CN108037038B - 一种植物叶片吸收利用大气水汽量的测定装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种植物叶片吸收利用大气水汽量的测定装置及方法，包括：密闭的玻璃控制室，所述玻璃控制室内设置有加湿器以及测定植物茎干部液流的包裹式植物茎流计；所述玻璃控制室外设置有水汽同位素分析仪，水汽同位素分析仪的气路与玻璃控制室相连通；所述加湿器、包裹式植物茎流计以及水汽同位素分析仪上均连接有电源。将大气水汽稳定同位素装置和植物茎流测定装置相结合，通过同时在线监测大气水汽氢氧稳定同位素值、大气水汽浓度和植物茎液流方向，确定植物叶片开始吸收大气水汽，然后通过大气水汽浓度和茎流量的变化等量化植物叶片吸收大气水汽的量，本装置结构简单，能够在户外实时进行测定，适用范围广泛，测定速度快，准确性高。
Description
技术领域
本发明涉及植物大气水汽量的测定领域，尤其涉及一种植物叶片吸收利用大气水汽量的测定装置及方法。
背景技术
传统理论认为植物通过根系从土壤中吸收水分，向上传输到茎、叶，以保证植物生长。然而，植物直接从大气中吸收水分的相关研究已有过两个世纪的不懈探索，实证了植物地上部分尤其是叶具有直接吸收利用大气水汽的能力，并逆向传输到根部和根际土壤，一些学者称之为“负蒸腾”。由于缺乏精密的仪器和定量的观测方法，许多研究者认为植物的叶片吸水的生理生态意义作用不大，随后一直未受到研究者的重视。植物(尤其荒漠植物)对非饱和大气水汽利用的相关研究未见报道，而正是荒漠植物的相关研究更具有生态水文学、生态学的科学价值。因此，急需设计一套野外测定荒漠植物叶片利用大气水汽的装置来开展植物大气水汽利用的生态水文过程、生理生态机制和水汽利用的定量评估研究。
对于植物叶片吸收水分的测定方法，主要包括：室内控制测量、利用稳定同位素技术和植物茎液流测定技术测定木质部内逆向液流来区分水分来源，即可测定植物叶片吸水现象、吸水速率及吸水量。
室内控制测量：将土壤含水量控制在田间持水量一个月，后期不再给土壤加水，当植物萎蔫时将接近土壤的一端密封，将植物叶片剪下称重并放入雾室放置一段时间，取出后把叶片表面的水吸干，再次将植物叶片称重。根据植物叶片两次称量来确定植物叶片的吸水量。室内控制测量法的实验装置简单，它对于早期研究植物叶片吸水的证实实验占有重要地位。但存在以下几个缺点：(1)只能进行定性描述，不能量化植物叶片的吸水状况。(2)多是在实验室内进行的控制试验，与野外自然条件下的状况相差甚大。
同位素示踪法：植物体内水分的同位素组成是各种来源水分同位素共同组合的结果，通过分析对比植物木质部水分与各种水源的同位素组成，利用二项或三项分隔线性混合模型，可以确定不同来源的水分对植物组织水分的相对贡献大小。应用同位素技术来精确测量植物叶片吸水量，使确定多少量的大气水对于植物来说是有效水以及研究叶片吸水吸收及运输途径成为可能。
植物茎液流测定法：一般植物通过根系从土壤中吸收水分，向上传输到茎、叶，以保证植物生长，植物茎液流是从下到上。在土壤极端干旱的条件下，荒漠植物叶片如果能够吸收利用大气水汽，植物茎液流方向会逆向呈从上到下。这是一种通过能否测定到荒漠植物茎部逆向液流(从上到下)来判断植物叶片是否具有吸水能力的一种方法。
发明内容
针对上述缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种植物叶片吸收利用大气水汽量的测定装置及方法，从而实现对不同的植物进行大气水汽利用率的实时测定。
为达到以上目的，本发明的技术方案为：
一种植物叶片吸收利用大气水汽量的测定装置，包括：密闭的玻璃控制室，所述玻璃控制室内设置有加湿器以及测定植物茎干部液流的包裹式植物茎流计；所述玻璃控制室外设置有水汽同位素分析仪，水汽同位素分析仪的气路与玻璃控制室相连通；所述加湿器、包裹式植物茎流计以及水汽同位素分析仪上均连接有电源。
所述玻璃控制室设置有五个透明面，形成玻璃罩，玻璃控制室的底面设置有防水层，玻璃罩与防水层形成一个密闭的控制室。
所述玻璃控制室上设置有数显温湿度自动记录仪。
所述加湿器为超声波加湿器。
所述电源包括设置于玻璃控制室外的发电机，所述发电机通过稳压器与加湿器、包裹式植物茎流计以及水汽同位素分析仪相连接，提供电源。
所述水汽同位素分析仪在线监测密闭的玻璃控制室内的大气水汽氢氧稳定同位素和水汽浓度动态变化值。
一种植物叶片吸收利用大气水汽量的测定方法，包括：
1)将植物放置于玻璃控制室内，并且在植物茎干部布设包裹式植物茎流计；
2)通过水汽同位素分析仪在线测定密闭的玻璃控制室内大气水汽中δ18O值以及大气水汽浓度的动态变化；
3)实时测定植物茎干液流，当植物茎干部的液流方向开始从上往下，则植物叶片开始吸收了大气水汽；
4)根据加湿器所消耗的水量、植物叶片的质量、控制室内水汽损失量以及玻璃控制室的体积，来量化植物叶片吸收大气水汽的量。
所述植物叶片吸收大气水汽的量＝控制室内水汽损失量/植物叶片的质量，所述控制室内水汽损失量＝(控制室内水汽浓度的最大值-控制室内水汽浓度的平稳值)*控制室体积。
与现有技术比较，本发明涉及的测定装置及方法具有如下优点和进步性：
(1)本发明提供的植物叶片吸收利用大气水汽量的测定装置，将大气水汽稳定同位素装置和植物茎流测定装置相结合，通过同时在线监测大气水汽氢氧稳定同位素值、大气水汽浓度和植物茎液流方向，确定植物叶片开始吸收大气水汽，然后通过大气水汽浓度和茎流量的变化等量化植物叶片吸收大气水汽的量，本装置结构简单，能够在户外实时进行测定，适用范围广泛，测定速度快，准确性高。
(2)本发明还提供了一种植物叶片吸收利用大气水汽量的测定方法，通过将大气水汽稳定同位素技术和植物茎流测定技术等相结合，通过植物茎干液流方向，并根据控制室内的大气水汽中δ18O值和水汽浓度损失量，以及玻璃控制室内的温湿度来确定植物叶片利用大气水汽的边界条件，本发明不需要测定植物的土壤含水量和萎蔫点，从而简化测定过程；克服了传统方法难以量化叶片吸水量的困难，可以对叶片吸水进行精确测定，能快速、准确的开展植物叶片吸收水分的实验研究。
附图说明
图1是本发明植物叶片吸收利用大气水汽量的测定装置结构示意图。
图中，1.发电机，2.稳压器，3.水汽同位素分析仪，4.玻璃控制室，5.包裹式植物茎流计，6.加湿器，7.数显温湿度自动记录仪，8.防水层，9.植物茎干部。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明提供了一种植物叶片吸收利用大气水汽量的测定装置，包括：密闭的玻璃控制室3，所述玻璃控制室3内设置有加湿器6以及测定植物茎干部9液流的包裹式植物茎流计5；所述玻璃控制室3外设置有水汽同位素分析仪4，水汽同位素分析仪4的气路与玻璃控制室3相连通；所述加湿器6、包裹式植物茎流计5以及水汽同位素分析仪4上均连接有电源。
本发明中，所述玻璃控制室3为透明有机玻璃制成，能够便于观察测定的过程，所述玻璃控制室3中的5个面由有机玻璃组成，底部一面没有有机玻璃。控制室的大小可以根据供试植物的大小进行设计，能将整株植物罩住，透明有机玻璃控制室3已有的5个面与土壤表面铺设的防水层8形成一个相对密闭的控制室。所述防水层8可以选用塑料布、橡胶板或者硅胶板。
所述透明有机玻璃控制室3里面布设有数显温湿度自动记录仪7，能实时记录密闭控制室内的温度和相对湿度，数据可用于确定植物叶片吸收利用大气水汽的边界条件。
需要说明的是，本发明中所述加湿器6为超声波加湿器。所述电源包括设置于玻璃控制室3外的发电机1，所述发电机1通过稳压器2与加湿器6、包裹式植物茎流计5以及水汽同位素分析仪4相连接，提供电源。
所述水汽同位素分析仪4在线监测密闭的玻璃控制室3内的大气水汽氢氧稳定同位素值和水汽浓度动态变化。水汽同位素分析仪(WVIA)用于大范围变化的水汽浓度条件下，原位高频连续测量δ18O和δD摩尔分数的设备。所述水汽同位素分析仪4与玻璃控制室3连接，能在线监测密闭控制室内的大气水汽氢氧稳定同位素值和水汽浓度动态变化。
本发明还提供了一种植物叶片吸收利用大气水汽量的测定方法，包括：
1)将植物放置于玻璃控制室3内，并且在植物茎干部9布设包裹式植物茎流计；
2)通过水汽同位素分析仪4在线测定密闭的玻璃控制室3内大气水汽中δ18O值以及大气水汽浓度的动态变化；
3)实时测定植物茎干液流，当植物茎干部9的液流方向开始从上往下，则植物叶片开始吸收了大气水汽；
4)根据加湿器6所消耗的水量、植物叶片的质量、控制室内水汽损失量以及玻璃控制室3的体积，来量化植物叶片吸收大气水汽的量。
所述植物叶片吸收大气水汽的量＝控制室内水汽损失量/植物叶片的质量，所述控制室内水汽损失量＝(控制室内水汽浓度的最大值-控制室内水汽浓度的平稳值)*控制室体积。
其中，玻璃控制室3里面布设有超声波加湿器6，可以为玻璃控制室提供大气水汽来源。
透明有机玻璃控制室3里面布设有数显温湿度自动记录仪7，能实时记录密闭控制室内的温度和相对湿度，可用于确定当植物叶片开始吸收利用大气水汽的边界条件。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通科研或技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分仪器进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种植物叶片吸收利用大气水汽量测定方法，其特征在于，所述测定方法基于测定装置，所述测定装置包括：密闭的玻璃控制室（3），所述玻璃控制室（3）内设置有加湿器（6）以及测定植物茎干部（9）液流的包裹式植物茎流计（5）；所述玻璃控制室（3）外设置有水汽同位素分析仪（4），水汽同位素分析仪（4）的气路与玻璃控制室（3）相连通；所述加湿器（6）、包裹式植物茎流计（5）以及水汽同位素分析仪（4）上均连接有电源；
所述测定方法包括如下步骤：
1）将植物放置于玻璃控制室（3）内，并且在植物茎干部（9）布设包裹式植物茎流计（5）；
2）通过水汽同位素分析仪（4）在线测定密闭的玻璃控制室（3）内大气水汽中δ18O值以及大气水汽浓度的动态变化；
3）实时测定植物茎干液流，当植物茎干部（9）的液流方向开始从上往下，则植物叶片开始吸收了大气水汽；
4)根据植物叶片的质量、玻璃控制室内水汽损失量，来量化植物叶片吸收大气水汽的量。
2.根据权利要求1所述的植物叶片吸收利用大气水汽量测定方法，其特征在于，所述玻璃控制室（3）设置有五个透明面，形成玻璃罩，玻璃控制室（3）的底面设置有防水层（8），玻璃罩与防水层（8）形成一个密闭的控制室。
3.根据权利要求1所述的植物叶片吸收利用大气水汽量测定方法，其特征在于，所述玻璃控制室（3）内设置有数显温湿度自动记录仪（7）。
4.根据权利要求1所述的植物叶片吸收利用大气水汽量测定方法，其特征在于，所述加湿器（6）为超声波加湿器。
5.根据权利要求1所述的植物叶片吸收利用大气水汽量测定方法，其特征在于，所述电源包括设置于玻璃控制室（3）外的发电机（1），所述发电机（1）通过稳压器（2）与加湿器（6）、包裹式植物茎流计（5）以及水汽同位素分析仪（4）相连接，提供电源。
6.根据权利要求1所述的植物叶片吸收利用大气水汽量测定方法，其特征在于，所述水汽同位素分析仪（4）在线测定密闭的玻璃控制室（3）内的大气水汽中的氢氧稳定同位素值和水汽浓度动态变化。
7.根据权利要求1所述的植物叶片吸收利用大气水汽量测定方法，其特征在于，所述植物叶片吸收大气水汽的量=玻璃控制室内水汽损失量/植物叶片的质量，所述玻璃控制室内水汽损失量=（控制室内水汽浓度的最大值-控制室内水汽浓度的平稳值）*控制室体积。
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