一种用于估算生物固氮量的同位素标记装置及其控制方法

本发明属于生物固氮量测定，尤其涉及一种用于估算生物固氮量的同位素标记装置及其控制方法。

背景技术：

1、测定生物固氮量常用的方法有：乙炔还原法、15n2自然丰度法、15n2同位素稀释法、氮素平衡法等非直接的测定方法，这些方法由于缺少准确的转换因子，或者要考虑氮源、氮损失等各种因素而存在很大的不确定性。测定固氮量最直接的方法是15n2气体标记法，该方法不需要转换系数，不受外来氮源干扰，从而能够准确测定固氮量。它基于氮气（n2）分子中的氮同位素（氮的不同质子数）之间的差异来跟踪氮的生物地球化学循环。

2、15n2气体标记法的原理基于氮同位素的不同。自然界中，氮气（n2）分子主要由14n组成，但15n也存在，但比例较低。通过将15n2气体引入生态系统，引入了一个相对较高15n含量的氮源，能够跟踪氮在生物体系中的流动。

3、在15n2气体标记法中，带有15n的氮被生物体系吸收，并集成到生物体系中的氮化合物中，如氨、硝酸盐等。通过分析样品中15n和14n的同位素比例，可以确定哪些氮化合物中含有15n，从而计算生物固氮的量。如果15n比例高于自然界中的水平，那么这部分氮可以归因于15n2气体标记，表示生物固氮的量。

4、id的原理是将固氮系统暴露在15n中经一定时间后如果在该系统中发现了15nh3或其衍生物，则可判定发生了固氮作用15n示踪法灵敏度高是固氮研究中确认菌株有无固氮能力最直接最可靠的方法。并且适用于自然田间原位或施入某种固氮菌剂后的作物根际联合固氮量的测定是确定固氮作用定性和定量的最标准方法。不需校正因子并可以校正定氮的一些技术操作。该方法被认为是最有效而实用的方法。

5、总之，15n2气体标记法是一种有力的工具，用于估算生态系统中氮的生物循环过程，特别是生物固氮的量。通过引入15n2气体，可以跟踪标记氮在生物体系中的流动，从而深入了解氮的循环和生态系统的氮动态。但是，在野外进行试验时，由于15n2气瓶不易携带及野外操作空气流量难控制等因素，对试验的进行造成了诸多不便，数据处理不及时且数据的准确性难以保证。

6、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

7、（1）目前测定生物固氮量的常用方法中，由于缺少准确的转换因子，或者要考虑氮源、氮损失等各种因素而存在很大的不确定性；

8、（2）由于15n2气瓶不易携带及野外操作空气流量难控制等因素，对试验的进行造成了诸多不便，数据处理不及时且数据的准确性难以保证。

技术实现思路

1、为克服相关技术中存在的问题，本发明公开实施例提供了一种用于估算生物固氮量的同位素标记装置及其控制方法，尤其涉及一种用于估算田间植物-土壤系统生物固氮量的同位素标记装置及其控制方法，所述技术方案如下：

2、本发明是这样实现的，一种用于估算生物固氮量的同位素标记装置控制方法，该方法包括：

3、s1，利用15n2气体瓶向生长箱中提供15n2气体，利用n2浓度监测仪监测生长箱中的n2浓度，并利用co2缓冲溶液调控生长箱中的co2浓度；

4、s2，根据生长箱中的气体浓度通过调节气体进出口的旋钮控制气体浓度，模拟外部的生长环境，实现田间植物-土壤系统生物固氮量的监测；

5、s3，利用风扇和空气循环泵的运行实现生长箱内的空气流通，通过对蓄电池的持续供电保证风扇运行，进而实现生长箱内的空气循环。

6、进一步，15n2监测口通过硅胶软管与15n2监测器连接，生长箱中的15n2气体经风扇的空气循环作用通过硅胶软管被15n2监测器监测，通过设置监测日期，监测器根据设定的日期进行监测，监测数据连续存储至数据采集器中。

7、进一步，当获取监测数据时，通过usb连接数据采集器将数据传输至计算机，绘制气体浓度变化曲线，并将检测器中的15n2浓度数据呈现在气体浓度变化曲线中。通过所记录的15n2浓度数据用以下公式进行估算生物的固氮量并进行记录。

8、固氮百分率%ndfa=(1-15nfx/15nnfx)×100；

9、固氮量nfixed=nt×%ndfa；

10、其中，15nnfx为样品中15n原子百分超，15nfx为对照15n原子百分超，nt为全氮量。

11、进一步，利用n2浓度监测仪连续检测生长箱中的n2浓度。

12、进一步，将n2浓度监测仪调整为co2浓度检测模式，监测co2浓度，使co2浓度与大气中的co2浓度保持一致。

13、本发明的另一目的在于提供一种用于估算生物固氮量的同位素标记装置，该装置用于实施所述用于估算生物固氮量的同位素标记装置控制方法，该装置包括：

14、监测模块，用于利用n2浓度监测仪实现n2气体浓度的监测；

15、培养模块，用于利用上部生长箱和下部生长箱实现植物培养；

16、空气循环模块，用于利用风扇和空气循环泵实现空气流通；

17、供电模块，用于通过对蓄电池的持续供电保证风扇运行。

18、进一步，通过扣盖式的设计将上部生长箱盖于下部生长箱之上；

19、上部生长箱设置有空气循环进气口，空气循环进气口与co2缓冲溶液通过硅胶软管连接，连接处通过密封胶进行加固；co2缓冲溶液与空气循环泵通过硅胶软管连接，接口处通过密封胶进行加固，由空气循环泵中泵出的空气直接进入co2缓冲溶液中。

20、进一步，上部生长箱设置有n2浓度监测口，n2浓度监测口与n2浓度监测仪通过硅胶管相连，用于监测n2气体浓度；15n2气体瓶与15n2进气口通过硅胶软管连接，用于向生长箱中提供15n2气体。

21、进一步，上部生长箱安装有风扇，风扇与蓄电池通过电线相连，用于为风扇运行提供电能，并使生长箱中的空气流通保持均匀。

22、结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：

23、1.本发明的用于估算田间植物-土壤系统生物固氮量的同位素标记装置综合考虑了野外的气候条件与数据获得的连续性与高效性，优于现在已经使用的方法，其操作更加简便实用，且可重复使用，系统组装简单易懂。

24、2.本发明的风扇及n2浓度监测仪为product parameters型号，带有可充电式锂电池且电池容量大，可防止断电时数据丢失及妨碍空气循环的进行。

25、3.本发明的进气口出气口的开关旋钮式开关设计，具有良好的密封性，可以方便的控制气体的进入量。

26、4.本发明的n2浓度监测仪为product parameters型号，可以用于对n2气体进行连续监测及周期性检测，便于记录数据。

27、5.本发明中气瓶与上部生长箱之间的连接管为硅胶材质，可以根据气瓶与上部生长箱的距离选择硅胶管的长度。

28、6.本发明通过室内系统构建与野外样品获取验证系统稳定性相结合的方法，能够实现在控制空气循环及15n2气体的条件下，利用同位素标记的方法估算生长箱中植物的固氮量。本发明中的n2浓度监测仪为product parameters型号，具有电池，能够保证在停电情况下装置的运行；空气循环泵及15n2气体瓶可更换，保证气体循环的正常进行，这样能保证测定的数据更加的稳定且更具有参考性，提高了实验数据获取的效率。

29、7.本发明技术方案转化后使生物固氮量的测定更加的方便，为筛选固氮能力强的作物提供了一种新型的方法，且强固氮植物的筛选也为生态环境改善及全球温室效应的减缓也起着至关重要的作用。本发明技术方案转换后对生态防治及种质资源筛选都将带来具体的收益。

30、8.本发明技术转换后将开辟出一种用于估算生物固氮量的同位素标记装置，通过监测n2浓度来估算出生物固氮量，弥补当今估测生物固氮量时操作不便及是室内封闭实验难以保持与大气相同的气体浓度的技术缺陷，将生物固氮量的测定趋于简单化

31、9.人们在进行生物固氮量测定的封闭试验时，深受难以保持大气相同生长环境的困扰及技术难题，本发明技术弥补了当今估测生物固氮量时操作不便及是室内封闭实验难以保持与大气相同的气体浓度的技术缺陷，将生物固氮量的测定趋于简单化，为之后植物固氮量的测定提供新型的技术方案。