一种测定木本植物最大水力导度的装置及其使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种测定木本植物最大水力导度的装置及其使用方法，它包括一冲洗液容器、一离心增压泵、一三通阀、一水压计、一烧瓶、一电子天平和一计算机；冲洗液容器底部设置两个出口，冲洗液容器的第一出口通过管路连接离心增压泵的进口，离心增压泵的出口通过管路连接三通阀的第一进口，离心增压泵的出口和三通阀的第一进口之间的管路上还设置水压计，冲洗液容器的第二出口通过管路连接三通阀的第二进口；三通阀的出口连接一用于与待测植物样品连接的连接管，且连接管底部与冲洗液容器的第二出口的垂直距离为60cm～100cm，连接管正下方设置烧瓶，烧瓶放置在电子天平上，电子天平连接计算机。本发明专利技术不但能够有效提高测定结果的准确性，而且适合在野外测定木本植物最大水力导度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及植物水力结构研究领域，特别是涉及一种测定木本植物最大水力导度的装置及其使用方法。
技术介绍
近年来越来越频繁发生的极端干旱事件直接导致了北美和欧洲森林的大面积死亡。事实上，进入21世纪以来，中国的多个森林生态系统也明显受到了全球气候变暖的负面影响，例如贵州近年来频繁遭受的极端干旱事件，其中，2009年～2010年夏秋连旱叠加冬春干旱、2011年夏秋连旱和2013年夏旱均在不同程度上导致了贵州喀斯特森林的大面积死亡；我国华北、华东和华中地区夏季持续遭受40℃的高温天气，森林大面积死亡的同时伴随着大量干枯枝叶飘落呈现出只有秋日才发生的落叶缤纷景象。显然，极端干旱事件不但严重影响了森林生态系统的生物多样性和生产力水平，而且严重影响了森林生态系统健康稳定和全球水生态平衡。有科学假说认为极端干旱事件会导致森林木本植物体内水分平衡关系丧失，进而会导致森林木本植物个体死亡，这尤其凸显了植物水分关系研究的重要性，而植物水分关系研究领域尤其具有重要意义的就是水力结构的研究。水力结构是指植物在特定的自然环境条件下，为适应生存竞争的需要所形成的不同形态结构和水分运输供给策略。极端干旱事件既会导致水力结构的去功能化(Dysfunction)，又会导致输水管道发生大面积的气穴化(Cavitation)，从而会使得水力结构失去水分运输功能，进而对森林木本植物个体生长发育有重要贡献的叶、根和分生组织等重要器官以及组织会因为缺水而死亡，进而导致森林木本植物个体死亡。因此，森林木本植物木质部运输水分的能力和抵抗气穴化形成的能力可能极大地影响植物的地理分布及其对环境胁迫的适应能力。植物水力导度是植物水力结构的重要组成部分，是指植物输水管道运输水分的能力，其中，植物输水管道主要是被子植物的导管系统和裸子植物的筛管系统。植物水力导度包括导水率、比导率和叶比导度，其中，导水率(Kh)是指植物输水管道单位长度的水分运输能力，其中，这里的植物输水管道主要是植物的茎干、枝条和根，导水率的单位是KgmMPa-1s-1；比导率(Ks)是指单位茎干、枝条和根横截面积的导水率，将导水率除以茎干、枝条和根的横截面积即得出比导率Ks，其单位是Kgm-1MPa-1s-1，其中，比导率Ks值反映管道系统的水分运输效率，其值越大则说明该管道系统输水效率越高；叶比导率(Kl)是植物茎干和枝条末端对叶片供水能力的重要指标，将导水率除以茎干和枝条末端生长的所有叶片的总叶面积即得到Kl，其单位为Kgm-1MPa-1s-1，叶比导率的值越大则说明植物茎干和枝条末端对叶的供水能力越强。植物的最大水力导度反映了无栓塞化的管道系统最大的水分运输能力，是水力结构研究的核心指标。变化环境下植物的最大水力导度与物种适应策略密切相关。比如，对于被子植物而言森林木本植物存在两种生活型，即常绿植物与落叶植物。常绿植物由于其导管直径小，木材密度高，因此其最大水力导度小，水分运输能力弱，从而使得水分供给不足，进而使得常绿植物的光合碳同化能力要低，生长速率慢。但是常绿植物抵抗机械压力，例如风折、雪压、虫食胁迫的能力强；相对而言，落叶植物导管大，木材密度低，因此其最大水力导度大，水分运输能力强从而使得水分供给能力强，进而使得落叶植物的光合能力高，生长速率快。但是落叶植物抵抗机械损伤的能力弱。显然，植物的最大水力导度与植物其它功能性状形成一个多节点的调控网络，共同决定了物种的水分适应策略，因此，精确测定植物的最大水力导度是研究植物水分关系的前提。由于蒸腾拉力的存在，通常情况下植物的部分输水管道会出现气穴化现象，这会导致整条输水管道的栓塞化(Embolism)，进而使得管道系统失去输水功能。此情况下的水力导度低于无栓塞下的最大水力导度。蒸腾拉力越大会使得管道系统的张力越大，管道系统的张力越大会使得栓塞化导管数量越多，栓塞化导管数量越多会使得实际水力导度逐步下降，实际水力导度与最大水力导度之比被称为水力导度丧失率(PLC，Percentageoflossofconductance)，该指标与被测样品水势之间存在一个反曲函数关系(Sigmoidalfunction)。当实际水力导度降低到最大水力导度的一半，即PLC＝50时的水势值(Ψ50)是反映植物水分运输安全性的指标，其中，Ψ50越低，植物水分运输的安全性越高。显然，精确测定植物的最大水力导度是可靠获得Ψ50的基础。目前，国际通常采用高压冲洗法测定最大水力导度，其具体过程为：首先，用高气压直接压迫冲洗液提高其压强至110kPa～175kPa，以驱除已栓塞化导管内的气穴；然后，用6kPa～10KPa冲洗溶液测定单位时间内流经输水管道系统的冲洗液质量；最后，计算获得最大水力导度。运用该方法的现有技术中测定最大水力导度的装置，如图1所示，它包括高压气瓶1′、调压阀2′、压力罐3′、水压计4′、冲洗液容器5′、三通阀6′、待测植物样品7′、烧瓶8′、电子天平9′和计算机10′；该种装置是植物水分关系研究的实验室标准设置，但是，在森林木本植物的水力结构研究中，经常需要对野外采集的样品进行水力结构的测定。通常情况下，野外采集地点往往离实验室较远，因此，野外采集的待测样样品均需要进行一些保存措施后带回实验室进行测定，其中，常见的保存措施有保湿和低浓度草酸防真菌感染等，但是，这些保存措施只能在短时间内有效，一旦时间过长则会失效，样品仍会出现真菌感染、干枯和虫害等现象，而且这些保存措施无法阻止待测样品生理活性的逐渐降低。显然，将野外采集的待测样品带回实验室进行测定不但操作麻烦，效果不佳，而且还会造成最大水力导度测定结果的准确性降低，因此，最好在野外就近对待测样品进行水力结构的测定。但是，现有技术中测定最大水力导度的装置在野外应用时，存在诸多不方便，具体为：一、由于交通管理相关的法律法规对于高压气瓶的运输有严格规定，使得生态学家很难在进行野外科考活动中随身携带高压气瓶，即使相关法律没有对高压气瓶运输进行严格规定，由于高压气瓶的特殊结构，其在运输、使用和保存过程中对生态学家的人身安全也存在风险；二、在野外科学考察中高压气瓶的充气问题，一般来说在野外，一个4L的气瓶充满气，只能进行30个～40个植物样品的水势测定，显然，这于需要进行大量植物样品水势测定的野外科学考察，这些气量根本无法满足需求，而且这4L气一旦用完，还很难找到地方充气；三、在用调压阀2′进行调压时，由于压力罐3′气压的变化可能会导致微小气泡进入冲洗液中，这些微小气泡会栓塞输水管道并导致最大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测定木本植物最大水力导度的装置，其特征在于：它包括一冲洗液容器、一离心增压泵、一三通阀、一水压计、一烧瓶、一电子天平和一计算机；所述冲洗液容器底部设置两个出口，所述冲洗液容器的第一出口通过管路连接所述离心增压泵的进口，所述离心增压泵的出口通过管路连接所述三通阀的第一进口，所述离心增压泵的出口和所述三通阀的第一进口之间的管路上还设置所述水压计，所述冲洗液容器的第二出口通过管路连接所述三通阀的第二进口；所述三通阀的出口连接一用于与待测植物样品连接的连接管，且所述连接管底部与所述冲洗液容器的第二出口的垂直距离为60cm～100cm，所述连接管正下方设置所述烧瓶，所述烧瓶放置在所述电子天平上，所述电子天平连接所述计算机。

【技术特征摘要】
1.一种测定木本植物最大水力导度的装置，其特征在于：它包括一冲洗液容器、
一离心增压泵、一三通阀、一水压计、一烧瓶、一电子天平和一计算机；
所述冲洗液容器底部设置两个出口，所述冲洗液容器的第一出口通过管路连接所
述离心增压泵的进口，所述离心增压泵的出口通过管路连接所述三通阀的第一进口，
所述离心增压泵的出口和所述三通阀的第一进口之间的管路上还设置所述水压计，所
述冲洗液容器的第二出口通过管路连接所述三通阀的第二进口；所述三通阀的出口连
接一用于与待测植物样品连接的连接管，且所述连接管底部与所述冲洗液容器的第二
出口的垂直距离为60cm～100cm，所述连接管正下方设置所述烧瓶，所述烧瓶放置在
所述电子天平上，所述电子天平连接所述计算机。
2.如权利要求1所述一种测定木本植物最大水力导度的装置，其特征在于：所述
离心增压泵的功率为150W～165W，扬程为12m～15m，内径为15mm。
3.如权利要求1所述一种测定木本植物最大水力导度的装置，其特征在于：所述
待测植物样品为木本植物的茎干、枝条或根。
4.如权利要求2所述一种测定木本植物最大水力导度的装置，其特征在于：所述
待测植物样品为木本植物的茎干、枝条或根...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊大勇，谢宗强，赵常明，徐新武，
申请(专利权)人：中国科学院植物研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11