本发明专利技术公开了一种植物根系养分吸收模拟装置及其使用方法，该装置包括采样管、供液系统和低压系统。所述采样管分别与供液系统、低压系统连接，采样管包括采样管体和阴/阳离子交换膜；采样管体的外壁中部设有若干个孔，且采样管体外壁各孔之间还设有若干个凹槽。该装置的使用方法是将经NaHCO3溶液浸泡过的采样管埋置于土壤2小时后取出并用HCl溶液洗脱，测定洗脱液中的阴阳养分离子含量以评估土壤中能被植物根系吸收的养分。本发明专利技术具有准确性高、节能环保、操作步骤简单等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于土壤养分离子的提取
，特别涉及一种利用离子交换膜模拟根系吸收土壤养分离子的植物根系养分吸收模拟装置及其使用方法。
技术介绍
目前对土壤中有效养分含量的提取及测定主要有化学提取法和植物种植评估法。 化学提取法将某些化学药品配制成提取液，将土壤加入到提取液中进行震荡、离心后收集上清液，测定其养分含量。该方法被认为是土壤养分测定的基准方法，但其与植物吸收养分的方式存在差异，并不能较好反映土壤中养分对植物的影响。由于不同类型的土壤差异很大，采用同一种提取剂并不能较好地反映土壤养分供应的真实情况；而且提取过程需消耗较多的能量和试剂，不符合当今提倡的“低碳”理念。植物种植评估法所吸收的土壤养分固然符合其自身根系吸收规律，但该方法耗时较多，且不同作物根系的养分吸收特点存在差异，不同作物对同一土壤的养分供给状况评价结果存在差异，另外实验结果极易受外界环境和管理水平的影响，因此需要建立一套统一、客观的养分提取方法。上世纪50年代兴起的离子交换树脂球(膜)埋置法在一定程度上模仿了植物根系吸收土壤中养分离子的特性，且能动态监测土壤养分离子浓度水平；而目前的所报道的提取方法多将树脂球(膜)直接埋于土壤或装在网袋中后埋置于土壤中，每次取出时操作并不方便，且难以保证树脂球(膜)与土壤充分接触。另一类基于离子交换膜的提取装置为加拿大萨斯卡彻温大学(University of Saskatchewan)的杰夫 谢瑙(Jeff Schoenau)在 1992年专利技术，目前由西部农业创新公司(Western Ag Innovation Inc.)生产的“植物根系模拟器，，(Plant Root Simulator，PRS )(美国专利US6242261，加拿大专利CA 2129843C, 澳大利亚专利AU 673817B2，世界专利组织登记号W0 9316382A1)，该装置一定程度上克服了直接埋置离子交换膜带来的麻烦，但因为装置仅为夹在塑料框中的一片离子交换膜， 而缺乏促进提取效率的结构，因而提取效率偏低；而且该装置集成度低，所以使用其进行土壤养分提取时仍然需要较多的人工辅助操作以保证其能正常提取。而且，该装置离子交换膜有效面积小，不能完整地监测整个耕作层的养分水平。因此，现有技术中普遍存在以下缺陷(1)传统化学提取方法固然相对准确，但由于需要采集土壤样品，而采土过程及随后的风干、破碎过程都不可避免对土壤状态造成破坏，改变土壤养分供给的实际状况，并且总体时间花费较多；植物种植试验固然能得出符合植物吸收规律的结果，但整个种植过程影响因素太多，且不同作物吸收特性差异较大，故用不同植物对同一土壤进行评价会得出不同的结论；( 传统化学提取方法所用的试剂及操作过程会对环境造成不同程度的污染，同时提取过程也消耗较多能量和物质；(3)传统化学提取方法需要对土样进行较为繁琐的前处理，植物种植试验则要求种植全过程投入较多的人力物力和时间进行管理。因此，根据需求，需要提出一套能较好地反映土壤养分供给情况的提取装置。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服上述现有技术的缺点与不足，提供一种结构简单、合理，能较好地反映出土壤的养分含量及其对植物供应能力的植物根系养分吸收模拟装置。本专利技术的另一目的在于提供上述装置的使用方法。为达上述目的，本专利技术采用如下的技术方案一种植物根系养分吸收模拟装置，包括采样管、供液系统和低压系统，所述采样管分别与供液系统、低压系统连接；所述采样管包括采样管体以及覆在采样管体外壁上的阴 /阳离子交换膜；采样管体的外壁上设有若干个孔，且采样管体外壁上各孔之间还设有若干个凹槽。凹槽的作用在于对供液系统输出的去离子水起引导扩散作用，使整张离子交换膜和根际土壤保持湿润。各孔的作用是传导低压系统内的负压，促进土壤中的养分离子向采样管迁移。供液系统的作用是保持离子交换膜和根际土壤的湿润，低压系统的作用是提供负压，促进土壤养分向根际迁移。所述凹槽包括环凹槽和主凹槽，环凹槽设于竖直方向上相邻的两个孔之间，主凹槽为一沿轴向延伸的沟槽；各环凹槽汇聚于主凹槽处，且各环凹槽与主凹槽之间形成多个 “个”字形。所述采样管体上的各孔呈现矩阵排列，竖直方向上每相邻的两个孔之间的圆心距为 1. 0 1. 5cm0所述采样管体的下端密封，其上端塞有低压系统的管塞。所述采样管体优选为硬质聚氯乙烯管。所述阴/阳离子交换膜为均相离子交换膜，并通过塑料片固定在采样管体的外管壁上。所述供液系统包括贮液瓶、供液管、流量调节器和滴头，供液管的一端与贮液瓶连接，另一端与滴头连接，滴头嵌入到采样管的主凹槽中；所述流量调节器设于所述供液管上；在贮液瓶的瓶口还连接有与其相通的通气管，通气管的另一端通往大气。供液系统的作用是通过调节水流，保持采样管上的离子交换膜和根际待测土壤的湿润，且两者能充分接触。作为优选，贮液瓶为一内装去离子水的500mL塑料瓶，流量调节器能调节的流量为 4 6ml · min—1O所述低压系统包括抽气管、螺旋止水夹、三通阀、注射器和管塞，所述抽气管的一端插入管塞中，并通过管塞与采样管连接，另一端与三通阀连接；所述三通阀与注射器连接，所述螺旋止水夹设置于抽气管上。所述注射器的活塞柱上设有两对缺口，注射器的管体上设有固定片，所述缺口与固定片卡接。低压系统的作用是使采样管内腔压强下降，从而促进土壤中养分向根际迁移。所述采样管外还套有管套，管套优选为直径大于采样管外径1mm、长度长于采样管的离子交换膜区域的聚氯乙烯胶片制成的圆筒，其作用是减轻采样管埋置过程中离子交换膜与土壤的摩擦。该装置还包括装有NaHCO3溶液(即碳酸氢钠溶液)或HCl溶液(即盐酸溶液) 的洗脱筒。当采样管洗脱时，采样管置于洗脱筒中。所述NaHCO3溶液浓度优选为0. 5 1. Omol · ΙΛ所述HCl溶液浓度优选为0. 5 1. Omol · Γ1。进一步地，NaHCO3溶液浓度优选为0. 5mol · L—1，作为保存液；HCl溶液浓度优选为 0. 5mol化-1，作为洗脱液。采样管在实验之前，先置于装有NaHCO3溶液的洗脱筒保存，进行预饱和；当采样管提取待测土壤的养分后，将采样管置于装有HCl溶液的洗脱筒中进行洗脱。上述装置的使用方法包括如下步骤(1)将采样管浸泡于装有NaHCO3溶液的洗脱筒中，使阳离子交换膜被Na+饱和，阴离子交换膜被HCO〗饱和；使用前将采样管取出，用去离子水清洗采样管3 5次，套上管套；作为优选方案，NaHCO3溶液浓度为0. 5 1. Omol · L—1，采样管的浸泡时间为36小时以上，浸泡期间更换溶液2次，然后将采样管浸于去离子水中6 12小时；(2)向供液系统的贮液瓶内注入相当于待测点土壤田间持水量的去离子水；将采样管埋置于待测点土壤中，取出管套，使采样管上的阴/阳离子交换膜与待测土壤紧密接触；(3)待采样管埋置稳定后，将供液系统的滴头嵌入到采样管体上的主凹槽，将连有低压系统的管塞接到采样管体上端，同时保证装置气密性。打开供液系统，供液系统的贮液瓶向采样管输送去离子水，同时去离子水沿采样管体的凹槽进入土壤中，以保持离子交换膜和待测土壤湿润，供液系统的流量调节器将供液管的流量控制在4 6ml · rniiT1 ；(4)将三通阀旋至与大气隔离本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种植物根系养分吸收模拟装置，其特征在于：包括采样管、供液系统和低压系统，所述采样管分别与供液系统、低压系统连接；所述采样管包括采样管体以及覆在采样管体外壁上的阴／阳离子交换膜；采样管体的外壁上设有若干个孔，且采样管体外壁在各孔之间还设有若干个凹槽。
【技术特征摘要】
1.一种植物根系养分吸收模拟装置，其特征在于包括采样管、供液系统和低压系统， 所述采样管分别与供液系统、低压系统连接；所述采样管包括采样管体以及覆在采样管体外壁上的阴/阳离子交换膜；采样管体的外壁上设有若干个孔，且采样管体外壁在各孔之间还设有若干个凹槽。2.根据权利要求1所述的植物根系养分吸收模拟装置，其特征在于所述凹槽包括环凹槽和主凹槽，环凹槽设于竖直方向上相邻的两个孔之间，主凹槽为一沿轴向延伸的沟槽； 各环凹槽汇聚于主凹槽处，且各环凹槽与主凹槽之间形成多个“个”字形。3.根据权利要求2所述的植物根系养分吸收模拟装置，其特征在于所述采样管体上的各孔呈现矩阵排列，竖直方向上每相邻的两个孔之间的圆心距为1. 0 1. 5cm。4.根据权利要求2所述的植物根系养分吸收模拟装置，其特征在于所述供液系统包括贮液瓶、供液管、流量调节器和滴头，供液管的一端与贮液瓶连接，另一端与滴头连接，滴头嵌入到采样管的主凹槽中；所述流量调节器设于所述供液管上；在贮液瓶的瓶口还连接有与其相通的通气管，通气管的另一端通往大气。5.根据权利要求4所述的植物根系养分吸收模拟装置，其特征在于所述低压系统包括抽气管、螺旋止水夹、三通阀、注射器和管塞，所述抽气管的一端插入管塞中，并通过管塞与采样管连接，另一端与三通阀连接，所述三通阀与注射器连接，所述螺旋止水夹设置于抽气管上。6.根据权利要求5所述的植物根系养分吸收模拟装置，其特征在于所述注射器的活塞柱上设有两对缺口，注射器的管体上设有固定片，所述缺口与固定片卡接。7.根据权利要求5所述的植物根系养分吸收模拟装置，其特征在于所述采样管...
【专利技术属性】
技术研发人员：沈宏，杨旭健，赖勇林，莫进宇，贾志红，施卫明，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：81
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