆柱形箱体1内所需用土量，按照相应的用土量将土壤分别装到根袋和圆柱形箱体1内，为防止根袋上的尼龙网被土挤压变形，土壤应分层装入。装土高度以与根袋顶部一致为宜，且根袋内外土壤高度应保持一致。装土完毕后，在根袋内播入供试植物种子或栽入幼苗，并根据土量计算施肥量和加水量。

需要采集气体时，将气体采集装置套设在作为作物培养装置的圆柱形箱体1上（箱体内有植物时，气体采集装置的箱体高度可根据植株高度制定），对齐，用胶带密封周缘以防气体逸出。采集气体之前将风扇16与蓄电池12用风扇自带导线连接，风扇运转使箱体内密闭体系的气体混合均匀，然后在不同时间段用注射器通过连接在硅胶管上的三通阀14抽取气体，并转移到气体采样瓶备测。

当需要采集根际不同距离土壤N₂O时，先把根袋取出，再把气体隔离筒套设在预设直径为4的圆周上分布的不锈钢柱2上，并将气体隔离筒用力压到根箱底部，用胶带密封气体隔离筒上的排气孔，再把气体采集装置套设在圆柱形箱体1上好进行采气。采气完毕取出气体隔离筒，再依次把气体隔离筒套套设在预设直径为6、8的圆周上分布的不锈钢柱2上，沿相应不锈钢柱垂直下压到土壤中，并依次进行采气。

当需要进行根际土壤取样时，取下作为根际土壤采集的圆柱形箱体1的不锈钢箍11，用刀片把粘合半圆形PVC管9与底座5的玻璃胶割开，取下一个半圆形PVC管9，移走硅胶垫，以另一半圆柱形箱体的边缘与装置中心为一边，用剖面刀由上而下垂直切出一45°宽的立体V型切口，使圆柱形箱体1中心的根袋外层部分露出，观察作物根系在垂直方向上的分布情况。根袋内的土壤视为根际土，根袋外的土壤可根据研究需要进行不同距离的采集。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims

1.一种研究作物根际氧化亚氮排放机理的根箱培养装置，包括底座（5），其特征在于：还包括根系距离控制板（7）、圆柱形箱体（1）、根袋和气体采集装置，圆柱形箱体（1）底端设置在底板（5）上，根系距离控制板（7）设置在底板（5）上且位于圆柱形箱体（1）内，根系距离控制板（7）上同中心点的各个预设直径的圆周上分别均匀设置有不锈钢柱（2），不锈钢柱（2）垂直于底座（5），

根袋设置在同预设直径的不锈钢柱（2）之间，根袋包括不锈钢环（8）、尼龙网套筒（4）和不锈钢固定柱，不锈钢环（8）至少为2个，各个不锈钢环（8）同中心线依次从上至下放置，不锈钢固定柱至少为2个，每个不锈钢固定柱分别与各个不锈钢环（8）连接，尼龙网套筒（4）一端封口，另一端开口，尼龙网套筒（4）套设在由不锈钢环（8）和不锈钢固定柱构成的不锈钢支架上，

气体采集装置包括蓄电池（12）、注射器（13）、三通阀（14）、硅胶管（15）、风扇（16）和采气箱体（17），采气箱体（17）底端开口且顶端封口，蓄电池（12）与风扇（16）连接，风扇（16）设置在采气箱体（17）上部的内壁，硅胶管（15）一端穿过采气箱体（17）顶端，另一端与三通阀（14）的第一出口连接，三通阀（14）的第二出口与注射器（13）连接，三通阀（14）的第三出口与采集瓶连接，气体采集装置套设在圆柱形箱体（1）上，还包括气体隔离套筒，气体隔离套筒套设在同预设直径的不锈钢柱（2）上，气体隔离套筒包括不锈钢筒（20），不锈钢筒（20）底端开口，顶端通过PVC圆板（18）密封，PVC圆板（18）上设置有排气孔（19）。

2.根据权利要求1所述的一种研究作物根际氧化亚氮排放机理的根箱培养装置，其特征在于：所述的圆柱形箱体（1）由2个半圆形PVC管（9）组成，2个半圆形PVC管（9）连接处填充有硅胶垫（10），圆柱形箱体（1）上箍设有不锈钢箍（11）。