CN206862817U

CN206862817U - 测定植物根系水分的高压密闭装置

Info

Publication number: CN206862817U
Application number: CN201720493820.8U
Authority: CN
Inventors: 杜彦磊; 李凤民; 陈富裕
Original assignee: Lanzhou University
Current assignee: Lanzhou University
Priority date: 2017-05-05
Filing date: 2017-05-05
Publication date: 2018-01-09
Anticipated expiration: 2027-05-05

Abstract

本实用新型涉及一种测定植物根系水分的高压密闭装置，其结构特征是不锈钢高压仓通过高压快速接头或卡套接头接进气口与外部高压氮气稳压控制系统连接，不锈钢高压仓内设有圆柱筒状节气块，不锈钢高压压力仓向上依次装有密封胶圈、不锈钢卡箍、不锈钢压力盖、双锥形密封胶垫、锥形压力垫片和顶螺帽及其助力杆，形成一个密闭的压力容器。本实用新型装置改进了样品密封构件的顶螺帽驱动方式、不锈钢压力仓和压力盖间密封构件连接和密封方式，使得操作起来省时省力；压力仓的体积的增加拓展了测定大植株样品功能；节气和安全阀构件的配置，节约了试验成本和保证了装置的安全性。本实用新型为植物根系水力导度研究，数据的积累提供了支撑手段。

Description

测定植物根系水分的高压密闭装置

技术领域

本实用新型涉及一种测定植物根系水分的高压密闭装置，属于植物水分测定技术领域。

背景技术

水分是限制植物生长和作物生产的主要影响因子，由盐渍、干旱引起的水分亏缺已经成为限制作物生产和生态系统生产力的主要因子。植物水分生理的研究已经成为生命科学和农林科学研究中的重大核心内容，很多植物的地理分布、形态建成以及生长发育过程均受到水分供给水平的影响。在逆境胁迫下，植物体内水分平衡主要是通过根系吸水和冠层蒸腾失水之间的动态变化来共同维持。逆境胁迫植物的水分状况可以通过测定植物来进行衡量，因此植物水势是植物细胞和组织的重要水分生理学参数。另外，根据Philip于1966年提出的“土壤-植物-大气”连续体系（SPAC）的概念，在物理学上SPAC是一个统一的连续体。研究发现根系吸水的阻力大约占植物体内水流阻力的50%以上，因此植物根系导水能力的研究一直是学术界研究的热点。根系水力导度也是表征植物根系吸水能力的一个重要的水力学参数。国内外研究工作中，通常用压力室法测定植物根系水力导度以及植物叶片和枝条的水势。

目前测定植物水势的方法大致有三种，如小液流法、露点水势法以及压力室法。小液流法测定的水势效率较低且不准确，限制其在科学研究中的应用；露点水势法主要以及热电偶测定露点的原理，测定水势的效率较低且需要恒定的温度。因此，压力室法测定相对简单快速、数据准确，也成为国内外科研中测定植物水势的首选方法。与此同时，测定植物根系水力导度的方法也很多，如蒸腾流法、HPFM法、负压引流法、蒸腾计法、压力根探针法和压力室法。这些方法各有优缺点，蒸腾流法实际上是用整个植株的水力导度近似估算根系水力导度，虽然操作简单但误差较大；负压引流法主要是通过毛细管施加的外界压力小于正常的生理过程的值，测定数据容易受到渗透引起液流的影响而逐渐不被采用；蒸腾计法主要测定单根导水特性，与负压引流法都存在无法测定整个根系的问题。而其余三种方法，即HPFM法、压力根探针法以及压力室法在测定根系水力导度方面较为普遍接受，但是也存在一些问题；诸如HPFM法、压力根探针法无法避免根系导管气穴化的影响，会造成一定的测量误差。并且HPFM法主要是由美国Dynamax公司的HPFM-Gen3植物高压导水率测量仪，该仪器的售价昂贵也限制了一些用户；压力根探针法所涉及的压力传感器虽然价格不及HPFM-Gen3植物高压导水率测量仪昂贵，但是掌握该方法需要丰富的操作经验（很长时间的反复练习），人为操作误差较大。压力室法也因为操作简单、成本较低、人为操作误差小，成为测定植物根系水力导度的首选方法。

发明内容

鉴于上述，本实用新型的目的在于提供一种测定植物根系水分的高压密闭装置。该装置主要用于测定植物根系水力导度，即根据水分在植物根系水分吸收和传导运输的特征，将植株整个根系处于设定气体压力下，测定压力室中植株单位时间内单位根系表面积在单位压力下的根系水分传导能力（水力导度）。该指标可以综合反映植物根系水分运输的阻力。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种测定植物根系水分的高压密闭装置，包括高压氮气钢瓶、高压气体减压阀、快速接头、微调阀、高压三通球阀、数显压力表、不锈钢压力仓、进气口不锈钢压力盖、密封胶圈、不锈钢卡箍、双锥形密封胶垫、锥形压力垫片、顶螺帽、助力杆、圆柱桶状节气块、安全卸荷阀、植物栽培容器和自封袋包裹的脱脂棉；高压氮气钢瓶通过高压管上的高压气体减压阀、快速接头、微调阀、高压三通球阀、数显压力表与高压密闭装置中不锈钢压力仓的进气口连接，实现管路密封；其特征是在不锈钢压力仓上装有密封胶圈、不锈钢卡箍、不锈钢压力盖、双锥密封胶垫、锥形压力垫片和顶螺帽，形成一个高压密闭装置；其中：不锈钢压力仓和不锈钢压力盖密封接触面上分别有凹槽圈，与密封胶圈衔接，通过旋紧不锈钢卡箍上的蝴蝶螺丝实现不锈钢压力仓和不锈钢压力盖密封；不锈钢压力盖和顶螺帽之间通过丝口连接；不锈钢压力盖中央为内锥形，锥形压力垫片和不锈钢压力盖内锥形结构与双锥形密封胶垫接触；将植物栽培容器放置于不锈钢压力仓内，植物栽培容器和不锈钢压力仓之间的空隙放置圆柱筒状节气块；将助力杆插入顶螺帽两侧任一孔中驱动顶螺帽转动而施压于锥形压力垫片，使得双锥形密封胶垫)的上下面分别处于锥形压力面的均匀压力，减少双锥形密封胶垫内孔和植物样品之间的间隙，实现密封；不锈钢压力仓底部侧端设有安全卸荷阀，不锈钢压力仓与安全卸荷阀丝口连接。

本实用新型的优点如下：

1）本实用新型采用样品密封构件中，采用助力杆驱动顶螺帽施压于锥形压力垫片，迫使双锥形胶垫内孔缩小实现与样品之间的密封。助力杆使得操作省时省力，也便于装配和拆卸。双锥形密封胶垫内孔均匀缩小，与样品周围压力均匀，对样品的破坏性小。助力杆与顶螺帽两侧的插孔的接触面为凸凹的圆台形状，接触牢固，且便于操作。

2）不锈钢压力仓与压力盖之间的密封采用高强度不锈钢卡箍结构设计，在增加不锈钢压力仓内径的同时，有效避免不锈钢压力盖和不锈钢压力仓“卡死”（拧不动）现象发生，使仪器操作起来省时省力，便于操作且拆卸方便。

3）本实用新型设计增加了不锈钢压力仓的体积，极大地拓展了植物根系水力导度测定对象，可以在测量土培条件下大根系植株的根系水力导度。

4）本实用新型设计不锈钢压力仓（最大承受压力为20 Mpa）、高压气体减压阀（<1.5 MPa）和安全卸荷阀（<1.5 MPa）三重安全保障措施，保证装置的压力安全问题。

5）本实用新型采用圆柱桶装节气块，其材质为尼龙塑料，既可以承受高压，也可以节约高压氮气的使用量，降低试验成本。

6）本实用新型安装安全阀（或称卸荷阀），并且所有高压密闭装置采用316不锈钢材质，保证了高压装置压力安全问题。

7)本实用新型采用高精度数字显示压力表，可提高测量的精度和操作可视性；

8）本实用新型采用的高压气体减压阀，增加整个高压气路的安全性，也可以降低高压密闭装置充气过程中气流的波动。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图2为图1中不锈钢压力仓装置示意图。

图中各标记如下： 1-高压氮气钢瓶、2-高压气体减压阀、3-快速接头、4-微调阀（针阀）、5-高压三通球阀、6-数显压力表、7-不锈钢压力仓、8-进气口、9-不锈钢压力盖、10-密封胶圈、11-不锈钢卡箍、12-双锥形密封胶垫、13-锥形压力垫片、14-顶螺帽、 15-助力杆、16-圆柱筒状节气块、17-安全卸荷阀、18-植物栽培容器和19-自封袋包裹的脱脂棉。

图3为根系木质部汁液液流速率（cm³s^-1）与压力（Mpa）关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案再作进一步的说明：

如图1和图2所示，一种测定植物根系水分的高压密闭装置，包括高压氮气钢瓶1）、高压气体减压阀2、快速接头3、微调阀（针阀）4、高压三通球阀5、数显压力表6和不锈钢压力仓7；不锈钢压力仓7上设有进气口8、不锈钢压力盖9、密封胶圈10、不锈钢卡箍11、双锥形密封胶垫12、锥形压力垫片13、顶螺帽14、助力杆15、圆柱筒状节气块16、安全卸荷阀17、植物栽培容器18和自封袋包裹的脱脂棉19。高压氮气钢瓶1通过高压气体减压阀2、快速接头3、微调阀（针阀）4、高压三通球阀5、数显压力表6和不锈钢压力仓7的进气口8连接，实现管路密封。在不锈钢压力仓7上装有密封胶圈10、不锈钢压力盖9、不锈钢卡箍11、双锥形密封胶垫12、锥形压力垫片13和顶螺帽14，形成一个密闭的压力容器；其中：不锈钢压力仓7和不锈钢压力盖9密封接触面分别有凹槽圈，与密封胶圈10衔接，通过旋紧不锈钢卡箍11上的蝴蝶螺丝实现不锈钢压力仓7和不锈钢压力盖9密封；不锈钢压力盖9和顶螺帽14之间通过丝口连接；不锈钢压力盖9中央为内锥形，锥形压力垫片13和不锈钢压力盖9内锥形结构与双锥形密封胶垫12接触。将植物栽培容器18放置于不锈钢压力仓7内，植物栽培容器18和不锈钢压力仓7之间的空隙放置圆柱筒状节气块16。植株基茎的切面穿过双锥形密封胶垫12中间小孔和锥形压力垫片13；通过助力杆15插入顶螺帽14两侧任一孔中驱动顶螺帽14转动而施压于锥形压力垫片13，使得双锥形密封胶垫的上下面分别处于锥形压力面（即锥形压力垫片和压力盖上内锥形结构）的均匀压力下，减少双锥形密封胶垫内孔和样品之间的间隙，实现密封；不锈钢压力仓7底部侧端设有安全卸荷阀17，不锈钢压力仓7与安全卸荷阀17丝口连接。

测定植物根系水力导度高压密闭装置的安装：

高压氮气钢瓶1通过高压管上高压气体减压阀2、快速接头3、微调阀（针阀）4、高压三通球阀5、数显压力表6和不锈钢压力仓7的进气口8，进行植物根系水力导度的检测。测定植物样品之前，需要检测高压密闭装置的密闭性。首先在不锈钢压力仓7放置密封胶圈10和不锈钢压力盖9，并用不锈钢卡箍11固定后，旋紧不锈钢卡箍11上的蝴蝶螺丝。其次在不锈钢压力盖9中央的内锥形结构处依次放置双锥形密封胶12和锥形压力垫片13，然后旋动顶螺帽14与不锈钢压力盖9之间的丝口；待手动无法转动顶螺帽14时，将助力杆15插入顶螺帽14任一侧孔旋转1/4到1/2圈即可。通过调节微调阀（针阀）4和高压三通球阀5缓慢向高压密闭装置中注入氮气，设定压力1.0 Mpa后停止供气，若30分钟压力的变化小于5%，视为装置的密封性良好。

（一）植物根系水力导度的测定

1）测定植物根系水力导度时，首先将将植物栽培容器18中的植物离基部4 cm剪去冠层部分，放入不锈钢压力仓7中，根据植物栽培容器18和不锈钢压力仓7之间空隙放置不同厚度的圆筒状节气块16；然后将切去将植株基茎的切面穿过不锈钢压力盖9、双锥形密封胶垫12和锥形压力垫片13中间小孔，最后安装顶螺帽14。先旋紧不锈钢卡箍11上的蝴蝶螺丝，固定密封不锈钢压力仓7和不锈钢压力盖9，安装顶螺帽14并旋转助力杆15，通过助力杆15驱动顶螺帽14施压于锥形压力垫片13，使得双锥形密封胶垫12的上下面分别处于锥形压力面（即锥形压力垫片和压力盖上内锥形结构）的均匀压力下，减少双锥形密封胶垫内孔和植物样品之间的间隙，实现样品密封。在植株基茎的切面处放置用自封袋包裹的脱脂棉19，用于收集根系木质部汁液。

2）打开高压气体减压阀2、调节微调阀（针阀）4和高压三通球阀5向不锈钢压力仓7中充气。待压力增至0.2 Mpa, 平衡10分钟后，用脱脂棉擦去根系木质部汁液；分别在压力0.2、0.4、0.6、0.8和1.0 Mpa下持续10分钟，用预先称重的填充脱脂棉的自封袋固定在茎秆的剪断处，收集根系木质部汁液，通过称重法计算根系伤流液的重量；

3）再将高压三通球阀5调至“放气”状态，待数显压力表6示数为“零”时小心取出植物，用水冲洗收集整个根部，并在根系扫描仪扫描并分析整个根系表面积；

4）先计算根系木质部汁液液流速率（cm³s^-1）与压力（Mpa）的斜率（cm³Mpa^-1s^-1，见图3），再除以根系总表面积计算植物根系水力导度（Lpr），即Lpr (cm³cm^-2s^-1Mpa^-1) =斜率/根系总表面积（见图3）。

Claims

1.一种测定植物根系水分的高压密闭装置，包括高压氮气钢瓶（1）、高压气体减压阀（2）、快速接头（3）、微调阀（4）、高压三通球阀（5）、数显压力表（6）、不锈钢压力仓（7）、进气口（8）不锈钢压力盖（9）、密封胶圈（10）、不锈钢卡箍（11）、双锥形密封胶垫（12）、锥形压力垫片（13）、顶螺帽（14）、助力杆（15）、圆柱桶状节气块（16）、安全卸荷阀（17）、植物栽培容器（18）和自封袋包裹的脱脂棉（19）；高压氮气钢瓶（1）通过高压管上的高压气体减压阀（2）、快速接头（3）、微调阀（4）、高压三通球阀（5）、数显压力表（6）与高压密闭装置中不锈钢压力仓（7）的进气口（8）连接，实现管路密封；其特征是在不锈钢压力仓（7）上装有密封胶圈（10）、不锈钢卡箍（11）、不锈钢压力盖（9）、双锥密封胶垫（12）、锥形压力垫片（13）和顶螺帽（14），形成一个高压密闭装置；其中：不锈钢压力仓（7）和不锈钢压力盖（9）密封接触面上分别有凹槽圈，与密封胶圈（10）衔接，通过旋紧不锈钢卡箍（11）上的蝴蝶螺丝实现不锈钢压力仓（7）和不锈钢压力盖（9）密封；不锈钢压力盖（9）和顶螺帽（14）之间通过丝口连接；不锈钢压力盖（9）中央为内锥形，锥形压力垫片（13）和不锈钢压力盖（9）内锥形结构与双锥形密封胶垫（12）接触；将植物栽培容器（18）放置于不锈钢压力仓（7）内，植物栽培容器（18）和不锈钢压力仓（7）之间的空隙放置圆柱筒状节气块（16)；将助力杆（15）插入顶螺帽（14）两侧任一孔中驱动顶螺帽（14）转动而施压于锥形压力垫片(13)，使得双锥形密封胶垫(12)的上下面分别处于锥形压力面的均匀压力，减少双锥形密封胶垫内孔和植物样品之间的间隙，实现密封；不锈钢压力仓（7）底部侧端设有安全卸荷阀（17）不锈钢压力仓与安全卸荷阀（17）丝口连接。