本發(fā)明涉及一種測(cè)定植物根系水力導(dǎo)度的高壓密閉裝置，屬于植物水分測(cè)定技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

水分是限制植物生長(zhǎng)和作物生產(chǎn)的主要影響因子，由鹽漬、干旱引起的水分虧缺已經(jīng)成為限制作物生產(chǎn)和生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的主要逆境因子。植物水分生理的研究已經(jīng)成為生命科學(xué)和農(nóng)林科學(xué)研究中的重大核心內(nèi)容，很多植物的地理分布、形態(tài)建成以及生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程均受到水分供給程度的影響。在逆境脅迫下，植物體內(nèi)水分平衡主要是通過(guò)根系吸水和冠層蒸騰失水之間的動(dòng)態(tài)變化來(lái)共同維持。根據(jù)philip于1966年提出的“土壤-植物-大氣”連續(xù)體系（spac）的概念，在物理學(xué)上spac是一個(gè)統(tǒng)一的連續(xù)體。研究發(fā)現(xiàn)根系吸水的阻力大約占植物體內(nèi)水流阻力的50%以上，因此植物根系導(dǎo)水能力的研究一直是學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)。根系水力導(dǎo)度也是表征植物根系吸水能力的一個(gè)重要參數(shù)。

目前測(cè)定植物根系水力導(dǎo)度的方法有很多，如蒸騰流法、hpfm法、負(fù)壓引流法、蒸騰計(jì)法、壓力根探針?lè)ê蛪毫κ曳?。這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，蒸騰流法實(shí)際上是用整個(gè)植株的水力導(dǎo)度近似估算根系水力導(dǎo)度，雖然操作簡(jiǎn)單但誤差較大；負(fù)壓引流法主要是通過(guò)毛細(xì)管施加的外界壓力小于正常的生理過(guò)程的值，測(cè)定數(shù)據(jù)容易受到滲透引起液流的影響而逐漸不被采用；蒸騰計(jì)法主要測(cè)定單根導(dǎo)水特性，與負(fù)壓引流法都存在無(wú)法測(cè)定整個(gè)根系的問(wèn)題。而其余三種方法，即hpfm法、壓力根探針?lè)ㄒ约皦毫κ曳ㄔ跍y(cè)定根系水力導(dǎo)度方面較為普遍接受，但是也存在一些問(wèn)題；諸如hpfm法、壓力根探針?lè)o(wú)法避免根系導(dǎo)管氣穴化的影響，會(huì)造成一定的測(cè)量誤差。并且hpfm法主要是由美國(guó)dynamax公司的hpfm-gen3植物高壓導(dǎo)水率測(cè)量?jī)x，該儀器的售價(jià)昂貴也限制了一些用戶(hù)；壓力根探針?lè)ㄋ婕暗膲毫鞲衅麟m然價(jià)格不及hpfm-gen3植物高壓導(dǎo)水率測(cè)量?jī)x昂貴，但是掌握該方法需要豐富的操作經(jīng)驗(yàn)（很長(zhǎng)時(shí)間的反復(fù)練習(xí)），人為操作誤差較大。因?yàn)閴毫κ曳y(cè)定植物根系水力大度操作簡(jiǎn)單、成本較低、人為操作誤差小，越來(lái)越受到人們的青睞。但是國(guó)內(nèi)外目前缺乏基于壓力室原理研制的測(cè)定植物根系水力導(dǎo)度的高壓密閉裝置，這一定程度上制約了相關(guān)領(lǐng)域科學(xué)研究的發(fā)展。盡管?chē)?guó)外個(gè)別實(shí)驗(yàn)室自制相關(guān)設(shè)備，但是儀器的安全性和準(zhǔn)確性尚不能保證。本發(fā)明研制的此裝置操作方面，安全性高，完全滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)儀器的精度標(biāo)準(zhǔn)和需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述，本發(fā)明的目的在于提供一種測(cè)定植物根系水力導(dǎo)度的高壓密閉裝置。該裝置主要用于測(cè)定植物根系水力導(dǎo)度，即根據(jù)水分在植物根系水分吸收和傳導(dǎo)運(yùn)輸?shù)奶卣?，將植株整個(gè)根系處于設(shè)定氣體壓力下，測(cè)定壓力室中植株單位時(shí)間內(nèi)單位根系表面積在單位壓力下的根系水分傳導(dǎo)能力（水力導(dǎo)度）。該指標(biāo)可以綜合反映植物根系水分運(yùn)輸?shù)淖枇Α?/p>

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種測(cè)定植物根系水力導(dǎo)度的高壓密閉裝置，包括高壓氮?dú)怃撈?、高壓氣體減壓閥、快速接頭、微調(diào)閥、高壓三通球閥、數(shù)顯壓力表、不銹鋼壓力倉(cāng)、進(jìn)氣口不銹鋼壓力蓋、密封膠圈、不銹鋼卡箍、雙錐形密封膠墊、錐形壓力墊片、頂螺帽、助力桿、圓柱桶狀節(jié)氣塊、安全卸荷閥、植物栽培容器和自封袋包裹的脫脂棉；高壓氮?dú)怃撈客ㄟ^(guò)高壓管上的高壓氣體減壓閥、快速接頭、微調(diào)閥、高壓三通球閥、數(shù)顯壓力表與高壓密閉裝置中不銹鋼壓力倉(cāng)的進(jìn)氣口連接，實(shí)現(xiàn)管路密封；其特征是在不銹鋼壓力倉(cāng)上裝有密封膠圈、不銹鋼卡箍、不銹鋼壓力蓋、雙錐密封膠墊、錐形壓力墊片和頂螺帽，形成一個(gè)高壓密閉裝置；其中：不銹鋼壓力倉(cāng)和不銹鋼壓力蓋密封接觸面上分別有凹槽圈，與密封膠圈銜接，通過(guò)旋緊不銹鋼卡箍上的蝴蝶螺絲實(shí)現(xiàn)不銹鋼壓力倉(cāng)和不銹鋼壓力蓋密封；不銹鋼壓力蓋和頂螺帽之間通過(guò)絲口連接；不銹鋼壓力蓋中央為內(nèi)錐形，錐形壓力墊片和不銹鋼壓力蓋內(nèi)錐形結(jié)構(gòu)與雙錐形密封膠墊接觸；將植物栽培容器放置于不銹鋼壓力倉(cāng)內(nèi)，植物栽培容器和不銹鋼壓力倉(cāng)之間的空隙放置圓柱筒狀節(jié)氣塊；將助力桿插入頂螺帽兩側(cè)任一孔中驅(qū)動(dòng)頂螺帽轉(zhuǎn)動(dòng)而施壓于錐形壓力墊片，使得雙錐形密封膠墊)的上下面分別處于錐形壓力面的均勻壓力，減少雙錐形密封膠墊內(nèi)孔和植物樣品之間的間隙，實(shí)現(xiàn)密封；不銹鋼壓力倉(cāng)底部側(cè)端設(shè)有安全卸荷閥，不銹鋼壓力倉(cāng)與安全卸荷閥絲口連接。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下：

1）本發(fā)明采用樣品密封構(gòu)件中，采用助力桿驅(qū)動(dòng)頂螺帽施壓于錐形壓力墊片，迫使雙錐形膠墊內(nèi)孔縮小實(shí)現(xiàn)與樣品之間的密封。助力桿使得操作省時(shí)省力，也便于裝配和拆卸。雙錐形密封膠墊內(nèi)孔均勻縮小，與樣品周?chē)鷫毫鶆?，?duì)樣品的破壞性小。助力桿與頂螺帽兩側(cè)的插孔的接觸面為凸凹的圓臺(tái)形狀，接觸牢固，且便于操作。

2）不銹鋼壓力倉(cāng)與壓力蓋之間的密封采用高強(qiáng)度不銹鋼卡箍結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在增加不銹鋼壓力倉(cāng)內(nèi)徑的同時(shí)，有效避免不銹鋼壓力蓋和不銹鋼壓力倉(cāng)“卡死”（擰不動(dòng)）現(xiàn)象發(fā)生，使儀器操作起來(lái)省時(shí)省力，便于操作且拆卸方便。

3）本發(fā)明設(shè)計(jì)增加了不銹鋼壓力倉(cāng)的體積，極大地拓展了植物根系水力導(dǎo)度測(cè)定對(duì)象，可以在測(cè)量土培條件下大根系植株的根系水力導(dǎo)度。

4）本發(fā)明設(shè)計(jì)不銹鋼壓力倉(cāng)（最大承受壓力為20mpa）、高壓氣體減壓閥（<1.5mpa）和安全卸荷閥（<1.5mpa）三重安全保障措施，保證裝置的壓力安全問(wèn)題。

5）本發(fā)明采用圓柱桶裝節(jié)氣塊，其材質(zhì)為尼龍塑料，既可以承受高壓，也可以節(jié)約高壓氮?dú)獾氖褂昧?，降低試?yàn)成本。

6）本發(fā)明安裝安全閥（或稱(chēng)卸荷閥），并且所有高壓密閉裝置采用316不銹鋼材質(zhì)，保證了高壓裝置壓力安全問(wèn)題。

7)本發(fā)明采用高精度數(shù)字顯示壓力表，可提高測(cè)量的精度和操作可視性；

8）本發(fā)明采用的高壓氣體減壓閥，增加整個(gè)高壓氣路的安全性，也可以降低高壓密閉裝置充氣過(guò)程中氣流的波動(dòng)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1中不銹鋼壓力倉(cāng)裝置示意圖。

圖中各標(biāo)記如下：1-高壓氮?dú)怃撈俊?-高壓氣體減壓閥、3-快速接頭、4-微調(diào)閥（針閥）、5-高壓三通球閥、6-數(shù)顯壓力表、7-不銹鋼壓力倉(cāng)、8-進(jìn)氣口、9-不銹鋼壓力蓋、10-密封膠圈、11-不銹鋼卡箍、12-雙錐形密封膠墊、13-錐形壓力墊片、14-頂螺帽、15-助力桿、16-圓柱筒狀節(jié)氣塊、17-安全卸荷閥、18-植物栽培容器和19-自封袋包裹的脫脂棉。

圖3為根系木質(zhì)部汁液液流速率（cm³s^-1）與壓力（mpa）關(guān)系示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案再作進(jìn)一步的說(shuō)明：

如圖1和圖2所示，一種測(cè)定植物根系水力導(dǎo)度的高壓密閉裝置，包括高壓氮?dú)怃撈?）、高壓氣體減壓閥2、快速接頭3、微調(diào)閥（針閥）4、高壓三通球閥5、數(shù)顯壓力表6和不銹鋼壓力倉(cāng)7；不銹鋼壓力倉(cāng)7上設(shè)有進(jìn)氣口8、不銹鋼壓力蓋9、密封膠圈10、不銹鋼卡箍11、雙錐形密封膠墊12、錐形壓力墊片13、頂螺帽14、助力桿15、圓柱筒狀節(jié)氣塊16、安全卸荷閥17、植物栽培容器18和自封袋包裹的脫脂棉19。高壓氮?dú)怃撈?通過(guò)高壓氣體減壓閥2、快速接頭3、微調(diào)閥（針閥）4、高壓三通球閥5、數(shù)顯壓力表6和不銹鋼壓力倉(cāng)7的進(jìn)氣口8連接，實(shí)現(xiàn)管路密封。在不銹鋼壓力倉(cāng)7上裝有密封膠圈10、不銹鋼壓力蓋9、不銹鋼卡箍11、雙錐形密封膠墊12、錐形壓力墊片13和頂螺帽14，形成一個(gè)密閉的壓力容器；其中：不銹鋼壓力倉(cāng)7和不銹鋼壓力蓋9密封接觸面分別有凹槽圈，與密封膠圈10銜接，通過(guò)旋緊不銹鋼卡箍11上的蝴蝶螺絲實(shí)現(xiàn)不銹鋼壓力倉(cāng)7和不銹鋼壓力蓋9密封；不銹鋼壓力蓋9和頂螺帽14之間通過(guò)絲口連接；不銹鋼壓力蓋9中央為內(nèi)錐形，錐形壓力墊片13和不銹鋼壓力蓋9內(nèi)錐形結(jié)構(gòu)與雙錐形密封膠墊12接觸。將植物栽培容器18放置于不銹鋼壓力倉(cāng)7內(nèi)，植物栽培容器18和不銹鋼壓力倉(cāng)7之間的空隙放置圓柱筒狀節(jié)氣塊16。植株基莖的切面穿過(guò)雙錐形密封膠墊12中間小孔和錐形壓力墊片13；通過(guò)助力桿15插入頂螺帽14兩側(cè)任一孔中驅(qū)動(dòng)頂螺帽14轉(zhuǎn)動(dòng)而施壓于錐形壓力墊片13，使得雙錐形密封膠墊的上下面分別處于錐形壓力面（即錐形壓力墊片和壓力蓋上內(nèi)錐形結(jié)構(gòu)）的均勻壓力下，減少雙錐形密封膠墊內(nèi)孔和樣品之間的間隙，實(shí)現(xiàn)密封；不銹鋼壓力倉(cāng)7底部側(cè)端設(shè)有安全卸荷閥17，不銹鋼壓力倉(cāng)7與安全卸荷閥17絲口連接。

測(cè)定植物根系水力導(dǎo)度高壓密閉裝置的安裝：

高壓氮?dú)怃撈?通過(guò)高壓管上高壓氣體減壓閥2、快速接頭3、微調(diào)閥（針閥）4、高壓三通球閥5、數(shù)顯壓力表6和不銹鋼壓力倉(cāng)7的進(jìn)氣口8，進(jìn)行植物根系水力導(dǎo)度的檢測(cè)。測(cè)定植物樣品之前，需要檢測(cè)高壓密閉裝置的密閉性。首先在不銹鋼壓力倉(cāng)7放置密封膠圈10和不銹鋼壓力蓋9，并用不銹鋼卡箍11固定后，旋緊不銹鋼卡箍11上的蝴蝶螺絲。其次在不銹鋼壓力蓋9中央的內(nèi)錐形結(jié)構(gòu)處依次放置雙錐形密封膠12和錐形壓力墊片13，然后旋動(dòng)頂螺帽14與不銹鋼壓力蓋9之間的絲口；待手動(dòng)無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)頂螺帽14時(shí)，將助力桿15插入頂螺帽14任一側(cè)孔旋轉(zhuǎn)1/4到1/2圈即可。通過(guò)調(diào)節(jié)微調(diào)閥（針閥）4和高壓三通球閥5緩慢向高壓密閉裝置中注入氮?dú)猓O(shè)定壓力1.0mpa后停止供氣，若30分鐘壓力的變化小于5%，視為裝置的密封性良好。

（一）植物根系水力導(dǎo)度的測(cè)定

1）測(cè)定植物根系水力導(dǎo)度時(shí)，首先將將植物栽培容器18中的植物離基部4cm剪去冠層部分，放入不銹鋼壓力倉(cāng)7中，根據(jù)植物栽培容器18和不銹鋼壓力倉(cāng)7之間空隙放置不同厚度的圓筒狀節(jié)氣塊16；然后將切去將植株基莖的切面穿過(guò)不銹鋼壓力蓋9、雙錐形密封膠墊12和錐形壓力墊片13中間小孔，最后安裝頂螺帽14。先旋緊不銹鋼卡箍11上的蝴蝶螺絲，固定密封不銹鋼壓力倉(cāng)7和不銹鋼壓力蓋9，安裝頂螺帽14并旋轉(zhuǎn)助力桿15，通過(guò)助力桿15驅(qū)動(dòng)頂螺帽14施壓于錐形壓力墊片13，使得雙錐形密封膠墊12的上下面分別處于錐形壓力面（即錐形壓力墊片和壓力蓋上內(nèi)錐形結(jié)構(gòu)）的均勻壓力下，減少雙錐形密封膠墊內(nèi)孔和植物樣品之間的間隙，實(shí)現(xiàn)樣品密封。在植株基莖的切面處放置用自封袋包裹的脫脂棉19，用于收集根系木質(zhì)部汁液。

2）打開(kāi)高壓氣體減壓閥（2）、調(diào)節(jié)微調(diào)閥（針閥）4和高壓三通球閥5向不銹鋼壓力倉(cāng)7中充氣。待壓力增至0.2mpa,平衡10分鐘后，用脫脂棉擦去根系木質(zhì)部汁液；分別在壓力0.2、0.4、0.6、0.8和1.0mpa下持續(xù)10分鐘，用預(yù)先稱(chēng)重的填充脫脂棉的自封袋固定在莖稈的剪斷處，收集根系木質(zhì)部汁液，通過(guò)稱(chēng)重法計(jì)算根系傷流液的重量；

3）再將高壓三通球閥5調(diào)至“放氣”狀態(tài)，待數(shù)顯壓力表6示數(shù)為“零”時(shí)小心取出植物，用水沖洗收集整個(gè)根部，并在根系掃描儀掃描并分析整個(gè)根系表面積；

4）先計(jì)算根系木質(zhì)部汁液液流速率（cm³s^-1）與壓力（mpa）的斜率（cm³mpa^-1s^-1，見(jiàn)圖3），再除以根系總表面積計(jì)算植物根系水力導(dǎo)度（lpr），即lpr(cm³cm^-2s^-1mpa^-1)=斜率/根系總表面積。