自动植物土壤水真空抽提系统

【摘要】土壤含水量的时空异质性影响着土壤水和植物茎木质部水的同位素组成。然而，土壤水分条件对广泛报道的土壤水-植物茎木质部水同位素偏差的影响尚缺乏系统地评估。为此，本研究连续两年在两个土壤水分条件不同的样地测定了柠条茎木质部水和土壤水的δ2H和δ18O值（利用全自动真空冷凝抽提系统LI-2100，北京理加联合科技有限公司）提取土壤和植物茎木质部中的水分，然后进行同位素测量）。结果表明，在较湿润的样地1，茎木质部水与土壤水在两年中都表现出明显的同位素偏差（两者的重叠率20%），土壤水-茎木质部水lc-excess差值（Δlc-excess）平均值为10.7‰，茎水SW-excess的平均值为&minus 9.1‰。但在干旱年，茎木质部水与土壤束缚水高度匹配。在土壤含水量相对较低的样地2，茎木质部水与土壤水在湿润年发生同位素偏移，两者的重叠率为20%，Δlc-excess和SW-excess平均值分别为13.7‰和&minus 11.8‰。有趣的是，在干旱年份，茎木质部水与土壤水同位素的重叠率达到97%。样地2土壤含水量与Δlc-excess值呈正相关，与SW-excess值呈负相关。本研究表明土壤束缚水与柠条茎木质部水同位素之间较高的匹配度，支持了“两个水世界”假说。土壤水-植物茎木质部水同位素偏差极有可能与土壤含水量驱动的土壤水同位素异质性密切相关。该研究结果阐明了不同水分条件下植物茎木质部水和土壤水同位素信号的变化，有助于更好地理解植物在异质土壤中如何吸收水分。【研究区域】该试验是在中国黄土高原北部六道沟小流域 (38°46′-38°51′N，110°21′-110°23′E)进行。【研究方法】(1) 土壤束缚水同位素的计算本研究中，将张力计在&minus 60 kPa压力下收集到的水分视为土壤移动水，而压力值大于&minus 60 kPa时收集到的水分则视为土壤束缚水。在土壤水分特征曲线上，土壤水吸力为60 kPa时对应的土壤含水量被认为是土壤束缚水的最大含水量。土壤水的质量含水量可以通过野外试验测定。土壤水含水量与土壤束缚水最大含水量的差值为土壤移动水的含水量。最后，根据实测的土壤水与土壤移动水的同位素值，可以计算出土壤束缚水的同位素值。式中，δLMW 、δBW、δMW分别为土壤束缚水、土壤水和土壤移动水的同位素值，θLMW、θBW、θMW分别为土壤束缚水、土壤水和土壤移动水的土壤含水量。(2) lc-excess值的计算按照Landwehr and Coplen（2006）的方法，计算了土壤水和植物茎木质部水的lc-excess值，并利用两者的差值（Δlc-excess）评估同位素偏差。Δlc-excess值越大，表明植物茎木质部水与土壤水同位素偏差越大。式中，下标“s”代表样本，a和b分别是区域降水线LMWL的斜率和截距。(3) SW-excess 值的计算按照Barbeta et al.（2019）的方法，计算了柠条茎木质部水的SW-excess值，用以评估柠条茎木质部水与土壤水同位素之间的偏离程度。若SW-excess为负值，则在δ2H-δ18O双同位素图中茎木质部水位于土壤水的下方。SW-excess值越负，表明柠条茎木质部水与土壤水同位素偏差越大。式中，下标“s”代表柠条茎木质部样本，abw和bsw分别是2018-2019年每个月份土壤水线的斜率和截距。(4) 重叠面积法评估植物-土壤水同位素偏差利用R软件中的SIBER（Stable Isotope Bayesian Ellipses）模型计算了植物茎木质部水和土壤水的重叠面积，最后给出两者的重叠面积与茎木质部水面积的比值（%）。较高的比值意味着植物茎木质部水与土壤水同位素重合度高。【结果】图1 研究期间植物水和土壤水δ18O和δ2H值的标准椭圆（95% 置信区间）。图2 样地1-2土壤水-茎木质部水分lc-excess差值（Δlc-excess）及茎水SW-excess值。图3 不同吸力下土壤水分类型示意图及样地1-2水分特征曲线。图4 植物水和不同移动性的土壤水δ18O和δ2H值的标准椭圆（95% 置信区间）。图5 土壤含水量与（a）Δlc-excess和（b）SW-excess的关系。【结论】植物茎木质部水-土壤水同位素偏差是一个复杂的问题，涉及水分提取方法、植物生理和土壤水分动态等多个方面。前人的研究已经为植物茎水同位素异质性、水分提取方法和同位素分馏如何影响同位素偏差提供了令人信服的证据，但这些影响因素均不能为本研究结果提供合理的解释。本研究在两个土壤水分条件不同的采样点，连续两年对灌木种柠条茎木质部水和土壤水进行取样。结果发现湿润样地（样地1）在丰水年或干旱年以及干旱样地（样地2）在丰水年均发生了茎水-土壤水同位素偏差，而样地2在干旱年份，柠条茎木质部水与土壤水在δ2H-δ18O双同位素空间上高度重合。此外，样地1茎木质部水与土壤束缚水同位素趋于一致，进一步支持“两个水世界”假说。样地2土壤含水量与Δlc-excess呈正相关，与SW-excess呈负相关。这些研究结果表明，土壤水-植物茎木质部水同位素偏差极有可能与土壤含水量驱动的土壤水同位素异质性密切相关。该研究也提出了一些需要解决的问题。该试验是在自然条件下进行的，目前的数据限制了我们进一步明晰水分提取技术和植物茎水同位素异质性是否会对同位素偏差产生影响。尽管这些解释并不能完全适用于本研究，但仍然不能排除这些因素对本研究的潜在影响，有必要在未来研究中全面地加以考虑。无论如何，我们的研究有助于更深入地了解植物在不同水分条件下如何利用水分，并有助于预测它们对水文气候变化的响应。

不同水体的氢氧稳定同位素可用于植物水分利用来源、水汽输送、土壤水运移和补给机制、补给源和地下水机制、水体蒸发、植物蒸腾和土壤蒸发的区分、径流的形成和汇合、重建古气候等方面的研究。因而引起了水文学家，生态学家以及气候学家等的广泛关注。但问题是：在进行水稳定同位素测试之前如何将植物木质部和土壤中的水分无分馏的提取出来？LI-2100是LICA自主研发的一款全自动真空冷凝抽提系统，且已通过CE认证。从根本上解决了植物和土壤水分提取的难题，克服了传统液氮冷却的繁琐，不仅可以防止同位素分馏，而且安全高效，不会对植物和土壤造成破坏。可与LGR水同位素分析仪和质谱仪配套使用。许多科学家已经结合LI-2100和LGR的水同位素分析仪进行了诸多研究。从研发生产至今，LI-2100在国内已经销售了近百台，国内的科研工作者利用这台仪器发表了诸多文献，得到了用户的众多好评。随着LI-2100在国内的广泛应用及众多文献的发表，国外的一些科学家也开始关注理加公司研发生产的LI-2100，理加公司也积极在海外推广该产品，由此拉开了LI-2100走出国门、走向海外的序幕。LI-2100在海外的安装案例1. 巴西国家空间研究所（INPE）应用：利用LI-2100抽提土壤、植物中的水，进行同位素相关研究。科学家简介：Laura De Simone Borma (劳拉德西蒙娜博尔玛)1988 年毕业于欧鲁普雷图联邦大学土木工程专业，1991 年获得里约热内卢联邦大学土木工程硕士学位，以及里约热内卢联邦大学土木工程-环境岩土工程博士学位（1998）。自 2009 年起在 INPE（国家空间研究所）担任研究员，从事生态水文学和土壤物理学领域的工作，重点是实地观察陆地和极端天气事件对土壤-植物-大气相互作用以及气候变化、土地利用和覆盖变化的影响。她目前是 INPE 的 PGCST（地球系统科学研究生）和 PGSER（遥感研究生）的教授。协调 CCST/INPE 的生态水文学 (LabEcoh) 和生物地球化学 (LapBio) 实验室。她是 ISMC（国际土壤建模联盟）的成员。她对巴西不同生物群落中土壤-植物-大气相互作用、生态水文学以及水和气候调节的生态系统服务领域的研究感兴趣。LI-2100在海外的安装案例2. 澳大利亚Flinders大学 College of Science and Engineering应用：利用LI-2100抽提土壤、植物中的水，进行同位素相关研究。 LI-2100在国内的部分安装案例1、沈阳气象局2、中国林业科学研究院亚热带林业研究所3、广西植物园4、中国科学院西双版纳热带植物园...发表文献1. 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动植物检疫实验室常见废弃物的危害和处理方法！百欧博伟生物：本文说明了一般的动植物检疫实验室所产生的废弃物对人类和环境所带来的危害，并参阅有关资料，整理和总结出一些对废弃物处理的方法，并提出一些减少实验室废弃物的建议，使实验室人员能够认识并重视到废弃物的危害，在处理废弃物时可以借鉴和参考，从而减少实验室废弃物所带来的环境污染和生态破坏，保护生物安全。一、前言随着世界贸易的进一步发展，我国进出口贸易的范围也在进一步扩大，作为一般的动植物检疫实验室，所检测的商品将会更多，所用到与检疫实验有关的药品、试剂、一次性用具、实验器械等将会增多，因此所产生的废弃物也将会随之增加。近年来，实验室所产生的废弃物由于没有进行必要的处理而直接排入外界所造成的危害，已经崭露头角，实验室已经成为一个不容忽视的污染源，特别是生物性实验室，所产生的废弃物或检疫样，可能携带一些危害性生物，极有可能造成疾病的流行或某些有害生物的疯狂生长，破坏生态环境。二、动植物检疫实验室废弃物的分类动植物检疫实验室的废弃物可以分为：⒈化学性废弃物：有氰化物、硝酸盐、邻苯二胺、砒霜等；⒉生物性废弃物：有作废的动植物标本、动植物检疫样品、微生物培养物、染色液等；⒊一般的废物：打碎的玻璃器皿、废纸、废纱布、橡胶以及塑料制品。三、动植物检疫实验室废弃物的危害⒈化学性废弃物⑴氰化物和硝酸盐：氰化钾和硝酸盐常用作微生物培养剂的制作。①氰化物属于剧毒物质，在酸性条件下易产生氰化氢，氰化氢为剧毒气体，在实验现场的z高含量须≤0.3 mg/m3；在居民大气中z高含量须≤0.8mg/m3。CN—能与细胞色素酶牢固结合阻止Fe+3还原，是组织细胞缺氧而窒息，从而抑制多种酶的活性。②硝酸盐容易诱发糖尿病，易造成肾脏的损害，如果人们摄取了高浓度的硝酸盐，肾脏的负担加重，容易引起溶血性贫血。并且硝酸盐可以在酶和细菌的作用下，被还原成亚硝酸盐，亚硝酸盐与人体血液作用，形成高铁血红蛋白，从而使血液失去携氧功能，使人缺氧中毒，轻者头昏、心悸、呕吐、口唇青紫，重者神志不清、抽搐、呼吸急促，抢救不及时可危及生命。不仅如此，亚硝酸盐在人体内外与仲胺类作用形成具有“三致” 作用的亚硝胺类，可严重危害人体健康。⑵邻苯二胺：邻苯二胺是ELISA实验常用的化学药品，可经过吸入、食入和皮肤侵入，对眼睛、粘膜、呼吸道有刺激作用；可以致微生物突变，遇火、高热可燃，受热分解放出有毒的氧化氮烟气。⑶砒霜（As2O3）：为剧毒物质，砷化合物易和体内酶的巯基(-SH)结合，使酶失去活性，阻碍细胞正常代谢，使细胞变性坏死，从而损害神经系统、肝脏和肾脏。慢性砷中毒可伴随“三致”的发生。⒉生物性废弃物⑴动植物标本：动植物标本一般都用福尔马林作为防腐剂，被浸泡过的标本废弃后，上面会有甲醛气体散出。甲醛对神经系统、免疫系统、肝脏等有严重的损害，还会刺激眼结膜、呼吸道粘膜和皮肤，引起过敏性皮炎、结膜炎、咽喉炎、支气管炎等，损害视神经和视网膜，引起头痛、视力下降或失明，并且具有致癌、致畸作用。目前，世界卫生组织（WHO）和美国环境保护局（EPA）已将其列为具有潜在危险的致癌、致畸物质和重要的环境污染物。风干的标本可能因为保存不当而孳生一些病原生物（如：虫子、虫卵或霉菌等）而成为一个传染源，若不进行熏蒸或再烘干处理，则有可能损害其它标本或物品。⑵检疫样品①植物性检疫样：棉花、棉短绒、废丝、水果、花卉、木材等上面可能携带一些杂草籽、霉菌、细菌、病毒以及一些害虫等，检疫实验室对于这些检疫样品一定要妥善保管和处理，若使有害生物进入到外界环境，就有可能在新的地方疯狂生长，从而形成“生物入侵” 。如19世纪美洲仙人掌传入澳大利亚，z初是用来做篱笆，圈养牛羊，但是它迅速生长，到了1925年已侵染牧场，使得其中很大部分不能放牧，土地不能耕种，并且还以惊人的速度扩散。还有就是发生在我国的，在上世纪90 年代初，我国在大量引进观赏植物巴西铁（Dracaena fragrans ）时，蔗扁蛾（Opogona sacchari ）随之传入，并随巴西铁迅速扩散，现已分布于北京及南方各省，并且由南向北蔓延。经调查，蔗扁蛾目前在北京各花卉生产基地均有不同程度的发生，严重时，每年巴西铁因此虫的淘汰率达50％以上，现已成为北京温室花卉生产中的主要害虫之一。外来生物入侵的危害：diyi，造成严重的生态破坏和生物污染。比如，原产于南美洲的水葫芦现已遍布华北、华东、华中、华南的河流、湖泊、水塘，疯长成灾，严重破坏水生生态系统的结构和功能，导致大量水生动植物的死亡，并且阻塞河道。第二，外来物种通过压制或排挤土著物种，形成单优势种群，导致生物多样性的丧失。第三，生物入侵导致生态灾害的频繁爆发，对农、林、渔业等造成严重损害，给国民经济带来巨大损失。近年来，松材线虫、湿地松粉蚧、美国白蛾等森林入侵害虫严重发生与危害的面积，每年达150万公顷；稻水象甲、非洲大蜗牛、美洲斑潜蝇等农业入侵害虫每年超过140万公顷，据保守估计，全国主要外来物种造成的农林业经济损失平均每年达574亿元。第四，直接威胁到畜禽和人类的健康。如豚草、三裂叶豚草的花粉就是引起人类花粉过敏的主要病原物；紫茎泽兰含有的毒素能使马匹和羊患上气喘病，四川省凉山彝族自治州曾因紫茎泽兰入侵而在一年内减少了6万多头羊，畜牧业损失达2100多万元。由于紫茎泽兰对土壤肥力的吸收力强，能极大地耗尽土壤养分，对土壤可耕性的破坏也极为严重。②动物性检疫样：血液、呕吐物、分泌物、皮张、蚕茧、精液、胚胎、肉、奶、蛋等也可能携带一些我国没有而其它国家有的动物疾病，或者是国家明文规定的一、二类传染病病原（有细菌、病毒、支原体、衣原体、寄生虫等），这些疫病，一旦爆发或流行，将会对我国的畜牧业养殖造成巨大的危害。比如：血液中可能含有致病菌、病毒或者一些血液源性寄生虫（疟原虫、血吸虫、焦虫、边虫、锥虫等）；皮张中极有可能含有炭疽；动物的呕吐物、分泌物中含有大量的病原微生物；精液和蛋中可能含有一些垂直传播的疾病（如：精液可以携带猪瘟、PRRS、非洲出血热、口蹄疫等病原微生物；蛋中会携带沙门氏菌、禽白血病、EDS-76等病原微生物… … 这些传染病随时有可能传入我国，作为检验检疫机构，检疫是重中之重，并且检验检疫时，工作人员一定要早好自身的防护。⑶微生物培养物、染色液：微生物的培养、鉴定以及染色观察是实验室常用的用于微生物的观察、研究和判定，废弃后的培养基、染色液上会携带微生物，还有与微生物有过接触的废弃物，如一次性用品：手套、帽子、口罩、工作服、移液器的枪头以及玻璃仪器，均要做好管理和消毒灭菌处理，否则，会造成疾病的流行。例如：2003年非典流行过后，许多生物实验室加强对SARS病毒的研究，之后所报道的非典感染者，多是科研工作者在实验室研究时，由于没有做好自身的保护以及这些危险物的管理和处理工作而被感染的。⒊一般性废物：在实验室，许多打碎的玻璃器皿、废纸、废纱布、橡胶或者塑料制品被直接装进垃圾袋，扔进垃圾堆，z后再掩埋或焚烧。焚烧后，有的燃烧不彻底，又会产生新的固体废物和有害气体，造成二次污染；直接掩埋后，许多在环境中不易或不能降解，因此对土壤和作物的生长发育产生不良影响：①由于这些物质的阻隔，土壤水分运动受阻，孔隙度、通透性降低，不利于土壤空气的循环及交换，致使土壤中CO2含量过高，不利于作物正常生长发育。有些含有有害成分(如聚氯乙烯类塑料)，接触种子或幼芽后，会抑制种子萌发，或会使芽、幼苗灼伤。②使土壤物理性能不良而导致作物扎根困难，吸肥、吸水性能降低而减产。③如果不回收利用或回收不彻底，将会造成资源的浪费。四、动植物检疫实验室废弃物的处理动植物检疫实验室所产生的废弃物因具有潜在的感染性、传播性以及危害性，若处理不当，将会严重的污染环境，危及人类、动物和自然的安全，因此需要进行必要的处理，才能废弃，除了焚烧和深埋以外，还应该提倡回收和综合利用的方式，减少资源浪费。⒈实验室废弃物处理的一般原则为防止污物扩散、污染，应该分类收集、存放，分别集中处理，尽可能采取废物回收以及固化、焚烧或深埋等方法处理。在实际工作中，选择合适的方法进行处理，尽可能减少废物量，减少污染。⒉动植物检疫实验室废弃物的具体处理措施生物类废物应根据其病源特性、物理特性选择合适的容器和地点，专人分类收集进行消毒、烧毁处理，日产日清。液体废物一般可加漂白粉进行氯化消毒处理。固体可燃性废物分类收集、整理，z后作焚烧处理。固体非可燃性废物分类收集，可加漂白粉进行氯化消毒处理，满足消毒条件后作最终处置。⑴生物性废弃物的处理①一次性使用的制品如手套、帽子、工作物、口罩等使用后放入污物袋内集中烧毁或及时用消毒剂浸泡，彻底消毒后，统一上交，集中存放，重新回收，再利用，减少资源浪费。 ②植物检疫样，如没有发现病虫害，则可以利用；若发现有病虫害，可以装于密闭容器内，在60-120℃下烘干1-2 h后，做焚烧或深埋处理。③动物检疫样，肉、蛋、奶、精液、胚胎、蚕茧等在没用异常的情况下可以加以利用，若有病变或异常，则应集中销毁，或焚烧或深埋。对于利用效 率不大或不能利用的检样（小块皮张等），高压灭菌后，应集中储存，妥善保管，z后统一作深埋或焚烧处理。如果量大，可以化制处理，生产一些有用的工业副产品，减少资源浪费，变废为宝、化害为利。④微生物检验接种培养过的琼脂平板或不能回收的染色液应高压灭菌30min，趁热倒掉废弃处理。尿、唾液、血液、分泌物等生物样品，加漂白粉搅拌后作用2-4h，倒入化粪池或厕所或者进行焚烧处理。⑤可重复利用的玻璃器具如玻片、吸管、玻璃瓶等可以用1-3g/L有效氯溶液浸泡2-6h．然后清洗灭菌后重新使用。⑥盛标本的玻璃、塑料、搪瓷容器可煮沸15min.或者用1g/L有效氯漂白粉澄清液浸泡2-6h，消毒后用洗涤剂及流水刷洗、沥干；用于微生物培养的，用压力蒸汽灭菌后使用。⑵化学性废弃物的处理①氰化物用NaOH调节PH10，加入KMnO4或者漂白粉，经充分搅拌，静置，使氰化物完全被氧化分解。②硝酸盐或者亚硝酸盐类可以，加入尿素，调为酸性条件，充分搅拌，使反应生成氮气。③邻苯二胺可以在酸性条件下加入高锰酸钾，使其氧化分解；也可以利用H-103树脂吸附处理，再用稀盐酸作为脱附剂回收或利用磷酸三丁脂萃取等。奇兵等人应用液膜处理高浓度的邻苯二胺废水，效果较好，主要过程包括制备乳液、液膜萃取、澄清分离等过程，用氯仿作为传质介质，将邻苯二胺以盐的形式回收，乳液可以重复利用或破乳后在制乳。④含砷废液：在含砷废液中加入FeCl3，使Fe／As达到50，然后用消石灰将废液的PH值控制在8-10。利用新生氢氧化物和砷的化合物共沉淀的吸附作用，除去废液中的砷。静置，分离沉淀，上清液达标后可排放。⑶化学性废弃物的处理一般性废弃物如打碎的玻璃器皿、废纸、废纱布、橡胶或者塑料制品，应经消毒和灭菌后，分类装进垃圾袋，统一深埋或焚烧或做回收处理。五、减少生物性废弃物的措施⒈不要购买暂时不用的药品和试剂，不要购买过多的药品和试剂。⒉促进实验室人员的知识更新，加强技术培训，避免在实验工程中污染。⒊提高实验室人员的环境保护意识，加强责任心教育和废弃物的管理，做好回收利用工作。⒋制定相应的实验室废弃物管理和处理的制度和措施，使其更加制度化和规范化。⒌研究无毒害、无污染的替代品，减少剧毒物的利用。⒍采用微型实验，开发绿色实验室。六、小结实验室是实践学习和科学研究的试验基地，检疫实验室除此作用外，在进出口贸易中还具有检测货物中的病虫害，发出预警通知，防止外来疫情或有害生物的侵入的作用。所以，检疫实验室产生的废弃物，更应该先处理，后废弃，切实做好国门卫士的角色。为避免检疫实验室的污染危害，实验室要更加完善废弃物的管理和处理制度（保证生物性废弃物能够专库贮存，专人看管，分类存放，贮存废物的容器或垃圾袋必须贴上标签，标明废弃物种类、贮存时间等，贮存时间不能太长，贮存数量也不能太多，合理及时有效的处理生物性废弃物，z大限度地保护实验工作人员的健康，保护我们的生存环境，保护我国的农业、林业、畜牧业及山产养殖业的健康发展，这样才能更好的保护人民的生命财产安全，充分体现社会主义以人为本、以民为贵的优良作风。现今，我们对于废弃物的z终处理，最常用的是焚烧和深埋两种。我国还应该加强对废弃物处理这一领域的研究工作，寻求更彻底、更简便的方法，避免焚烧和深埋带来的二次污染，并且要回收可以重复利用的废弃物，做到既不污染环境又不浪费资源。北京百欧博伟生物技术有限公司拥有对菌种、细胞、培养基、配套试剂等产品需求者的极优质服务，对购买项目的前期资料提供,中期合同保证,后期货物跟踪到z终售后的确保项目准确到位，都有相关人士进行维护,确保您在中国微生物菌种查询网中获得z优质服务！也正因为此，北京百欧博伟生物技术有限公司与国内外多家研制单位、生物制药、第三方检测机构和科研院所院校、化工企业有着良好、长期和稳定的合作关系！