用于原位监测漂浮植物根系的固定装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及植物生理生态技术领域，具体涉及一种用于原位监测漂浮植物根系的固定装置及方法。
【背景技术】
[0002]根系是植物的主要营养器官，为植物新陈代谢摄取各种营养元素，在植物生长发育过程中起着极为重要的作用。因此，根系生理生态研宄已成为当今研宄的焦点。根系生长状况是根系生理生态特征的基础，深入准确地连续测量和分析植物根系生长特征及其参数，对于深入了解根系生理过程和生态功能等具有重要意义。然而，由于根系生长在地下，准确取样、测定、观察存在一定困难，根系研宄进展缓慢，尤其是湿地植物，它们多生长于水生或湿生环境中，其根系隐藏在水体或淤泥中，进一步增加了对其研宄的难度，从而限制了对水生植物根系生理生态过程的进一步研宄，影响了对湿地植物生态特征和功能的认识及评价。目前，国际上已将植物根系研宄作为前沿性和基础性科研方向开始进行详尽的研宄，但多集中于陆地植物根系，即主要在森林和草地生态系统中开展此类研宄。研宄方法主要采用非野外监测(如盆栽法、气培法、营养液培养法等)和野外监测(如挖掘法、土钻法、土柱法、剖面法等)两大类方法，技术相对比较成熟。近几年，随着对植物根系研宄的深入，国内外已开始广泛应用植物根系生长监测系统对植物根系进行原位监测和研宄，即通过埋设根管于土壤中，使植物贴服于根管壁生长，将直立扫描头伸入根管内，通过该系统配置的旋转式360度多层次线性扫描头，可非破坏性的获取根系原位的生长动态图像，继而借助分析系统对获取的根系图像进行全方位、多层次、多角度分析，可以获得植物根系的根长、表面积、体积、平均根直径和根尖数目等生理生态参数，同时，还可以监测植物根系的时空生长变化情况。由于该技术对样方所造成的破坏性小，监测精度高，节省大量人力资源，且能获得根系的连续动态监测等诸多优点，已成为国际上研宄植物根系的重要手段和关键技术。
[0003]但是，该现有技术在进行根系生长监测时，是通过埋设根管，将直立旋转型的线性扫描头伸入根管中进行扫描，获取土壤、根系剖面图像，监测土壤中活体根系的生长动态，因此，主要用于陆地植物根系原位监测，在监测水生植物尤其是漂浮植物时，由于植物植株和根系漂浮在水体中，受到(I)根管长度无法满足底泥和不同深度水体中植物根系监测的需要；(2)根管无法固定在水体中；(3)由于水体的透光性，无法提供关键仪器CCD扫描头对根系进行扫描的暗环境；(4)水体一旦受到扰动，植物植株和根系的位置都将受到影响而发生移动等因素的影响，扫描仪无法获得植物根系的生长图像。因此，解决此问题的方法主要是建造一个既对漂浮植物生境减少扰动，又能使漂浮植物在水体中的位置不产生移动且使扫描仪能够正常工作的水下暗环境，以完成对漂浮植物根系的原位监测。
[0004]此外，在现有技术中，漂浮植物根系的监测多是采用非野外监测技术和野外监测技术两大类。前者主要通过对植物的室内培养来研宄植物根系(包括气培法、营养液培养法等)，这往往改变了原来植物生长的光、温、水、土等无机环境条件，以及植物间的竞争作用、化感作用、病虫害等有机环境，植物培养的容器还会限制植物根系的生长与分布，因此，研宄所得的结论往往具有较大的不确定性。而后者则是通过进入水下作业将漂浮植物连根拔起，人工采集根系样品，带回实验室测定。该方法虽然保持了植物生长的原始环境和条件，能够克服非野外原位监测技术的缺点和不足，较准确的研宄根系现状特点，但对样方扰动性大，且费时费力、观测延迟，并对植物是破坏性采样，无法实现对原有植物根系的生长情况的连续动态监测。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于实现根系扫描仪对漂浮植物根系的原位监测，克服现有存在的漂浮植物根系监测方法上的缺陷和不足，设计、研制一种多功能、方便、实用的漂浮植物根系原位监测固定监测装置，以解决植物根系监测系统对漂浮植物根系水下原位扫描成像的冋题。
[0006]本发明的技术方案如下:
[0007]用于原位监测漂浮植物根系的固定装置，其特征在于，包括箱体；
[0008]所述箱体为包括顶面板和侧壁的下端开口的不透明空心柱体；所述顶面板上设置有至少I个根管孔；所述根管孔的形状与大小与扫描仪根管相适配，用于插装扫描仪根管。
[0009]所述固定装置还包括至少一个延长箱体，用于延长所述箱体的高度；
[0010]所述延长箱体是上、下两端均开口的空心柱体，所述空心柱体的上端开口与所述箱体的下端开口在形状和尺寸上相适配，使所述箱体与所述延长箱体可上下对接。
[0011]所述延长箱体上下两端设置成可与其它同型号延长箱体相叠合的结构。
[0012]箱体与延长箱体之间或上下延长箱体之间，采用连接部件连接；所述连接部件选自槽条连接件、紧定螺钉、插销、卡扣。
[0013]所述箱体底部和/或所述延长箱体底部设置有用于安装可伸缩延长杆的预留位。
[0014]所述箱体底部设置有用于安装可伸缩延长杆的预留位。
[0015]所述固定装置还包括可伸缩延长杆和用于安装在可伸缩延长杆底端的底座。
[0016]所述固定装置还包括根管和/或与所述根管孔相适配的不透明的根管孔盖，用于盖住闲置的所述根管孔。
[0017]所述箱体还包括由支腿以及横梁构成的与所述箱体和/或延长箱体结构相适配的支架结构，用于支撑所述顶面板和所述侧壁。
[0018]用于原位监测漂浮植物根系的方法，其特征在于，采用所述固定装置，进行如下步骤:
[0019](I)根据水体深度选择合适高度的所述固定装置，使所述固定装置的高度不低于水体深度及水面以上植株高度之和，
[0020](2)将所述固定装置的箱体罩在待监测的漂浮植物植株之上，所述固定装置的底部稳定安装在水体底泥中；
[0021](3)在预插入扫描仪的根管孔中插入根管，其他闲置的根管孔采用根管孔盖盖住，
[0022](4)将扫描仪放入根管中，开启扫描仪进行暗环境下的根系扫描。
[0023]所述固定装置的生产方法，其特征在于，包括如下步骤:
[0024](I)以不透明板材制作包括顶面板与侧壁的下端开口的箱体；
[0025](2)在顶面板上开至少I个根管孔，根管孔的形状与大小与扫描仪的根管相适配，用于插装扫描仪的根管。
[0026]所述步骤还包括:制作上，下端均开口的空心柱体作为延长箱体，并使所述延长箱体的上端开口与所述箱体的下端开口在形状和尺寸上相适配；延长箱体的上、下两端设置成可与其它同型号延长箱体相互对接叠合的结构。
[0027]所制作的箱体的下端和/或延长箱体的下端设置连接部件和/或用于安装可伸缩延长杆的预留位。
[0028]所述步骤还包括:制作用于安装在箱体下端、延长箱体下端以及延长杆下端的底座；
[0029]用不透明板材制作根管孔盖，所述根管孔盖的形状与大小与根管孔相适配，能盖在根管孔上使其不透光。
[0030]所述生产方法还包括制作由支腿和横梁构成的与箱体和/或延长箱体结构相适配的支架结构。
[0031]本发明提供一种用于原位监测漂浮植物根系的固定装置，在本发明的所有实施例中，所述固定装置都包括一个具有如下结构的箱体；所述箱体为包括顶面板和侧壁的下端开口的的不透明空心柱体；所述顶面板上设置有至少I个根管孔；所述根管孔的形状与大小与扫描仪根管相适配。不透明的箱体可罩在被监测的漂浮植物植株上，同时通过箱体顶面板上的根管孔插入根管，将扫描仪置入根管内，使其在暗环境下进行扫描，同时箱体还能起到固定漂浮植物的作用，使其在扫描时不受水流和/或风力的影响而处于一个相对稳定的状态；采用这种箱体固定植株根系并对其进行扫描，能避免对植株的破坏，并且不会影响植株的正常生长。可根据实际的监测需要在箱体顶面板上设置I个或多个根管孔。不透明箱体的顶面板和侧壁可以用不透明板材，如，黑色亚克力板、黑色PC板制成，本领域技术人员还可以采用其它常规不透明板材；该箱体具有结构简单、制作方便等特点。
[0032]所述箱体可以设计成各种规格以适应不同的植物以及水体深度的需求。在本发明的一些实施例中，所述固定装置设计成包括箱体以及延长箱体的结构，延长箱体用于延长所述箱体的高度。操作者可以根据水体深度、底泥深度、植株高度等实际因素灵活地考虑选择用I个或多个延长箱体延长固定装置的高度，以达到不影响植株正常的生长状态并使固定装置接触到水体底部从而稳定地放置在水体中的目的。
[0033]所述延长箱体上下两端设置成可与其它同型号延长箱体相叠合的结构。这样设置的目的是，在使用多个延长箱体的情况下，各延长箱体之间能够相互对接叠合使整个固定装置结构稳定。
[0034]关于箱体与延长箱体之间或上下延长箱体之间的连接方式，本发明采用连接部件连接；所述连接部件选自槽条连接件、紧定螺钉、插销、卡扣。本领域技术人员可以采用其它连接方式。
[0035]在本发明的大多数实施例中，优选在所述箱体底部和/或所述延长箱体底部设置有用于安装可伸缩延长杆的预留位。可伸缩延长杆的安装同样可以起到延长箱体高度的作用。
[0036]在本发明的一些实施例中，优选还包括可伸缩延长杆和用于安装在可伸缩延长杆底端的底座。可伸缩延长杆的长度可以调节，从而实现根据水体深度和/或底泥深度和/或植株高度调节合适的固定装置的高度；可伸缩延长杆底端的底座是用来固定所述装置在水体中的位置，使其在水中稳定，从而保证植株根系在扫描时的环境的稳定性。
[0037]在本发明的一些实施例中，优选还包括根管和/或与所述根管孔相适配的不透明的根管孔盖，用于盖住闲置的所述根管孔。在固定装置的箱体顶面板上设有多个根管孔时，如果只有其中I个根管孔中插入扫描仪根管，其它根管孔需要用根管孔盖盖住以防止强光和/或杂物进入装置内，保证扫描时的暗环境和稳定性。
[0038]在本发明的特定实施例中，所述箱体设计成还包括由支腿以及横梁构成的与所述箱体和/或延长箱体结构相适配的支架结构，用于支撑所述顶面板和所述侧