一种作物碳同位素标记装置

本发明涉及一种土壤有机碳研究实验设备，尤其是一种作物碳同位素标记装置。

背景技术：

1、稳定碳同位素技术以其取样量少、破坏小、准确性高等优势，已成为土壤有机碳研究中一种不可或缺的研究手段。运用稳定碳同位素技术可定量研究土壤有机质的来源、周转、迁移、稳定性、分解程度等。随着稳定碳同位素技术的不断发展，国内外已有大量关于稳定碳同位素的研究，稳定同位素技术不但能从植物个体、不同功能群、植物群落冠层到生态系统等不同尺度对碳动态进行研究，还能对在叶片-凋落物-土壤连续体、叶片-土壤连续体等碳循环进行研究。对植物进行13c人工脉冲标记，为研究c在植物、土壤和大气中的动态变化提供新方法，而利用植物和土壤13c自然标记功能可方便快捷地预测环境变化对生态系统碳循环过程的影响。13c作为稳定的c同位素在研究c循环周转领域有着重要的地位，相比14c，13c具有半衰期长，无放射性等优点，但是c同位素标记有连续标记法、脉冲标记法等，针对标记方法，标记装置也各不相同，且标记对象也大相径庭，因此发明一种适合标记不同作物的c同位素标记装置十分必要。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种作物碳同位素标记装置，本发明能够改进现有技术的不足，便于对不同作物的c同位素标记，并提高了透明箱体内的散热效果。

2、为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

3、一种作物碳同位素标记装置，其特征在于：包括透明箱体，透明箱体下部设置有水封槽，水封槽内铺设有农用塑料薄膜，透明箱体外侧设置有co2洗气装置，透明箱体内壁顶部设置有温度湿度计、co2红外检测仪器，透明箱体底部放置空气压缩机和花盆，内壁中部设置有横撑，横撑上放置有锥形瓶，锥形瓶内装有na213co3溶液，透明箱体上设置有进样孔，进样孔用来伸进滴管。透明箱体上贯穿设置有排气玻璃导管和进气橡胶软管，排气玻璃导管的一端插入co2洗气装置内，排气玻璃导管的另一端与空气压缩机连接，进气橡胶软管的一端插入co2洗气装置内，进气橡胶软管的另一端位于透明箱体内，透明箱体上角装有风扇，在透明箱体外侧设置有空气制冷装置，空气制冷装置连接有用于对透明箱体进行冷却的制冷气管。

4、作为优选，所述水封槽内安装有气动水泵，制冷气管连接至气动水泵的进气端，气动水泵的出水端连接有水管，部分制冷气管位于水管内部，位于水管内部的制冷气管上间隔设置有若干个柔性囊。

5、作为优选，所述柔性囊内壁通过扭簧连接有两个空气挡片，空气挡片的自由端设置有相互磁性搭接的磁石，任意一个磁石上开设有若干个贯穿孔。

6、作为优选，所述的柔性囊的外壁通过两个x型支架与水管内壁连接，x型支架包括两个轴接的杆件，杆件靠近水管内壁的一端设置有滑轮，水管上设置有滑道，滑轮在滑道中滑动，两个x型支架靠近柔性囊的一侧连接有水流扰动板。

7、作为优选，所述的水流扰动板包括滑动接触的第一扰动板和第二扰动板，第一扰动板和第二扰动板分别固定在不同的x型支架上，在第一扰动板和第二扰动板外侧包裹有金属箍圈，第一扰动板和第二扰动板上分别设置有若干个扰流孔，随着第一扰动板和第二扰动板的相对滑动，不同扰流孔之间产生导通和关闭的状态变化。

8、作为优选，所述的co2洗气装置的容积为10l，装有浓度为2mol/l的naoh溶液。

9、采用上述技术方案所带来的有益效果在于：满足大部分大宗作物的全生育期同位素标记要求，小到豆科作物等大到玉米植株，都可以使用本装置进行标记。装置适用范围大，洗气过程后使用co2红外检测仪进行气密性检测。装置组合弹性大，如果标记时间长，透明箱体内湿度过高或者温度过高可以在透明箱体外加装空气制冷装置。一方面可以降低透明箱体内的“温室效应”引起的温度升高，另一方面可以冷凝水气，促进植株光合作用。本发明设置有打孔透明箱体和空气12co2置换机构，以达到将透明箱体中12co2置换为13co2的目的。空气12co2置换机构通过空气压缩机将原本储留在透明箱体中12co2抽至透明箱体外的碱性溶液中，比如naoh溶液，并将去除12co2的空气成分再次导入透明箱体内，再利用na213co3溶液与盐酸溶液的反应制出13co2，并利用co2红外检测仪精准控制13co2产生量，以还原自然界空气成分比例。根据具体的需要，在透明箱体下部和透明箱体开孔位置，都有密封措施，可以在透明箱体下端设置水槽和农用塑料薄膜中灌入水作为密封或在开孔设置用胶带密封等手段，确保在12co2置换为13co2后内部空气不发生外界交换。为了避免阳光直射导致热空气在透明箱体内聚集，破坏模拟植物生长的外界真实环境，在透明箱体壁内部设置了冷却系统。传统的冷却系统冷却介质单一，一般为单一的水冷或者气冷，冷却效率不高，并且不能在冷却介质在达到一定温度后自动降温。本发明在透明箱体外侧设置的空气制冷装置，空气制冷装置连接有用于对透明箱体进行冷却的制冷气管，并连接有气动水泵。制冷气管被水管包裹。在位于水管内部的制冷气管间隔设置有若干个柔性囊。柔性囊低气压状态下处于封闭状态，其外壁通过x型支架与水管内壁连接，两个x型支架靠近柔性囊的一侧连接有两个水流扰动板，且水流扰动板带孔。柔性囊低气压状态下，扰流孔不导通。在两个扰动板发生相对滑动时，不同扰流孔之间产生导通和关闭的状态变化。当气压增大导致柔性囊受压受压膨胀，导致两个磁性空气挡片水平相对滑动，最终使柔性囊通气。与冷空气连接的气动水泵间隔运行，减缓了水流速度，增加了与冷空气接触的时间。在柔性囊膨胀的同时，挤压x型支架，拉动水流扰动板发生错动，导通扰流孔形成不同方向的水流，导致水在管道中形成乱流，增加水流接触制冷气管的时间和水流之间的热交换。

技术特征：

1.一种作物碳同位素标记装置，其特征在于：包括透明箱体(1)，透明箱体(1)下部设置有水封槽(14)，水封槽(14)内铺设有农用塑料薄膜(6)，透明箱体(1)外侧设置有co2洗气装置(7)，透明箱体(1)内壁顶部设置有温度湿度计(16)、co2红外检测仪器(15)，透明箱体(1)底部放置空气压缩机(9)和花盆(8)，内壁中部设置有横撑(3)，横撑(3)上放置有锥形瓶(4)，锥形瓶(4)内装有na213co3溶液，透明箱体(1)上设置有进样孔(5)，进样孔(5)用来伸进滴管，透明箱体(1)上贯穿设置有排气玻璃导管(13)和进气橡胶软管(12)，排气玻璃导管(13)的一端插入co2洗气装置(7)内，排气玻璃导管(13)的另一端与空气压缩机(9)连接，进气橡胶软管(12)的一端插入co2洗气装置(7)内，进气橡胶软管(12)的另一端位于透明箱体(1)内，透明箱体(1)上角装有风扇(2)，在透明箱体(1)外侧设置有空气制冷装置(11)，空气制冷装置(11)连接有用于对透明箱体(1)进行冷却的制冷气管(23)。

2.根据权利要求1所述的作物碳同位素标记装置，其特征在于：水封槽(14)内安装有气动水泵(10)，制冷气管(23)连接至气动水泵(10)的进气端，气动水泵(10)的出水端连接有水管(24)，部分制冷气管(23)位于水管(24)内部，位于水管(24)内部的制冷气管(23)上间隔设置有若干个柔性囊(28)。

3.根据权利要求2所述的作物碳同位素标记装置，特征在于：柔性囊(28)内壁通过扭簧(21)连接有两个空气挡片(22)，空气挡片(22)的自由端设置有相互磁性搭接的磁石(26)，任意一个磁石(26)上开设有若干个贯穿孔(27)。

4.根据权利要求3所述的作物碳同位素标记装置，其特征在于：柔性囊(28)的外壁通过两个x型支架(19)与水管内壁连接，x型支架(19)包括两个轴接的杆件(20)，杆件(20)靠近水管内壁的一端设置有滑轮(17)，水管(24)上设置有滑道(18)，滑轮(17)在滑道(18)中滑动，两个x型支架(19)靠近柔性囊(28)的一侧连接有水流扰动板(25)。

5.根据权利要求4所述的作物碳同位素标记装置，其特征在于：水流扰动板(25)包括滑动接触的第一扰动板(25-2)和第二扰动板(25-3)，第一扰动板(25-2)和第二扰动板(25-3)分别固定在不同的杆件(20)上，在第一扰动板(25-2)和第二扰动板(25-3)外侧包裹有金属箍圈(25-1)，第一扰动板(25-2)和第二扰动板(25-3)上分别设置有若干个扰流孔(25-4)，随着第一扰动板(25-2)和第二扰动板(25-3)的相对滑动，不同扰流孔(25-4)之间产生导通和关闭的状态变化。

6.根据权利要求1所述的作物碳同位素标记装置，特征在于：co2洗气装置(7)的容积为10l，装有浓度为2mol/l的naoh溶液。

技术总结
本发明公开了一种作物碳同位素标记装置，包括透明箱体，透明箱体下部设置有水封槽，水封槽内铺设有农用塑料薄膜，透明箱体外侧设置有CO<subgt;2</subgt;洗气装置，透明箱体内壁顶部设置有温度湿度、CO<subgt;2</subgt;红外检测仪器，透明箱体底部放置空气压缩机和花盆，透明箱体上贯穿设置有排气玻璃导管和进气橡胶软管，排气玻璃导管的一端插入CO<subgt;2</subgt;洗气装置内，排气玻璃导管的另一端与空气压缩机连接，进气橡胶软管的一端插入CO<subgt;2</subgt;洗气装置内，进气橡胶软管的另一端位于透明箱体内，透明箱体上角装有风扇，在透明箱体外侧设置有空气制冷装置。本发明能够改进现有技术的不足，便于对不同作物的C同位素标记，并提高了透明箱体内的散热效果。

技术研发人员：付鑫,杨晓楠,李旭,彭正萍
受保护的技术使用者：河北农业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24