一种树木根系地下观测结构及建造方法和使用方法与流程

本发明属于生态技术领域，尤其涉及一种树木根系地下观测结构及建造方法和使用方法。

背景技术：

在自然条件下，植物根系不宜直接观测，对根系的研究无论在广度还是在深度上均大大落后于地上部分。尤其是对于木本植物来说，根系分布较深，传统的探测方法较为繁琐，不仅耗时费力而且会破坏土壤环境和植物根系，还会受到土样体积和土壤表层状态的限制。

近年来出现的微根管法是一种非破坏性、定点直接观察和研究根系的方法，弥补了传统方法的不足，可以观察细根动态变化，直观地获取细根长度，密度等指标。然而微根管法也存在一些不足，如：根系测定情况受埋管位置的影响，微根管的安装会改变微根管与土壤界面的微环境，刺激管壁根系增生等。

技术实现要素：

鉴于现有技术所存在的问题，本发明提供一种树木根系地下观测结构及建造方法和使用方法，可以直接进入地下观测树木根系生长过程，可进行非破坏性原位观测，又可消除安装位置对观测结果的影响，具有观测结果准确的优点。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种树木根系地下观测结构包括：钢筋混凝土地基、水泥砂浆垫层、树池、观察窗和遮光保温层；

所述树池为顶部开口的结构，树池的侧面设有观察窗，所述观察窗的外侧为观察通道；所述观察窗的外侧设有遮光保温层；

钢筋混凝土地基和水泥砂浆垫层均位于树池下方，由下到上依次为钢筋混凝土地基、水泥砂浆垫层和树池；

树池的内部由下至上依次设有水泥砂浆排水斜面、排水设施和过滤层；水泥砂浆排水斜面设置在树池的底部，水泥砂浆排水斜面的上表面设有排水槽，所述排水设施安装在排水槽内，过滤层覆盖在所述水泥砂浆排水斜面和排水设施上,经过滤层过滤后的液体通过排水设施排出。

本发明的有益效果是：

树池的作用是将树池内外隔绝开来，使树池内部形成一个独立空间，观测窗的设置可以进行根系直接观测；排水设施用于将树池内多余水分过滤，并及时排出树池，防止树池内积水；遮光保温层的设置主要功能是遮光保温，尽可能模拟树木根系生长的地下温度和光照环境，可以使根系的生长更接近自然状态，观测的结果更加准确。

本发明所述的树木根系地下观测结构可以实现以下几方面的功能：1.模拟树木根系生长的地下温度、光照环境；2.从地下直接观测根系的生长状况。由于树池其他三面土壤环绕，同时地下观察窗在无人观测时，处于封闭状态，所以树池内土壤温度与周边土壤温度一致，且在非观察时间保持根系处在黑暗的生长环境。本设施可以定期进行根系的直接观测，直观了解根系生长状况，同时结合现代化的电子手段，获得根系生长动态过程。本发明所述的树木根系地下观测结构可以直接进入地下观测树木根系生长过程，可进行非破坏性原位观测，又可消除安装位置对观测结果的影响，具有观测结果准确的优点。

进一步，所述树池为方形结构，观察窗设置在树池的其中一个侧面上，树池的材质为钢筋混凝土。

采用上述方案的有益效果为：采用箱型的结构便于建设和后期维护。采用钢筋混凝土材质具有结实耐用、抗压性强等优点。

进一步，所述遮光保温层为软性黑色遮光保温层。

本发明的有益效果是：透明有机玻璃窗前悬挂软性黑色遮光保温层，本部分的主要功能是遮光保温，尽可能模拟树木根系生长的地下温度和光照环境。同时，由于是软性材料，可以打开，方便科研人员进行根系观测。

进一步，所述观察窗包括框架和多块透明有机玻璃，所述透明有机玻璃安装在框架上，利用钢板将透明有机玻璃固定在框架上，框架为钢架。

进一步，透明有机玻璃的规格为不大于1m×1m，透明有机玻璃的厚度不低于10mm；钢架厚度不低于10cm，树池的底面和侧壁的厚度均不低于20cm。

采用上述方案的有益效果是：综合考虑透明有机玻璃的承重问题，采用上面的设置，可以使整个结构更加牢固耐用。

进一步，树木根系地下观测结构的内部整体采用防水设置。

采用上述方案的有益效果是：防止树池内部水分外流，使多余的水分只能从排水设施流出。

进一步，所述树池的底部为平面，水泥砂浆排水斜面为两侧高中部低且后面高前面低的双斜面；排水槽出口设在双斜面的最低点处；所述排水设施为排水管，所述排水管布设有多个排水孔，经过滤层过滤后的液体通过排水孔进入到排水设施内，排水设施的出水口从树池底部伸出。

采取上述方案的有益效果为：有利于充分排水。

进一步，所述过滤层从上至下依次由细沙层、粗砂层及砾石层组成；所述细沙层为5-10cm厚的粒径为0.25-0.35mm的细沙；所述粗砂层为5-10cm厚粒径为1-3mm的砂砾；所述砾石层为5-20cm厚粒径为0.5-2cm的砾石。

本发明的有益效果是：具有过滤效果好、透水性好，防止排水装置堵塞等优点。

本发明还提供一种上述树木根系地下观测结构的建造方法，包括以下步骤：

1)挖土坑，并预留观察通道；在观察通道的一端设置入口；

2)在土坑的底部打钢筋混凝土地基；

3)在钢筋混凝土地基上铺设水泥砂浆垫层；

4)在铺设的水泥砂浆垫层上用混凝土浇筑树池，树池包括一体成型的底面和侧壁，树池的顶部开口，树池的侧壁设有用于观察的观察窗；

5)在树池内部底面铺设水泥砂浆排水斜面，在水泥砂浆排水斜面的上表面设置排水槽，在排水槽内设置排水设施；在排水设施的上部及整个水泥砂浆排水斜面上铺设过滤层。

本发明的有益效果是：

利用上述建造方法建造的树木根系地下观测结构，可以直接进入地下观测树木根系生长过程，可进行非破坏性原位观测，又可消除安装位置对观测结果的影响，具有观测结果准确、结实耐用等优点。

进一步，还包括在步骤5)之后，对树木根系地下观测结构的防水处理步骤。

本发明还提供一种上述树木根系地下观测结构的使用方法，包括以下步骤：待移植树木根系长到观察窗位置时，开始定期观测、拍照并电子化；根据根系生长速率，设定观测频率；观测时采用根系追踪描绘的方法，即用彩色漆笔描绘观测到的根系生长轨迹和生长长度，并用游标卡尺测定观测到的一周内每条根系的生长长度；每月利用高清照相机进行一次根系生长轨迹的图像采集，根据观察窗上人工描绘的根系生长轨迹进行电子化，获得根系生长动态过程图；拍照时，在透明有机玻璃观察窗上固定位置设置面积为1cm²的校准区，用于在后期进行图片电子化时进行图片的校准。

本发明的有益效果是：利用上述的观测方法可以直接进入地下观测树木根系生长过程，可进行非破坏性原位观测，又可消除安装位置对观测结果的影响，具有观测结果准确、结实耐用等优点。

附图说明

图1为本发明所述树木根系地下观测结构的俯视图；

图2为本发明树木根系地下观测结构的剖视图(钢筋混凝土地基和水泥砂浆垫层并未画出)；

图3为本发明树木根系地下观测结构的侧视图；

图4为利用本发明所述树木根系地下观测结构对油松根系观测的结果图。

图5为利用本发明所述树木根系地下观测结构对银杏根系观测的结果图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、树池，2、观察窗，21、框架，22、透明有机玻璃，3、排水设施，4、过滤层，5、遮光保温层，6、观察通道，7、入口，8、水泥砂浆排水斜面。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1至图3所示，一种树木根系地下观测结构包括：钢筋混凝土地基、水泥砂浆垫层、树池1、观察窗2和遮光保温层5；

所述树池1为顶部开口的结构，树池1的侧面设有观察窗2，所述观察窗2的外侧为观察通道6；所述观察窗2的外侧设有遮光保温层5，在具体设置时，所述遮光保温层5为软性黑色遮光保温层5；

钢筋混凝土地基和水泥砂浆垫层均位于树池1下方，由下到上依次为钢筋混凝土地基、水泥砂浆垫层和树池1；

树池1的内部由下至上依次设有水泥砂浆排水斜面8、排水设施3和过滤层4；水泥砂浆排水斜面8设置在树池1的底部，水泥砂浆排水斜面8的上表面设有排水槽，所述排水设施3安装在排水槽内，过滤层4覆盖在所述水泥砂浆排水斜面8和排水设施3上，经过滤层过滤后的液体通过排水设施3排出。

在具体设置时，所述树池1为方形结构，观察窗2设置在树池1的其中一个侧面上，树池1的材质为钢筋混凝土。

所述观察窗2包括框架21和多块透明有机玻璃22，所述透明有机玻璃22安装在框架21上，利用钢板将其固定在框架上，框架21为钢架；透明有机玻璃22的规格为不大于1m×1m，透明有机玻璃22的厚度不低于10mm；钢架结构的钢架厚度不低于10cm，树池1的钢筋混凝土结构的底面和侧壁的厚度均不低于20cm。

为了防止树池内部水分外流，树木根系地下观测结构的内部整体采用防水设置。

所述树池1的底部为平面，水泥砂浆排水斜面为两侧高中部低且后面高前面低的双斜面；排水槽出口设在双斜面的最低点处；所述排水设施3为排水管，所述排水管布设有多个排水孔，经过滤层过滤后的液体通过排水孔进入到排水设施3内，排水设施3的出水口从树池1底部伸出。

所述过滤层4从上至下依次由细沙层、粗砂层及砾石层组成；所述细沙层为5-10cm厚的粒径为0.25-0.35mm的细沙；所述粗砂层为5-10cm厚粒径为1-3mm的砂砾；所述砾石层为5-20cm厚粒径为0.5-2cm的砾石。

上述树木根系地下观测结构的建造方法，包括以下步骤：

1)挖土坑，并预留观察通道6；在观察通道6的一端设置入口；

2)在土坑的底部打钢筋混凝土地基；

3)在钢筋混凝土地基上铺设水泥砂浆垫层；

4)在铺设的水泥砂浆垫层上浇筑树池1，树池1包括底面和侧壁，树池的顶部开口，树池的侧壁设有用于观察的观察窗2；树池的底面和侧壁为一体成型的钢筋混凝土浇筑成的结构；

5)在树池内部底面铺设水泥砂浆排水斜面，在水泥砂浆排水斜面的上表面设置排水槽，在排水槽内设置排水设施3；在排水设施3的上部及整个水泥砂浆排水斜面8上铺设过滤层4。

上述步骤中，还包括在步骤5)之后，对树木根系地下观测结构的防水处理步骤。

上述树木根系地下观测结构的使用方法，包括以下步骤：待移植树木根系长到观察窗2位置时，开始定期观测、拍照并电子化；根据根系生长速率，设定观测频率；观测时采用根系追踪描绘的方法，即用彩色漆笔描绘观测到的根系生长轨迹和生长长度，并用游标卡尺测定观测到的一周内每条根系的生长长度；每月利用高清照相机进行一次根系生长轨迹的图像采集，根据观察窗2上人工描绘的根系生长轨迹进行电子化，获得根系生长动态过程图；拍照时，在透明有机玻璃观察窗2上固定位置设置面积为1cm²的校准区，用于在后期进行图片电子化时进行图片的校准。

本发明建设的一种可观测树木根系生长状况的地下树池，可以实现以下几个方面的功能：1.模拟树木根系生长的地下温度、光照环境；2.从地下直接观测根系的生长状况。由于树池三面被土壤环绕，同时地下观察窗在无人观测时，处于封闭状态，所以树池内土壤温度与周边土壤温度一致，且在非观察时间保持根系处在黑暗的生长环境。本设施可以定期进行根系的直接观测，直观了解根系生长状况，同时结合现代化的电子手段，获得根系生长动态过程。

下面通过一些具体的实施例来进行具体介绍。

实施例1

如图1至图3所示，一种树木根系地下观测结构，包括：钢筋混凝土地基、水泥砂浆垫层、树池1、观察窗2和遮光保温层5；

所述树池1为顶部开口的箱形结构，树池1的其中一个侧壁设有观察窗2，所述观察窗2的外侧为观察通道6；所述观察窗2的外侧设有遮光保温层5，所述遮光保温层5为软性黑色遮光保温层5，树池1的其他侧壁和底面均为钢筋混凝土结构；

钢筋混凝土地基和水泥砂浆垫层均位于树池1下方，由下到上依次为钢筋混凝土地基、水泥砂浆垫层和树池1；

树池1的内部由下至上依次设有水泥砂浆排水斜面8、排水设施3和过滤层4；水泥砂浆排水斜面8设置在树池1的底部，水泥砂浆排水斜面8的上表面设有排水槽，所述排水设施3安装在排水槽内，过滤层4覆盖在所述水泥砂浆排水斜面8和排水设施3上，经过滤层过滤后的液体通过排水设施3排出。

所述观察窗2包括框架21和多块透明有机玻璃22，所述透明有机玻璃22安装在框架21上，利用钢板将其固定在框架上，框架21为钢架。在具体设置时，透明有机玻璃22的规格为不大于1m×1m，透明有机玻璃22的厚度不低于10mm；钢架厚度不低于10cm，树池1的钢筋混凝土结构的底面和侧壁的厚度均不低于20cm。

为了防止树池内部水分外流，树木根系地下观测结构的内部采用防水设置。

所述树池1的底部为平面，水泥砂浆排水斜面为两侧高中部低且后面高前面低的双斜面；排水槽出口设在双斜面的最低点处；所述排水设施3为排水管，所述排水管布设有多个排水孔，经过滤层过滤后的液体通过排水孔进入到排水设施3内，排水设施3的出水口从树池1伸出。

所述过滤层4从上至下依次由细沙层、粗砂层及砾石层组成。在具体设置时，所述细沙层为5-10cm厚的粒径为0.25-0.35mm的细沙；所述粗砂层为5-10cm厚粒径为1-3mm的砂砾；所述砾石层为5-20cm厚粒径为0.5-2cm的砾石。

本发明各部分的结构的功能如下：

钢筋混凝土材质的树池1：本部分主要功能是将树池内外隔绝开来，使树池内部形成一个独立空间。

观察窗2的主要功能是进行根系直接观测。

过滤层4和排水设施3的主要功能是将树池内多余水分过滤，并及时排出树池，防止树池内积水。

遮光保温层5的主要功能是遮光保温，尽可能模拟树木根系生长的地下温度和光照环境。同时，由于采用软性材料，可以打开，方便科研人员进行根系观测。

上述树木根系地下观测结构的建造方法和观测方法，包括以下步骤：

1.开挖。根据树池1大小挖出深度不低于3米的土坑，并预留观察通道6、地下观察通道的入口7等附属设施。观察通道6为地下观察通道。观察通道6位于透明有机玻璃观察面正前方，观察通道的入口7位于观察通道6的一端。

2.打地基。在土坑的底部打钢筋混凝土地基，具有承重功能，确保设施安全。

3.铺垫层。在钢筋混凝土地基上铺设水泥砂浆垫层。

4.浇筑钢筋混凝土树池。在铺设的水泥砂浆垫层上浇筑钢筋混凝土树池底面和三面厚度不低于20cm的钢筋混凝土树池壁，树池的底面和侧壁为一体成型钢筋混凝土浇筑。留出一面安装有机玻璃观察窗。

5.在树池内部的底面上方铺设水泥砂浆排水斜面8，在水泥砂浆排水斜面8上设置排水槽，在排水槽内设置排水设施3；在排水设施3的上部铺设过滤层4，确保底部多余水分汇集进入排水槽。水泥砂浆斜面为两侧高中间低且后面高前面低的双斜面，由后至前(靠近观察窗为前)呈3％坡度，从而排水设施也呈3％倾斜，出口位置位于树池底面最低点，以利于充分排水。

6.安装透明有机玻璃观察窗。在预留的未浇筑的树池的一面安装透明有机玻璃观察窗。观察窗包括框架21和多块透明有机玻璃22，所述透明有机玻璃22安装在框架21外，利用钢板将其固定在框架上，框架21为钢架。考虑到透明有机玻璃的承重性问题，将透明有机玻璃分割成不大于1m×1m的方块，用厚度不低于10cm的角钢搭建钢架，再在钢架上安装透明有机玻璃。透明有机玻璃厚度不低于10mm。

7.刷防水漆。在水泥砂浆树池内壁、透明有机玻璃观察窗上钢架与钢筋混凝土树池衔接处、钢架与透明有机玻璃的衔接处等部位刷防水漆，防止树池内部水分外流。

8.观测。待移植树木根系长到透明有机玻璃观察窗位置时，开始定期观测、拍照并电子化。根据根系生长速率，设定观测频率。建议观测频率为每周一次。观测时采用根系追踪描绘的方法，即用彩色漆笔描绘观测到的根系生长轨迹和生长长度，并用游标卡尺测定观测到的一周内每条根系的生长长度。每月利用高清照相机进行一次根系生长轨迹的图像采集，根据透明有机玻璃窗上人工描绘的根系生长轨迹进行电子化，获得根系生长动态过程图。拍照时在透明有机玻璃观察窗上固定位置设置面积为1cm²的校准区，以便在后期进行图片电子化时进行图片的校准。如图4所示，图4为用彩色漆笔跟踪描绘的油松根系生长轨迹。从图中，可以清晰且准确的观测到油松根系的生长轨迹。

实施例2

如图1至图3所示，一种树木根系地下观测结构，包括：钢筋混凝土地基、水泥砂浆垫层、树池1、观察窗2和遮光保温层5；

所述树池1为顶部开口的箱形结构，树池1的其中一个侧壁设有观察窗2，所述观察窗2的外侧为观察通道6；所述观察窗2的外侧设有遮光保温层5，所述遮光保温层5为软性黑色遮光保温层5，树池1的其他侧壁和底面均为钢筋混凝土结构；

钢筋混凝土地基和水泥砂浆垫层均位于树池1下方，由下到上依次为钢筋混凝土地基、水泥砂浆垫层和树池1；

树池1的内部由下至上依次设有水泥砂浆排水斜面8、排水设施3和过滤层4；水泥砂浆排水斜面8设置在树池1的底部，水泥砂浆排水斜面8的上表面设有排水槽，所述排水设施3安装在排水槽内，过滤层4覆盖在所述水泥砂浆排水斜面8和排水设施3上，经过滤层过滤后的液体通过排水设施3排出。

所述观察窗2包括框架21和多块透明有机玻璃22，所述透明有机玻璃22安装在框架21外，利用钢板将其固定在框架上，框架21为钢架。在具体设置时，透明有机玻璃22的规格为不大于1m×1m，透明有机玻璃22的厚度不低于10mm；钢架厚度不低于10cm，树池1的钢筋混凝土结构的侧壁的厚度不低于20cm。

为了防止树池内部水分外流，树木根系地下观测结构的内部采用防水设置。

所述树池1的底部为平面，水泥砂浆排水斜面为两侧高中部低且后面高前面低的双斜面；排水槽出口设在双斜面的最低点处；所述排水设施3为排水管，所述排水管布设有多个排水孔，经过滤层过滤后的液体通过排水孔进入到排水设施3内，排水设施3的出水口从树池1伸出。

所述过滤层4从上至下依次由细沙层、粗砂层及砾石层组成。在具体设置时，所述细沙层为5～10cm厚的粒径为0.25～0.35mm的细沙；所述粗砂层为5～10cm厚粒径为1～3mm的砂砾；所述砾石层为5～20cm厚粒径为0.5～2cm的砾石。

本发明各部分的结构的功能如下：

钢筋混凝土材质的树池1：本部分主要功能是将树池内外隔绝开来，使树池内部形成一个独立空间。

观察窗2的主要功能是进行根系直接观测。

过滤层4和排水设施3的主要功能是将树池内多余水分过滤，并及时排出树池，防止树池内积水。

遮光保温层5的主要功能是遮光保温，尽可能模拟树木根系生长的地下温度和光照环境。同时，由于采用软性材料，可以打开，方便科研人员进行根系观测。

上述树木根系地下观测结构的建造方法和观测方法，包括以下步骤：

1.开挖。根据树池1大小挖出深度不低于3米的土坑，并预留观察通道6、地下观察通道的入口7等附属设施。观察通道6为地下观察通道。观察通道6位于透明有机玻璃观察面正前方，观察通道的入口7位于观察通道6的一端。

2.打地基。在土坑的底部打钢筋混凝土地基，具有承重功能，确保设施安全。

3.铺垫层。在钢筋混凝土地基上铺设水泥砂浆垫层。

4.浇筑钢筋混凝土树池。在铺设的水泥砂浆垫层上浇筑钢筋混凝土树池底面和三面厚度不低于20cm的混凝土树池壁，树池的底面和侧壁为一体成型钢筋混凝土浇筑而成的结构。留出一面安装透明有机玻璃观察窗。

5.在树池内部的底面上方铺设水泥砂浆排水斜面8，在水泥砂浆排水斜面8上设置排水槽，在排水槽内设置排水设施3；在排水设施3的上部及整个水泥砂浆排水斜面8上铺设过滤层4，确保底部多余水分汇集进入排水槽。水泥砂浆斜面为两侧高中间低且后面高前面低的双斜面，由后至前呈3％坡度，从而排水设施也呈3％倾斜，出口位置位于树池底面最低点，以利于充分排水。

6.安装有机玻璃观察窗。在预留的未浇筑的树池的一面安装透明有机玻璃观察窗。观察窗包括框架21和多块透明有机玻璃22，所述透明有机玻璃22安装在框架21外，利用钢板将其固定在框架上，框架21为钢架。考虑到透明有机玻璃的承重性问题，将透明有机玻璃分割成不大于1m×1m的方块，用厚度不低于10cm的角钢搭建钢架，再在钢架上安装透明有机玻璃。透明有机玻璃厚度不低于10mm。

7.刷防水漆。在水泥砂浆树池内壁、透明有机玻璃观察窗上钢架与钢筋混凝土树池衔接处、钢架与透明有机玻璃的衔接处等部位刷防水漆，防止树池内部水分外流。

8.观测。待移植树木根系长到透明有机玻璃观察窗位置时，开始定期观测、拍照并电子化。根据根系生长速率，设定观测频率。建议观测频率为每周一次。观测时采用根系追踪描绘的方法，即用彩色漆笔描绘观测到的根系生长轨迹和生长长度，并用游标卡尺测定观测到的一周内每条根系的生长长度。每月利用高清照相机进行一次根系生长轨迹的图像采集，根据透明有机玻璃窗上人工描绘的根系生长轨迹进行电子化，获得根系生长动态过程图。拍照时在透明有机玻璃观察窗上固定位置设置面积为1cm²的校准区，以便在后期进行图片电子化时进行图片的校准。如图5所示，图5为用彩色漆笔跟踪描绘的银杏根系的生长轨迹。从图5中，可以清晰且准确的观测到银杏的根系的生长轨迹。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。