[发明专利]一种原位观测近自然湿地水位波动过程中测量植物根际痕量气体的装置及方法

权利要求书

1.一种原位观测近自然湿地水位波动过程中测量植物根际痕量气体的装置，其特征在于，包括并列依次设置的水位观测区、缓冲区和试验区，其中，所述水位观测区、缓冲区和试验区相互独立，且在水位观测区和缓冲区之间，以及缓冲区和试验区之间均设有排水系统；所述试验区内设有根系观测平台。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述水位观测区、缓冲区和试验区的底面处在一个水平面上。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述水位观测区内添加有水，所述水的高度为-100~150 cm，优选为-40~120cm。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置由PVC有机玻璃制成或钢化玻璃制成。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述水位观测区包括标注有刻度的观测井和溢流孔，所述观测井设在所述水位观测区的上方，所述溢流孔设在所述水位观测区的底部或侧面。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述缓冲区的下层填充为陶粒，上层覆盖活性组分和硅藻土的混合物，其中各组分的重量份数为：活性组分:硅藻土:陶粒＝5~25份:20~50份:15~40份；当测定植物根系氧气时，缓冲区活性组分为FeSO₄，当测定根系氧化亚氮时，其活性成分为氧化铝。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述硅藻土为过20~100目硅藻土，陶粒为粒径分布在1~10mm；优选的，所述下层的陶粒从下至上粒径分布逐渐由大变小。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述排水系统主要由两个排水孔和半渗透膜组成，所述排水孔直径为0.5~3cm，设在所述缓冲区的底部两端相同的高度，所述半渗透膜覆盖在所述排水孔上；所述半渗透膜滤膜允许小分子有机物、溶解态离子自由通过，而不允许大分子有机物通过；所述半渗透膜滤膜优选其材质为聚醚砜膜或醋酸纤维膜。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述根系观测平台包括一个载物台和若干根系固定夹；所述载物台主要由圆形的骨架和内置网组成，所述内置网覆盖在所述骨架表面，所述根系固定夹设置在所述内置网的表面；优选的，所述骨架材料一般采用PVC或不锈钢材料制成，所述内置网采用尼龙网、白纱布材料制作；优选的，所述骨架形状为圆形或椭圆形；优选的，所述骨架的表面积为试验区底部截面积的1/4~1/3，载物台高度距离试验区底部20~30cm；所述根系固定夹由3~5个直径为3~5mm的圆形夹子组成，夹子表层覆盖3~5mm薄层海绵。

10.一种原位观测近自然湿地水位波动过程中测量植物根际痕量气体的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）构建或利用预先构建好的测量单元：并列依次设置相互独立的水位观测区、缓冲区和试验区，在水位观测区和缓冲区之间，以及缓冲区和试验区之间均设有排水系统；所述试验区内设有根系观测平台；根据待测植物根系生长条件，在试验区平铺完全混匀的沉积物，在缓冲区填充有能够过滤掉实验过程中地下水位调节时外源添加水中溶解性的氧气、氧化亚氮等杂质气体的填料；在水位观测区填充有水；

（2）培养待测植物；

（3）培养过程中维持待测植物所需水位，如需水位调控，在水位观测区添加或移除试验用水达到所需水位高度；

（4）测量时，首先在试验区轻轻扒开根表的沉积物，选择根部生长良好的细根作为实验材料，并小心地将其舒展后平铺于根系观测平台上，并将根系固定；然后将校正的溶解氧针电极利用三维控制器上电动马达调节至芦苇细根表面，然后将沉积物轻轻回填到根表；在水位观测区调控水位变化，待植物和沉积物稳定适应10~24h 后，利用电动马达按照内退法对芦苇细根的根尖部分进行穿刺试验，具体为将穿刺的溶氧针电极首先从根表内退至根表1cm~2cm左右范围，然后以步长20~50μm速度逐步按照根际沉积物-根表-根内这样一个顺序进行穿刺测定，即可得到不同水位下植物根际痕量气体的分布特征。