作物根系生長觀測系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型是涉及一種作物根系生長觀測系統。本實用新型旨在解決現有根系生長觀測系統中土柱難以重復利用、試驗成本高、模擬誤差大的技術問題。本實用新型中觀測通道的兩側壁的地下梯度式放置室的側壁上開設有對應于模擬土柱且帶閉合門的觀測窗，所述模擬土柱包括筒體及底座，所述筒體由至少兩個弧形透明管材依次拼接并經由抱箍環繞固定而成，且各弧形管材相拼接的兩邊經由工形或U形卡槽密封固定。通過本實用新型觀測系統不但能及時有效的觀測到作物的地下根系生長發育及水分在土體中的運移情況，而且還能獲取完整的植物根系和完成土壤分層取樣，大大提高了試驗精度；而且試驗裝置可重復組合利用，試驗成本大為降低。
【專利說明】作物根系生長觀測系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及不同條件下植物生長的觀測系統，具體來說涉及一種作物根系生長觀測系統。
【背景技術】
[0002]目前根據農業試驗的要求不同，各地均有不同形式的作物地下部根系農業試驗觀測場所，從種植的方式上包括:容器法、管栽法、網袋法等，但是這些種植方式所選材料主要存在兩方面的不足和缺陷，一是不能及時觀察和描述試驗過程中的現象和特征；二是為了滿足農業試驗的一些特定要求(如根系在不同土層的分布情況、不同時期植物根系的生長發育情況等)，對試驗材料只能采用破壞性試驗，造成試驗材料不能重復利用和浪費。
[0003]從試驗場所的選擇上來看，有的采用地面外置式，有的采用地下式或半地下式，采用地面外置式的突出問題是環境溫度與作物生長發育的土壤溫度差異性太大，造成農業試驗的誤差增大；采用地下式或半地下式的突出問題，一是由于設計不合理，造成農業試驗觀測、抽取試驗樣品困難和不便；二是保溫效果不理想，造成試驗的環境溫度與作物生長發育的土壤溫度差異性仍然較大，降低了試驗精確度。
[0004]中國專利文獻CN103141329A的名稱為一種植物根系生長觀測系統的專利中公布了一種觀測植物生長的系統，該系統包括地下室、提升裝置、觀測柱和外部的能夠做到控溫控水的棚，在一定程度上模擬了植物生長的自然環境，同時也利于觀測、得出結果；但是，該系統的缺點在于，無法在不破壞試驗裝置的情況獲得完整的作物根系樣品，以及完成土壤樣品的分層取樣；另外，該試驗系統構造較為復雜、造價高、維護使用成本較高。
[0005]此外，目前農業試驗領域的土柱試驗的盛裝容器多是由不透明的PVC管材制成，該類材料存在著許多不足之處:如不能及時觀察和描述試驗過程中所產生的現象和特征；為了滿足農業試驗的一些特定取樣要求(比如:不同土層、植物根系)，對PVC試驗材料只能采用破壞性試驗，導致試驗裝置不能重復利用，造成浪費。

【發明內容】

[0006]本實用新型要解決的技術問題是提供一種構造簡單、可重復利用、試驗成本低、模擬精確的作物根系生長觀測系統，并給出了作物根系的生長觀測方法。
[0007]為解決上述技術問題，本實用新型采用如下技術方案:
[0008]設計一種作物根系生長觀測系統，包括根系觀測裝置、遮蓋該根系觀測裝置上方的防雨透光棚，所述根系觀測裝置包括地下梯度式放置室、安裝于該地下梯度式放置室中的模擬土柱、觀測通道，所述地下梯度式放置室上方設置為地表種植區，在所述觀測通道的兩側壁的地下梯度式放置室的側壁上開設有對應于模擬土柱且帶閉合門的觀測窗，所述模擬土柱包括筒體及底座，所述筒體由至少兩個弧形透明管材依次拼接并經由抱箍環繞固定而成，且各弧形管材相拼接的兩邊經由工形或U形卡槽密封固定。
[0009]在所述模擬土柱外包裹有遮光膜，且在遮光膜對應于所述觀測窗的位置處設有拉開遮光膜的連接扣。
[0010]所述底座安裝于所述筒體下端，且該底座上開設有一定數量的透水孔，在所述底座與所述筒體的端口之間設置有過濾層。
[0011]所述底座的下方設置有用于收集模擬土柱滲出的滲液收集容器；所收集的滲液可用于營養成分分析，也可監測土壤水分、土壤養分在模擬土柱中的垂直運移情況。
[0012]在所述觀測窗內側設置有活動保溫板。
[0013]在所述地表種植區下方設置有用以固定所述模擬土柱頂端的網格狀格柵。
[0014]所述觀測裝置還包括對應的連通于各個滲液收集容器，用以方便的抽取滲液收集容器中的滲液。
[0015]作為優選實施例，所述根系觀測系統還包括清洗裝置，該清洗裝置包括至少三個頂部依次相連通且深度逐層遞減的凈化池，在凈化池上設置有對應的入水口和出水口 ；可減少根系沖洗過程中泥沙在排水管道中的沉積以及方便的獲取完整作物根系。
[0016]所述根系觀測系統還包括提升裝置、安裝該提升裝置的移動導向裝置。
[0017]作為另一實施例，上述移動導向裝置包括地基表面設置的滑軌和相應的軌道車，該滑軌的一端位于提升裝置下方，另一端可與清洗裝置相鄰。
[0018]作為優選實施例，活動保溫板可為聚苯乙烯泡沫板。
[0019]作為優選實施例，連接扣為尼龍粘帶或拉鏈。
[0020]作為優選實施例，在所述地下梯度式放置室內模擬土柱的底部，自上而下設有底座和積水收集管，該積水收集管與下水管道連通。
[0021]作為優選實施例，在所述根系觀測裝置的地下梯度式放置室內還包括有照明及溫度濕度控制裝置。
[0022]本實用新型涉及的觀測方法，具體步驟包括:
[0023]( I)填裝:根據田間土壤的層次結構，在模擬土柱中分層填裝對應的土層；
[0024](2)吊裝:將填裝好的模擬土柱吊裝至地下梯度式放置室中的對應位置處，其上端經由對應的網格狀格柵固定，且在其外部的地表種植區內填充土壤(可有效密閉地下梯度式放置室，起到保溫保濕避光作用)；
[0025](3)播種:在模擬土柱的頂端土層及其外部的地表種植區按常規方法播種對應的作物(在土柱外部的地表種植區種植對應的作物，可有效的消除作物生長的邊際效應，以使試驗結果更精確、更接近于田間的真實情況)，并按常規方法或試驗設計的方法進行田間栽
培管理；
[0026](4)觀測:在作物生長的不同階段，根據試驗設計的試驗節點，經由觀測窗觀測記錄各模擬土柱中的作物根系生長發育情況；
[0027](5)采樣:在作物生長的不同階段，根據試驗設計的試驗節點，取出對應的模擬土柱，松開其抱箍以打開模擬土柱，再以清水沖土壤，收集作物根系，測定記錄其長度、生物量、生物活性等。
[0028]本實用新型具有積極有益的技術效果:
[0029](I)經由本實用新型觀測系統不但能及時有效的觀測到作物的地下根系生長發育及水分在土體中的運移情況，而且還能利用組合式土柱試驗裝置組成部件的可拆解組裝，避免取樣過程中植物根系的損壞，便于獲取完整的植物根系和土壤分層取樣，大大提高了實驗精度；
[0030](2)系統構造簡單，易于使用維護，而且各試驗裝置及部件可多次重復組合利用，大大降低了試驗成本；
[0031](3)通過吊裝機械設計與組合式土柱試驗裝置配合，運輸導向裝置的使用，節省人工，實現農業試驗觀測、抽取試驗樣品的便利化、直觀化、連續化，同時，沖洗后的土壤更有利于回收重復利用；
[0032](4)本實用新型觀測系統不僅通過地下梯度式放置室避光，還通過活動保溫板、遮光膜達到保溫、避光的效果，模擬出接近大田條件下的作物根系生長發育情況，最終達到提高試驗精確度、縮短試驗研究周期的效果；
[0033](5)地下梯度式放置室和組合式土柱的結合使用，保證了在同一系統中觀測多種植株的生產情況，或同一種植株在不同生長周期中的生長情況，同時每個組合式的獨立土柱還保證了在每次觀測時不影響其他實驗樣本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1是本實用新型作物根系生長觀測系統的使用狀態的半剖結構示意圖；
[0035]圖2是本實用新型作物根系生長觀測系統的結構示意圖；
[0036]圖3是本實用新型作物根系生長觀測系統中的地下梯度式放置室的結構示意圖；
[0037]圖4是本實用新型作物根系生長觀測系統中的模擬土柱的示意圖；
[0038]圖5是圖4的爆炸效果示意圖；
[0039]圖6是圖4中所示模擬土柱的俯視圖；
[0040]圖中各部件名稱:1.平衡板；2.鉸支連接；3.沉降通孔；4.凈化池；5.電機；6.提升架；7.地面；8.電控裝置柜；9.地下梯度式放置室；10.觀測通道；11.地基；12.活動保溫板；13.滲液收集容器；14.底座；15.網格狀格柵；16.觀測柱；17.防雨透光棚；18.滑軌；19.軌道車；20.門；21.連接扣；22.卡扣；23.遮光膜；24.抱箍；25.筒體；26.過濾層。
【具體實施方式】
[0041]實施例1 一種作物根系生長觀測系統，參見圖1至圖5，包括根系觀測裝置、遮蓋該根系觀測裝置上方的防雨透光棚17，所述根系觀測裝置包括地下梯度式放置室9、安裝于該地下梯度式放置室9中的模擬土柱16 (可根據需要依次設置高度為50cm、100cm、150cm、200cm長的模擬土柱)、觀測通道10，地下梯度式放置室9上方設置為地表種植區，在所述觀測通道10的兩側壁的地下梯度式放置室9的側壁上開設有對應于模擬土柱16且帶閉合門的觀測窗，在所述觀測窗內側設置有活動保溫板(聚苯乙烯泡沫板)12 ;模擬土柱16包括筒體25及底座，筒體25由至少兩個弧形透明管材依次拼接并經由抱箍24環繞固定而成，且各弧形管材相拼接的兩邊經由工形或U形卡槽密封固定；在所述工形或U形卡槽內墊襯有橡膠密封條，可避免發生滲漏情況。所述弧形管材為有機玻璃材質。采用可視透明的有機玻璃為材料，便于觀察內部的試驗情況(如植物根系的生長發育情況、水分分布運移情況等)。
[0042]在所述模擬土柱16外包裹有遮光膜23，且在遮光膜23對應于所述觀測窗的位置處設有拉開遮光膜23的連接扣21。保證最大限度的模擬植物的生長環境，力求實驗結果的真實。
[0043]底座14安裝于所述筒體25下端，且該底座14上開設有一定數量的透水孔，在所述底座14與所述筒體25的端口之間設置有過濾層26。在底座14的下方設置有滲液收集容器13。
[0044]在所述地表種植區下方設置有用以固定所述模擬土柱16頂端的網格狀格柵15。
[0045]所述根系觀測系統還包括根系觀測系統還包括清洗裝置，該清洗裝置包括至少三個頂部依次相連通且深度逐層遞減的凈化池4，凈化池4上設置對應的入水口和出水口。
[0046]所述根系觀測系統還包括提升裝置、安裝該提升裝置的移動導向裝置。移動導向裝置包括平衡板I和鉸支連接2，該鉸支連接2連接平衡板I和地基11。
[0047]在所述根系觀測裝置的觀測通道10內還包括有照明及溫度濕度控制裝置，以方便實驗人員的進入，實驗數據的記錄，以及實驗過程中的保溫保濕。
[0048]利用上述觀測系統觀測作物根系生長的方法，包括如下步驟:
[0049]( I)填裝:根據田間土壤的層次結構，在模擬土柱16中分層填裝對應的土層；
[0050](2)吊裝:將填裝好的模擬土柱16吊裝至地下梯度式放置室中9的對應位置處，其上端經由對應的網格狀格柵15固定，且在其外部的地表種植區內填充土壤；
[0051](3)播種:在模擬土柱的頂端土層及其外部的地表種植區按常規方法播種對應的作物，并按常規方法或試驗設計的方法進行田間栽培管理；
[0052](4)觀測:在作物生長的不同階段，根據試驗設計的試驗節點，經由觀測窗觀測記錄各模擬土柱中的作物根系生長發育及水分運移分布情況；
[0053](5)采樣:在作物生長的不同階段，根據試驗設計的試驗節點，取出對應模擬土柱16，松開其抱箍24打開模擬土柱16，以清水沖土壤，收集作物根系，測定記錄其長度、生物量、生物活性等。
[0054]本實用新型中地下式放置室采用梯度式設計可以滿足不同深度，例如:50cm、100cm、150cm、200cm等。模擬土柱填充土體后重量大，需要和保證安全穩固性，提升架6和電機5構成的吊裝機械設計與組合式土柱試驗裝置配合，實現農業試驗觀測、抽取試驗樣品的便利化、直觀化、連續化，通過遮光膜23、活動保溫板12、覆土等材料達到保溫避光效果，降低因環境溫度與作物生長發育大田土壤溫度不同造成的差異性，最大限度為作物地下部分創造近似耕地土壤的生長發育環境，提高試驗精確度、縮短試驗研究周期。
[0055]本實施例將組合式土柱與地下式放置室相結合，既能夠在同一系統里同時觀測不同爭產周期的植株，同時又能夠保證每個植株觀測條件的獨立性。
[0056]活動保溫板12的設立，一方面是使觀測室內的模擬條件更為接近真實情況，另一方面，便于拿取與安裝的活動保溫板12相對于直接固定于觀測窗上的保溫板成本低，便于調節。
[0057]實施例2 —種作物根系生長觀測系統,本實施例工作原理同實施例1,見圖2,不同之處在于，本實施例中所述的運輸導向裝置包括地基11表面設置的滑軌18和相應的軌道車19，該滑軌18的一端位于提升裝置下方，另一端與清洗裝置相鄰。
[0058]改變上述實施例中的各個具體的結構尺寸參數及零部件的等同替代，可形成多個具體的實施例，均為本實用新型的常見變化范圍，在此不再贅述。
【權利要求】
1.一種作物根系生長觀測系統，包括根系觀測裝置、遮蓋該根系觀測裝置上方的防雨透光棚，所述根系觀測裝置包括地下梯度式放置室、安裝于該地下梯度式放置室中的模擬土柱、觀測通道，所述地下梯度式放置室上方設置為地表種植區，其特征在于:在所述觀測通道(10)的兩側壁的地下梯度式放置室的側壁上開設有對應于模擬土柱(16)且帶閉合門的觀測窗，所述模擬土柱(16)包括筒體(25)及底座(14)，所述筒體(25)由至少兩個弧形透明管材依次拼接并經由抱箍(24)環繞固定而成，且各弧形管材相拼接的兩邊經由工形或U形卡槽密封固定。
2.如權利要求1所述的作物根系生長觀測系統，其特征在于:在所述模擬土柱(16)外包裹有遮光膜(23)，且在遮光膜(23)上對應于所述觀測窗的位置處設有拉開遮光膜(23)的連接扣(21)。
3.如權利要求1所述的作物根系生長觀測系統，其特征在于:在所述觀測窗內側設置有活動保溫板(12)。
4.如權利要求1所述的作物根系生長觀測系統，其特征在于:所述底座(14)安裝于所述筒體(25)下端，且該底座(14)上開設有一定數量的透水孔，在所述底座(14)與所述筒體(25)的端口之間設置有過濾層(26)。
5.如權利要求4所述的作物根系生長觀測系統，其特征在于:在所述底座(14)的下方設置有滲液收集容器(13)。
6.如權利要求5所述的作物根系生長觀測系統，其特征在于:在所述地表種植區下方設置有用以固定所述模擬土柱(16 )頂端的網格狀格柵(15)。
7.如權利要求6所述的作物根系生長觀測系統，其特征在于:所述根系觀測系統還包括設置在各個滲水收集容器(14 )下的積水收集管(13 )。
8.如權利要求1所述的作物根系生長觀測系統，其特征在于:所述根系觀測系統還包括清洗裝置，該清洗裝置包括至少三個依次相連通且深度逐層遞減的凈化池(4)，在凈化池(4)上設置有對應的入水口和出水口。
9.如權利要求8所述的地下室作物根系生長觀測系統，其特征在于:所述根系觀測系統還包括提升裝置和安裝該提升裝置的移動導向裝置。
【文檔編號】A01G9/20GK203661692SQ201320853630
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年12月24日 優先權日:2013年12月24日
【發明者】楊占平, 沈阿林, 寇長林, 郭戰玲, 張香凝, 李太魁 申請人:河南省農業科學院植物營養與資源環境研究所