影响水稻叶、根际N2O排放的装置论文和设计-刘小林

全文摘要

本实用新型就是要提供一种影响水稻叶、根际N2O排放的装置，包括光控培养箱系统，其特征是所述光控培养箱系统包括主试验装置和辅助装置，所述主试验装置包括内室部和外室部，叶际室和根际室；内室部设于外室部内；叶际室设于内室部内腔，根际室设于外室部内腔，叶际室对应设于根际室上方；所述辅助装置包括输气装置和抽气装置；输气装置包括输气泵和内、外输气管；所述抽气装置包括抽气泵和内、外抽气管。对供试水稻采用光控培养系统，将水稻地上部和地下部严格分隔在试验装置内室和外室，对光照和施氮量调控水稻根际、叶际界面N2O的排放。为稻田的水稻的N2O的减排及水稻生产上合理的供氮技术提供理论与现实依据；为水稻生产实现可持续发展。

主设计要求

1.一种影响水稻叶、根际N2O排放的装置，包括光控培养箱系统，其特征是所述光控培养箱系统包括主试验装置和辅助装置，所述主试验装置包括内室部和外室部，叶际室和根际室；内室部设于外室部内；叶际室设于内室部内腔，根际室设于外室部内腔，叶际室对应设于根际室上方；所述辅助装置包括输气装置和抽气装置；输气装置包括输气泵和内、外输气管；所述抽气装置包括抽气泵和内、外抽气管。

设计方案

1.一种影响水稻叶、根际N_{2<\/sub>O排放的装置，包括光控培养箱系统，其特征是所述光控培养箱系统包括主试验装置和辅助装置，所述主试验装置包括内室部和外室部，叶际室和根际室；内室部设于外室部内；叶际室设于内室部内腔，根际室设于外室部内腔，叶际室对应设于根际室上方；所述辅助装置包括输气装置和抽气装置；输气装置包括输气泵和内、外输气管；所述抽气装置包括抽气泵和内、外抽气管。}

2.根据权利要求1所述的一种影响水稻叶、根际N_{2<\/sub>O排放的装置，其特征是所述主试验装置的内室部和外室部为透明材料制成的箱体结构，所述外室部包括外室罩体、根际室组成，于外室罩体的顶部设有排气扇和光照灯，内室部和根际室均设于外室部内腔，内室部通过内室固定装置对应的设于根际室上部，而根际室与外室部的内腔相通；水稻叶部位于叶际室内，而水稻根部位于根际室内。}

3.根据权利要求1所述的一种影响水稻叶、根际N_{2<\/sub>O排放的装置，其特征是所述内室部下端部设有通孔，水稻叶部置于内室部内腔的叶际室，而水稻根部则经内室部下端通孔进入并置于根际室内腔；于内室部的顶端上连接内抽气管一端，内抽气管另一端连接于抽气泵出口端上；叶际室与根际室之间的通孔设有密封圈。}

4.根据权利要求1所述的一种影响水稻叶、根际N_{2<\/sub>O排放的装置，其特征是所述辅助装置的内输气管的一端连接于内室部的叶际室下端，另一端连接于输气泵出口端；外输气管的一端连通于外室部的下端，另一端同样连接于输气泵出口端上；而内抽气管的一端连通于内室部的叶际室的顶端，另一端连接于抽气泵的出口端；外抽气管的一端连接于外室部的上端，另一端则同样连接于抽气泵的出口端上。}

设计说明书

技术领域：

本实用新型涉及农业生产的水稻种植领域，特别是涉及一种影响水稻叶、根际N_{2<\/sub>O排放的装置。}

背景技术：

稻田生态系统是N_{2<\/sub>O的重要排放源，且其排放与施氮量、稻田水分状况密切相关。土壤产生并释放的N2<\/sub>O 约占生物圈排放到大气中N 2<\/sub>O 总量的 53%，农业土壤是N 2<\/sub>O 的主要排放源。施用氮肥排放的N 2<\/sub>O 占土壤N 2<\/sub>O 总排放量的 25%-82%。增加氮肥用量，N 2<\/sub>O 排放随之增加。长期大量施用氮肥及其所导致的土壤酸化均会促进N 2<\/sub>O 的释放，但氮肥施用量水平较低时对N 2<\/sub>O排放的影响并不显著。而且，作物及其氮素利用对土壤N2O 排放也有重要影响。有研究表明,作物生长能显著降低土壤N 2<\/sub>O 排放量，但也有植物生长会大幅增加土壤N 2<\/sub>O排放的研究报道。另外，植物本身也能产生和排放N2<\/sub>O，随着施氮量增加，植物排放N2<\/sub>O明显增加，且植物排放N2<\/sub>O还受光强和土壤N、P供给水平等因素影响。}

现有的研究结果显示，在2008 年中国稻田水稻生长季N _{2<\/sub>O 排放量均值为 22.48Gg，稻田N 2<\/sub>O 排放随施氮量增加而增加。但在稻田淹水造成厌氧环境的条件下，N 2<\/sub>O 进一步被还原为Ｎ2，此时氮肥对N 2<\/sub>O 排放的影响并不明显。在0-180 kg N hm ^{-2<\/sup>范围内，增施尿素对稻田N2<\/sub>O 排放的影响不显著，只有施用尿素量达到 270 和 360 kg N hm -2<\/sup>时，N2<\/sub>O 排放通量才会明显升高。研究表明，水稻植株也会影响稻田N 2<\/sub>O 的排放，水稻植株的参与使土壤N 2<\/sub>O 排放减少了 81%。但也有相反的研究报道，如有报道，种植水稻的土壤N 2<\/sub>O 排放量比相同条件下裸土N 2<\/sub>O排放量增加了37％。}}

因此如何来探讨利用光照和施氮量对水稻叶际及根际N_{2<\/sub>O 排放的影响和机制。从而旨在控制稻田N 2<\/sub>O 减排的及在水稻生产上合理的供氮提供现实可行的方案与依据。为水稻生产环境保护，及可持续发展提供保障。}

从前人现有的的研究成果看，无论是土壤还是植物N_{2<\/sub>O 排放均与施氮量、农田水分状况等因素密切相关。此外，植物水稻根际N 2<\/sub>O 排放也会影响到叶际N 2<\/sub>O 排放，光照、氮源对农田N 2<\/sub>O排放作用应与其对作物根、叶界面N2<\/sub>O 排放的效应密切相关。但迄今为止，对光照和施氮量调控水稻根际、叶际界面N 2<\/sub>O排放的作用未有该方面的系统报道。因此，如可在水培控氮、同步测定条件下，探讨如何在光照和施氮量对水稻叶际及根际N2<\/sub>O 排放的影响及机制，旨在为稻田的水稻的N 2<\/sub>O 减排的及水稻生产上合理的供氮技术提供理论与现实依据。从而实现科学种田，并对大气环境形成有力保护，并降低水稻的种植成本，同时为农民实现增产增收。}

实用新型内容：

本实用新型就是要提供一种影响水稻叶、根际N_{2<\/sub>O排放的装置。对供试水稻采用光控培养系统，将水稻地上部和地下部严格分隔在试验装置内室和外室，对光照和施氮量调控水稻根际、叶际界面N2<\/sub>O的排放。为稻田的水稻的N2<\/sub>O 的减排及水稻生产上合理的供氮技术提供理论与现实依据；为水稻生产实现可持续发展。}

本实用新型公开一种影响水稻叶、根际N_{2<\/sub>O排放的方法，对供试水稻采用光控培养，其包括如下方法步骤，1）利用室内弱光控制水稻叶际及根际N2<\/sub>O排放通量试验；}

2)于不同光照条件下不同施氮量对水稻叶际及根际N_{2<\/sub>O排放通量试验；和}

，3)对水稻叶际及根际N_{2<\/sub>O排放通量进行的计算及统计；}

步骤1）所述利用室内弱光控制水稻叶际及根际N_{2<\/sub>O排放通量试验是包括水稻植株处理及气样N2<\/sub>O的收集与检测。}

本实用新型的目的是提供一种影响水稻叶、根际N_{2<\/sub>O排放的方法的装置，包括光控培养箱系统，其所述光控培养箱系统包括主试验装置和辅助装置，所述主试验装置包括内室部和外室部，叶际室和根际室；内室部设于外室部内；叶际室设于内室部内腔，根际室设于外室部内腔，叶际室对应设于根际室上方；所述辅助装置包括输气装置和抽气装置；输气装置包括输气泵和内、外输气管；所述抽气装置包括抽气泵和内、外抽气管。}

本实用新型所述的装置，所述主试验装置的内室部和外室部为透明材料制成的箱体结构，所述外室部包括外室罩体、根际室组成，于外室罩体的顶部设有排气扇和光照灯，内室部和根际室均设于外室部内腔，内室部通过内室固定装置对应的设于根际室上部，而根际室与外室部的内腔相通；水稻叶部位于叶际室内，而水稻根部位于根际室内。

所述的装置，其所述内室部下端部设有通孔，水稻叶部置于内室部内腔的叶际室，而水稻根部则经内室部下端通孔进入并置于根际室内腔；于内室部的顶端上连接内抽气管一端，内抽气管另一端连接于抽气泵出口端上；叶际室与根际室之间的通孔设有密封圈。

优选的，所述辅助装置的内输气管的一端连接于内室部的叶际室下端，另一端连接于输气泵出口端；外输气管的一端连通于外室部的下端，另一端同样连接于输气泵出口端上；而内抽气管的一端连通于内室部的叶际室的顶端，另一端连接于抽气泵的出口端；外抽气管的一端连接于外室部的上端，另一端则同样连接于抽气泵的出口端上。

本实用新型所述的影响水稻叶、根际N_{2<\/sub>O排放的方法及装置，其方法试验采用的是水培方法，在小型光控培养箱内进行，供试作物水稻(Oryza sativa L.) 品种为培杂泰丰。将水稻地上部和地下部严格分隔在试验装置内室部和外室部，用气相色谱法测定水稻根、叶界面排放的N 2<\/sub>O量。强光、自然光照下脱氮与低氮处理间水稻根际N2<\/sub>O排放差异亦不显著（P>0.05）。}

本实用新型公开的一种影响水稻叶、根际N_{2<\/sub>O排放的装置，通过利用室内弱光控制水稻叶际及根际N2<\/sub>O排放通量试验；和不同光照条件下不同施氮量对水稻叶际及根际N2<\/sub>O排放通量试验；对对水稻叶际及根际N2<\/sub>O排放通量进行的计算及统计，系统的计算出水稻在不同条件下的N2<\/sub>O排放量进行系统科学的分析和计算。从本实用新型的试验供氮范围内随着施氮量的增加，水稻根、叶界面N2<\/sub>O 排放通量随之增加；不同供氮水平条件下（1N, 3N），对比弱光，强光、自然光有抑制水稻根际N2O排放作用，但强光、自然光条件下脱氮（0N）处理的水稻根际N2O排放仍有所增加，而不同供氮水平（1N, 3N）及脱氮（0N）条件下，强光、自然光条件下均有增强水稻叶际N 2<\/sub>O排放的作用。为稻田的水稻的N2<\/sub>O 减排及水稻生产上合理的供氮即合理的施用氮肥提供理论与现实依据，从而实现科学种田，并对大气环境形成有力保护，降低水稻的种植成本，同时可为农民实现增产增收。}

附图说明：

图1，为本实用新型影响水稻叶、根际N_{2<\/sub>O排放的方法的装置结构示意图；}

图1中，1、外室部，2、内室部，3、内输气管，301、外输气管，4、内抽气管，401、外抽气管，5、排气扇，6、内室下密封圈，7、内室上密封圈，8、光照灯，9、叶际室，10、根际室，11、输气泵，12、抽气泵，13、水稻叶部，14、水稻根部，15、外室罩体，16、1601、1602、1603、控制阀，17、内室固定装置，18、通孔。

具体实施方式：

为了对本实用新型的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现结合具体实例对本实用新型的技术方案进行以下详细说明，本实用新型未描述的技术手段按本领域内常规方式进行，应理解这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。

本实用新型的一种影响水稻叶、根际N_{2<\/sub>O排放的方法及装置，对供试水稻采用光控培养系统，其包括如下方法步骤，1）利用室内弱光控制水稻叶际及根际N2<\/sub>O排放通量试验；}

2)于不同光照条件下不同施氮量对水稻叶际及根际N_{2<\/sub>O排放通量试验；和}

，3)对水稻叶际及根际N_{2<\/sub>O排放通量进行的计算及统计；}

步骤1）所述利用室内弱光控制水稻叶际及根际N_{2<\/sub>O排放通量试验包括水稻植株处理及气样N2<\/sub>O的收集与检测。}

步骤1）所述利用室内弱光控制水稻叶际及根际N_{2<\/sub>O排放通量试验，是对供试水稻先采用土培法育苗，以水培法培养，通过控制对水稻的不同光照强度与不同施氮量来确定水稻叶、根际的N2<\/sub>O排放。}

步骤2）所述于不同光照条件下不同施氮量对水稻叶际及根际N_{2<\/sub>O排放通量试验；是于水稻开花结实期室内弱光、室内强光、和室外自然光下条件实施；所述室内弱光是指光照强度为0 Lux-4 000 Lux，室内强光是指光照强度为0 Lux-8000 Lux；所述不同施氮量是用NH 4<\/sub>NO3<\/sub>作为控制氮源，于水稻开花结实期实施脱氮、低氮、高氮三个处理，所述脱氮、低氮、高氮是分别控制含氮量为0N, 0 mg\/L、1N, 30 mg\/L、3N, 90 mg\/L；每个处理重复2-4次，收集水稻处于开花结实阶段的水稻叶际及根际N 2<\/sub>O 的排放。}

如图1所示，本实用新型影响水稻叶、根际N_{2<\/sub>O排放的装置，内室部2设于外室部1的由外室罩体15构成的外室部的内腔内，于外室罩体15的顶部壁面上设有排气扇5及光照灯8，所述外室罩体15及内室部2的构成材料均是采用透明的有玻璃材料制成，设于外室部1内腔的根际室10位于外室部1内腔的底部座上，内室部2由内室固定装置17固定于外室部1内腔的根际室10的上部，叶际室9设于内室部内腔内并相对应的设于根际室10的上方，叶际室9与根际室10之间通过通孔18相连通，当水稻叶部13置于叶际室9内时，水稻根部14则通过通孔18置于根际室10内，然后通孔18则用内室下密封圈6的密封圈相密封，这样叶际室9和根际室10则相对应的密封隔离开。输气泵11的出口端经内输气管3一端连接于内室部2的叶际室9的下端，内输气管3上设控制阀16，外输气管301一端连通于外室部1的下部另一端经设于其上的控制阀1601连接于输气泵11的出口端上。抽气泵12的出口端经内抽气管4一端连接于内室部2的叶际室9的顶端，内抽气管4上设控制阀1602，外抽气管401一端连通于外室部1的上部另一端经设于其上的控制阀1603连接于抽气泵12的出口端上。内抽气管4与内室部2的叶际室9的顶端连接处用内室上密封圈7密封。}

本实用新型具体实施例的试验装置及工作原理，材料与方法；

本实用新型的试验制备的光控培养箱装置，如图1所示。主体试验装置外室部1和内室部2，内室部2套装在外室部1的内腔之中，均为有机玻璃制作。外室部1规格 30cm×30cm×100 cm，主要由外室罩体15和根际室10组成，于外室罩体15的顶壁面装有 1-2 只小型电排气扇5来混匀内、外室内的空气，外室罩体15的外壁上还可设置有可以临时均匀安装白光光管的装置，其光强可通过控制开闭光管数量来调节。内室部2的直径 25 cm，高 50cm，下底面保留内径 10 cm 圆孔即通孔18可通入内室部2的内腔。内室部2顶盖可根据试验需要随时拆装，顶盖上安装有 1 只微型电扇来混匀内室部2内的空气。内、外室均安装有输气管和抽气管，可通过内、外室输、抽气管连接气泵来实施输气和抽气试验。试验时，将水稻地上部和地下部严密分隔在内室和外室，并通过内、外室抽气管采集气样的N _{2<\/sub>O 检测与数据分析，确定水稻根、叶界面N 2<\/sub>O 排放。本实用新型的试验装置实现可同步精确定量水稻叶际和根际N 2<\/sub>O 排放。}

本实用新型具体试验方法，

室内弱光控制水稻叶际及根际N_{2<\/sub>O排放通量试验供试水稻 (Oryza sativa L.)品种为培杂泰丰，由某农业大学提供。水稻用土培法育苗，水培法培养，7 d 换一次营养液(6 L)。水稻培养试验用桶、培养液配方均参照现有技术方案等确定，采用的方法进行。试验光源通过紧贴试验装置外室的外壁临时安装白光光管的方法获得，并用控制开闭不同光管数量的方法，来控制试验光强，用黑布套法遮挡外界光。前期通过测定，不同类型水稻土有效氮（碱解氮）平均含量33.06 mg kg ^{-1<\/sup>，标准差±8.07，高有效氮含量的水稻土可达 60.79mg kg -1<\/sup>。本试验设低氮 1N, 30 mg L -1<\/sup>、中氮为2N, 60 mg L -1<\/sup>、高氮为3N, 90 mg L -1<\/sup>的不同施氮量处理，每个处理重复 3 次。培养液氮浓度采用NH 4<\/sub>NO3<\/sub>来控制，同时做试验装置的空白试验，空白试验重复 3次。试验用 GLZ-C 型光量子计录仪测定离外室罩内壁 5 cm 处的光强。在日间 8:00-18:00 时段，日间光照设置为 4 000 Lux；晚上 18:00-8:00 为暗处理时段，所有处理光强均为 0 Lux。}}

水稻植株处理方法：精选均匀一致的水稻培杂泰丰试验用苗，控制鲜重株误差在0-2 g，用去离子水洗净、吹干，放入重新按不同施氮量设计并更换培养液的 PVC 桶装置中。试验时，先将水稻植株地上部穿过 4 cm 厚泡沫板，再经由内室下底面圆口装入内室部2，待泡沫板与内室部2圆孔紧贴之后，用涂有 N0-704 固化硅橡胶为密封圈的棉花堵塞空隙，再向水稻植株茎基部与泡沫板结合部位、泡沫板与内室圆孔紧贴部位灌注硅橡胶密封。待硅橡胶自然风干、固化后，装上内室部顶盖，用透明胶带密封，然后内室整套装置套装在试验装置外室底座，再安装外室罩体15。外室底座和罩体的结合部位用封箱胶布密封。这样，试验通过内、外室严密的分隔作用，在基本不伤害水稻植株条件下，实现了水稻地上部和地下部的严密分隔。水稻根际界面产生、经由液气界面扩散释放的N _{2<\/sub>O，被分隔集聚在外室部1的空气中；水稻地上部排放的N2<\/sub>O 被分隔集聚在内室部2的空气中。}

气样N_{2<\/sub>O 检测：本实用新型的本实施例的试验装置内、外室输、抽气管均用三通阀控制，用流量计控制气流流量。试验前先用气泵以 400 L\/h 的高流量气流快速置换试验装置内、外室部空气 1.5 h，换气时间分别为上午 8:00-9:30，下午 12:30-14:00，晚上 17:00-18:30。置换空气后立即封箱 3 h，封箱时间分别为：上午，9:30~12:30；下午，14:00~17:00；晚上，18:30-21:30。封箱时立即用注射器采集气样40 mL，测定内、外室部的初始空气N 2<\/sub>O 浓度。封箱 3 h 内每隔 1 h采样测定一次，同时实施试验装置的空气空白试验。在22:00-8:00 时段，用气泵使内外室部空气保持持续流通、交换状态，流量控制在40 L\/h。不同处理水稻植物装箱后，试验连续实施 6 d。N 2<\/sub>O的测定用气相色谱法，具体按现技术的方法进行，于采样当天用某公司生产的 7890A GC system 气相色谱仪分析气体样品中N 2<\/sub>O浓度。}

不同光照条件下不同施氮量对水稻叶际及根际N2O排放通量试验经研究表明，开花结实期是植物叶际N_{2<\/sub>O 排放的关键时期。因此，2014年试验在室内弱光 8:00-18:00, 4000 Lux; 18:00-22:00, 0 Lux)、室内强光8:00-18:00, 8 000 Lux; 18:00-22:00, 0Lux 和室外自然光下实施，用NH 4<\/sub>NO3<\/sub>，分析纯，控制氮源，于水稻开花结实期实施脱氮，0N, 0mg\/L、低氮，1N, 30 mg\/L、高氮，3N, 90 mg\/L)三个处理，每个处理重复3次。除室外自然光外，室内光控试验的光源通过紧贴试验装置外室的外壁临时安装白光光管的方法获得，并用控制开闭不同光管数量的方法调节光强，用黑布套法遮挡外界光。试验于 2014 年某日用土培法育苗，按时移栽至 PVC 桶。试验时间同为2014内年实施。实施试验时，水稻生育期95 d，平均鲜重 380 g，水稻处于开花结实阶段。水稻 N2O 排放试验及观测方法同上。}

本实用新型的以试验装置内、外室部所采气样检测N_{2<\/sub>O数据计算的结果，分别表示水稻叶际及根际N2<\/sub>O 的排放通量。负数表示吸收，正数表示排放。在数据分析中，不同处理均重复 3次，所有处理的平均数和标准误均是3次重复统计的结果。所得数据资料经 Excel2003 初步整理、作图，并用 SPSS 19.0 进行方差统计分析，处理间差异显著性检验用Duncan 多重比较法。}

结果与分析

本实用新型试验采用的装置，如图1所示，可在基本不伤害水稻植株、非离体试验条件下，同步精确定量测定水稻叶际及根际N_{2<\/sub>O 的排放。同时，培养液均匀一致也提高了试验结果的可靠性。试验结果表明，高氮水平、弱光处理的水稻分蘖期、开花结实期、成熟衰老期平均叶际N 2<\/sub>O 排放通量分别为 98.3、105.6 µg m-2 h-1 和 121.3 µg m-2 h-1，分别占水稻根、叶界面 N2O 总排放的 29.30%、30.16% 和 31.33%，且控氮施肥未降低水稻叶际对N 2<\/sub>O 排放的贡献（表1-3）。在弱光 (4 000 Lux)、强光 (8 000 Lux) 和自然光（平均 26500 Lux）不同条件下，水稻开花结实期叶际N 2<\/sub>O排放贡献比例分别为：脱氮，46.84%、62.61%、36.12%；低氮，27.39%、46.75%、36.90%；高氮，27.61%、39.71%、36.90%。显然，强光、自然光下不同施氮（1N、3N）处理的叶际N2<\/sub>O 排放贡献比例更高，而减少施氮仍未降低水稻叶际N 2<\/sub>O 排放的贡献比例。综合本试验结果可以看出，不同生育期水稻叶际N 2<\/sub>O 排放的贡献比例在 27%-60% 之间变化；与弱光处理对比，提高日间光强会相应提高水稻叶际的N 2<\/sub>O 排放贡献比例，控氮施肥不能有效降低水稻叶际的N 2<\/sub>O 排放贡献比例。}

需要说明的是：以上本实用新型所公开的上述的技术方案，非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。

设计图

相关信息详情

申请码:申请号:CN201822247489.9

申请日:2018-12-29

公开号:公开日:国家:CN

国家/省市:36(江西)

授权编号:CN209299900U

授权时间:20190827

主分类号:A01G 31/00

专利分类号:A01G31/00;A01G31/02;A01G7/06

范畴分类:12A;

申请人:宜春学院

第一申请人:宜春学院

申请人地址:336000 江西省宜春市袁州区学府路576号

发明人:刘小林;林丽;刘佳妮;陈泽斌;余磊;刘桂华;徐胜光

第一发明人:刘小林

当前权利人:宜春学院

代理人:谢年凤

代理机构:36121

代理机构编号:南昌赣西专利代理事务所（普通合伙）

优先权:关键词:当前状态:审核中

类型名称:外观设计

标签：水稻论文;  水稻品种论文;  气泵论文;