专利名称：田间原位研究作物冠层氨交换的装置及监测方法
技术领域：
本发明属于农业生产中植物冠层氨交换监测技术领域，具体涉及一种田间原位研究作物冠层氨交换的装置及监测方法。
背景技术：
随着世界经济和人口的迅速增长，人为活性氮排放急剧上升，农业生产活动导致大量的氨进入大气，氨浓度的升高已引起一系列的生态环境问题，如水体富营养化、藻类爆发、土壤酸化、生物多样性减少以及温室效应。农田是大气中氨的一个重要排放源，氨挥发是化肥施入农田后一个重要散失途径，而气态氨同时也可作为植物的氮素营养，植物冠层在氨的生物地球循环中占有核心地位，它可以吸收空气中的氨，也可向空气中排放氨，是气态氨的一个重要中转站，然而，在国际国内还没有适合的方法可以在田间原位监测冠层氨交换，这不仅阻碍了化肥损失和农田大气污染的科学评价，还影响到节能减排和高产高效的相关农艺措施的制定，虽然这些问题已得到社会各界普遍重视并且在努力解决，因此，采用合理的方法在田间原位监测农田作物冠层氨交换显得尤为重要。目前已有的研究冠层氨交换的方法包括(1)叶室法，即把植物叶片置于很小的室腔内，人为控制环境因素，通过氨浓度的变化来判断叶片氨交换量，这对于研究氨交换的机理和影响因素是合适的，但对于生长在自然环境中的植物尤其是施肥农田作物的氨交换研究是无能为力的；(2)微气象学法，是国外通常采用的农田氨排放研究方法，但该方法对气象条件的稳定性、周围环境的均一性以及测定面积(大于1公顷)都有非常严格的要求， 而且仪器设备昂贵，最为重要的是微气象学法只能测定整个系统的氨排放量，不能区分土壤和冠层的贡献，对于冠层的氨交换量依然是黑箱；(3)密闭室法，目前国内农田氨挥发损失研究多采用此法，但目前的密闭室很小，不能把冠层包括在内，实际上测定的是农田土壤表面的氨排放，对于冠层参与的农田氨排放研究评价同样无能为力。因此，已有的方法要么无法单独研究冠层的氨交换，要么不能在田间原位进行。针对已有的方法存在的缺陷，经过不断的摸索和尝试，提出该发明，使得作物冠层氨交换的田间原位研究得以实现。
发明内容
所解决的技术问题本发明的目的在于提供一种研究植物冠层氨交换的装置及监测方法，尤其适用于农田作物冠层氨交换监测。技术方案为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下田间原位研究作物冠层氨交换的装置，包括不透气培养罩和稀酸载体，培养罩接近地表的侧壁上设有进气管，培养罩顶部设有排气孔，排气孔与真空泵连接，培养罩内接近地表端和接近排气孔端分别设有用于固定稀酸载体的支架。所述培养罩内外侧壁上设有温度计和湿度计。所述稀酸载体为海绵。所述稀酸载体的尺寸与培养罩的横截面积相同。所述排气孔与真空泵的连接管上设有流量计。所述稀酸为正磷酸、硫酸或草酸。所述培养罩下端为PVC，上端为透明有机玻璃，二者在测定氨交换时用胶纸密封。所述稀酸载体与植物接触部分由聚乙烯塑料隔离。田间原位研究作物冠层氨交换的装置的监测方法，步骤为在植物生长的某阶段进行氨交换监测时，将预先准备好的浸有稀酸的载体，分别放置在A组培养罩的下部支架上和B组的培养罩的上部支架上，A组的植物在载体中间，接触部分用聚乙烯塑料隔离，而后开启真空泵抽气，保持生长箱内外的温湿度接近并确保生长箱内无雾气产生，根据研究需要设立抽气时间，抽气结束后，取下培养罩，将两组的载体经去离子水震荡提取，采用紫外分光光度计和靛酚蓝比色法测定吸附的氨量，即可得出此时间段内冠层氨交换量。有益效果
发明人提出的研究植物冠层氨交换的装置及监测方法，使得作物冠层氨交换的田间原位研究得以实现，克服了微气象学法和密闭室法不能区分植物冠层在农田氨排放中的贡献这一缺点。本发明中的生长箱的直径和高度可根据监测植物的大小和高度进行调整，浸润海绵的稀酸可以是正磷酸、硫酸、草酸。本发明不仅能够研究农田作物生长旺盛期(尤其是施肥后)的冠层氨交换，还可以研究作物生长后期的氨排放。监测期间罩内温湿度与自然环境中无明显差异，罩内基本无雾气产生，不影响水稻生长，结果的重复性好，变异系数一般不超过10%，装置容易操作。运用该系统方法可对不同种类和种植方式下的农作物开展广泛的监测研究，在此基础上提出切实可行的减少农业大气-水体污染、增加肥效的农艺措施，服务于现代农业发展。
图1为采用本发明监测稻田施肥后水稻冠层对土表挥发氨的吸收示意图。图2为本发明装置结构示意图，图中A用于监测土壤表面氨排放；B用于土壤-冠层系统氨排放1进气管；2支架；3稀酸载体；4温湿度测定仪；5流量计；6真空泵。
具体实施例方式以下通过具体实施方案介绍本发明的实现及所带来的有益效果，但不对本发明保护范围构成任何限定。
实施例1
田间原位研究作物冠层氨交换的装置，包括不透气培养罩和稀酸载体3，培养罩接近地表的侧壁上设有进气管1，培养罩顶部设有排气孔，排气孔与真空泵6连接，培养罩内接近地表端和接近排气孔端分别设有用于固定稀酸载体3的支架2。培养罩内外侧壁上设有温度计和湿度计。稀酸载体为海绵。稀酸载体的尺寸与培养罩的横截面积相同。排气孔与真空泵的连接管上设有流量计(5)。稀酸为正磷酸、硫酸或草酸。培养罩下端为PVC，上端为透明有机玻璃，二者在测定氨交换时用胶纸密封。稀酸载体与植物接触部分由聚乙烯塑料隔离
实施例2
田间原位研究作物冠层氨交换的装置的监测方法，在植物生长的某阶段进行氨交换监测时，将预先准备好的浸有稀酸的载体，分别放置在A组培养罩的下部支架上和B组的培养罩的上部支架上，A组的植物在载体中间，接触部分用聚乙烯塑料隔离，而后开启真空泵抽气，保持生长箱内外的温湿度接近并确保生长箱内无雾气产生，根据研究需要设立抽气时间，抽气结束后，取下培养罩，将两组的载体经去离子水震荡提取，采用紫外分光光度计和靛酚蓝比色法测定吸附的氨量，即可得出此时间段内冠层氨交换量。实施例3
监测实例水稻田施肥后水稻冠层氨交换监测研究
将水稻培育在直径为30cm、下部分埋入土壤、上部露出地面的PVC圆筒内，圆筒上方有一直径为3cm的进气口，分为两组，其中一组用于监测土壤表面氨排放，在PVC圆筒内嵌一不锈钢支架，其上可放置吸附有稀酸的海绵(简称A组);另一组用于土壤-冠层系统氨排放 (简称B组)，二者吸附的铵量之差即是冠层的氨交换量，正值表示冠层吸收气态氨，负值表示冠层排放氨。在水稻移栽后的分蘖盛期追肥，施肥量为6 kg N/亩，施肥后每天定时监测水稻冠层氨交换，持续测定直至挥发量与背景值接近。具体方法是将预先准备好的浸有稀酸的海绵(海绵厚度2cm，稀酸为硫酸，浓度为0. 01mol/L,海绵含水量30%)分别放置在A组的不锈钢支架上和B组的生长箱上方的支架上，A组的植物在海绵中间，接触部分用聚乙烯塑料隔离，然后将顶部有一出气口的圆形有机玻璃生长箱罩在PVC圆筒上方，生长箱高度为 100cm，其内外装有温湿度测定仪，生长箱与PVC圆筒直径相同，随即将两部分通过胶纸密封，而后开启真空泵抽气，通过流量计的阀门控制保持生长箱内外的温湿度接近并确保生长箱内无雾气产生，此实验中每个生长箱抽气流量为30 L/min。根据研究需要设立抽气时间，温度高湿度大时适当缩短抽气时间，水稻选择半小时，之后关闭真空泵，取下生长箱，将两组的海绵带回实验室，海绵经去离子水震荡提取，采用紫外分光光度计和靛酚蓝比色法测定海绵吸附的氨量，经过计算，即可得出此时间段内冠层氨交换量。土壤与土壤-冠层系统所吸附的氨量的差异即是该时间段内冠层的氨交换量。该发明提出的方法在田间原位监测作物冠层氨交换是可行的，在监测期间罩内温湿度与自然环境中无明显差异，不影响水稻生长，结果的重复性好，装置容易操作。附图1即是该监测实例的实验结果，结果表明稻田追肥后，在其他条件都一致的前提下， 土-水-冠层系统的氨排放远低于土 -水系统氨排放，证明水稻冠层对土面溢出的氨有显著吸收；土-水表面的氨挥发主要发生在施肥后的一周内，峰值出现在施肥后的第3天，在这一周时间内，冠层吸收了土-水表面挥发氨的讨％。这些对深入认识集约化农田生态系统氮肥损失和制定相关阻控措施赋予了新的启发和研究切入点。
权利要求
1.田间原位研究作物冠层氨交换的装置，其特征在于包括不透气培养罩和稀酸载体 (3)，培养罩接近地表的侧壁上设有进气管(1)，培养罩顶部设有排气孔，排气孔与真空泵 (6)连接，培养罩内接近地表端和接近排气孔端分别设有用于固定稀酸载体(3)的支架 (2)。
2.根据权利要求1所述的田间原位研究作物冠层氨交换的装置，其特征在于所述培养罩内外侧壁上设有温度计和湿度计。
3.根据权利要求1所述的田间原位研究作物冠层氨交换的装置，其特征在于所述稀酸载体为海绵。
4.根据权利要求1所述的田间原位研究作物冠层氨交换的装置，其特征在于所述稀酸载体的尺寸与培养罩的横截面积相同。
5.根据权利要求1所述的田间原位研究作物冠层氨交换的装置，其特征在于所述排气孔与真空泵的连接管上设有流量计(5 )。
6.根据权利要求1所述的田间原位研究作物冠层氨交换的装置，其特征在于所述稀酸为正磷酸、硫酸或草酸。
7.根据权利要求1所述的田间原位研究作物冠层氨交换的装置，其特征在于所述培养罩下端为PVC，上端为透明有机玻璃，二者在测定氨交换时用胶纸密封。
8.根据权利要求1所述的田间原位研究作物冠层氨交换的装置，其特征在于所述稀酸载体与植物接触部分由聚乙烯塑料隔离。
9.权利要求1 8任一所述田间原位研究作物冠层氨交换的装置的监测方法，其特征在于步骤为在植物生长的某阶段进行氨交换监测时，将预先准备好的浸有稀酸的载体，分别放置在A组培养罩的下部支架上和B组的培养罩的上部支架上，A组的植物在载体中间， 接触部分用聚乙烯塑料隔离，而后开启真空泵抽气，保持生长箱内外的温湿度接近并确保生长箱内无雾气产生，根据研究需要设立抽气时间，抽气结束后，取下培养罩，将两组的载体经去离子水震荡提取，采用紫外分光光度计和靛酚蓝比色法测定吸附的氨量，即可得出此时间段内冠层氨交换量。
全文摘要
田间原位研究作物冠层氨交换的装置及监测方法，包括不透气培养罩和稀酸载体，培养罩接近地表的侧壁上设有进气管，培养罩顶部设有排气孔，排气孔与真空泵连接，培养罩内接近地表端和接近排气孔端分别设有用于固定稀酸载体的支架。本发明中的生长箱的直径和高度可根据监测植物的大小和高度进行调整，浸润海绵的稀酸可以是正磷酸、硫酸、草酸。本发明不仅能够研究农田作物生长旺盛期(尤其是施肥后)的冠层氨交换，还可以研究作物生长后期的氨排放。监测期间罩内温湿度与自然环境中无明显差异，罩内基本无雾气产生，不影响水稻生长，结果的重复性好，变异系数一般不超过10%，装置容易操作。
文档编号G01N21/78GK102279179SQ20111008153
公开日2011年12月14日 申请日期2011年4月1日 优先权日2011年4月1日
发明者周伟, 尹斌, 田玉华 申请人:中国科学院南京土壤研究所