[发明专利]植物根层氧化还原电位调控装置及培养装置和调控方法

说明书

本发明属于植物学和生态学的技术领域，公开了植物根层氧化还原电位调控装置及培养装置和调控方法。所述培养装置包括上端开口的容器、设在容器中的圆筒、隔土网和定植筒，圆筒外侧与容器内侧之间通过竖直的隔层分隔成多个区域，隔层沿圆筒的径向方向延伸；隔土网固定在相邻的隔层上。所述调控装置包括上述培养装置和植物根层氧化还原电位调控系统，该系统包括氧化还原电位仪、供气设备、供液设备、电源电路和开关电路。本装置能够通过供气设备和/或供液设备自动调节土壤氧化还原电位至所设定值并将其维持在所设范围内，实现植物根层氧化还原电位的调控；并且本装置在取样时尽量保持对根系完整性。

技术领域

本发明属于根系生物学、植物营养学、生态学和环境科学领域，具体涉及一种植物根层氧化还原电位调控的培养装置及通过基质盆栽手段对根际氧化还原电位进行调控的装置及其调控方法。

背景技术

氧化还原电位是是土壤一项重要的理化指标。高氧化还原电位说明土壤处于氧化状态，铁、锰、铬、砷等变价元素被转化为高价态；反之，低氧化还原电位说明土壤处于还原状态，变价元素转化为低价态。这些变价元素处于不同价态时的溶解度、迁移能力及生物效应存在差异。因此土壤的氧化还原电位与植物的养分有效性以及遭受毒害的潜在有密切联系。另一方面土壤经历频繁的氧化还原交替过程后，铁、锰会以氧化物或氢氧化物的形式沉积在根表。这些结晶态或非结晶态铁膜对土壤溶液中的磷、锌和铜等营养元素以及铅、镉、砷和铝等有害元素都有较强的吸附作用，它一方面能充当根际养分库，另一方面能阻止有害元素被植物吸收。根表铁膜的结晶度会发生变化，从而改变铁膜的表面性质及吸附土壤中营养元素及有害元素的能力。因此对土壤的氧化还原变化研究在提高养分吸收利用效率、保障农产品安全、明晰元素循环流动等方面具有重要的意义。

通过营养液培养来研究植物的根系是目前比较常用的手段，如JP2000342092A、CN200920273764、US20130081327 A1公开的三种水生植物漂浮培养装置。然而并非所有水生植物的根系都彻底悬浮于营养液中，相当一部分植物仍然需要着生在一定的固体基质上并依赖其提供养分；此外一些根系活动过程需要在固液气三相并存的非均相环境中才能进行。对于旱生植物而言，营养液培养状态更不能很好地反映真实的根际过程。因此能简便地对根系进行取样、观察的固体基质栽培条件下水生植物观测装置能更方便地对根系及其根际过程进行研究。然而尽可能模拟植物原有生活环境和方便取样观察两者是一对矛盾，使用土壤、泥炭等粘性生长基质能很好地贴近原有生活环境，但对根系取样观察时清洁根系并不方便，同时根表铁膜还可能会因不恰当的清洗方式或条件而被洗去，从而失去研究价值；使用砂、珍珠岩等非粘性生长基质固然方便清理，但由于其吸持养分的能力不及粘性基质好，因此在其上进行的培养试验结果与自然条件下的结果存在较大差异。尽管如此，目前基于砂培的技术方案也有较多的报道，如CN1602670A公开了一种可用于水生植物的生态学研究的栽培方案，

目前测量土壤氧化还原环境的仪器及配套应用技术已经相当成熟，如CN201837609U公开了一种流体氧化还原检测电位瓶，CN2588364Y公开了一种可以测量土壤氧化还原电位的土壤腐蚀测量装置，CN1705882A公开了一种氧化还原电位的生物传感器，EP 0853241 B1公开了一种可以检测地下水氧化还原电位的装置。对土壤氧化还原电位进行调控的技术也比较成熟，如JPH0819780A公开了一种只使用气体便能调控水体氧化还原电位的装置。CN102972113A公开了一种通过稻草覆盖和使用碱性降酸调湿复合改良剂改变土壤氧化还原电位的技术，CN102847453A和CN103274566A公开了两种可用于提升土壤氧化还原电位的微通气技术，US20070095647公开了一种能产生活性氧并应用于净化土壤的方法。此外，目前已经有商品化的能实现调控氧化还原电位的控制器，如Eutech Instrument的Alpha pH190和Alpha pH2000，但这两种装置并没有给出执行调控的技术方案。但目前将上述技术综合，给出一套能有效地自动调控土壤氧化还原电位的培养观测装置的报道还缺乏。

发明内容