作物根系生长观测系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型是涉及一种作物根系生长观测系统。本实用新型旨在解决现有根系生长观测系统中土柱难以重复利用、试验成本高、模拟误差大的技术问题。本实用新型中观测通道的两侧壁的地下梯度式放置室的侧壁上开设有对应于模拟土柱且带闭合门的观测窗，所述模拟土柱包括筒体及底座，所述筒体由至少两个弧形透明管材依次拼接并经由抱箍环绕固定而成，且各弧形管材相拼接的两边经由工形或U形卡槽密封固定。通过本实用新型观测系统不但能及时有效的观测到作物的地下根系生长发育及水分在土体中的运移情况，而且还能获取完整的植物根系和完成土壤分层取样，大大提高了试验精度；而且试验装置可重复组合利用，试验成本大为降低。
【专利说明】作物根系生长观测系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及不同条件下植物生长的观测系统，具体来说涉及一种作物根系生长观测系统。
【背景技术】
[0002]目前根据农业试验的要求不同，各地均有不同形式的作物地下部根系农业试验观测场所，从种植的方式上包括:容器法、管栽法、网袋法等，但是这些种植方式所选材料主要存在两方面的不足和缺陷，一是不能及时观察和描述试验过程中的现象和特征；二是为了满足农业试验的一些特定要求(如根系在不同土层的分布情况、不同时期植物根系的生长发育情况等)，对试验材料只能采用破坏性试验，造成试验材料不能重复利用和浪费。
[0003]从试验场所的选择上来看，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问题是环境温度与作物生长发育的土壤温度差异性太大，造成农业试验的误差增大；采用地下式或半地下式的突出问题，一是由于设计不合理，造成农业试验观测、抽取试验样品困难和不便；二是保温效果不理想，造成试验的环境温度与作物生长发育的土壤温度差异性仍然较大，降低了试验精确度。
[0004]中国专利文献CN103141329A的名称为一种植物根系生长观测系统的专利中公布了一种观测植物生长的系统，该系统包括地下室、提升装置、观测柱和外部的能够做到控温控水的棚，在一定程度上模拟了植物生长的自然环境，同时也利于观测、得出结果；但是，该系统的缺点在于，无法在不破坏试验装置的情况获得完整的作物根系样品，以及完成土壤样品的分层取样；另外，该试验系统构造较为复杂、造价高、维护使用成本较高。
[0005]此外，目前农业试验领域的土柱试验的盛装容器多是由不透明的PVC管材制成，该类材料存在着许多不足之处:如不能及时观察和描述试验过程中所产生的现象和特征；为了满足农业试验的一些特定取样要求(比如:不同土层、植物根系)，对PVC试验材料只能采用破坏性试验，导致试验装置不能重复利用，造成浪费。
【发明内容】
[0006]本实用新型要解决的技术问题是提供一种构造简单、可重复利用、试验成本低、模拟精确的作物根系生长观测系统，并给出了作物根系的生长观测方法。
[0007]为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案:
[0008]设计一种作物根系生长观测系统，包括根系观测装置、遮盖该根系观测装置上方的防雨透光棚，所述根系观测装置包括地下梯度式放置室、安装于该地下梯度式放置室中的模拟土柱、观测通道，所述地下梯度式放置室上方设置为地表种植区，在所述观测通道的两侧壁的地下梯度式放置室的侧壁上开设有对应于模拟土柱且带闭合门的观测窗，所述模拟土柱包括筒体及底座，所述筒体由至少两个弧形透明管材依次拼接并经由抱箍环绕固定而成，且各弧形管材相拼接的两边经由工形或U形卡槽密封固定。
[0009]在所述模拟土柱外包裹有遮光膜，且在遮光膜对应于所述观测窗的位置处设有拉开遮光膜的连接扣。
[0010]所述底座安装于所述筒体下端，且该底座上开设有一定数量的透水孔，在所述底座与所述筒体的端口之间设置有过滤层。
[0011]所述底座的下方设置有用于收集模拟土柱渗出的渗液收集容器；所收集的渗液可用于营养成分分析，也可监测土壤水分、土壤养分在模拟土柱中的垂直运移情况。
[0012]在所述观测窗内侧设置有活动保温板。
[0013]在所述地表种植区下方设置有用以固定所述模拟土柱顶端的网格状格栅。
[0014]所述观测装置还包括对应的连通于各个渗液收集容器，用以方便的抽取渗液收集容器中的渗液。
[0015]作为优选实施例，所述根系观测系统还包括清洗装置，该清洗装置包括至少三个顶部依次相连通且深度逐层递减的净化池，在净化池上设置有对应的入水口和出水口 ；可减少根系冲洗过程中泥沙在排水管道中的沉积以及方便的获取完整作物根系。
[0016]所述根系观测系统还包括提升装置、安装该提升装置的移动导向装置。
[0017]作为另一实施例，上述移动导向装置包括地基表面设置的滑轨和相应的轨道车，该滑轨的一端位于提升装置下方，另一端可与清洗装置相邻。
[0018]作为优选实施例，活动保温板可为聚苯乙烯泡沫板。
[0019]作为优选实施例，连接扣为尼龙粘带或拉链。
[0020]作为优选实施例，在所述地下梯度式放置室内模拟土柱的底部，自上而下设有底座和积水收集管，该积水收集管与下水管道连通。
[0021]作为优选实施例，在所述根系观测装置的地下梯度式放置室内还包括有照明及温度湿度控制装置。
[0022]本实用新型涉及的观测方法，具体步骤包括:
[0023]( I)填装:根据田间土壤的层次结构，在模拟土柱中分层填装对应的土层；
[0024](2)吊装:将填装好的模拟土柱吊装至地下梯度式放置室中的对应位置处，其上端经由对应的网格状格栅固定，且在其外部的地表种植区内填充土壤(可有效密闭地下梯度式放置室，起到保温保湿避光作用)；
[0025](3)播种:在模拟土柱的顶端土层及其外部的地表种植区按常规方法播种对应的作物(在土柱外部的地表种植区种植对应的作物，可有效的消除作物生长的边际效应，以使试验结果更精确、更接近于田间的真实情况)，并按常规方法或试验设计的方法进行田间栽
培管理；
[0026](4)观测:在作物生长的不同阶段，根据试验设计的试验节点，经由观测窗观测记录各模拟土柱中的作物根系生长发育情况；
[0027](5)采样:在作物生长的不同阶段，根据试验设计的试验节点，取出对应的模拟土柱，松开其抱箍以打开模拟土柱，再以清水冲土壤，收集作物根系，测定记录其长度、生物量、生物活性等。
[0028]本实用新型具有积极有益的技术效果:
[0029](I)经由本实用新型观测系统不但能及时有效的观测到作物的地下根系生长发育及水分在土体中的运移情况，而且还能利用组合式土柱试验装置组成部件的可拆解组装，避免取样过程中植物根系的损坏，便于获取完整的植物根系和土壤分层取样，大大提高了实验精度；
[0030](2)系统构造简单，易于使用维护，而且各试验装置及部件可多次重复组合利用，大大降低了试验成本；
[0031](3)通过吊装机械设计与组合式土柱试验装置配合，运输导向装置的使用，节省人工，实现农业试验观测、抽取试验样品的便利化、直观化、连续化，同时，冲洗后的土壤更有利于回收重复利用；
[0032](4)本实用新型观测系统不仅通过地下梯度式放置室避光，还通过活动保温板、遮光膜达到保温、避光的效果，模拟出接近大田条件下的作物根系生长发育情况，最终达到提高试验精确度、缩短试验研究周期的效果；
[0033](5)地下梯度式放置室和组合式土柱的结合使用，保证了在同一系统中观测多种植株的生产情况，或同一种植株在不同生长周期中的生长情况，同时每个组合式的独立土柱还保证了在每次观测时不影响其他实验样本。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]图1是本实用新型作物根系生长观测系统的使用状态的半剖结构示意图；
[0035]图2是本实用新型作物根系生长观测系统的结构示意图；
[0036]图3是本实用新型作物根系生长观测系统中的地下梯度式放置室的结构示意图；
[0037]图4是本实用新型作物根系生长观测系统中的模拟土柱的示意图；
[0038]图5是图4的爆炸效果示意图；
[0039]图6是图4中所示模拟土柱的俯视图；
[0040]图中各部件名称:1.平衡板；2.铰支连接；3.沉降通孔；4.净化池；5.电机；6.提升架；7.地面；8.电控装置柜；9.地下梯度式放置室；10.观测通道；11.地基；12.活动保温板；13.渗液收集容器；14.底座；15.网格状格栅；16.观测柱；17.防雨透光棚；18.滑轨；19.轨道车；20.门；21.连接扣；22.卡扣；23.遮光膜；24.抱箍；25.筒体；26.过滤层。
【具体实施方式】
[0041]实施例1 一种作物根系生长观测系统，参见图1至图5，包括根系观测装置、遮盖该根系观测装置上方的防雨透光棚17，所述根系观测装置包括地下梯度式放置室9、安装于该地下梯度式放置室9中的模拟土柱16 (可根据需要依次设置高度为50cm、100cm、150cm、200cm长的模拟土柱)、观测通道10，地下梯度式放置室9上方设置为地表种植区，在所述观测通道10的两侧壁的地下梯度式放置室9的侧壁上开设有对应于模拟土柱16且带闭合门的观测窗，在所述观测窗内侧设置有活动保温板(聚苯乙烯泡沫板)12 ;模拟土柱16包括筒体25及底座，筒体25由至少两个弧形透明管材依次拼接并经由抱箍24环绕固定而成，且各弧形管材相拼接的两边经由工形或U形卡槽密封固定；在所述工形或U形卡槽内垫衬有橡胶密封条，可避免发生渗漏情况。所述弧形管材为有机玻璃材质。采用可视透明的有机玻璃为材料，便于观察内部的试验情况(如植物根系的生长发育情况、水分分布运移情况等)。
[0042]在所述模拟土柱16外包裹有遮光膜23，且在遮光膜23对应于所述观测窗的位置处设有拉开遮光膜23的连接扣21。保证最大限度的模拟植物的生长环境，力求实验结果的真实。
[0043]底座14安装于所述筒体25下端，且该底座14上开设有一定数量的透水孔，在所述底座14与所述筒体25的端口之间设置有过滤层26。在底座14的下方设置有渗液收集容器13。
[0044]在所述地表种植区下方设置有用以固定所述模拟土柱16顶端的网格状格栅15。
[0045]所述根系观测系统还包括根系观测系统还包括清洗装置，该清洗装置包括至少三个顶部依次相连通且深度逐层递减的净化池4，净化池4上设置对应的入水口和出水口。
[0046]所述根系观测系统还包括提升装置、安装该提升装置的移动导向装置。移动导向装置包括平衡板I和铰支连接2，该铰支连接2连接平衡板I和地基11。
[0047]在所述根系观测装置的观测通道10内还包括有照明及温度湿度控制装置，以方便实验人员的进入，实验数据的记录，以及实验过程中的保温保湿。
[0048]利用上述观测系统观测作物根系生长的方法，包括如下步骤:
[0049]( I)填装:根据田间土壤的层次结构，在模拟土柱16中分层填装对应的土层；
[0050](2)吊装:将填装好的模拟土柱16吊装至地下梯度式放置室中9的对应位置处，其上端经由对应的网格状格栅15固定，且在其外部的地表种植区内填充土壤；
[0051](3)播种:在模拟土柱的顶端土层及其外部的地表种植区按常规方法播种对应的作物，并按常规方法或试验设计的方法进行田间栽培管理；
[0052](4)观测:在作物生长的不同阶段，根据试验设计的试验节点，经由观测窗观测记录各模拟土柱中的作物根系生长发育及水分运移分布情况；
[0053](5)采样:在作物生长的不同阶段，根据试验设计的试验节点，取出对应模拟土柱16，松开其抱箍24打开模拟土柱16，以清水冲土壤，收集作物根系，测定记录其长度、生物量、生物活性等。
[0054]本实用新型中地下式放置室采用梯度式设计可以满足不同深度，例如:50cm、100cm、150cm、200cm等。模拟土柱填充土体后重量大，需要和保证安全稳固性，提升架6和电机5构成的吊装机械设计与组合式土柱试验装置配合，实现农业试验观测、抽取试验样品的便利化、直观化、连续化，通过遮光膜23、活动保温板12、覆土等材料达到保温避光效果，降低因环境温度与作物生长发育大田土壤温度不同造成的差异性，最大限度为作物地下部分创造近似耕地土壤的生长发育环境，提高试验精确度、缩短试验研究周期。
[0055]本实施例将组合式土柱与地下式放置室相结合，既能够在同一系统里同时观测不同争产周期的植株，同时又能够保证每个植株观测条件的独立性。
[0056]活动保温板12的设立，一方面是使观测室内的模拟条件更为接近真实情况，另一方面，便于拿取与安装的活动保温板12相对于直接固定于观测窗上的保温板成本低，便于调节。
[0057]实施例2 —种作物根系生长观测系统,本实施例工作原理同实施例1,见图2,不同之处在于，本实施例中所述的运输导向装置包括地基11表面设置的滑轨18和相应的轨道车19，该滑轨18的一端位于提升装置下方，另一端与清洗装置相邻。
[0058]改变上述实施例中的各个具体的结构尺寸参数及零部件的等同替代，可形成多个具体的实施例，均为本实用新型的常见变化范围，在此不再赘述。
【权利要求】
1.一种作物根系生长观测系统，包括根系观测装置、遮盖该根系观测装置上方的防雨透光棚，所述根系观测装置包括地下梯度式放置室、安装于该地下梯度式放置室中的模拟土柱、观测通道，所述地下梯度式放置室上方设置为地表种植区，其特征在于:在所述观测通道(10)的两侧壁的地下梯度式放置室的侧壁上开设有对应于模拟土柱(16)且带闭合门的观测窗，所述模拟土柱(16)包括筒体(25)及底座(14)，所述筒体(25)由至少两个弧形透明管材依次拼接并经由抱箍(24)环绕固定而成，且各弧形管材相拼接的两边经由工形或U形卡槽密封固定。
2.如权利要求1所述的作物根系生长观测系统，其特征在于:在所述模拟土柱(16)外包裹有遮光膜(23)，且在遮光膜(23)上对应于所述观测窗的位置处设有拉开遮光膜(23)的连接扣(21)。
3.如权利要求1所述的作物根系生长观测系统，其特征在于:在所述观测窗内侧设置有活动保温板(12)。
4.如权利要求1所述的作物根系生长观测系统，其特征在于:所述底座(14)安装于所述筒体(25)下端，且该底座(14)上开设有一定数量的透水孔，在所述底座(14)与所述筒体(25)的端口之间设置有过滤层(26)。
5.如权利要求4所述的作物根系生长观测系统，其特征在于:在所述底座(14)的下方设置有渗液收集容器(13)。
6.如权利要求5所述的作物根系生长观测系统，其特征在于:在所述地表种植区下方设置有用以固定所述模拟土柱(16 )顶端的网格状格栅(15)。
7.如权利要求6所述的作物根系生长观测系统，其特征在于:所述根系观测系统还包括设置在各个渗水收集容器(14 )下的积水收集管(13 )。
8.如权利要求1所述的作物根系生长观测系统，其特征在于:所述根系观测系统还包括清洗装置，该清洗装置包括至少三个依次相连通且深度逐层递减的净化池(4)，在净化池(4)上设置有对应的入水口和出水口。
9.如权利要求8所述的地下室作物根系生长观测系统，其特征在于:所述根系观测系统还包括提升装置和安装该提升装置的移动导向装置。
【文档编号】A01G9/20GK203661692SQ201320853630
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2013年12月24日 优先权日:2013年12月24日
【发明者】杨占平, 沈阿林, 寇长林, 郭战玲, 张香凝, 李太魁 申请人:河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所