CN103598025A

CN103598025A - 一种田间原位连续低丰度13co2同位素标记装置及方法

Info

Publication number: CN103598025A
Application number: CN201310513820.6A
Authority: CN
Inventors: 乔云发; 苗淑杰; 高淑杰
Original assignee: Northeast Institute of Geography and Agroecology of CAS
Current assignee: Northeast Institute of Geography and Agroecology of CAS
Priority date: 2013-10-28
Filing date: 2013-10-28
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2033-10-28
Also published as: CN103598025B

Abstract

一种田间原位连续低丰度¹³CO₂同位素标记装置及方法，涉及一种检测作物根际呼吸和标记植株模拟装置。解决了传统对植物进行的C元素标记的装置或方法采用脉冲式标记方式，标记精度低，成本高的问题，本发明的标记箱为侧壁设有一个通孔的透明箱体，燃烧器燃烧端穿过标记箱的通孔伸入标记箱内部，燃烧器末端同时与液化气瓶出气口和氧气瓶出气口连通，燃烧器燃烧端设置有电子打火器；风扇固定在标记箱内顶部中间位置，空调固定在标记箱侧壁上部，CO₂测控器和加湿器位于标记箱内，除湿机固定在标记箱侧壁下部，通过自动控制系统控制风扇、空调、CO₂测控器、电子打火器、除湿机和加湿器。本发明用于对作物进行连续低丰度¹³CO₂标记。

Description

一种田间原位连续低丰度13CO2同位素标记装置及方法

技术领域

本发明涉及一种检测作物根际呼吸和标记植株模拟装置。

背景技术

过去，人们通常采用高丰度¹³CO₂进行脉冲式标记，很少有人采用高丰度¹³CO₂连续标记，对作物标记不连续，标记成本大，检测手段落后，误差大，精度低。现在，随着科技的进步和大气中温室气体的增加，人们对作物光合产物的分配研究方法和手段不断改进，人们清醒地认识到利用连续¹³CO₂标记的重要性，它决定作物固定大气中的CO₂通过重新分配对生态系统的影响能力。所以，国内外的温室气体和植物生理方面的研究人员对利用连续¹³CO₂标记的研究非常重视。¹³C连续标记技术越来越多的被从事碳研究工作的一个热点和突破口，而其连续标记方法相对滞后，标记成本高，很少有人研究。

传统的方法一般采用高丰度¹¹CO₂、¹³CO₂和¹⁴CO₂三种标记CO₂气体对作物进行标记，由于标记物成本较高，通常采用脉冲式标记，测量过程中干扰因素较多，误差大，标记时间较短，使一些较小的异检测不到，部分被忽视。

发明内容

本发明是为了解决传统对植物进行的C元素标记的装置或方法采用脉冲式标记方式，标记精度低，成本高的问题，本发明提供了一种田间原位连续低丰度¹³CO₂同位素标记装置及方法。

一种田间原位连续低丰度¹³CO₂同位素标记装置，其特征在于，它包括标记箱、风扇、空调、燃烧器、CO₂测控器、氧气瓶、液化气瓶、除湿机、自动控制系统和加湿器；所述的标记箱为底部开口式箱体，所述的标记箱的侧壁设有一个通孔，所述的标记箱为透明的箱体，燃烧器的燃烧端穿过标记箱的通孔伸入标记箱内部，所述的燃烧器的末端同时与液化气瓶的出气口和氧气瓶的出气口连通，所述的燃烧器的燃烧端设置有电子打火器；风扇固定在标记箱内顶部中间位置，空调固定在标记箱侧壁的上部，CO₂测控器位于标记箱内，除湿机固定在标记箱侧壁的下部，加湿器放置在标记箱内，自动控制系统放置在标记箱外部，所述的自动控制系统控制信号输出端同时与风扇的开/关控制信号输入端、空调的控制信号输入端、CO₂测控器的控制信号输入端、电子打火器的控制信号输入端、除湿机的控制信号输入端和加湿器的控制信号输入端连接。

所述的液化气瓶输出的液化气中¹³C丰度比大气本底值低60%。

本发明所述的一种田间原位连续低丰度¹³CO₂同位素标记装置，主要用于研究作物光合作用固定大气中的CO₂在作物植株、根际呼吸的分配及根际呼吸CO₂排放通量融为一体的系统装置。其主要功能是采用低丰度¹³CO₂进行续标记。

采用一种田间原位连续低丰度¹³CO₂同位素标记装置实现一种田间原位连续低丰度¹³CO₂同位素标记方法，它的具体步骤为，

首先、将标记箱放置在种植有待标记作物的土壤上，并且使得所述待标记作物位于标记箱内，使加湿器的加湿口与标记箱内土壤接触，使自然光透过标记箱照射待标记作物；

然后，在待标记作物的生长过程中：

根据待标记作物所需生长环境的参数，通过自动控制系统控制空调运行，使标记箱内温度在20～25℃范围内；通过自动控制系统控制加湿器和除湿机，使标记箱内的湿度在50～60%范围内；

通过CO₂测控器监测标记箱内低丰度¹³CO₂浓度，当标记箱内低丰度¹³CO₂浓度低于350ppm时，通过自动控制系统控制电子打火器使氧气瓶输出的氧气与液化气瓶输出的液化气燃烧获得低丰度¹³CO₂，同时控制风扇运转，使标记箱内低丰度¹³CO₂均匀分布；当标记箱内低丰度¹³CO₂浓度高于450ppm时，使燃烧器停止工作；使标记箱内低丰度¹³CO₂浓度在大于350ppm或小于450ppm之间保持X小时，同时标记待标记作物的低丰度¹³CO₂同位素标记，完成X小时内的待标记作物的生长同位素标记，所述的X表示同位素的标记时间，X的范围为大于10。

本发明采取液化气瓶输出的液化气中¹³C丰度比大气本底值低60%的特点，将液化气与纯氧气燃烧产生的CO₂气体作为标记¹³CO₂，利用作物光合固定CO₂特点，接合自然光生长条件下，通过自动控制系统控制标记箱温湿度的模拟气候室，并将作物光和作用全固碳过程与作物植株标记过程融为一体，可以对作物进行持续标记，标记时间长，标记成本降低了70%、标记产物分配的数据准确，标记精度高25%以上。

附图说明

图1为本发明所述的一种田间原位连续低丰度¹³CO₂同位素标记装置的原理示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：参见图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种田间原位连续低丰度¹³CO₂同位素标记装置，它包括标记箱1、风扇2、空调3、燃烧器4、CO₂测控器5、氧气瓶7、液化气瓶8、除湿机9、自动控制系统10和加湿器11；所述的标记箱1为底部开口式箱体，所述的标记箱1的侧壁设有一个通孔，所述的标记箱1为透明的箱体，燃烧器4的燃烧端穿过标记箱1的通孔伸入标记箱1内部，所述的燃烧器4的末端同时与液化气瓶8的出气口和氧气瓶7的出气口连通，所述的燃烧器4的燃烧端设置有电子打火器6；风扇2固定在标记箱1内顶部中间位置，空调3固定在标记箱1侧壁的上部，CO₂测控器5位于标记箱1内，除湿机9固定在标记箱1侧壁的下部，加湿器11放置在标记箱1内，自动控制系统10放置在标记箱1外部，所述的自动控制系统10控制信号输出端同时与风扇2的开/关控制信号输入端、空调3的控制信号输入端、CO₂测控器5的控制信号输入端、电子打火器6的控制信号输入端、除湿机9的控制信号输入端和加湿器11的控制信号输入端连接。

具体实施方式二：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种田间原位连续低丰度¹³CO₂同位素标记装置的区别在于，所述的CO₂测控器5位于标记箱1内部中间位置。

具体实施方式三：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一或二所述的一种田间原位连续低丰度¹³CO₂同位素标记装置的区别在于，所述的空调3和除湿机9设置在标记箱1的同一侧壁上。

具体实施方式四：参见图1说明本实施方式，本实施方式具体实施方式一所述的一种田间原位连续低丰度¹³CO₂同位素标记装置的区别在于，所述的液化气瓶8输出的液化气中¹³C丰度比大气本底值低55%至65%。

具体实施方式五：参见图1说明本实施方式，本实施方式具体实施方式四所述的一种田间原位连续低丰度¹³CO₂同位素标记装置的区别在于，所述的液化气瓶8输出的液化气中¹³C丰度比大气本底值低60%。

具体实施方式六：参见图1说明本实施方式，采用具体实施方式一、二、四或五所述的一种田间原位连续低丰度¹³CO₂同位素标记装置实现一种田间原位连续低丰度¹³CO₂同位素标记方法，它的具体步骤为，

首先、将标记箱1放置在种植有待标记作物的土壤上，并且使得所述待标记作物位于标记箱1内，使加湿器11的加湿口与标记箱1内土壤接触，使自然光透过标记箱1照射待标记作物；

然后，在待标记作物的生长过程中：

根据待标记作物所需生长环境的参数，通过自动控制系统10控制空调3运行，使标记箱1内温度在20～25℃范围内；通过自动控制系统10控制加湿器11和除湿机9，使标记箱内的湿度在50～60%范围内；

通过CO₂测控器5监测标记箱1内低丰度¹³CO₂浓度，当标记箱1内低丰度¹³CO₂浓度低于350ppm时，通过自动控制系统10控制电子打火器6使氧气瓶7输出的氧气与液化气瓶8输出的液化气燃烧获得低丰度¹³CO₂，同时控制风扇2运转，使标记箱1内低丰度¹³CO₂均匀分布；当标记箱1内低丰度¹³CO₂浓度高于450ppm时，使燃烧器4停止工作；使标记箱1内低丰度¹³CO₂浓度在大于350ppm或小于450ppm之间保持X小时，同时标记待标记作物的低丰度¹³CO₂同位素标记，完成X小时内的待标记作物的生长同位素标记，所述的X表示同位素的标记时间，X的范围为大于10。

具体实施方式七：参见图1说明本实施方式，根据具体实施方式六所述的一种田间原位连续低丰度¹³CO₂同位素标记方法的区别在于，所述的X的范围为大于12且小于1000。

Claims

1.一种田间原位连续低丰度¹³CO₂同位素标记装置，其特征在于，它包括标记箱（1）、风扇（2）、空调（3）、燃烧器（4）、CO₂测控器（5）、氧气瓶（7）、液化气瓶（8）、除湿机（9）、自动控制系统（10）和加湿器（11）；所述的标记箱（1）为底部开口式箱体，所述的标记箱（1）的侧壁设有一个通孔，所述的标记箱（1）为透明的箱体，燃烧器（4）的燃烧端穿过标记箱（1）的通孔伸入标记箱（1）内部，所述的燃烧器（4）的末端同时与液化气瓶（8）的出气口和氧气瓶（7）的出气口连通，所述的燃烧器（4）的燃烧端设置有电子打火器（6）；风扇（2）固定在标记箱（1）内顶部中间位置，空调（3）固定在标记箱（1）侧壁的上部，CO₂测控器（5）位于标记箱（1）内，除湿机（9）固定在标记箱（1）侧壁的下部，加湿器（11）放置在标记箱（1）内，自动控制系统（10）放置在标记箱（1）外部，所述的自动控制系统（10）控制信号输出端同时与风扇（2）的开/关控制信号输入端、空调（3）的控制信号输入端、CO₂测控器（5）的控制信号输入端、电子打火器（6）的控制信号输入端、除湿机（9）的控制信号输入端和加湿器（11）的控制信号输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种田间原位连续低丰度¹³CO₂同位素标记装置，其特征在于，所述的CO₂测控器（5）位于标记箱（1）内部中间位置。

3.根据权利要求1或2所述的一种田间原位连续低丰度¹³CO₂同位素标记装置，其特征在于，所述的空调（3）和除湿机（9）设置在标记箱（1）的同一侧壁上。

4.根据权利要求1所述的一种田间原位连续低丰度¹³CO₂同位素标记装置，其特征在于，所述的液化气瓶（8）输出的液化气中¹³C丰度比大气本底值低55%至65%。

5.根据权利要求4所述的一种田间原位连续低丰度¹³CO₂同位素标记装置，其特征在于，所述的液化气瓶（8）输出的液化气中¹³C丰度比大气本底值低60%。

6.采用权利要求1、2、4或5所述的一种田间原位连续低丰度¹³CO₂同位素标记装置实现一种田间原位连续低丰度¹³CO₂同位素标记方法，其特征在于，它的具体步骤为，

首先、将标记箱（1）放置在种植有待标记作物的土壤上，并且使得所述待标记作物位于标记箱（1）内，使加湿器（11）的加湿口与标记箱（1）内土壤接触，使自然光透过标记箱（1）照射待标记作物；

然后，在待标记作物的生长过程中：

根据待标记作物所需生长环境的参数，通过自动控制系统（10）控制空调（3）运行，使标记箱（1）内温度在20～25℃范围内；通过自动控制系统（10）控制加湿器（11）和除湿机（9），使标记箱内的湿度在50～60%范围内；

通过CO₂测控器（5）监测标记箱（1）内低丰度¹³CO₂浓度，当标记箱（1）内低丰度¹³CO₂浓度低于350ppm时，通过自动控制系统（10）控制电子打火器（6）使氧气瓶（7）输出的氧气与液化气瓶（8）输出的液化气燃烧获得低丰度¹³CO₂，同时控制风扇（2）运转，使标记箱（1）内低丰度¹³CO₂均匀分布；当标记箱（1）内低丰度¹³CO₂浓度高于450ppm时，使燃烧器（4）停止工作；使标记箱（1）内低丰度¹³CO₂浓度在大于350ppm或小于450ppm之间保持X小时，同时标记待标记作物的低丰度¹³CO₂同位素标记，完成X小时内的待标记作物的生长同位素标记，所述的X表示同位素的标记时间，X的范围为大于10。

7.根据权利要求6所述的一种田间原位连续低丰度¹³CO₂同位素标记方法，其特征在于，所述的X的范围为大于12或小于1000。