本發(fā)明屬于根系生物學、植物營養(yǎng)學、生態(tài)學和環(huán)境科學領域，具體涉及一種植物根層氧化還原電位調控的培養(yǎng)裝置及通過基質盆栽手段對根際氧化還原電位進行調控的裝置及其調控方法。

背景技術：

氧化還原電位是是土壤一項重要的理化指標。高氧化還原電位說明土壤處于氧化狀態(tài)，鐵、錳、鉻、砷等變價元素被轉化為高價態(tài)；反之，低氧化還原電位說明土壤處于還原狀態(tài)，變價元素轉化為低價態(tài)。這些變價元素處于不同價態(tài)時的溶解度、遷移能力及生物效應存在差異。因此土壤的氧化還原電位與植物的養(yǎng)分有效性以及遭受毒害的潛在有密切聯(lián)系。另一方面土壤經歷頻繁的氧化還原交替過程后，鐵、錳會以氧化物或氫氧化物的形式沉積在根表。這些結晶態(tài)或非結晶態(tài)鐵膜對土壤溶液中的磷、鋅和銅等營養(yǎng)元素以及鉛、鎘、砷和鋁等有害元素都有較強的吸附作用，它一方面能充當根際養(yǎng)分庫，另一方面能阻止有害元素被植物吸收。根表鐵膜的結晶度會發(fā)生變化，從而改變鐵膜的表面性質及吸附土壤中營養(yǎng)元素及有害元素的能力。因此對土壤的氧化還原變化研究在提高養(yǎng)分吸收利用效率、保障農產品安全、明晰元素循環(huán)流動等方面具有重要的意義。

通過營養(yǎng)液培養(yǎng)來研究植物的根系是目前比較常用的手段，如公開號jp2000342092a、中國專利申請200920273764.2、us2013081327a1公開的三種水生植物漂浮培養(yǎng)裝置。然而并非所有水生植物的根系都徹底懸浮于營養(yǎng)液中，相當一部分植物仍然需要著生在一定的固體基質上并依賴其提供養(yǎng)分；此外一些根系活動過程需要在固液氣三相并存的非均相環(huán)境中才能進行。對于旱生植物而言，營養(yǎng)液培養(yǎng)狀態(tài)更不能很好地反映真實的根際過程。因此能簡便地對根系進行取樣、觀察的固體基質栽培條件下水生植物觀測裝置能更方便地對根系及其根際過程進行研究。然而盡可能模擬植物原有生活環(huán)境和方便取樣觀察兩者是一對矛盾，使用土壤、泥炭等粘性生長基質能很好地貼近原有生活環(huán)境，但對根系取樣觀察時清潔根系并不方便，同時根表鐵膜還可能會因不恰當的清洗方式或條件而被洗去，從而失去研究價值；使用砂、珍珠巖等非粘性生長基質固然方便清理，但由于其吸持養(yǎng)分的能力不及粘性基質好，因此在其上進行的培養(yǎng)試驗結果與自然條件下的結果存在較大差異。盡管如此，目前基于砂培的技術方案也有較多的報道，如cn1602670a公開了一種可用于水生植物的生態(tài)學研究的栽培方案，

目前測量土壤氧化還原環(huán)境的儀器及配套應用技術已經相當成熟，如cn201837609u公開了一種流體氧化還原檢測電位瓶，cn2588364y公開了一種可以測量土壤氧化還原電位的土壤腐蝕測量裝置，cn1705882a公開了一種氧化還原電位的生物傳感器，ep0853241b1公開了一種可以檢測地下水氧化還原電位的裝置。對土壤氧化還原電位進行調控的技術也比較成熟，cn102972113a公開了一種通過稻草覆蓋和使用堿性降酸調濕復合改良劑改變土壤氧化還原電位的技術，cn102847453a和cn103274566a公開了兩種可用于提升土壤氧化還原電位的微通氣技術。此外，目前已經有商品化的能實現(xiàn)調控氧化還原電位的控制器，如eutechinstrument的alphaph190和alphaph2000，但這兩種裝置并沒有給出執(zhí)行調控的技術方案。但目前將上述技術綜合，給出一套能有效地自動調控土壤氧化還原電位的培養(yǎng)觀測裝置的報道還缺乏。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有植物根系研究技術的不足，提出一種植物根層氧化還原電位調控的培養(yǎng)裝置和植物根層氧化還原電位調控裝置。所述裝置能協(xié)調盡量模擬根系原有生活環(huán)境及方便取樣觀察兩者之間矛盾，同時能在取樣時盡量保持對根系完整性。本發(fā)明的植物根層氧化還原電位調控裝置實現(xiàn)了在培養(yǎng)過程中對根系生長的氧化還原電位進行自動調控。

本發(fā)明的另一個目的是提供基于所述裝置實現(xiàn)在培養(yǎng)過程中對根系生長的氧化還原電位進行調控的方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術方案：

一種植物根層氧化還原電位調控的培養(yǎng)裝置，包括上端開口的容器、設在容器中的圓筒且圓筒的一端固定在容器的底部，所述圓筒外側與容器內側之間通過若干豎直的隔層分隔成多個區(qū)域，所述豎直的隔層連接圓筒并且沿圓筒的徑向方向延伸；

所述培養(yǎng)裝置還包括隔土網和定植筒，所述隔土網固定在相鄰的隔層上，并將由隔層分隔成的每一個區(qū)域分成兩個區(qū)域；所述定植筒設置在由相鄰隔層、隔土網和圓筒外側所形成的區(qū)域內。

所述圓筒的側壁為網狀或圓筒的側壁設有通孔，優(yōu)選為圓筒中部的側壁為網狀或設有通孔。所述網狀的孔徑或通孔的孔徑為100～500μm。所述圓筒的頂端開口。所述圓筒為塑料筒，圓筒的高度與容器內腔的高度相同。

優(yōu)選地，中部側壁(網狀側壁或設有通孔的側壁)的面積占側壁總面積的80％～95％。

所述定植筒內填充有石英砂混合物，所述定植筒外側與隔土網內側所形成區(qū)域以及圓筒內填充有摻入石英砂混合物的土壤，所述隔土網外側與容器內側所形成的區(qū)域填充有土壤。所述土壤與摻入石英砂混合物的土壤的來源相同。所述土壤經過粉碎。

所述粉碎后的土壤能通過2～5mm的土篩。

所述定植筒內填充的石英砂混合物由粒徑為1～2mm的石英砂，粒徑為0.2～1mm的石英砂和粒徑小于0.2mm的石英砂組成的混合物；每一種粒徑的石英砂的質量百分含量不少于10％，優(yōu)選為不低于20％。

所述定植筒外側與隔土網內側所形成區(qū)域填充的摻入石英砂混合物的土壤中石英砂質量含量在20％以上，優(yōu)選為不少于30％；摻入的石英砂混合物與定植筒內石英砂混合物成分相同。

所述容器為空心的柱體或臺體；所述容器的底部或側壁設有排水閥。

所述容器的材質為陶土、不銹鋼或玻璃等耐長期淹水及中強度酸腐蝕材料，其厚度能承載5kg以上的生長基質。

所述隔層為分隔板，由不透水且在土壤溶液中化學性質穩(wěn)定的硬質材料制成；不具有通透性的。分割空間的目的是制造幾個相對獨立空間方便對個別空間進行澆水、施肥時互不影響。

所述隔層的個數優(yōu)選為2～6個，所述隔層優(yōu)選為均勻分布。

所述隔層的厚度為0.5～1cm，其高度低于容器內腔高度1～3cm。

所述隔土網為能被固定在隔層上，且能被拆卸的網。所述隔土網將每一個由隔層分隔的區(qū)域分成2個區(qū)域。

所述隔土網材質為尼龍或不銹鋼。所述隔土網的孔徑為2～5mm。

所述定植筒為頂端開口的中空腔體，腔體壁設有通孔，孔徑≤0.2mm。所述定植筒的外壁與圓筒的外壁間最短的距離≤1cm。

所述中空腔體有底或無底。所述定植筒優(yōu)選為袋狀物或有底或無底圓柱狀中空腔體。所述定植筒由尼龍布制成。

所述定植筒的中空腔體尺寸應能容納植物根系在其整個生活史中自由伸展。

所述隔土網固定在隔層上的固定方式以及隔層連接圓筒的連接方式包括但不僅限于插槽固定、卡槽固定、螺旋夾固定和插銷固定。

一種植物根層氧化還原電位調控裝置，包括上述植物根層氧化還原電位調控的培養(yǎng)裝置，還包括植物根層氧化還原電位調控系統(tǒng)。

所述植物根層氧化還原電位調控系統(tǒng)包括氧化還原電位儀、供氣設備、供液設備、電源電路和開關電路；所述氧化還原電位儀、開關電路和電源電路設在同一控制器中，所述供氣設備和供液設備通過導線與控制器連接；所述控制器設有定位旋鈕，設定電位調節(jié)旋鈕，參比電極電位補償旋鈕，測量/設定開關，電源開關，電位顯示窗口，電源開關。

所述氧化還原電位儀包括探測電極、參比電極電位補償電路、測量基準電壓電路、測量比較電路和譯碼顯示電路，其量程為-900mv～900mv。探測電極至少有一個電極通過鹽橋與土壤相通，其至少一個電極位于定植筒旁。

優(yōu)選地，氧化還原電位儀的靈敏度不低于0.5mv。

優(yōu)選地，測量比較電路的測量原理為對消法。

作為優(yōu)選方案之一，探測電極由鉑電極和甘汞電極組成。

作為優(yōu)選方案之一，甘汞電極通過鹽橋與土壤相連，鉑電極置于定植筒旁，定植筒外壁與鉑電極距離≤1cm。

優(yōu)選地，參比電極電位補償電路能將0～400mv的可調節(jié)電壓補償到探測電極的輸出電壓上。

優(yōu)選地，測量比較電路采用靜電計級運算放大器作為主元件。

優(yōu)選地，譯碼顯示電路采用位液晶、數碼管或發(fā)光二極管組作為顯示輸出設備。

所述供氣設備由氣泵、氣源、供氣管、氣體流量調節(jié)器和供氣頭組成，所述供氣管一端連接氣泵，另一端連接供氣頭，氣體流量調節(jié)器安裝在供氣管靠近供氣頭側。所述供氣設備還包括防堵罩，將供氣頭罩住。所述供氣頭置于圓筒內。

優(yōu)選地，供氣頭為疏松多孔的素瓷或浮巖制圓柱體。

所述供氣設備能夠提供提升氧化還原電位的氣體和降低氧化還原電位的氣體。所述氣源貯存有提升氧化還原電位的氣體和/或降低氧化還原電位的氣體。

所述氣體為空氣、氧氣、二氧化碳和/或氮氣。

優(yōu)選地，提升氧化還原電位所用氣體為空氣或氧氣，降低氧化還原電位所用氣體為空氣、氮氣或二氧化碳。即空氣既可用于提高氧化還原電位，也可用于降低氧化還原電位。

所述供氣設備的輸出氣體流量為0～100l/min。

所述供液設備由水泵、儲液罐、供液管、液體流量調節(jié)器和出水口組成，所述供液管將儲液罐、水泵、液體流量調節(jié)器和出水口依次串聯(lián)起來；所述出水口為蓮蓬狀，上帶有許多小孔。所述出水口置于圓筒內。

優(yōu)選地，儲液罐的容積不小于1l。

所述液體流量調節(jié)器能使供液設備輸出流量為0～300ml/min。

優(yōu)選地，所述供液設備能夠提供氧化性溶液和還原性溶液，氧化性溶液是過氧化氫或過氧乙酸溶液，還原性溶液是連二亞硫酸鈉、檸檬酸鈦或葡萄糖溶液。

所述提高或降低氧化還原電位的溶液濃度在1μmol/l～1mol/l之間。

所述電源供應供液設備和供氣設備的交流電和供開關電路的直流電。

作為優(yōu)選方案之一，供應的交流電為50hz、220v，直流電為±5v和15v。

所述開關電路由開關基準電壓電路、開關比較電路及無觸點開關組成，其動作電位能在-450mv～600mv之間調節(jié)。其響應時間不大于20ms。動作電位通過調節(jié)開關基準電壓電路的輸出電壓獲得，通過從氧化還原電位儀獲得的電壓和開關基準電壓電路的輸出電壓(即動作電壓)通過比較電路比較，由比較電路控制開關電路接通或斷開供氣設備或供液設備。所述無觸點開關為具有開關功能的電子元件。

所述開關基準電壓電路和參比電極電位補償電路可采用分立元件或集成電路元件組成恒壓源電路。

優(yōu)選地，開關比較電路選用高精度集成電路電壓比較器。

優(yōu)選地，無觸點開關選用大功率單向或雙向晶閘管作為主控元件。

所述開關電路能在氧化還原電位儀的輸出電壓低于所設動作電位一定偏移值時啟動供氣設備向土壤輸送提高氧化性氣體或啟動供液設備向土壤輸送氧化性溶液以提高土壤氧化還原電位；在氧化還原電位儀的輸出電壓高于所設動作電位一定偏移值時啟動供液設備向土壤輸送還原性溶液或啟動供氣設備向土壤輸送還原性氣體以降低土壤氧化還原電位。當氧化還原電位儀的輸出電壓與所設動作電壓的差值小于偏移值時，開關電路提前停止供氣設備和供液設備。

作為優(yōu)選方案之一，所述偏移值為10mv。

一種利用上述調控裝置的調控植物根層氧化還原電位的方法，包括如下步驟：

(1)安裝植物根層氧化還原電位調控的培養(yǎng)裝置；

(2)分別選取粒徑為1～2mm，0.2～1mm以及粒徑小于0.2mm的石英砂，并將三種石英砂進行混合，得到石英砂混合物；每一種粒徑的石英砂的質量百分含量不少于10％，優(yōu)選為不低于20％；

(3)將土壤粉碎后過2～5mm篩，根據需要施入肥料，并摻入步驟(2)獲得的石英砂混合物使其含砂量不少于20％，優(yōu)選不少于30％，得到含石英砂的土壤；

(4)在定植筒內填充按步驟(2)獲得的石英砂混合物，每一個由相鄰隔板、隔土網和圓筒外側所形成的區(qū)域內埋置一個定植筒；定植筒外側與隔土網內側所形成區(qū)域以及圓筒內填充按步驟(3)獲得的含石英砂的土壤，隔土網外側與容器內側所形成的區(qū)域填充土壤，土壤層高度低于分隔板及圓筒上沿0～3cm；

所述定植筒的上部開口與石英砂層上沿平齊；定植筒內的石英砂層、定植筒外側與隔土網內側所形成區(qū)域內以及圓筒內的含有石英砂的土壤層和隔土網外側與容器內側所形成的區(qū)域內的土壤層高度一致；

(5)將需要定植的植物移栽進入定植筒的石英砂內；

(6)關閉排水閥，向裝置內注水至水面高出土壤層或石英砂層或含有石英砂的土壤層0～5cm；

(7)組裝氧化還原電位調控系統(tǒng)，連接相應的導線和管路；

(8)對氧化還原電位儀進行校正，根據所使用的參比電極和當前溫度計算參比電極的電極電勢，并將參比電極電位補償旋鈕調節(jié)到相應位置；

(9)將與氧化還原電位儀中甘汞電極相連的鹽橋、供氣設備中供氣頭及供液設備中出水口埋置在圓筒內含有石英砂的土壤中，將氧化還原電位儀中鉑電極埋置在定植筒旁；

(10)開啟氧化還原電位調控系統(tǒng)，設定所需的氧化還原電位，系統(tǒng)將通過供氣設備和/或供液設備自動調節(jié)土壤氧化還原電位至所設定值并將其維持在所設范圍內，必要時通過開啟排水閥來輔助調控，從而實現(xiàn)植物根層氧化還原電位的調控。

本裝置的原理為：插入含有石英砂的土壤中的一對電極以土壤溶液為電解質形成原電池，其電勢信號經參比電極電位補償電路加上參比電極電勢以折算成以氫電極為基準的電勢差并修正ph和溫度影響后，與測量基準電壓電路輸出的基準電壓在測量比較電路進行比較后通過譯碼顯示電路顯示。同時電極電勢信號與開關基準電壓電路輸出的基準電壓在開關比較電路比較后，由開關比較電路發(fā)出需要提高或降低氧化還原電位的判斷，然后發(fā)出信號啟動或暫停供氣設備或供液設備工作。而供氣設備及供氣裝置向土壤供應能提高氧化還原電位的或者降低氧化還原電位的氣體或液體以改變土壤氧化還原電位。本發(fā)明的植物根層氧化還原電位調控系統(tǒng)進行氧化還原電位調控的原理示意圖如圖9所示。

具體來說，本發(fā)明實現(xiàn)了以下顯著的技術效果：

(1)本發(fā)明所設計的培養(yǎng)裝置設計時考慮到不同植物各階段根系的生長空間需求，能靈活地通過改變外容器內腔中圓筒及隔土網所分割出的空間的大小，配合以適當大小的定植筒來適應不同生長時期根系的大小，故本發(fā)明所述裝置適用于各種實驗時間長度的植物根系研究。

(2)本發(fā)明所設計的培養(yǎng)裝置沒有單純?yōu)榱朔奖闱謇砀刀捎脝我坏姆丘ば曰|，而在外圍采用自然狀態(tài)下的土壤，然后通過摻入石英砂的自然土壤過渡到全石英砂介質，使整個培養(yǎng)介質具有較高的環(huán)境緩沖性；因此本發(fā)明所述裝置能在盡可能貼近其自然生長條件且不妨礙根系正常伸展的情況下供受試植物生長。同時，該結構有利于調控氧化還原電位的液體或氣體擴散，提高調控效率。

(3)在根系生長的最主要區(qū)域——定植筒采用石英砂培養(yǎng)，在定植筒外側和隔土網之間的空間用高含砂量的土壤作為過渡；與根系直接接觸的是非粘性的石英砂，所以這一方案能在采樣時減少因根系清理造成的根表鐵膜損失。

(4)本發(fā)明所設計的裝置能根據試驗設計的需求，在相對寬的范圍內調節(jié)土壤氧化還原電位，并通過調控系統(tǒng)自動將其維持在一定范圍內。

(5)本發(fā)明用于調控氧化還原電位的氣體和液體對土壤友好且成本低廉，對土壤不造成殘留污染。

附圖說明

圖1為本發(fā)明植物根層氧化還原電位調控裝置的整體結構示意圖；其中1-容器，2-排水閥，3-隔層，4-隔土網，7-圓筒中側壁(尼龍網)，8-定植筒，11-供氣管，12-氣體流量調節(jié)器，13-氣泵，14-氣源，16-供液管，17-液體流量調節(jié)器，18-水泵，19-儲液罐，20-控制器，21-鉑電極，22-參比電極，23-鹽橋，24-定位旋鈕，25-設定電位調節(jié)旋鈕，26-參比電極電位補償旋鈕，27-測量/設定開關，28-電源開關，29-電位顯示窗口，30-導線；

圖2為本發(fā)明植物根層氧化還原電位調控的培養(yǎng)裝置(包括置于圓筒內的部分供氣設備和部分供液設備)的剖視示意圖；其中1-容器，3-隔層，4-隔土網，5-卡槽，6-圓筒，7-圓筒中側壁(尼龍網)，8-定植筒，9-供氣頭，10-防堵罩，11-供氣管，15-出水口、16-供液管，21-鉑電極，23-鹽橋，30-導線；

圖3為本發(fā)明的培養(yǎng)裝置中上端開口的容器的結構示意圖；其中1-容器，2-排水閥；

圖4為本發(fā)明的培養(yǎng)裝置中隔層的結構示意圖；

圖5為本發(fā)明的培養(yǎng)裝置中隔土網的結構示意圖；其中4-隔土網，5-卡槽，

圖6為本發(fā)明的培養(yǎng)裝置中圓筒的結構示意圖；其中6-圓筒，7-圓筒中側壁(尼龍網)；

圖7為本發(fā)明的培養(yǎng)裝置中定植筒的結構示意圖；

圖8為本發(fā)明的培養(yǎng)裝置中圓筒、隔層和隔土網組合的結構示意圖；其中3-隔層，4-隔土網，5-卡槽，6-圓筒，7-圓筒中側壁(尼龍網)；

圖9為本發(fā)明的植物根層氧化還原電位調控系統(tǒng)進行氧化還原電位調控的原理示意圖；

圖10為實施例1中采用植物根層氧化還原電位調控裝置時土壤氧化還原電位隨時間變化曲線圖；

圖11為實施例2中采用植物根層氧化還原電位調控裝置時土壤氧化還原電位隨時間變化曲線圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例和附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

實施例1

本實施例所提供一種植物根層氧化還原電位調控裝置，并以種植水稻為例說明。圖1為本發(fā)明調控裝置整體結構示意圖，圖2為本發(fā)明的培養(yǎng)裝置的剖視示意圖。

本發(fā)明的調控裝置包括上端開口的容器1，所述容器1為中空圓柱體的陶土盆，內腔半徑為12.5cm，高度為26cm；容器的側壁下部有一排水閥2，用以快速排出外層容器中的自由水，兩者結合后，上端開口的容器1的結構示意圖如圖3所示。

本發(fā)明的調控裝置還包括設在容器中的圓筒6且圓筒的一端固定在容器的底部，所述圓筒6外側與容器內側之間通過3個豎直的隔層3分隔成3個區(qū)域，所述豎直的隔層3連接圓筒6并且沿圓筒6的徑向方向延伸。所述隔層3為分隔板，分隔板為10×23.5×0.4cm的塑料板(隔層的結構示意圖如圖4所示)。所述圓筒6為半徑2.5cm，高25cm的硬質無底塑料筒，其中部的側壁為孔徑為0.5mm的網狀結構7(尼龍網)，尼龍網7所占的面積為圓筒側壁面積的80％，其結構示意圖如圖6所示。

所述調控裝置還包括隔土網4和定植筒8，所述隔土網4通過兩側的卡槽5固定在相鄰的分隔板3上，并將由分隔板3分隔成的每一個區(qū)域分成兩個區(qū)域；所述定植筒8設置在由相鄰隔板3、隔土網4和圓筒6外側所形成的區(qū)域內。所述隔土網4選用2mm孔徑的不銹鋼網制成，其形狀為半徑9cm，高度為15cm，圓心角為120°的圓柱面(如圖5所示)。三個相同尺寸的隔土網4相隔120°固定在分隔板上，圍成一個圓柱面。

定植筒8是用0.16mm孔徑的尼龍布制成高20cm，直徑6cm的袋狀物(如圖7所示)。三塊分隔板按“y”字形呈放射狀安裝在圓筒外側上并在分隔板上安裝隔土網后三者組合的結構示意圖如圖8所示。

容器1內側與隔土網4外側的空間填充以經過粉碎后過5mm篩的水稻土；定植筒8內填充按質量比2:2:1比例混合的粒徑為1～2mm、粒徑為0.2～1mm、粒徑<0.2mm的石英砂；隔土網4內側與定植筒8外側之間的空間和圓筒6內填充含石英砂的土壤(石英砂與定植筒內石英砂相同，土壤來源容器內側與隔土網外側的空間填充的土壤相同，含石英砂的土壤中石英砂與土壤的質量比為1:2)。所用的石英砂經過質量分數0.2％的鹽酸洗滌后，用經過除氯的自來水多次沖洗后瀝干水分得到。

所述調控裝置還包括植物根層氧化還原電位調控系統(tǒng)，所述植物根層氧化還原電位調控系統(tǒng)進行氧化還原電位調控的原理示意圖如圖9所示，包括氧化還原電位儀、供氣設備、供液設備、電源和開關電路。本實施例采用通過向土壤輸送空氣降低土壤氧化還原電位，輸送過氧乙酸提高土壤氧化還原電位的技術方案。空氣流量為75l/min，過氧乙酸流量為5ml/min。

所述氧化還原電位儀包括探測電極(鉑電極21和甘汞電極22)、參比電極電位補償電路、測量基準電壓電路、測量比較電路和譯碼顯示電路，上述各部分安裝在控制器20內。鉑電極21直接插入定植筒8旁邊的，距離圓筒1cm的土壤中，參比電極22通過鹽橋23接入圓筒內的土壤。控制器20面板上有定位旋鈕24、設定電位調節(jié)旋鈕25、參比電極電位補償旋鈕26、測量/設定開關27、電源開關28、電位顯示窗口29。定位旋鈕連接氧化還原電位儀的測量比較電路，設定電位調節(jié)旋鈕連接開關電路的開關基準電路，參比電極電位補償旋鈕連接氧化還原電位儀的參比電極電位補償電路；測量/設定開關連接氧化氧化還原電位儀，在探測電極與開關電路的開關基準電路之間切換，電源開關連接電源電路。

所述氧化還原探測電極采用鉑電極21和甘汞電極22組成原電池；所述基準電壓電路采用2.5v集成穩(wěn)壓參比管作為電壓源，比較電路采用靜電計級運算放大器；所述譯碼電路由二-十進制數模轉換器和時鐘電路組成；顯示電路采用位數碼管/發(fā)光二極管作為顯示輸出設備。

所述供氣設備如圖1和圖2所示，由供氣頭9、防堵罩10、供氣管11、氣體流量調節(jié)器12、氣泵13和氣源14組成，所述供氣管11為塑料管，一端連接氣泵13，另一端連接供氣頭9。防堵罩罩住供氣頭防止供氣頭堵塞，氣體流量調節(jié)器安裝在供氣管上并靠近供氣頭側。

氣泵13采用膜片式氣泵，氣源14使用空氣用以降低土壤氧化還原電位。

氣體流量調節(jié)器12為旋塞式，其調節(jié)范圍為氣泵輸出流量的0～100％；供氣頭9為直徑的2cm多孔陶瓷頭。

所述供液設備如圖1和圖5所示，由出水口15、供液管16、液體流量調節(jié)器17、水泵18和儲液罐19組成，所述供液管16將出水口15、水泵18和儲液罐19依次串聯(lián)起來；所述出水口15為蓮蓬狀，上帶有許多小孔；所述液體流量調節(jié)器17為螺旋止水夾。

水泵18采用微量蠕動泵，儲液罐19的容積為1l。儲液罐19內裝入0.1mmol/l過氧乙酸溶液用以提高氧化還原電位。

鉑電極21、甘汞電極22、氣泵13和水泵18通過導線30連接到控制器20上。

所述電源電路供應供液設備和供氣設備的交流電和供開關電路的直流電。供應的交流電為50hz、220v，直流電為15v和±5v，交流電直接由市電供應，直流電為經變壓器降壓后經過整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路轉換后獲得。

所述開關電路由開關基準電壓電路、開關比較電路、無觸點開關組成。所述開關基準電壓電路和開關比較電路，設置在控制器20中。開關基準電壓電路采用2.5v集成電壓參考集成電路作為電壓源，開關比較電路采用高精度電壓比較器，無觸點開關使用3a，400v雙向晶閘管。

一種利用上述調控裝置的調控植物根層氧化還原電位的方法，包括如下步驟：

(1)將圓筒6設置在容器中且圓筒的一端固定在容器的底部，取3個豎直的隔層3將圓筒6外側與容器內側之間平均分隔成3個區(qū)域，所述豎直的隔層3連接圓筒6并且沿圓筒6的徑向方向延伸；

(2)根據試驗需要，選擇合適半徑的隔土網4，將其固定在隔層3上；定植筒8設置在由相鄰隔層3、隔土網4和圓筒6外側所形成的區(qū)域內；所述定植筒的外側與圓筒外側的最短距離為0.5cm；

(3)取粒徑為1～2mm、粒徑為0.2～1mm、粒徑<0.2mm的石英砂，按質量比2:2:1比例混合，得到石英砂混合物；

(4)將水稻土壤粉碎后5mm篩，將肥料與土壤混勻，摻入步驟(3)的石英砂混合物，得到含石英砂的土壤(石英砂與土壤的質量比為1:2)；

(5)容器1內側與隔土網4外側的空間填充以經過粉碎后過5mm篩的水稻土；定植筒8內填充步驟(3)所述的石英砂混合物；隔土網4內側與定植筒8外側之間的空間和圓筒6內填充步驟(4)的含石英砂的土壤(石英砂與定植筒內石英砂相同，土壤來源與容器內側與隔土網外側的空間填充的土壤相同)；

(6)將水稻移栽進入定植筒8的石英砂內；

(7)關閉排水閥2，向裝置內注水至土壤達到田間持水量；

(8)組裝土壤氧化還原電位調控系統(tǒng)控制器20，調節(jié)定位旋鈕24對氧化還原電位儀零點進行校正；

(9)將工作電極21插入定植筒旁土壤中，同時將氧化還原探測電極中的參比電極22浸入鹽橋23杯的溶液中，將鹽橋23另一端插入圓筒的土壤中；

(10)將供氣頭9和防堵罩10及出水口15安裝圓筒內在水面以下土層中；

(11)開啟土壤氧化還原電位調控系統(tǒng)控制器20的電源開關28，將測量/設定開關27撥至設定位置，根據需要調節(jié)設定電位調節(jié)旋鈕25至所需的氧化還原電位，通過氧化還原電位儀中的電路和開關電路，系統(tǒng)將供氣設備及供液設備自動調節(jié)土壤氧化還原電位至所設定值并將其維持在所設范圍內，將測量/設定開關27撥至測量位置可以實時測量當前土壤氧化還原電位；必要時可通過開啟排水閥2來輔助調控。

現(xiàn)以將土壤氧化還原電位降低至100mv為例說明裝置的使用效果，處理開始后土壤氧化還原電位變化情況如圖10所示；圖10為實施例1中采用植物根層氧化還原電位調控裝置時土壤氧化還原電位隨時間變化曲線圖。

實施例2

本實施例除下述特征外其他特征同實施例1：所述儲液罐19內裝有30g/l過氧化氫以提升氧化還原還原電位，氣源14接氮氣以降低氧化還原電位。氮氣流量為60l/min，過氧化氫流量為1.5ml/min。下面設定土壤氧化還原電位為300mv為例說明使用效果，處理開始后土壤氧化還原電位變化情況如圖11所示，圖11為實施例2中采用植物根層氧化還原電位調控裝置時土壤氧化還原電位隨時間變化曲線圖。

實施例3

本實施例除下述特征外其他特征同實施例1：所述儲液罐19內裝有3g/l連二亞硫酸鈉以降低氧化還原還原電位，氣源14接壓縮空氣以提高氧化還原電位。

實施例4

本實施例除下述特征外其他特征同實施例1：取4個豎直的隔層3將圓筒6外側與容器內側之間平均分隔成4個區(qū)域，所述豎直的隔層3連接圓筒6并且沿圓筒6的徑向方向延伸。

上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但是本發(fā)明的實施方式不受上述實例限制，其他的任何未背離本發(fā)明精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化均為等效。