[发明专利]一种田间原位智能气密植物生长箱

说明书

技术领域

本发明涉及生物固氮能力的研究，尤其是一种田间原位智能气密植物生长箱，可用于同位素标记、碳、氮循环，有机污染物来源和植物排放挥发性无机和有机化合物研究，属于土壤学、生态学、微生物学、污染生物学、植物营养学、植物生理学等技术领域。

背景技术

氮肥的生产和使用提高了作物产量，基本解决了全球人口增长和食物供应间的矛盾，但也加剧了全球环境变化，对大气、土壤和水体造成污染。生物固氮是微生物利用大气N₂做原料，合成生物生长需要的氮源。发挥自然生物固氮作用可减少人工合成氮肥使用，既能减少能源消耗、降低农民种田成本，又能减轻对环境的污染，减少温室气体排放。

稻米在我国粮食作物中占据非常重要的地位，因而研究稻田施肥量，评估稻田生物固氮潜力显得尤为重要。稻田生态系统中蓝藻、浮萍和多种异养微生物均能进行生物固氮。由于所有稻田和湿地均具有生物固氮功能，所以在研究稻田生物固氮潜力时没有参照系，造成研究工作基本停滞。

目前研究稻田和湿地固氮能力常用的方法是利用乙炔还原法：即把土壤样品从田间取回实验室，在试验室内加入乙炔，测定乙炔浓度的变化来估算稻田固氮能力。这种方法有以下几方面不足：一是土壤从田间取回实验室，土壤条件发生了很大改变；二是根据乙炔还原量转换成生物固氮量系数不统一，造成稻田固氮能力估算偏差；三是乙炔法是即时值，无法进行长期试验，用即时值代替水稻生育期又会造成巨大误差。

稳定性同位素¹⁵N₂标记技术是研究稻田生物固氮最直接和准确的方法，许多科技工作者一直倡导、呼吁发展该技术，但由于缺乏关键设备一直未能得到解决。在上世纪80年代初，国外曾经做过这方面尝试，但是他们只能进行室内试验，通过控制室内温度，将水稻种在室内人工密闭生长环境中，而无法运用于野外田间条件，与自然环境相差极大。

目前市场销售的室内植物生长箱采用的是定温设计和人工光源。夏日太阳光照强度能达到10万勒克斯，而人工光源最大光照强度只有正常太阳光照强度的1/5-1/3左右，水稻无法像田间一样正常生长。传统室内生长箱的定温设计温控系统，不能随环境温度的变化而变化，当箱内温度超过环境温度时，箱内就产生雾气，相对湿度RH达到100％，严重影响光照和植物生长，高湿环境还容易诱发植物生病。传统生长箱是通过箱内外空气流通来控制箱内雾气，无法实现植物生长箱的密闭，因而不能进行同位素气体标记也无法应用于稻田生物固氮能力研究。如果简单的将目前市面有售的植物生长箱的温度控制方法用于野外生长箱，生长箱内温度将急剧升高并产生大量雾气，生长箱内植物很快死亡，因而重新设计生长箱内温度控制技术是解决田间原位生长箱内植物正常生长的关键。常规制冷技术通常是采用氟利昂作为制冷剂，利用氟利昂的气化吸收热量达到制冷目的。采用常规制冷机如空调制冷我们的野外植物生长箱，由于生长箱内温度频繁变动，造成制冷机启动非常频繁，致使压缩机自我保护或烧毁压缩机而使系统无法正常运转。

发明内容

本发明目的就是为克服上述缺陷，提供了一种田间原位智能气密植物生长箱，它能够将多种因素(温度，湿度，光照，氧气，二氧化碳，植物病害，采样等)综合控制，用于开展稻田生物固氮能力研究。本发明涉及计算机控制技术、二级制冷技术、变温自动控制技术和CO₂浓度自动控制技术、气密技术、气体压力缓冲技术、除草、治病防虫技术，可用于研究植物光合碳固定、转运和土壤碳周转；还可用于研究豆科植物固氮动态、固氮量及影响因素，固氮植物体系与非固氮植物体系氮传递和氮周转；区分植物体内污染物来源(土壤、大气)；研究植物排放有机、无机化合物种类、数量和动态等，是研究全球气候变化与植物相互作用、食品污染控制和植物生源要素循环的关键设备。

实现上述目的技术方案是：一种田间原位智能气密植物生长箱，设有箱体、温湿度自动控制系统、二氧化碳自动控制系统和除草系统、喷药浇水系统；

箱体设有上、下两部分箱体，上箱体为有盖无底的透明体，下箱体无盖无底，在下箱体上缘设有水槽，上箱体下缘放置在水槽内由水密封，将下箱体埋入土壤，地表与水槽底面持平，植物培育在箱体内土壤中；