[0001] 本发明涉及植物培养技术领域，尤其涉及一种植物碳汇实时监测实验装置及其使用方法。

[0002] 为应对全球气候变暖这一环境问题，提高植物固碳能力是温室气体减排的途径之一，植物光合作用将CO2转变为多种有机物固定在体内，为其生长提供物质和能量，是生长发育过程的基础环节，具有极大的碳汇能力。

[0003] 为在预定期限之前实现碳达峰，需要发展固碳技术，固碳技术包括物理固碳和生物固碳，物理固碳是将二氧化碳长期储存在开采过的油气井、煤层和深海里；生物固碳是通过自然植被将无机碳即大气中的二氧化碳转化为有机碳即碳水化合物，固定在植物体内或土壤中，自然固碳不仅能够减少空气中的碳含量，还能够增加空气中的氧气含量，相对于物理固碳更加具有优势。

[0004] 城市内部的土地资源珍贵，可供绿化面积有限，因此，为提高城市内部植物固碳能力，需要对植被的固碳能力进行研究，从而从众多植物品种中挑选出固碳能力较好的植物进行种植同时也需要了解植物固碳能力的影响因素；然而，目前缺少对树木固碳能力进行检测的检测装置。

[0005] 有鉴于此，为了实验检测植物固碳能力的影响因素，本发明提供了一种植物碳汇实时监测实验装置及其使用方法。

[0020] 下面结合附图对本发明作进一步说明：植物从上往下分为三个部分：其一为位于上端接收光照的茎叶部分，其二为中间
的主干部分，其三为下端的根筋部分；其中对植物光合作用起主要作用的是上端接收光照的茎叶部分；
参照附图1‑3所示：为了研究对植物固碳能力的影响，本实施例中公开了一种植物碳汇实时监测实验装置，该装置包括若干个排列设置的培养箱1，通过若干个培养箱1进行对照试验进而明确对应的影响因素；培养箱1的内部空间分为相互独立空间设置的外培养容器2和内栽培容器6；本实施例中的外培养容器2和内栽培容器6呈内外结构设置，即内栽培容器6置于外培养容器2内的下部，外培养容器2内的上部留有密封空间，在实验检测时，使得试验植物的根部包围密封在内栽培容器6中，试验植物的茎叶包围密封在外培养容器2中，进而对将植物的茎叶和根部分开进行实验检测；
具体的，内栽培容器6用于栽培试验植物并对植物的根部和栽培基质进行相对包
裹密封，同时使得试验植物的的茎叶部分被密封包裹在外培养容器2内；进而在本实施例中，外培养容器2和内栽培容器6形成两个相互分隔独立的培养空间；使得植物的茎叶和根部分别处于两个独立空间内，进而可以对独立空间内的参数进行单独控制和监测，从而避免在试验时，避免对试验植物茎叶或根部进行监测时两个空间内的空气相互流通，从而保证独立空间内数据检测的准确性；
具体的，为了保证试验植物正常的生长需求以及保证试验前各对照组的参数数据
一致，本实施例中的外培养容器2连通有外进气管3、外出气管4和外输水管5，外进气管3连接有气泵18，本实施例中通过气泵18将外界空气抽入外培养容器2中；外输水管5的活动端设置在水箱中并通过蠕动泵进行驱动将水抽入外培养容器2中，外培养容器2上设有提供光照的可调LED光源7，可调LED光源7连接有可调压电源，外培养容器2内设置有气体浓度检测装置、温湿度检测装置和气压检测装置，其中，气体浓度检测装置可以为二氧化碳浓度传感器，温湿度检测装置和气压检测装置可以集合为一个温湿气压传感器；在使用时，本实施例中通过外进气管3向外培养容器2内注入气体用于控制外培养容器2内的二氧化碳浓度，通过外输水管5向培养箱1内输送水分来控制培养箱1内湿度，进而可以保证在进行不同光照强度对植物光固碳能力的影响试验之前使得不同培养箱1内的二氧化碳浓度和湿度相同；
进而在通过可调LED光源7进行光照一段时间后，可以通过培养箱1内的二氧化碳浓度和湿度变化来反映对应对应参数条件下试验植物的固碳能力；
本实施例中可调LED光源7为波长在1100nm‑200nm的光源；其中，可调LED光源7具体可以为红光、远红光、紫光、蓝光、绿光、白光、暖白光、冷白光、紫外线A、紫外线B和紫外线C中的一种或多种，其中紫外线A为波长在320‑400nm波段的紫外线；紫外线B为波长在280‑
320nm波段的紫外线；紫外线C为波长在100‑280nm波段的紫外线；
同理，本实施例中的内栽培容器6上也连通有内进气管8、内出气管9和内输水管
10，可以通过内进气管8、内出气管9和内输水管10向内栽培容器6内输气、输水、输肥，进而在对外培养容器2进行试验监测时保证试验植物的正常生长需求；同理内进气管8也连接有气泵，内输水管10的活动端也设置在水箱中并通过蠕动泵进行驱动，为了监测或调节内栽培容器6内的二氧化碳浓度、温湿度或其他参数，也可以将对应参数的检测传感器设置在内栽培容器6中；进而使得该装置在对外培养容器2进行试验前，可以更精确的对内栽培容器6内的各参数进行控制，进一步保证试验的准确性；同时，也可以在保证培养箱1中外培养容器2内各参数保持一致的情况下，通过控制内栽培容器6中的二氧化碳浓度、湿度、水肥供给等参数中的一个参数来对应监测一定时间内外培养容器2内二氧化碳浓度和湿度的变化量，进而反应出内栽培容器6（即植物根部外界环境）中参数数据不同是否会对植物固碳能力产生影响；
进一步的，如图3和4所示，本实施例中的内栽培容器6包括上下密封设置的下容器体6‑1和上容器体6‑2，下容器体6‑1为顶部敞口的桶体结构，栽培基质从顶部敞口放入并堆积铺设在下容器体6‑1内，试验植物的根部对应种植在栽培基质中；上容器体6‑2则对应包围下容器体6‑1顶部敞口以及试验植物的根部从而形成相对密封的独立空间；具体的，本实施例中的上容器体6‑2包括密封配合在下容器体6‑1顶部敞口边缘上的底部包裹开口6‑2‑
1、中部形成空腔的弹性连接部6‑2‑2和位于顶端的弹性包裹开口6‑2‑3；如图4所示，本实施例中的上容器体6‑2为弹性橡胶材料制成，在使用时底部包裹开口6‑2‑1通过向外弹性变形进而夹紧密封在下容器体6‑1顶部的敞口外侧，同理，使得弹性包裹开口6‑2‑3向外变形夹紧密封在试验植物的主干外侧，进而通过上容器体6‑2实现对试验植物根部的包裹密封；
试验植物的主干部分从弹性包裹开口6‑2‑3内穿出并与弹性包裹开口6‑2‑3紧密贴合，进而使得试验植物上端的茎叶部分位于外培养容器2内的同时使得试验植物下端的根部和栽培基质包裹密封在下容器体6‑1内；进而使得植物的茎叶和根茎部分通过内栽培容器6进行分隔处于两个互相独立的空间中；
更进一步的，如图3所示，本实施例中的培养箱1包括前端设有放置开口的箱体1‑1以及密封设置在放置开口外侧的密封门1‑2，本实施例中的密封门1‑2和箱体1‑1包围形成密封的内部空间；进一步的，为了保证内部空间的密封性，在箱体1‑1前端外侧设有环绕箱体1‑1开口一周设置的接触部22，密封门1‑2向外延伸并与接触部22的尺寸对应设置，接触部22前端面上凸出设置有用于与密封门1‑2内侧面实现接触密封的密封部23，接触部22上设有将密封门1‑2按压固定在密封部23外侧的可拆卸连接结构；具体的，本实施例中的密封门1‑2左侧通过铰链与接触部22转动连接，并且使得接触部22与箱体1‑1前端开口密封连接，密封部23为弹性密封圈；其中，可拆卸连接结构包括分别对应开设在接触部22和密封门
1‑2上的螺钉孔30以及从外向内旋入螺钉孔30内的固定螺钉31，螺钉孔30开设在密封部23外侧；在进行密封时，将固定螺钉31依次旋入螺钉孔30中，进而将密封门1‑2在固定螺钉31逐渐旋入的过程中按压密封在密封部23外侧。

[0021] 本实施例中为了便于直观的观测培养箱1内的植物情况，使得培养箱1采用玻璃材料制成，同时使得可调LED光源7安装在外培养容器2上端外侧，即培养箱1的上端外侧；为了便于管路的拆卸连接以及培养箱1的加工制作同时保证培养箱1的密封效果，本实施例中在箱体1‑1后端左右两侧开设有安装孔11，安装孔11外侧设有密封连接在培养箱1外壁上且包围安装孔11设置的定位连接板12，定位连接板12上安装有分别与外进气管3、外出气管4、外输水管5、内进气管8、内出气管9和内输水管10连接的管路接头13；管路接头13穿过定位连接板12并与定位连接板12密封连接；在使用时，通过软管套在管路接头13外侧的连接端上，实现外进气管3、外出气管4、外输水管5分别与外培养容器2的连接；同时，为了实现内进气管8、内出气管9和内输水管10与内栽培容器6的连接，可以在内栽培容器6上也对应设置管路接头，进而先通过软管与定位连接板12上的管路接头13外侧的连接端连接，再通过其他的软管连接定位连接板12上的管路接头13和内栽培容器6上的管路接头，从而通过分段连接的方式实现内进气管8、内出气管9和内输水管10与内栽培容器6的连接；实施例中的定位连接板12采用聚碳酸酯材料制成，由于玻璃材质的培养箱1打小
孔相对较为困难，多个小孔容易导致玻璃碎裂，而在聚碳酸酯的定位连接板12上打小孔相对较为简单，进而本实施例中采用在玻璃培养箱1上打大孔再通过带有小孔的定位连接板
12进行密封安装的方式来安装管路接头13，进而使得培养箱1的加工相对较为方便，同时便于管路接头13的安装与拆卸；
如图3所示，由于密闭环境中空气不进行流动会导致空气分层，二氧化碳会下沉至外培养容器2底部，进而影响试验植物的光合作用同时影响二氧化碳浓度检测装置的检测，进而需要保证培养箱1内的空气流动，本实施例中的培养箱1内设置有气体驱动装置14，进而在试验过程中可以通过气体驱动装置14带动外培养容器2内的分层空气进行混合移动；
更进一步的，本实施例中的气体驱动装置14可以设有两个，两个气体驱动装置14
分别位于箱体1‑1内的左右两侧，左端的气体驱动装置14可以带动底部沉积的二氧化碳从下往下流动，而右端的气体驱动装置14则使得顶部的气体从上往下流动，进而使得外培养容器2中的空气进行顺时针方向流动，从而使得外培养容器2中的空气混合的更加的均匀；
更进一步的，本实施例中的外进气管3设置在箱体1‑1左侧，外出气管4设置在箱体
1‑1的右侧，对应的使得气体驱动装置14分别位于外进气管3和外出气管4下端，同时使得左端气体驱动装置14带动气体从下往上流动，右端气体驱动装置14带动气体从上往下流动；
进而在外培养容器2中的二氧化碳沉积时，左端的气体驱动装置14可以带动底部沉积的二氧化碳从下往下流动，而右端的气体驱动装置14则使得顶部的气体从上往下流动，进而使得外培养容器2中的空气进行顺时针方向流动，同时使得左侧的外进气管3进气，进而使得沉积的二氧化碳顺时针流动并与新进入的空气进行混合，而上端的气体在顺时针流动时则首先经过右侧的外出气管4，进而使得其中二氧化碳含量交底的部分气体从外出气管4中向外排出，进而对应的增大了培养箱1内的二氧化碳浓度；当需要外培养容器2或内栽培容器6中保持较高的二氧化碳浓度时也可以直接通过外进气管3和内进气管8输入二氧化碳气体；
相反的，如果需要对应减小培养箱1内的二氧化碳浓度，使得左端的气体驱动装置
14带动气体从上往下流动，而右端的气体驱动装置14带动气体从下往上流动，进而在二氧化碳沉积时，培养箱1内的气体在气体驱动装置14的作用下进行逆时针方向的流动，同时左侧的外进气管3进气，下端沉积的二氧化碳逆时针方向流动，进而使得部分二氧化碳气体从右侧的外出气管4向外排出，从而对应的减小了培养箱1内的二氧化碳浓度；当需要外培养容器2或内栽培容器6中保持较低的二氧化碳浓度时也可以直接通过外进气管3和内进气管
8输入氧气；
具体的，如图3所示，本实施例中的气体驱动装置14包括位于箱体1‑1内的驱动风扇以及安装在驱动风扇下端用于在驱动风扇下方形成流动空间的支撑定位部15，本实施例中在驱动风扇下端安装有支撑定位部15，进而使得驱动风扇的处于一定高度的安装位置，实现了对驱动风扇的安装定位的同时还可以使得驱动风扇下端形成有流动空间，进而实现气体在外培养容器2内的定向流动，同时留有流动空间还可以使得沉积的二氧化碳直接位于驱动风扇的下端，便于驱动风扇直接快速的驱动沉积的二氧化碳流动，避免沉积的二氧化碳在未经过外进气管3或外出气管4时与上端空气的混合；
左右气体驱动装置14之间设有安装在箱体1‑1内的控制器16，气体浓度检测装置
和温湿度检测装置安装在控制器16上，如图3所示，本实施例中二氧化碳浓度传感器设置在控制器16上端左侧，温湿气压传感器则设置在控制器16上端中心位置，控制器16上还设有位于温湿度检测装置上端且朝向LED 光源设置的光照传感器17；其中，本实施例中的控制器16设置在箱体1‑1底部并位于左右气体驱动装置14之间，进而相对延长了箱体1‑1底部沉积二氧化碳的流动路径，进而使得气体定向流动时可以带动大部分沉积在箱体1‑1底部的二氧化碳气体流动；
具体的，本实施例中的气泵18和蠕动泵19分别通过继电器20电性连接有电源24，
外进气管3和内进气管8上均设有位于箱体1‑1和气泵18之间的电磁阀21；在外进气管3和内进气管8上进一步设置电磁阀21可以进一步确认输气信号，进而在需要向外培养容器2内充入空气时，不仅需要启动气泵18而且需要开启电磁阀21才能使得气体可以通入外培养容器
2中，进而保证输气信号的准确执行，保证实验结果的准确性；
如图1和5所示，本实施例中的实验装置还包括有控制箱25，控制箱25内通过分隔
板26水平分隔有若干个放置空间，气泵18固定安装在上端放置空间内，气泵18上端设有安装在放置空间内的间隔支撑板27，电磁阀21固定连接在间隔支撑板27上端并与气泵18对应设置，气泵18和电磁阀21对应安装，进而在出现故障时便于对气泵18和电磁阀21进行对应检查；同时间隔支撑板27可以为金属导热材料制成，进而可以便于气泵18的散热；
其中，在放置空间内还设有分别与继电器20、电源24和电磁阀21电性连接的控制
电路板28，本实施例中的控制电路板28外侧设有保护盒，控制电路板28上连接有分别与培养箱1对应设置的数据存储器29，通过数据存储器29可以将培养箱1内各参数的实时数据变化进行记录存储，便于后续的记录和研究；
本实施例中还公开了一种植物碳汇实时监测实验装置的使用方法，包括以下步
骤：
步骤一：将叶片数量、大小相同的试验植物移植在下容器体6‑1中且保证移植后的试验植物存活，再将上容器体6‑2下端的底部包裹开口6‑2‑1向外拉开套在下容器体6‑1顶部的敞口外侧，使得上容器体6‑2上端的弹性包裹开口6‑2‑3向外拉开套在试验植物的主干外侧，进而通过上容器体6‑2对试验植物根部进行包裹密封；
步骤二：将步骤一中带有试验植物的内栽培容器6放入外培养容器2的下部并将内
进气管8、内出气管9和内输水管10分别与内栽培容器6连接，关闭密封门1‑2使得培养箱1内部空间密封且分为外部的外培养容器2以及内部的内栽培容器6，进而使得试验植物的茎叶部分处于外部的外培养容器2内，使得试验植物的根部处于内部的内栽培容器6中；
步骤三：通过气泵18和外进气管3向外培养容器2内通气，外培养容器2内气压增大进而使得部分气体从外出气管4向外排出，进而使得外培养容器2内的气体浓度变化，进而实现不同培养箱1内气体浓度的调节；同理，通过气泵18和内进气管8向内栽培容器6内通气以调节内栽培容器6内的气体浓度；通过蠕动泵19和外输水管5向外培养容器2内通入水，进而改变外培养容器2内的湿度；同理，通过蠕动泵19和内输水管10改变内栽培容器6内的湿度。

[0022] 当需要检测光照强度对植物光固碳能力的影响时，可进行第四步骤：通过可调压电源使得不同培养箱1上的可调LED光源7的光照强度不同，同时通过外进气管3和外输水管5来保证培养箱1内湿度、二氧化碳浓度相同；培育一段时间后，通过分别检测外培养容器2内的湿度和二氧化碳浓度变化来间接反映植物光固碳能力；同时该装置也可以检测不同光周期的情况下植物的固碳能力；具体的，通过控制调压电源的开关时间来改变可调LED光源的工作时间进而改变光周期，最后在培育一段时间后，通过分别检测外培养容器2内的湿度和二氧化碳浓度变化来间接反映植物光固碳能力；
本实验装置中将试验植物的茎叶和根部分别包围密封在不同的独立空间内，进而
避免植物根部和栽培基质在对植物茎叶部分进行光固碳能力实验时产生影响，以保证实验结果的准确性；同时本实验装置还可以进行不同参数条件下的对照实验，当需要进行不同波长的光照实验对植物光固碳能力的影响时，只需在步骤三中使得可调LED光源7发射不同红光或蓝光再使得外培养容器2和内栽培容器6内其他参数保持一致即可；同时，本实验装置在实验时还可以分别对植物茎叶和根部外侧的二氧化碳浓度和湿度变化进行监测记录；
进而可以实验检测当植物根部处于不同的二氧化碳浓度或湿度时是否对植物光固碳能力产生影响；同时甚至可以使得外培养容器2和内栽培容器6处于不同的二氧化碳浓度或湿度中，进而进一步研究对试验植物的光固碳能力是否存在影响。

[0023] 本发明的说明书与权利要求书中会使用某些词汇来指称特定产品。本技术领域中具有通常知识者应理解，制造商可能会以不同的名称来指称相同的组件。本文并不意在区分那些功能相同但名称不同的组件。在下文说明书与申请专利范围中，“包含”、“具有”与“包括”等词为开放式词语，因此其应被解释为“含有但不限定为...”之意。

[0024] 以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。