CN107515234A - 一种测定沉水植物光合作用强度的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种测定沉水植物光合作用强度的装置及其方法。装置包括：反应桶和检测单元；反应桶包括筒体、筒盖、固定柱、反应杯、反应桶水泵和反应杯水泵；检测单元包括：氧电极、数据采集卡、处理终端、低压直流电源。方法包括：反应桶水泵带动反应桶内水循环流动且使桶内水中溶解氧分布均匀；反应杯水泵实现反应杯内有高速水流通过且反应杯内水中溶解氧浓度与反应桶内一致；沉水植物光合作用使得反应桶内溶解氧浓度变化，氧电极产生电流信号，数据采集卡接收电流信号并传给处理终端，处理终端记录电流信号并计算获得氧浓度值；再计算沉水植物光合作用强度。采用本发明的装置和方法能在沉水植物正常生长的状态下，测定整株植物的光合作用强度。

Description

一种测定沉水植物光合作用强度的装置和方法
技术领域
本发明涉及沉水植物光合作用强度的测定，具体的说是一种测定沉水植物光合作用强度的装置和方法。
背景技术
近年来，湖泊、河流等水体生态系统受到破坏，悬浮物增加，透明度下降，影响了水体的生态功能和景观效果。恢复沉水植物是受损水体生态修复的重要措施。因此，关于沉水植物的研究吸引了研究人员的关注。
光合作用是植物重要的生理活动，光合作用强度能反映出沉水植物的生长状况。目前针对陆生植物的光合作用强度有成熟稳定的测定仪器，但不能用于沉水植物。目前测定沉水植物光合作用强度的方法主要有黑白瓶法和传统的clark氧电极法，均存在较大的局限性。前者不需较贵重的设备，但需用碘量法测定瓶子中的溶解氧，操作繁琐，难以开展大批量的测定，更难以进行动态测定。传统的clark氧电极法测定快速，但需要把沉水植物叶片剪成碎片放于容积较小的反应杯中，沉水植物不能处于正常的生长状态。此外，反应杯体积较小，选取的叶片也不能很好的代表整株植物。
因此，测定沉水植物光合作用强度仪器的缺失，限制了沉水植物的相关研究，也限制了沉水植物在水体修复实践的正确使用。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种测定沉水植物光合作用强度的装置和方法。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
一种测定沉水植物光合作用强度的装置，包括：反应桶和检测单元；
所述反应桶包括筒体、筒盖，之间可分离且能密闭连接；筒体底面设有用于固定沉水植物的固定柱，筒盖内表面设有反应杯，桶盖上设有电极插孔用于将氧电极插入反应杯内；通过反应桶水泵带动反应桶内的水循环流动；通过反应杯水泵给反应杯提供高速水流；
所述检测单元包括依次连接的氧电极、数据采集卡、处理终端以及与数据采集卡连接的低压直流电源；所述氧电极插入反应杯内，因溶解氧浓度的变化而产生电流信号；数据采集卡实时采集该电流信号并传输给处理终端；所述处理终端配套的数据采集和分析软件将电流信号转变为氧浓度值；再根据氧浓度的变化、装置内水的体积、植物生物量、实验时间，计算沉水植物的光合作用强度；所述低压直流电源用于提供电能给数据采集卡。
所述筒体设有第一进水口、第一出水口，且第一出水口、第一进水口之间通过管路连接反应桶水泵，反应桶水泵工作使得反应桶内的水循环流动且溶解氧分布均匀；筒体还设有第二进水口、第二出水口，反应杯设有反应杯进水口、反应杯出水口，且反应杯出水口通过管路连接第二出水口，第二出水口、第二进水口之间通过管路连接反应杯水泵，反应杯水泵工作使得反应杯内有高速水流通过且流回反应桶，并且使得反应桶与反应杯内水中的溶解氧浓度一致。
所述反应桶材质为塑料、金属、有机玻璃中的一种。
所述固定柱高度不低于0.5cm，沉水植物固定于该固定柱上。
所述第一进水口、第二进水口均设有带孔隔板，用于减弱水流对沉水植物的冲击。
所述氧电极为薄膜氧电极，用于检测水体中溶解氧浓度的变化。
所述处理终端为计算机、手机或其它智能终端。
一种测定沉水植物光合作用强度的方法，包括以下步骤：
步骤1：反应桶水泵工作使得反应桶内的水从第一出水口流出经反应桶水泵返回至第一进水口，使反应桶内的水循环流动并使反应桶内溶解氧分布均匀；反应杯水泵工作使得反应桶内的水从反应杯进水口进入反应杯，从反应杯出水口流出，经过反应桶的第二出水口、反应杯水泵和第二进水口进入反应桶，在反应杯内形成高速水流，并使得反应杯与反应桶内水中的溶解氧浓度一致；
步骤2：沉水植物的光合作用使溶解氧浓度发生变化，从而在氧电极上产生电流强度的变化；数据采集卡定时采集该电流信号并输出给处理终端；
步骤3：处理终端上配套的数据采集和分析软件将接收的电流信号转变为氧浓度值；再根据氧浓度的变化、装置内水的体积、植物生物量、实验时间，计算沉水植物的光合作用强度。
本发明具有以下有益效果及优点：
相比于现有装置，采用本发明的装置与方法能够在沉水植物正常生长的状态下，测定整株植物的光合作用强度。
附图说明
图1为本发明实施例的测定沉水植物光合作用强度的装置示意图。
图中，100为反应桶、101为筒体、102为筒盖、103为固定柱、104为反应杯、200为检测单元、201为氧电极、202为数据采集卡、203为处理终端、204低压直流电源、105为第一进水口、106为第一出水口，107为反应桶水泵、108为第二进水口、109为第二出水口、110为反应杯进水口、111为反应杯出水口、112为反应杯水泵。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，为本发明实施例的测定沉水植物光合作用强度的装置示意图。装置包括：反应桶100和检测单元200；反应桶100包括筒体101、筒盖102、设置在筒体101底面的固定柱103、固定设置在桶盖102内壁的反应杯104、用于带动反应桶100内水循环流动的反应桶水泵107，以及用于给反应杯104提供高速水流的反应杯水泵112；检测单元200包括：氧电极201、数据采集卡202、处理终端203、低压直流电源204。各部件组装完成后，该装置具有良好的气密性。
所述反应桶100为圆柱形，材质为(但不限于)塑料、钢铁、有机玻璃等。桶底部有固定的柱状体，称为固定柱103，高度不低于0.5cm，用细绳或橡胶圈固定沉水植物。桶壁上有3个孔，分别为反应桶的第一进水口105、第二进水口108、第一出水口106。
所述桶盖102与反应杯104，两者固定在一起。反应杯与桶盖正中为电极插孔。反应杯104为圆柱形，容积较小，有反应杯进水口110、反应杯出水口111。反应杯出水口111与桶盖上的第二出水口109由软管相连接。
所述水泵，由2个组成。反应桶水泵107连接反应桶第一进水口105、反应桶的第一出水口106，作用是使桶内的水循环流动，并使桶内水中的溶解氧分布均匀。反应杯水泵112连接反应桶的第二进水口108、桶盖上的第二出水口109，作用是从反应桶100抽水，给反应杯104提供高速水流，并使得反应杯104内和反应桶100内溶解氧浓度一致。水泵与反应桶100的筒体101和桶盖102的进出水口均由软管相连。
所述氧电极201为薄膜氧电极，水体中溶解氧浓度的变化会在氧电极上产生电流信号。
所述数据采集卡202，分别连接着氧电极201和处理终端203，能接收氧电极传输的电流变化信号，并将该信号传输到处理终端203。
所述处理终端203，为电脑、手机或其它智能设备，装有数据采集和分析软件，能将接收到的电流变化信号转变为氧浓度值。
所述低压直流电源204，能够为数据采集卡202提供稳定、准确的电源。
所述反应桶的第一进水口105、第二进水口108处均加带孔隔板，以减弱水流对植物的冲击。
所述装置，在组装好各部件后，具有良好的气密性。
一种测定沉水植物光合作用强度的方法，包括：
(1)组装装置、固定植物：
按图1组装装置，将反应桶水泵107、反应杯水泵112分别连接到各接口，用细绳或橡胶圈固定待测沉水植物于反应桶底部的固定柱103上，注满水，盖紧筒盖102，插入并旋紧氧电极201，氧电极201连接数据采集卡202，数据采集卡202连接低压直流电源204、处理终端203。
(2)启动装置：
启动反应桶水泵107，使反应桶100内的水均匀流动，使沉水植物光合作用释放的氧气在水体中分布均匀。启动反应杯水泵112，使桶内的水高速通过反应杯(104)。
(3)数据判读：
水中溶解氧浓度的变化导致氧电极201产生电流强度的变化。数据采集卡202接收到氧电极201传输的电流变化信号，并将该电流信号传输到处理终端203。处理终端203中配套的数据采集和分析软件，能将接收到的电流信号值转变为氧浓度值。
(4)光合作用强度计算：
根据溶解氧初始浓度C1(mg/L)、溶解氧结束时浓度C2(mg/L)、装置内水的总体积V(L)、沉水植物生物量M(g)、实验时间T(s)等参数，计算沉水植物的光合作用强度Pn(mgO2·g-1·s-1)。公式为：

Claims (8)

1.一种测定沉水植物光合作用强度的装置，其特征在于，包括：反应桶(100)和检测单元(200)；
所述反应桶(100)包括筒体(101)、筒盖(102)，之间可分离且能密闭连接；筒体(101)底面设有用于固定沉水植物的固定柱(103)，筒盖(102)内表面设有反应杯(104)，桶盖(102)上设有电极插孔用于将氧电极(201)插入反应杯(104)内；通过反应桶水泵(107)带动反应桶(100)内的水循环流动；通过反应杯水泵(112)给反应杯(104)提供高速水流；
所述检测单元(200)包括依次连接的氧电极(201)、数据采集卡(202)、处理终端(203)以及与数据采集卡(202)连接的低压直流电源(204)；所述氧电极(201)插入反应杯(104)内，因溶解氧浓度的变化而产生电流信号；数据采集卡(202)实时采集该电流信号并传输给处理终端(203)；所述处理终端(203)配套的数据采集和分析软件将电流信号转变为氧浓度值；再根据氧浓度的变化、装置内水的体积、植物生物量、实验时间，计算沉水植物的光合作用强度；所述低压直流电源(204)用于提供电能给数据采集卡(202)。
2.按照权利要求1所述一种测定沉水植物光合作用强度的装置，其特征在于，所述筒体(101)设有第一进水口(105)、第一出水口(106)，且第一出水口(106)、第一进水口(105)之间通过管路连接反应桶水泵(107)，反应桶水泵(107)工作使得反应桶(100)内的水循环流动且溶解氧分布均匀；筒体(101)还设有第二进水口(108)、第二出水口(109)，反应杯(104)设有反应杯进水口(110)、反应杯出水口(111)，且反应杯出水口(111)通过管路连接第二出水口(109)，第二出水口(109)、第二进水口(108)之间通过管路连接反应杯水泵(112)，反应杯水泵(112)工作使得反应杯(104)内有高速水流通过且流回反应桶(100)，并且使得反应桶(100)与反应杯(104)内水中的溶解氧浓度一致。
3.按照权利要求1所述一种测定沉水植物光合作用强度的装置，其特征在于，所述反应桶(100)材质为塑料、金属、有机玻璃中的一种。
4.按照权利要求1所述一种测定沉水植物光合作用强度的装置，其特征在于，所述固定柱(103)高度不低于0.5cm，沉水植物固定于该固定柱(103)上。
5.按照权利要求1所述一种测定沉水植物光合作用强度的装置，其特征在于，所述第一进水口(105)、第二进水口(108)均设有带孔隔板，用于减弱水流对沉水植物的冲击。
6.按照权利要求1所述一种测定沉水植物光合作用强度的装置，其特征在于，所述氧电极(201)为薄膜氧电极，用于检测水体中溶解氧浓度的变化。
7.按照权利要求1所述一种测定沉水植物光合作用强度的装置，其特征在于，所述处理终端(203)为计算机、手机或其它智能终端。
8.一种测定沉水植物光合作用强度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：反应桶水泵(107)工作使得反应桶(100)内的水从第一出水口(106)流出经反应桶水泵(107)返回至第一进水口(105)，使反应桶(100)内的水循环流动并使反应桶(100)内溶解氧分布均匀；反应杯水泵(112)工作使得反应桶(100)内的水从反应杯进水口(110)进入反应杯(104)，从反应杯出水口(111)流出，经过反应桶的第二出水口(109)、反应杯水泵(112)和第二进水口(108)进入反应桶(100)，在反应杯(104)内形成高速水流，并使得反应杯(104)与反应桶(100)内水中的溶解氧浓度一致；
步骤2：沉水植物的光合作用使溶解氧浓度发生变化，从而在氧电极(201)上产生电流强度的变化；数据采集卡(202)定时采集该电流信号并输出给处理终端(203)；
步骤3：处理终端(203)上配套的数据采集和分析软件将接收的电流信号转变为氧浓度值；再根据氧浓度的变化、装置内水的体积、植物生物量、实验时间，计算沉水植物的光合作用强度。
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