试析植物输水过程模拟研究

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1、天津大学硕士学位论文植物输水过程模拟研究姓名：周清申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：王世昌20040101摘要我国淡水资源形势十分严峻，尤其在我国西部干旱地区，情况更加严重。这绘该地区的植树造林、农作物年中植带来巨大困难。本文从植物水分传输获得启发，研制了根茎模拟输水柱，作为植物根系的延伸，帮助植物获耿水分，从而在某些适直区域作为一种新的灌溉方式，促进干旱地区的农业和植树造林的发展。研究了植物体内水分上升的主要通道及水分上升的机理和动力。植物水分卜升的主要通道是木质部中的导管，植物体内储存水分的“水库”是植物的细胞(主要是细胞内的液泡)；水分上升的

2、动力主要来自于植物的蒸腾拇力和导管的毛细作用。研制的植物根茎模拟输水柱是以中空纤维模拟植物木质部中的导管作为水分通道，以吸水材料作为填充介质代替植物体内的液泡，作为储存水分的“水库”。先后制作了中空纤维／凝胶柱，中空纤维／细沙柱，并试制了中空纤维／凝胶细沙混合柱。本文研究工作在国内外均未发现有类似的报道，属于一种原创性的研究思路。用凝胶作为填充介质的中空纤维t凝胶输水拄，柱中水分能够靠中空纤维的毛细作用向上输送，但水分向土壤转移有较大困难，用细沙作为填充介质的中空纤维／细沙柱，其输水与保水性能均较好，具有一定的实用性。研究了中空纤维的材质、数量、内径、纤维

3、壁上微孔尺度等因素对模拟输水柱输水性能的影响。纤维材料亲水性好，内径适当小，壁上微孔适当大都有羽J-T-7k分的上升和在纤维内外进行传递，较适宜用以制作根茎模拟输水柱。在一中空纤维／细沙柱的顶部沙土中点种绿豆，绿豆发芽成活，证明所制作的输水柱能够在一定程度上将水分传输土来供植物生长。为了获得有利于水分向上输送的实验用中空纤维，纺制了六种规格的聚砜中窄纤维膜，通过扫描电镜照片和水通量测试对其结构性能进行表征。指出了根茎模拟输水柱所能发挥作用的领域，包括在某些干旱地区提高地F水位，使表层土壤增水保苗；农田“渗灌”，这比目前的喷灌、滴灌更加节水和方便，有望成为下

4、一代灌溉技术：以及用于景观与室内栽培浇灌等。提出了多种应用方式及进一步研究开发的课题，展望了其广阔的应用前景。关键词：水分传输植物根茎中空纤维凝胶聚砜微孔膜灌溉ABSTRACTThefreshwaterresourceisinagrimsituationinonrcountry，especiallyinthearidareaattIleWestChina．Ithasaffectedandrestrictedthedevelopmentofafforestationandagriculture．Enlightenedbywatertransportinpla

5、nt，Water-transportingdevicesimulatingtherootandstemsysteminplantwasmadetohelpplantgetwater．Beingamethodofirrigation，thewater。transportingdevicecanalsohelpfacilitatethedevelopmentofagricultureandafforestation．WatertransportchannelWaSinvestigatedandthemechanismandimpetusofwateruptak

6、einplantwereanalyzedinthispaper．Themainchannelofwatertransportisthevesselinxylemofthestem．Thecells，mainlythevacuoles，actasreservoirsinstem．Theimpetusofwateruptakeis“transpirationpull’’andcapillarityphenomena．Simulatingthemechanismofwatertransport，wemadewater—transportingdeviceusin

7、ghollowfibertOsimulatethevessel，andusingthefillingmaterialstosimulatethewater-storagecell．Water—transportingdevicewassetupbyusingthegelasthefillingmaterialfirstTheresultsofexperimentprovethatwaterCanbetakenupbycapiUarityphenomenaofhollowfiber,Consideringthedifficultyofwatertranspo

8、rtationtosoilwhenusingthegelasthe