一种测定植物养分吸收利用率的装置及方法
技术领域
本发明涉及植物养分吸收检测技术领域，更具体地说，是涉及一种测定植物养分吸收利用率的装置及方法。
背景技术
土壤肥料在农业生产过程中属于较为重要的组成部分，在农业生产过程中科学使用土壤肥料不仅能改善土壤的状况，针对土壤的肥力进行调节，还能提高农业种植的产量及质量，提高经济效益。反之，不合理使用土壤肥料将会导致土壤肥料浪费及破坏生态环境等现象出现，严重危害农业生产进步。因此，有效科学的土壤肥料施用及推广尤为重要。
研究表明，越准确掌握植物的养分吸收利用率，越有利于减少肥料施用量，节约成本，保护环境。目前，关于植物养分吸收利用率实验以及植物缺素实验多采用水培装置；但是，水培实验最大的一个缺点就是植物易烂根，因此需要频繁更换营养液，这不仅费时，而且可能由于多次更换营养液而带来较大的实验误差。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种测定植物养分吸收利用率的装置及方法，能够避免烂根现象的发生，测定结果准确，从而能够有效掌握植物养分吸收规律，为农田种植科学施肥和管理奠定基础。
本发明提供了一种测定植物养分吸收利用率的装置，包括：
承载架；
平放在所述承载架上的若干个花盆；所述花盆内部铺设无纺布并填充有细沙，侧壁接近底部部位设有带阀门的排水孔；所述排水孔吊装有水桶；
吊装在所述承载架一侧的若干个吊瓶；所述吊瓶内部装有营养液，并通过输液管路与各花盆相通；所述输液管路设有流速控制阀门。
优选的，所述花盆的材质为PVC，容积为5L～15L，填充细沙量为花盆高度的1/2～4/5。
优选的，所述细沙经0.5mol/L～1.5mol/L的盐酸浸泡2天～4d后用水冲洗，粒径为0.5mm～1mm。
优选的，所述排水孔的孔径为1cm～2cm；所述水桶的材质为PVC，容积为4L～6L。
优选的，所述营养液选自完全营养液或不完全营养液。
优选的，所述完全营养液的配方为：
1.25g/L Ca(NO3)2、0.12g/L FeSO4、37g/L MgSO4、28g/L(NH4)2HPO4、41g/L KNO3、0.6g/L H3BO3、0.4g/L MnSO4、0.004g/L CuSO4、0.004g/L ZnSO4、pH5.5～6.5。
本发明还提供了一种测定植物养分吸收利用率的方法，采用上述技术方案所述的装置，包括以下步骤：
a)将待筛选植物置于花盆细沙中进行栽培种植；按所述待筛选植物生长条件调节环境参数，然后采用吊瓶中的营养液进行滴灌，进行植物培养；
b)检测起始营养液各元素浓度，植物培养一定时间后，打开阀门将花盆中残余营养液通过排水孔收集到水桶中，检测残余营养液各元素浓度，计算得到植物养分吸收利用率。
优选的，步骤a)中所述环境参数包括温度、湿度、光照类型及光照强度。
优选的，步骤a)中所述滴灌的流速为100mL/h～300mL/h。
优选的，步骤a)中所述植物培养的过程中，营养液滴入量需超过花盆高度的1/4。
本发明提供了一种测定植物养分吸收利用率的装置及方法；该装置包括：承载架；平放在所述承载架上的若干个花盆；所述花盆内部铺设无纺布并填充有细沙，侧壁接近底部部位设有带阀门的排水孔；所述排水孔吊装有水桶；吊装在所述承载架一侧的若干个吊瓶；所述吊瓶内部装有营养液，并通过输液管路与各花盆相通；所述输液管路设有流速控制阀门。与现有技术相比，本发明首次基于沙培处理实现植物养分吸收利用率的测定，并提供能够满足对植物定期检测的特定沙培装置；本发明提供的装置及方法能够避免烂根现象的发生，测定结果准确，从而能够有效掌握植物养分吸收规律，为农田种植科学施肥和管理奠定基础。
此外，本发明提供的测定植物养分吸收利用率的方法简单、快速，还能够检测植物叶色变化和植物体内养分含量及残余营养液养分含量，从而掌握植物养分吸收规律和了解植物缺素症状，具有良好的推广应用之价值。
附图说明
图1为本发明实施例提供的测定植物养分吸收利用率的装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种测定植物养分吸收利用率的装置，包括：
承载架；
平放在所述承载架上的若干个花盆；所述花盆内部铺设无纺布并填充有细沙，侧壁接近底部部位设有带阀门的排水孔；所述排水孔吊装有水桶；
吊装在所述承载架一侧的若干个吊瓶；所述吊瓶内部装有营养液，并通过输液管路与各花盆相通；所述输液管路设有流速控制阀门。
请参阅图1，图1为本发明实施例提供的测定植物养分吸收利用率的装置的结构示意图；其中，1为承载架，2为细沙，3为花盆，4为水桶，5为阀门，6为吊瓶，7为营养液，8为流速控制阀门。
在本发明中，所述承载架主要起到支撑固定作用，使整体装置平稳牢固。
在本发明中，所述若干个花盆平放在所述承载架上；设置多个花盆能够满足平行试验要求，优选为3个。在本发明中，所述花盆的材质优选为PVC；所述花盆采用PVC材料制成，PVC材料安全无毒，而且在营养液的微酸pH条件下不易浸出有害物质和重金属影响研究结果的准确性，同时还可以进一步遮光模拟作物根部在土壤中的黑暗条件，从而保证研究结果的准确性和科学性。在本发明中，所述花盆的容积优选为5L～15L，更优选为10L；从而能够满足各类植物培养。
在本发明中，所述花盆内部铺设无纺布并填充有细沙，侧壁接近底部部位设有带阀门的排水孔。在本发明中，所述无纺布透气透水，且能够防止细沙从花盆的排水孔漏出。
在本发明中，所述细沙优选经0.5mol/L～1.5mol/L的盐酸浸泡2天～4d后用水冲洗；本发明采用上述颜色洗脱过程，通过盐酸浸泡，能够去除沙子里的养分残留和细菌，有效减少了试验误差。在本发明中，所述细沙的粒径优选为0.5mm～1mm。
在本发明中，所述花盆填充细沙量优选为花盆高度的1/2～4/5，更优选为花盆高度的2/3。本发明采用上述细沙作为植物培养基质，配合特定成分及流量的营养液，可大大提高营养液的效率，避免营养液的频繁更换，从而提高了测定植物养分吸收率的准确性。
在本发明中，所述排水孔设置在侧壁接近底部部位，能够实现花盆中残余营养液的完全排出；所述排水孔的孔径优选为1cm～2cm。
在本发明中，所述排水孔吊装有水桶，即每个排水孔配套有一个水桶，用于收集由排水孔排出的残余营养液。在本发明中，所述水桶的材质优选为PVC；所述水桶的容积优选为4L～6L，更优选为5L。
在本发明中，所述若干个吊瓶吊装在所述承载架一侧；能够避免吊瓶遮挡住植物所需光线而影响试验结果。在本发明中，所述吊瓶内部装有营养液，并通过输液管路与各花盆相通；即每个吊瓶都可设置多条输液管路分别与所述若干个花盆中的每个花盆相通，从而将营养液无差别的输送到每个花盆中。在本发明中，所述输液管路设有流速控制阀门；用于控制每条输液管路中营养液的流速，使营养液缓慢滴入并均匀分布在花盆的沙层内，从而持续观察植物生长状况。
在本发明中，所述营养液优选选自完全营养液或不完全营养液；其中，所述完全营养液的配方优选为：
1.25g/L Ca(NO3)2、0.12g/L FeSO4、37g/L MgSO4、28g/L(NH4)2HPO4、41g/L KNO3、0.6g/L H3BO3、0.4g/L MnSO4、0.004g/L CuSO4、0.004g/L ZnSO4、pH5.5～6.5；所述不完全营养液即在上述完全营养液的配方中减少一种或几种组分，并保证至少有一种组分。在本发明优选的实施例中，所述不完全营养液的配方为1.25g/L Ca(NO3)2、0.12g/L FeSO4、37g/LMgSO4、41g/L KNO3、0.6g/L H3BO3、0.4g/L MnSO4、0.004g/L CuSO4、0.004g/L ZnSO4、pH5.5～6.5；对应还包括28g/L(NH4)2HPO4营养液用于进行缺磷实验。
在本发明中，在幼苗生长过程中根据需要将上述完全营养液或不完全营养液装入吊瓶中进行实验，一方面，采用完全营养液可以为植物生长提供充足的营养和水分，有利于保证植物正常生长，在此条件下测定水桶中残余营养液的养分含量，可计算出植物正常生长所需养分含量和养分吸收利用率；另一方面，采用不完全营养液进行植物缺素实验，再补充所缺少的元素，以此来观察植物缺素症状和恢复的过程；从而能够模拟植物正常生长环境或缺素生长环境，进一步获得植物正常生长的养分利用效率和了解植物缺素症状。
本发明还提供了一种测定植物养分吸收利用率的方法，采用上述技术方案所述的装置，包括以下步骤：
a)将待筛选植物置于花盆细沙中进行栽培种植；按所述待筛选植物生长条件调节环境参数，然后采用吊瓶中的营养液进行滴灌，进行植物培养；
b)检测起始营养液各元素浓度，植物培养一定时间后，打开阀门将花盆中残余营养液通过排水孔收集到水桶中，检测残余营养液各元素浓度，计算得到植物养分吸收利用率。
本发明首先将待筛选植物置于花盆细沙中进行栽培种植；按所述待筛选植物生长条件调节环境参数，然后采用吊瓶中的营养液进行滴灌，进行植物培养。本发明对所述待筛选植物的种类和来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的用于测定养分吸收利用率的植物均可。在本发明优选的实施例中，所述待筛选植物为西洋参。
在本发明中，所述环境参数优选包括温度、湿度、光照类型及光照强度；在本发明优选的实施例中，按西洋参生长条件调节环境参数为室温25℃，空气湿度60％，红色光照，光照强度为3000Lux进行植物培养。
在本发明中，所述滴灌的流速优选为100mL/h～300mL/h，更优选为200mL/h。
在本发明中，所述植物培养的过程中，营养液滴入量，即花盆底部的液体深度优选为花盆高度的1/5～1/3；更优选需超过花盆高度的1/4。
之后，本发明检测起始营养液各元素浓度，植物培养一定时间后，打开阀门将花盆中残余营养液通过排水孔收集到水桶中，检测残余营养液各元素浓度，计算得到植物养分吸收利用率。在本发明中，所述一定时间优选为3d～10d，更优选为7d。
本发明首次基于沙培处理实现植物养分吸收利用率的测定，并提供能够满足对植物定期检测的特定沙培装置；本发明提供的装置及方法有效模拟了植物种植在土壤中真实环境，相比传统水培装置频繁更换营养液要更加简便，并且能够避免烂根现象的发生，测定结果准确，从而能够有效掌握植物养分吸收规律，为农田种植科学施肥和管理奠定基础。
本发明提供了一种测定植物养分吸收利用率的装置及方法；该装置包括：承载架；平放在所述承载架上的若干个花盆；所述花盆内部铺设无纺布并填充有细沙，侧壁接近底部部位设有带阀门的排水孔；所述排水孔吊装有水桶；吊装在所述承载架一侧的若干个吊瓶；所述吊瓶内部装有营养液，并通过输液管路与各花盆相通；所述输液管路设有流速控制阀门。与现有技术相比，本发明首次基于沙培处理实现植物养分吸收利用率的测定，并提供能够满足对植物定期检测的特定沙培装置；本发明提供的装置及方法能够避免烂根现象的发生，测定结果准确，从而能够有效掌握植物养分吸收规律，为农田种植科学施肥和管理奠定基础。
此外，本发明提供的测定植物养分吸收利用率的方法简单、快速，还能够检测植物叶色变化和植物体内养分含量及残余营养液养分含量，从而掌握植物养分吸收规律和了解植物缺素症状，具有良好的推广应用之价值。
为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。
实施例1
采用上述技术方案中测定植物养分吸收利用率的装置及方法，进行西洋参养分(完全营养液)吸收利用率的测定：
装置中承载架的长宽高为3m×1m×2m，采用5L水桶，3.5L吊瓶，10L花盆；花盆底部铺设无纺布，花盆内填充2/3的细沙，所述细沙经1.0mol/L盐酸浸泡3天后用蒸馏水冲洗，粒径为0.5mm～1mm；吊瓶内装有3L完全营养液，所述完全营养液配方具体为：1.25g/L Ca(NO3)2、0.12g/L FeSO4、37g/L MgSO4、28g/L(NH4)2HPO4、41g/L KNO3、0.6g/L H3BO3、0.4g/LMnSO4、0.004g/L CuSO4、0.004g/L ZnSO4、pH5.5～6.5；装置平放并面向灯光方向置于温室中。
具体包括以下步骤：
(1)将一年生西洋参幼苗置于花盆细沙中进行栽培种植；按西洋参生长条件调节环境参数为室温25℃，空气湿度60％，红色光照，光照强度为3000Lux进行植物培养；将装有完全营养液的吊瓶控制流速为200mL/h进行滴灌；营养液滴入量(花盆底部的液体深度)需超过花盆高度的1/4。
(2)检测起始营养液各元素浓度，七天后打开花盆的阀门将残余营养液排入水桶内，对水桶内的残余营养液再进行各元素浓度检测，计算西洋参七天的养分吸收利用率；检测结果如表1所示。
表1本发明实施例1中西洋参七天的养分吸收率
注：“±”后的数据均表示三次实验数据的标准误差。
实施例2
采用上述技术方案中测定植物养分吸收利用率的装置及方法，进行西洋参缺磷实验：
装置中承载架的长宽高为3m×1m×2m，采用5L水桶，3.5L吊瓶×2，10L花盆；花盆底部铺设无纺布，花盆内填充2/3的细沙，所述细沙经1.0mol/L盐酸浸泡3天后用蒸馏水冲洗，粒径为0.5mm～1mm；一个吊瓶内装有3L不完全营养液，所述不完全营养液配方具体为：1.25g/L Ca(NO3)2、0.12g/L FeSO4、37g/L MgSO4、41g/L KNO3、0.6g/L H3BO3、0.4g/L MnSO4、0.004g/L CuSO4、0.004g/L ZnSO4、pH5.5～6.5，另一个吊瓶内装有0.4L的28g/L(NH4)2HPO4营养液；装置平放并面向灯光方向置于温室中。
具体包括以下步骤：
(1)将一年生西洋参幼苗置于花盆细沙中进行栽培种植；按西洋参生长条件调节环境参数为室温25℃，空气湿度60％，红色光照，光照强度为3000Lux进行植物培养；首先将装有不完全营养液的吊瓶控制流速为200mL/h进行滴灌，观察三天西洋参缺磷的过程，第四天将装有(NH4)2HPO4营养液的吊瓶控制流速为200mL/h进行滴灌；整个过程中营养液滴入量(花盆底部的液体深度)需超过花盆高度的1/4。
(2)检测起始营养液各元素浓度，七天后打开花盆的阀门将残余营养液排入水桶内，对水桶内的残余营养液再进行各元素浓度检测，计算西洋参七天的养分吸收利用率；检测结果如表2所示。
表2本发明实施例2中西洋参七天的养分吸收率
注：“±”后的数据均表示三次实验数据的标准误差。
由实施例1～2可知，完全营养液实验和不完全营养液实验均进行了三次平行实验，实验结果的标准误差非常小，范围在0～6.78mg/L，说明本发明提供的测定植物养分吸收利用率的装置及方法的检测结果的可靠性较高；同时，由于营养液更换方便和简单，残余液体收集也基本不会有损失，真正做到了简便和高效，可在植物养分吸收率的检测领域进行推广。
所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
