一种植物叶片尺度蒸腾量测定装置及其测定方法与流程

本发明涉及农业水土工程研究领域，特别涉及一种植物叶片尺度蒸腾量测定装置及其测定方法。

背景技术：

作物或植被蒸发蒸腾量包括作物或植被蒸腾量和土壤蒸发量两部分，蒸发蒸腾量测定对于农林地灌溉、水资源管理、土壤水分动态预测预报等具有重要参考价值。土壤蒸发量测定方法较多，也较为简便易行。而作物或植被蒸腾量测定一直都较为困难。作物或植被蒸腾是指根系从土壤中吸收水分，通过茎秆到叶片，并主要通过叶片散失到大气中的动力学过程。对农田系统而言，作物蒸腾量占蒸散量的66％以上，其准确测定对于农田水分管理具有重要意义。

蒸腾量测定方法较多，但直接测定方法相对较少。目前科研与实际生产中，多采用先测定植物蒸发蒸腾量，然后减去土壤蒸发量得到植物蒸腾量。这种方法适宜于尺度相对较大的区域，一般有空气动力学方法、水量平衡方法、涡度相关方法等。但针对叶片或个体尺度植被难以通过上述方法获得精度结果。

目前植物个体尺度蒸腾量测定主要采用针式或包裹式茎流计，以用来准确测定植物个体不同时间尺度。植物叶片尺度蒸腾量测定目前主要使用各种光合仪，但上述两种方法所需设备价格昂贵，不易维护操作，给科研生产中使用带来诸多不便。基于此，造价低廉、操作简便、能直接测定植物蒸腾量实验装置的研发就显得十分必要。

技术实现要素：

本发明的一个目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种植物叶片尺度蒸腾量测定装置，该装置可广泛应用于农田灌溉、林地土壤水分管理等领域，具有造价低廉、操作简便、容易维护的优点。

本发明的一个目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于上述植物叶片尺度蒸腾量测定装置的测定方法，该方法计算简便、结果准确，精度较高。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种植物叶片尺度蒸腾量测定装置，包括箱体、导管、反滤透水模块、导管帽、连接管、软管和刻度尺，所述箱体内填装有含水材料，表面保持平整；所述导管垂直插入在箱体上，导管和箱体内含水材料接触处的外沿密封；反滤透水模块包括上中下三层，下层为第一多孔有机玻璃圆板，中间层为厚型定性滤纸，上层为第二多孔有机玻璃圆板，其中第一多孔有机玻璃圆板与导管内壁固定连接，装置使用时第一多孔有机玻璃圆板下表面与箱体中含水材料表面紧密贴合，厚型定性滤纸和第二多孔有机玻璃圆板外径均略小于导管内径；导管帽设置在导管的顶端，导管帽、连接管、软管依次密封连接；所述软管的一端与采摘的植物分枝密封连接；所述刻度尺设置在导管外侧，刻度尺与导管的轴线平行，刻度尺上零刻度线位置与厚型定性滤纸平行。本发明通过上述装置可以直接目测得到导管内液面上升高度，实现植物叶片尺度蒸腾量的直接测定，结构简单，安装方便。

优选的，所述厚型定性滤纸为快速定性滤纸，其中密度为70─80g/m²，厚度为0.4─0.5mm。

优选的，所述导管的内径为15─25mm，长度一般为20─50cm。

优选的，所述第一多孔有机玻璃圆板、第二多孔有机玻璃圆板上的开孔面积占其整个圆板面积的25─50％。

优选的，所述导管、导管帽和连接管均采用透明有机玻璃材料。便于对植物蒸腾过程中导管液面上升进行观察。

优选的，所述导管帽内腔设有阶梯孔，内腔下部和上部分别设有螺纹孔，导管通过内腔下部螺纹进行连接，连接管通过内腔上部螺纹进行连接，上述连接处均进行密封处理。

优选的，所述测定装置中均通过涂抹凡士林或石蜡等密封性材料实现密封连接。

优选的，所述箱体内填装的含水材料为土壤、花泥(酚醛塑料)或其他替代性材料。

一种基于上述植物叶片尺度蒸腾量测定装置的测定方法，包括步骤：

将第一多孔有机玻璃圆板下表面与箱体中含水材料表面紧密贴合，叶片蒸腾产生拉力使得导管中产生一定真空度，箱体中的水分在负压作用下沿导管上升；

开启秒表，在导管中液面上升且刻度尺可以读数后连续读数，记录秒表累积时间t和液面上升高度h，得到一系列试验数据(t₀，h₀)、(t₁，h₁)、(t₂，h₂)、(t₃，h₃)、…、(t_n，h_n)；读数至导管中液面基本不上升为止；

计算叶片面积s，设定导管内径为r，则得到叶片蒸腾速率的系列值，即为：

根据(E₀，t₀)、(E₁，t₁)、(E₂，t₂)、(E₃，t₃)、…、(E_n，t_n)散点计算得到平均蒸腾速率为：

优选的，计算叶片面积的方法是：取出待测植物叶片，在网格纸上描出叶片大小，然后计算叶片所占网格数，最后计算出叶片面积大小s。

优选的，根据(E₀，t₀)、(E₁，t₁)、(E₂，t₂)、(E₃，t₃)、…、(E_n，t_n)散点，进行多项式拟合，得到拟合曲线。从而可以得到任意时刻的叶片蒸腾速率。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

本发明植物叶片尺度蒸腾量测定装置，可分解组装便于携带，使用方便维护简单，造价低廉，并具有可靠精度，可同时获得叶片尺度蒸腾速率峰值和平均值。

附图说明

图1是本实施例装置的结构示意图。

图2是本实施例反滤透水模块结构示意图。

图3(a)-(c)分别是反滤透水模块中第一多孔有机玻璃圆板9、厚型定性滤纸11、第二多孔有机玻璃圆板10的结构图。

图4是本实施例中水柱上升高度h和时间t的关系曲线图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

参见图1，本实施例一种植物叶片尺度蒸腾量测定装置包括圆柱形(或其他形状)土箱1、两端开口的导管2、反滤透水模块3、刻度尺4、导管帽5、连接管6、塑料软管7。其中圆柱形土箱1可使用金属、有机玻璃、玻璃等材料，内部填装有土壤、花泥或其他替代性材料。为了便于观察，导管、导管帽和连接管均采用透明有机玻璃材料。

参见图2、图3(a)-(c)本实施例反滤透水模块3包括第一多孔有机玻璃圆板9、厚型定性滤纸11、第二多孔有机玻璃圆板10。其中第一多孔有机玻璃圆板9直径与导管2相同，且固定于导管2下端开口里侧约4─7cm处，第二多孔有机玻璃圆板10外径略小于导管2内径，用于方便放入和取出。裁剪厚型快速定性滤纸，使其与第二多孔有机玻璃圆板10直径大小完全一致，上下两层多孔有机玻璃圆板起到固定中间层厚型定性滤纸的作用。设置厚型快速定性滤纸是为了防止土箱1中非水分材料进入导管中而影响刻度尺4的读数精度。

本实施例中，测定方法，包括步骤：

(1)土箱1填装土壤、花泥或其他替代性材料，表面保持平整。

(2)裁剪厚型快速定性滤纸，形成反滤透水模块3的中间层，使其与第二多孔有机玻璃圆板10直径相同，放置在第一多孔有机玻璃圆板9上表面，然后在厚型定性滤纸11上放置部件10；第一多孔有机玻璃圆板9、厚型定性滤纸11和第二多孔有机玻璃圆板10共同组成反滤模块3。

(3)刻度尺4固定与导管外侧。

(4)塑料软管7与采摘的植物分枝8相连接，接口外沿涂抹凡士林或石蜡等密封性材料；塑料软管7与套于连接管6一段，接口外沿涂抹凡士林或石蜡等密封性材料；连接管6与导管帽5采用螺旋口相连接，接口外沿涂抹凡士林或石蜡等密封性材料；导管帽5与导管2采用螺旋口相连接，接口外沿涂抹凡士林或石蜡等密封性材料；导管2插入部件1所装填的材质中，使得第一多孔有机玻璃圆板9下表面与土箱1中所填装材料上表面紧密贴合，并在导管2与土箱1中填装材质接触外沿涂抹凡士林或石蜡等密封性材料。至此，图中部件2、5、6、7共同形成联通的密闭气室。

(5)当新采摘植物叶片(采摘的植物分枝8)进行蒸腾呼吸时，会在导管2中形成负压，从而使得土箱1中土壤或其他替代性体填装材料水分向导管2中流动，一段时间t后导管2中会形成一定液面高度，即为h。

(6)假设采摘的植物分枝8总叶面积为s，导管2内径为r。

(7)装置安装完毕后，打开秒表，连续计时。

(8)当在导管2中可以观测到上升液面时，开始连续读数，记录秒表累积时间t和液面上升高度h，读数间隔时间视具体情况而定，若液面上升速度较快，读数间隔就较短，反之亦然；这样就可以得到一系列试验数据(t₀，h₀)、(t₁，h₁)、(t₂，h₂)、(t₃，h₃)、…、(t_n，h_n)；读数至导管2中液面基本不上升为止。

(9)取出待测植物叶片，在网格纸上描出叶片大小，然后计算页面占格网数，最后计算出叶片面积大小s。

(10)可以知道，某一时刻导管2中上升的液面的水量换算成单位时间单位面积水层厚度即为液面在某一时间段内的平均蒸腾速率。那么基于上述一系列试验数据，可以得到叶片蒸腾速率的系列值，即为：

(11)将(E₀，t₀)、(E₁，t₁)、(E₂，t₂)、(E₃，t₃)、…、(E_n，t_n)散点绘制在excel表格中，进行多项式拟合，得到图4所示曲线图。

由上图可以看出面积为待测叶片蒸腾速率峰值约为E_n，平均蒸腾速率约为：

本发明植物叶片尺度蒸腾量测定装置，可分解组装便于携带，使用方便维护简单，造价低廉，并具有可靠精度。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。