植物碳同位素标记装置及植物碳同位素标记方法

摘要

本发明提供了一种植物碳同位素标记装置及植物碳同位素标记方法，不仅能够在保证箱体密封性的同时显著简化箱体结构和示踪工序，而且解决田间地头用水用电的难题。其包括同化箱、混气调温湿度结构、除湿袋、反应器和连通管；同化箱包括上箱体和下箱体；下箱体为上下两端敞口且其他各面封闭的框体，下箱体上端面设置回形水槽；上箱体为下端敞口且其他各面封闭的框体，且上箱体设置在回形水槽上；混气调温湿度结构包括呈对角设置在同化箱内的风扇Ⅰ和风扇Ⅱ；除湿袋设置在同化箱中部；反应器位于下箱体并设置在地面上；连通管一端置在反应器内，另一端穿过上箱体与外界相通。

说明书

技术领域

本发明涉及一种植物碳同位素标记装置及植物碳同位素标记方法，属于同位素示踪技术领域。

背景技术

同位素示踪技术是利用放射性或稳定性同位素示踪剂研究靶标物质在土壤、动植物体内及环境中的迁移、转化、运输、吸收、代谢等规律，具有强烈的专一性、特异性和可溯性，因此被广泛应用于农业科学研究中。其中碳同位素示踪技术常被广泛应用于农作物光合碳分配与转运及土壤碳转化与循环的研究，特别是可提供作物不同生育期光合碳累积、分配与转化的信息，动态监测光合碳的去向，提供完整的作物光合物质生产与分配状况。目前，研究者利用盆栽或小型植物创立了多种同位素示踪装置与示踪方法，取得了良好的示踪效果。

近年来，随着农业科学工作者对大田环境下生长的真实农作物研究和探索欲望的增进，现有的碳同位素示踪装置规格单一、结构复杂、机型笨重、不易移动、且需要持续供水供电，难以满足操作时间和用工有限，且没水没电的田间野外条件。因此，如何进一步提高同位素示踪效率，简化碳同位素示踪装置、减轻机身重量、又能节水自供电是目前亟需解决的问题。

发明内容

针对现有装置中上述不足，本发明目的是提供了一种植物碳同位素标记装置及植物碳同位素标记方法，可以根据不同作物或同一作物不同生育时期订制和选择不同的使用方式，不仅能够在保证箱体密封性的同时显著简化箱体结构和示踪工序，而且解决田间地头用水用电的难题，并进一步提高示踪效率。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

一种植物碳同位素标记装置，包括同化箱、混气调温湿度结构、除湿袋、反应器和连通管；

同化箱包括上箱体和下箱体；下箱体为上下两端敞口且其他各面封闭的框体，下箱体上端面设置回形水槽；上箱体为下端敞口且其他各面封闭的框体，且上箱体设置在回形水槽（3）上；

混气调温湿度结构包括呈对角设置在同化箱内的风扇Ⅰ和风扇Ⅱ；

除湿袋设置在同化箱中部；

反应器位于下箱体并设置在地面上；

连通管一端置在反应器内，另一端穿过上箱体与外界相通。

所述植物碳同位素标记装置优选方案，上箱体正面右下角端面设置有装具，装具上留多个管孔。

所述植物碳同位素标记装置优选方案，风扇Ⅰ悬挂在第一支撑杆上并位于上箱体内，第一支撑杆高度与植物高度一致，风扇Ⅱ设置在地面上并位于下箱体内。

所述植物碳同位素标记装置优选方案，除湿袋内含球型氯化钙颗粒，且悬挂在第二支撑杆上，第二支撑杆高度等于同化箱高度的一半。

所述植物碳同位素标记装置优选方案，上箱体和下箱体的外侧壁面分别装有一对操作把手。

一种植物碳同位素标记方法，包括如下步骤：

S1.大田选取连续且长势均匀良好的植物，挂牌标记，将待示踪植物套进下箱体中；下箱体放平后土壤封严并压实土壤，确保下箱体与地面连接处不漏气；

S2.将风扇Ⅰ、风扇Ⅱ、除湿袋及反应器放置好，将连通管一端置在反应器内，另一头端放在下箱体上边缘备用；

S3.将已称量好的碳同位素制剂倒入反应器后，将上箱体扣在下箱体的回形水槽上，上箱体下放过程中将连通管穿过管孔，然后向回形水槽里注满水，即形成密闭的碳同位素示踪同化箱；

S4.检查同化箱的密封性，密封完好后通过连通管向反应器注入过量盐酸生成

S5.待碳同位素示踪完成，连通管，将上箱体抬出田间，关闭风扇Ⅰ和风扇Ⅱ，将风扇Ⅰ、风扇Ⅱ、除湿袋及反应器拿出，然后轻抬下箱体的一角将回形水槽的水倒出，将下箱体抬出田间，即完成本次碳同位素示踪；

S6.连根刨出植物，依据试验要求分样，烘干称重后，用同位素质谱仪测定植株组分中的

本发明的优点在于：

1.本发明植物碳同位素标记装置简化了原有技术的冷凝和通风管道、电机等设备，不仅显著减轻机身重量，还有效降低了对箱体侧面打孔频次，保障了同化箱体的密闭性和完整性。

2.下箱体可以根据作物株高调节下箱体掩埋于土壤的深度，确定同化箱适宜的高度，不仅防止碳同位素制剂的浪费，而且显著提高了箱体的使用频次。

3.风扇和除湿袋有效降低箱体内温湿度，大大提高了示踪效率，解决了田间野外碳同位素示踪相关研究的难题。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

图1是本发明用于植物的碳同位素标记装置的结构示意图；

图中1—上箱体，2—下箱体，3—回形水槽，4—管孔，5—风扇Ⅰ，6—除湿袋，7—连通管，8—反应器，9—风扇Ⅱ，10—操作把手。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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，都属于本发明保护的范围。

一种植物碳同位素标记装置，包括同化箱、混气调温湿度结构、除湿袋、反应器和连通管7；

同化箱包括上箱体1和下箱体2；下箱体2为上下两端敞口且其他各面封闭的框体，下箱体2上端面设置回形水槽3；上箱体1为下端敞口且其他各面封闭的框体，且上箱体1设置在回形水槽3上；

混气调温湿度结构包括呈对角设置在同化箱内的风扇Ⅰ9和风扇Ⅱ5，用于混匀同化箱中气体同时降低箱体温湿度；

除湿袋6设置在同化箱中部；

反应器8位于下箱体2并设置在地面上；

连通管7一端置在反应器8内，另一端穿过上箱体1与外界相通。

上箱体1正面右下角端面设置有装具，装具上留多个管孔4。

风扇Ⅰ9悬挂在第一支撑杆上并位于上箱体1内，第一支撑杆高度与植物高度一致，风扇Ⅱ5设置在地面上并位于下箱体2内。

本实施例中，除湿袋6内含球型氯化钙颗粒，且悬挂在第二支撑杆上，第二支撑杆高度等于同化箱高度的一半，用于吸收密闭箱体内水汽，进一步降低箱体内部环境的湿度。

为便于操作和移动，上箱体1和下箱体2的外侧壁面分别装有一对操作把手10。

一种植物碳同位素标记方法，包括如下步骤：

S1.大田选取连续且长势均匀良好的植物，挂牌标记，将待示踪植物套进下箱体2中；下箱体2放平后土壤封严并压实土壤，确保下箱体2与地面连接处不漏气；

S2.将风扇Ⅰ9、风扇Ⅱ5、除湿袋6及反应器8放置好，将连通管7一端置在反应器8内，另一头端放在下箱体2上边缘备用；

S3.将已称量好的碳同位素制剂倒入反应器后，将上箱体1扣在下箱体2的回形水槽3上，上箱体1下放过程中将连通管7穿过管孔4，然后向回形水槽3里注满水，即形成密闭的碳同位素示踪同化箱；

S4.检查同化箱的密封性，密封完好后通过连通管7向反应器8注入过量盐酸生成

S5.待碳同位素示踪完成，连通管7，将上箱体1抬出田间，关闭风扇Ⅰ9和风扇Ⅱ5，将风扇Ⅰ9、风扇Ⅱ5、除湿袋6及反应器8拿出，然后轻抬下箱体2的一角将回形水槽3的水倒出，将下箱体抬出田间，即完成本次碳同位素示踪；

S6.连根刨出植物，依据试验要求分样，烘干称重后，用同位素质谱仪测定植株组分中的

利用本发明的碳同位素标记装置进行农作物碳同位素示踪相关试验时，在根据作物生长发育特性和株行距配置方式，提前计算并定制适合的同化箱尺寸。

现以本发明应用于棉花花铃期光合碳积累与分配规律研究的案例对本技术的同化箱进行详细的阐述，该案例定制的同化箱尺寸为：上箱体1长60cm×宽75cm×高100cm，下箱体2长60cm×宽75cm×高40cm，回形水槽3设置于下箱体2上边缘位置，焊接成宽6cm、高9cm的水槽，第一支撑杆和第二支撑杆高度分别为100cm和70cm，分别用于悬挂风扇Ⅰ9和除湿袋6；反应器为试验专用的玻璃烧杯，用于碳同位素制剂与稀盐酸反应，其规格尽可能大于2L，以便确保内置的Ba

试验开始前还需观测天气状况，选择天气晴朗，无风或弱风的某天上午9:00~下午15：00，避开正午时间，谨防作物因午休现象影响碳示踪效果。在碳示踪试验的前一天下午，大田选取连续且长势均匀良好的棉花3~4棵，挂牌标记，用铁锹将其附近地面平整后，2人合作将待示踪棉花套进本发明的下箱体2中，期间注意箱体边缘与棉花枝叶的间距，缓慢下放下箱体2于地面，以防磕碰棉花枝叶；下箱体2放平后用铁锹挖些许土壤封严下箱体2四周下壁5~10cm，并脚踩压实，确保下箱体2与地面连接处不漏气。

碳示踪试验开始前1小时，将风扇Ⅰ9和风扇Ⅱ5、除湿袋6及反应器8放置在下箱体内：风扇Ⅰ9和风扇Ⅱ5分别放置在箱体对角线位置，其中风扇Ⅱ5直接放置于地面，风扇Ⅰ9悬挂在与作物等高的第一支撑杆上；除湿袋6悬挂在作物半高长的第二支撑杆上，将其插在下箱体内侧地面中间位置；反应器8放置在第二支撑杆旁边的地面上，并将连通管的一头放在反应器内，另一头放在下箱体上边缘备用。

试验开始前，检查装置各部件放置位置及其完整性，一切就绪后，打开风扇，将已称量好的碳同位素制剂（Ba

检查同化箱的密封性，密封完好即可加入盐酸生成

待碳同位素示踪完成，先取下燕尾夹，抽出连通管，2人合作将上箱体1抬出田间，关闭风扇，将风扇、除湿袋及反应器拿出箱体，然后轻抬下箱体2的一角将回形水槽3的水倒出，之后2人合作将下箱体2抬出田间，即完成本次碳同位素示踪。连根刨出棉花，依据试验要求分样，烘干称重后，用同位素质谱仪测定植株组分中的

在该技术方案中，通过12根铝合金方管和大棚无滴塑料薄膜制作上箱体，下箱体由4块0.03cm厚的长方形铁板焊接，显著降低了碳同位素示踪同化箱的重量，提高移动性和操作性；锂电风扇和成品除湿袋的使用不仅降低了同化箱内的温湿度，持续供风还混匀了

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。