植物 13C 穩(wěn)定同位素標(biāo)記技術(shù)可對(duì)光合固定碳進(jìn)行定向示蹤，能夠區(qū)分新合成光合碳與原有碳庫，定量解析光合產(chǎn)物在植物體內(nèi)分配、根際碳沉積、植物微生物碳傳遞以及土壤有機(jī)碳周轉(zhuǎn)過程。該技術(shù)克服了傳統(tǒng)方法難以溯源碳來源的局限，為揭示植物土壤系統(tǒng)碳循環(huán)機(jī)制、評(píng)估土壤碳匯潛力以及校驗(yàn)全球變化模型提供關(guān)鍵定量依據(jù)。

目前植物 13C標(biāo)記常用的脈沖標(biāo)記方法存在以下主要問題：

1、密閉腔室改變微環(huán)境，脫離真實(shí)田間條件。

標(biāo)記箱內(nèi)部光照、溫濕度、水汽、CO?濃度、氣體擴(kuò)散與大田不一樣；密閉環(huán)境容易高溫高濕，造成植物脅迫，改變光合速率、呼吸速率以及光合產(chǎn)物分配模式，得到的碳分配結(jié)果不能直接外推到原位田間。

2、氣密性是最大風(fēng)險(xiǎn)，漏氣直接造成實(shí)驗(yàn)報(bào)廢。

外界普通空氣 12CO?滲入，稀釋 13C 豐度；內(nèi)部富集 13CO?外泄。脈沖標(biāo)記尤其容易出現(xiàn)，豐度被壓低，示蹤信號(hào)變?nèi)酢?/p>

3、氣體混合不均，植株間標(biāo)記豐度不一致

腔室內(nèi)若無充分?jǐn)嚢瑁趯硬煌恢萌~片 13CO?供給差異，同一批植物標(biāo)記富集度離散大，重復(fù)變異升高。

iChamber13C 標(biāo)記轉(zhuǎn)移試驗(yàn)箱針對(duì) 13C 標(biāo)記現(xiàn)存問題進(jìn)行了改進(jìn)，

一、配備恒溫恒濕控制器，密閉狀態(tài)下主動(dòng)調(diào)控箱內(nèi)溫濕度，溫度控制精度 ±1℃，濕度控制精度 ±5% RH；循環(huán)風(fēng)量可達(dá)360?m3/h；采用高透光耐候 PC 透明罩保障光照條件。

標(biāo)記完成后，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)通風(fēng)吹掃模式，把殘余 13CO?排至試驗(yàn)地遠(yuǎn)處，之后切換自然通風(fēng)換氣模式，植物回到自然生長(zhǎng)環(huán)境，后續(xù)追蹤周期不再密閉在箱體內(nèi)。

優(yōu)勢(shì)：

1、標(biāo)記密閉階段盡量維持箱內(nèi)環(huán)境貼近外界，減少高溫高濕帶來的植物脅迫。

2、追蹤階段脫離密閉腔室，較大程度還原真實(shí)生長(zhǎng)條件；

3、大循環(huán)風(fēng)量同時(shí)實(shí)現(xiàn)箱內(nèi)氣體充分混勻，消除腔體內(nèi) 13CO?濃度梯度，降低同一批植株標(biāo)記豐度的變異。

二、針對(duì)氣密性差，iChamber 底板使用高彈性硅膠膜，植物莖稈穿過底板處實(shí)現(xiàn)密封，硅膠具備彈性，允許莖稈徑向生長(zhǎng)，不會(huì)因植株增粗產(chǎn)生縫隙漏氣；PC 透明罩具備高密封性，防止內(nèi)部標(biāo)記氣體外泄。

?優(yōu)勢(shì)：

解決自制箱體莖稈穿孔處密封難的痛點(diǎn)，隨著植物莖稈變粗依舊維持密封性能，減少外界 12CO?滲入稀釋 13C 豐度，降低因漏氣導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗的風(fēng)險(xiǎn)。

三、針對(duì)人工手動(dòng)釋放 13CO?，操作誤差大、標(biāo)記時(shí)長(zhǎng)不可控、殘留 13CO?過標(biāo)記。配置13CO?定量釋放控制器，氣體釋放分辨率可達(dá)0.01?mL，釋放量可自定義設(shè)置；流量計(jì)精度 ±1%，壓力適配 0.1200?kPa；搭配 CO?分析儀 / 傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)箱內(nèi)外 CO?濃度，自動(dòng)控制氣體投放；當(dāng)箱內(nèi) 13CO?濃度下降至下限，自動(dòng)吹掃殘余標(biāo)記氣體，支持多輪循環(huán)脈沖標(biāo)記流程，全程自動(dòng)化執(zhí)行，無需人工值守。

?優(yōu)勢(shì)：

1.13CO?投放精準(zhǔn)可控，消除手動(dòng)操作帶來的人為誤差，實(shí)驗(yàn)可重復(fù)性高；

2.支持多次脈沖標(biāo)記循環(huán)，適配重復(fù)脈沖標(biāo)記的科研需求。

四、搭載 CO?分析儀與 CO?傳感器，量程 02000?ppm，可多路切換，同步采集箱內(nèi)、外界大氣 CO?實(shí)時(shí)濃度，反饋給控制器用于氣體自動(dòng)補(bǔ)給調(diào)控，完整記錄標(biāo)記過程氣體時(shí)序數(shù)據(jù)。

?優(yōu)勢(shì)：

可以實(shí)時(shí)掌握標(biāo)記過程 CO?動(dòng)態(tài)，后期可結(jié)合環(huán)境參數(shù)做數(shù)據(jù)校正，彌補(bǔ)自制箱體缺少過程監(jiān)測(cè)的短板。

五、針對(duì)使用場(chǎng)景與適配性局限，箱體高度可達(dá)140?cm（可自動(dòng)升降），直徑60?cm，支持定制尺寸；設(shè)備可在露天大田、溫室保護(hù)地兩種場(chǎng)景使用。

?優(yōu)勢(shì)：

既可以溫室盆栽標(biāo)記，也可部署于田間開展原位植物脈沖標(biāo)記，突破傳統(tǒng)自制箱體大多只能溫室盆栽的限制。

上述設(shè)備性能特點(diǎn)簡(jiǎn)述：

1、13C O2定量釋放控制器

用于定時(shí)定量向iChamber內(nèi)植物釋放13C O2氣體，可以一次定量釋放50ml（可設(shè)置）13C O2氣體，同時(shí)測(cè)量iChamber內(nèi)的13C O2氣體濃度，使保持設(shè)定值或與外界大氣C O2氣體濃度保持一致。

流量計(jì)量程：1-100slpm    流量計(jì)精度：±1%

壓力范圍：0.1～200kpa     氣體釋放分辨率：0.01ml

2、恒溫恒濕控制器

當(dāng)iChamber封閉后，為了保證罩內(nèi)植物的生長(zhǎng)環(huán)境與外界相同，對(duì)iChamber內(nèi)的環(huán)境空氣進(jìn)行降溫降濕控制，

溫度控制范圍：0～55℃   溫度控制精度：±1℃

濕度控制范圍：30～95%RH   濕度控制精度：±5%RH

循環(huán)風(fēng)量：360m3/H

3、iChamber透明罩

采用耐候透光的PC板材，可以為罩內(nèi)植物提供充足的光照，同時(shí)具有高密封性，

iChamber尺寸：高可達(dá)140cm（可自動(dòng)升降），直徑62cm，可定制

4、CO2氣體分析儀

用于實(shí)時(shí)測(cè)量iChamber內(nèi)部和外部13CO2氣體濃度，以啟動(dòng)氣體釋放控制器向iChamber罩內(nèi)添加13CO2氣體。

由多路控制器切換測(cè)量不同iChamber和大氣的實(shí)時(shí)濃度，送給控制器。

C O2氣體分析儀測(cè)量量程：0～2000ppm

C O2氣體分析儀測(cè)量精度：2%

C O2氣體分析儀分辨率：1ppm

5、C O2氣體傳感器

用于實(shí)時(shí)測(cè)量iChamber內(nèi)部和外部13CO2氣體濃度，以啟動(dòng)氣體釋放控制器向iChamber罩內(nèi)添加13CO2氣體。

C O2氣體傳感器測(cè)量量程：0～2000ppm

C O2氣體傳感器測(cè)量精度：3%

C O2氣體傳感器分辨率：1ppm