一种便携式快速测定植物木质部气穴化程度的装置论文和设计-郝广友

全文摘要

一种便携式快速测定植物木质部气穴化程度的装置，包括一号储水容器和设有密封盖的二号储水容器，两个储水容器之间通过连接部相连，在一号储水容器的底部设置带有过滤器的A管线，其出口端密封连接有被测植物茎段，被测植物茎段的另一端连接有带刻度的玻璃管；在二号储水容器的下部设置带有过滤器的B管线，B管线出口端为数根分支管线结构，用于密封连接多个被测植物茎段，满足多个冲洗作业同时进行的要求，在二号储水容器上部分别通过管线连接有气体加压装置和抽气设备，在连接气体加压装置的管线上设有压力表。本装置将除气、冲洗与测定枝条导水率三项功能结合于一体，操作简单，携带方便，测定快速，尤其适合野外条件开展相关测定。

主设计要求

1.一种便携式快速测定植物木质部气穴化程度的装置，其特征在于，包括一号储水容器(1)和设有密封盖(13)的二号储水容器(2)，在一号储水容器(1)和二号储水容器(2)的底部之间通过连接部(12)实现可拆卸方式相连，在一号储水容器(1)的底部设置带有过滤器(7)的A管线(11)，A管线(11)的出口端密封连接有被测植物茎段(8)，所述被测植物茎段(8)的另一端连接有带刻度的玻璃管(9)；在二号储水容器的下部设置带有过滤器(7)的B管线(6)，B管线(6)出口端为数根分支管线结构，用于密封连接多个被测植物茎段(8)，满足多个冲洗作业同时进行的要求，在二号储水容器(2)上部分别通过管线连接有气体加压装置(4)和抽气设备(5)，在连接气体加压装置(4)的管线上设有压力表(3)。

设计方案

2.如权利要求1所述的便携式快速测定植物木质部气穴化程度的装置，其特征在于，所述过滤器(7)的滤网孔径为0.2μm。

3.如权利要求1所述的便携式快速测定植物木质部气穴化程度的装置，其特征在于，所述气体加压装置(4)为气泵或手动气体加压装置。

4.如权利要求1所述的便携式快速测定植物木质部气穴化程度的装置，其特征在于，所述抽气设备(5)为电动真空泵或手动抽气工具。

5.如权利要求1所述的便携式快速测定植物木质部气穴化程度的装置，其特征在于，在各管线上还设有鲁尔接头，以方便管线与阀门相连接。

6.如权利要求1所述的便携式快速测定植物木质部气穴化程度的装置，其特征在于，各管线之间以及管线与各部件之间的连接，还能采用三通开关进行连接，以达到连接或断开的便捷性。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于植物生理生态学和林学领域，具体涉及一种便携式快速测定植物木质部气穴化程度的装置。

背景技术

植物的水力结构(hydraulic architecture)主要研究的是维管植物体内水分长距离运输的现象和机理，是植物生理学和生态学领域的重要研究方向。其中，木质部气穴化(embolism)是重要的水力结构特征参数之一，是指在干旱或冻融交替等胁迫条件下，导管或管胞内形成气泡造成水柱中断，从而阻断其水分运输功能的现象。干旱情况下，水势低于气穴化发生的临界点时，即可诱导木质部产生栓塞阻碍水分的运输，随干旱程度的加深，栓塞不断扩散最终可严重阻碍木质部的水分传导。此外，木质部管腔内水分结冰会导致其对空气的溶解度下降，在冰内形成气泡，在冰融化的过程中张力(负压)恢复，较大的气泡有可能在张力作用下扩张，最终导致管腔气穴化。不同植物在抵抗木质部气穴化的能力方面存在很大的差异，从而表现出不同的抗旱和抗寒性。植物木质部气穴化程度的测定在水力结构研究中具有重要的作用，是进行木质部的最大导水率、抵抗干旱和冻融诱导的气穴化的能力、气穴化修复能力等测定的重要步骤。

气穴化程度的评估通常是通过对比初始和最大导水率来获得，而最大导水率通常使用冲洗法(flushing)去除导管腔内的气泡后测定。传统的冲洗装置是将高压氮气瓶通过减压阀获得0.1-0.2MPa的压力，驱动隔膜式储水罐中去除气泡后的水流经植物木质部，从而将管腔内的气泡“冲洗”出来。然而，高压氮气瓶较重不方便携带到野外，而且存在装置内压力过大的安全隐患。此外，隔膜式储水罐内部较难清洗，其中的杂物常在冲洗过程污染木质部，导致最大导水率的测定不准确。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种便携式快速“冲洗”茎段等材料并测定木质部气穴化程度的装置，该装置能将除气、冲洗与测定枝条导水率三项功能结合于一体，具有操作简单，携带方便，测定快速的特点，尤其是适合在野外条件下开展相关测定。

本实用新型通过以下技术方案来实现：

一种便携式快速测定植物木质部气穴化程度的装置，包括一号储水容器和设有密封盖的二号储水容器，在一号储水容器和二号储水容器的底部之间通过连接部实现可拆卸方式相连，在一号储水容器的底部设置带有过滤器的A管线，A管线的出口端密封连接有被测植物茎段，所述被测植物茎段的另一端连接有带刻度的玻璃管；在二号储水容器的下部设置带有过滤器的B管线，B管线出口端为数根分支管线结构，用于密封连接多个被测植物茎段，满足多个冲洗作业同时进行的要求，在二号储水容器上部分别通过管线连接有气体加压装置和抽气设备，在连接气体加压装置的管线上设有压力表。

进一步的，所述过滤器的滤网孔径为0.2μm。

进一步的，所述气体加压装置为气泵或手动气体加压装置。

进一步的，所述抽气设备为电动真空泵或手动抽气工具。

进一步的，在各管线(包括A管线、B管线、与气体加压装置及抽气设备相连的管线)上还设有鲁尔接头，以方便管线与阀门相连接。进一步的，各管线之间以及管线与各部件之间的连接，还能采用三通开关进行连接，以达到连接或断开的便捷性。

本实用新型的有益效果：

本实用新型装置能够快速地测定植物木质部发生气穴化的程度，且能将除气、冲洗与测定枝条导水率三项功能结合于一体，操作简单，测定快速，即用即连、拆卸简单、携带方便，便于在野外实验条件有限的情况下使用，克服了传统装置携带不便、使用存在潜在安全隐患等的不足。

除此而外，通过设置两个储水容器，在将三项功能结合于一体的情况下，又能将制取除气液体、冲洗操作和导水率测量分开独立操作，提高便捷性。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图中，(1)一号储水容器，(2)二号储水容器，(3)压力表，(4)气体加压装置，(5)抽气设备，(6)B管线，(7)过滤器，(8)被测植物茎段，(9)带刻度的玻璃管，(10)阀门，(11)A管线，(12)连接部，(13)密封盖。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

如图1所示，一种便携式快速测定植物木质部气穴化程度的装置，包括开口的一号储水容器1和设有密封盖13的二号储水容器2，在一号储水容器和二号储水容器的底部之间通过连接部12实现可拆卸方式相连，在一号储水容器1的底部设置带有滤网孔径为0.2μm过滤器7的A管线11，A管线11的出口端密封连接有被测植物茎段8，所述被测植物茎段的另一端连接有带刻度的玻璃管9；在二号储水容器的下部设置带有过滤器7的B管线6，B管线6出口端为三根分支管线结构，用于密封连接多个被测植物茎段8，满足多个冲洗作业同时进行的要求，在二号储水容器2上部分别通过管线连接有手动气体加压装置4和用于抽气的电动真空泵或手动抽气装置5，在连接手动气体加压装置4的管线上设有压力表3，相对于使用高压氮气加压的同类系统，采用手动气体加压装置4具有安全、体积小、重量轻的特点。

测定时，仅连通抽气设备与二号储水容器上部之间的管路，用电动真空泵或手动抽气装置对容器抽气，以达到除去溶解在冲洗液(同时为测量导水率的溶液)中气体的目的，为下一步用冲洗植物茎段或进行导水率测定制备去气溶液。

之后进行冲洗作业，关闭抽气管路，打开加压及冲洗管路，即通过手动气体加压装置4为二号储水容器加压至0.1MPa-0.2MPa，根据需要保持数十分钟，使得容器内的水沿着B管线6依次流经过滤器7和被测植物茎段8，直至将茎段内的气泡完全排出为止，采用0.2μm过滤器7可以除去水中的杂质。

最后测定导水率，从B管线6上取下已经排除了气泡的植物茎段，将其一端连接在A管线11上，一端通过硅胶软管连接带刻度的玻璃管9；之后，打开一号储水容器和二号储水容器之间的阀门10，使二号储水容器中的水流入一号储水容器，当达到需要的水柱高度后，关闭阀门，将一号储水容器以及与之相连的部件与其他各部件相隔离，然后开始测量导水率，在此过程中，一号储水容器中的溶液在静水压(水柱)作用力下，流经过滤器7和被测植物茎段8，最后进入玻璃管9，记录一定体积的液体流经植物茎段所需的时间，完成植物导水率的测定(需在冲洗前和冲洗后分别测定茎段的导水率，然后根据公式计算该茎段的木质部气穴化程度)。

其中，导水率(K_{h<\/sub>)为单位压力梯度下的溶液流速，可通过公式K_{h<\/sub>＝Jv\/(ΔP\/ΔL)进行计算，Jv为溶液通过茎段的流速(kg s ^{-1<\/sup>)，ΔP\/ΔL为压力梯度(MPa m ^{-1<\/sup>)。在冲洗前和冲洗后分别测定K_{h-native<\/sub>(自然导水率)和K_{h-max<\/sub>(最大导水率)，然后通过公式计算木质部气穴化程度(导水率丧失百分比)，导水率丧失百分比＝100(K_{h-max<\/sub>-K_{h-native<\/sub>)\/K_{h-max<\/sub>。}}}}}}}}}

设计图

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