一种植物根系力学测定装置

本发明属于植物特性研究，具体涉及一种植物根系力学测定装置。

背景技术：

1、植物根系在植物所处的土壤微环境扮演着重要角色，植物根系结构、形状、粗细以及大小的变化等均会改变土壤结构。当植物根系穿过土壤时，矢量根系的侧向压力和多角度的锚固促进土壤颗粒之间的结合，使得土壤成为一种更紧密、更稳定的空间结构体。这种结合不仅有助于防止水和风侵蚀，减轻土壤侵蚀的风险，也可以改变土壤地下生态系统的结构和运作方式，尤其是对植物根系微生物及其生物共生体以及土壤水分温度产生影响。而这种改变的重要途径便是根系的多向力锚固。目前，关于植物根系的力学测定需要通过挖掘移除植物进行力学测试，而这种试验多为有损试验，无法完整的呈现植物根系动力学过程，且多集中于正向拉力，以及无法了解植物根部在受到拉伸时的微观形态和生物力学特性。

技术实现思路

1、基于上述背景技术中提到的问题，本发明提供了一种植物根系力学测定装置，用于解决目前关于植物根系的力学测定需要挖掘植物多为有损试验，且多集中于正向拉力，以及无法了解植物根部在受到拉伸时的微观形态和生物力学特性。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、一种植物根系力学测定装置，包括种植箱，所述种植箱内置有若干胶囊球，各所述胶囊球之间的间隙内填充有土壤，所述胶囊球包括外囊和内囊，所述内囊上连接有与内囊相连通的安装筒，所述安装筒顶部设有封膜，所述封膜上连接有触头，所述内囊被挤压变形时封膜向安装筒内凸起使触头下降，所述安装筒内安装有压力传感器，所述压力传感器连接有微型信号传输模块，所述内囊上套设有内衬环，所述内衬环包括第一柔性套环和呈环形排列的若干内衬片，所述内衬片均位于第一柔性套环内，所述外囊内壁连接有外衬环，所述外衬环包括第二柔性套环和呈环形排列的若干外衬片，所述外衬片均位于第二柔性套环内，内衬片与外衬片一一对应，所述内衬片与外衬片之间分别连接有第一连接杆。

4、在上述技术方案的基础上，本发明还进行如下改进：

5、进一步，所述外衬环上安装有四个磁吸件，各磁吸件之间的夹角为90°。便于各胶囊球之间的连接，同时使连接后的胶囊球呈矩阵分布，便于记录各胶囊球位置配合胶囊球反馈数据研究根系。

6、进一步，所述磁吸件包括限位圈和磁吸片，所述限位圈滑动杆套设在第一连接杆上，所述磁吸片位于外囊的外部，所述限位圈上连接有第二连接杆，所述第二连接杆依次穿过外衬环和外囊与磁吸片连接。磁吸件滑动安装胶囊球上，可在胶囊球在连接后位于磁吸片处的外囊仍可受挤压内陷触发压力传感器，有利于提高测定精度。

7、进一步，所述安装筒内开设有螺纹，所述安装筒内螺纹连接有调节环，所述调节环位于压力传感器下部。外囊受挤压变形时使封膜向下凸出，通过调节环对压力传感器的位置进行调节，外囊受挤压外凸使触头与压力传感器接触，通过改变压力传感器与触头之间的距离，可调节胶囊球对减压力检测的灵敏度。

8、进一步，所述种植箱包括底座和外框体，所述底座上设有支座，所述支座上设有第一安装架，所述第一安装架与底座之间安装有丝杆，所述第一安装架上安装有传动箱，所述第一安装架上安装有传动杆，所述传动杆和丝杆上均安装有锥齿轮，两个锥齿轮均位于传动箱内且相互啮合，所述支座上滑动套设有调节架，所述调节架与丝杆螺纹连接，所述调节架上连接有承载板，所述外框体位于承载板上。通过传动杆可转动丝杆使调节架下压移动带动外框体山下移动改变种植箱的深度，从而可在设置胶囊球和填充土壤时可逐渐加深种植箱逐层铺设胶囊球并在铺设完一层胶囊球后立即填充土壤，土壤填充时操作方便，铺设下层胶囊球和土壤时受外框体干扰较小。

9、进一步，所述传动杆上安装有调节轮。通过调节轮是传动杆的转动更为方便，方便操作。

10、进一步，所述植物根系力学测定装置还包括筛网板，所述筛网板置于外框体顶端。在铺设胶囊球和填充土壤时，可在铺设完单层胶囊球后将筛网置于外框体顶端，填充土壤时将预设湿度的土壤置于筛网上并进行揉搓，通过筛网将土壤切割后落入胶囊球之间的间隙中自然填充，可避免在填土时用力过度导致土壤挤压胶囊球变形影响后期胶囊球的使用。

11、本发明的有益效果：

12、1、通过根系挤压胶囊球触发压力传感器测量植物根系的应力分布，获得植物根系的力学特征信息，便于了解植物根部在受到拉伸时的微观形态和生物力学特性；

13、2、球形胶囊可以不干扰植物生长，避免对植物的伤害；

14、3、球形胶囊适用于各种植物，无论根系结构复杂与否，都可以进行测量；

15、4、球形胶囊仪器操作简单，便于在各种场合使用，可通过重复测量和校准，提高数据的可靠性和稳定性。

技术特征：

1.一种植物根系力学测定装置，包括种植箱，其特征在于：所述种植箱内置有若干胶囊球(2)，各所述胶囊球(2)之间的间隙内填充有土壤，所述胶囊球(2)包括外囊(21)和内囊(22)，所述内囊(22)上连接有与内囊(22)相连通的安装筒(23)，所述安装筒(23)顶部设有封膜(221)，所述封膜(221)上连接有触头(222)，所述内囊(22)被挤压变形时封膜(221)向安装筒(23)内凸起使触头(222)下降，所述安装筒(23)内安装有压力传感器(24)，所述压力传感器(24)连接有微型信号传输模块，所述内囊(22)上套设有内衬环，所述内衬环包括第一柔性套环(261)和呈环形排列的若干内衬片(251)，所述内衬片(251)均位于第一柔性套环(261)内，所述外囊(21)内壁连接有外衬环，所述外衬环包括第二柔性套环(262)和呈环形排列的若干外衬片(252)，所述外衬片(252)均位于第二柔性套环(262)内，内衬片(251)与外衬片(252)一一对应，所述内衬片(251)与外衬片(252)之间分别连接有第一连接杆(25)。

2.根据权利要求1所述的一种植物根系力学测定装置，其特征在于：所述外衬环上安装有四个磁吸件，各磁吸件之间的夹角为90°。

3.根据权利要求2所述的一种植物根系力学测定装置，其特征在于：所述磁吸件包括限位圈(271)和磁吸片(272)，所述限位圈(271)滑动杆套设在第一连接杆(25)上，所述磁吸片(272)位于外囊(21)的外部，所述限位圈(271)上连接有第二连接杆(27)，所述第二连接杆(27)依次穿过外衬环和外囊(21)与磁吸片(272)连接。

4.根据权利要求3所述的一种植物根系力学测定装置，其特征在于：所述安装筒(23)内开设有螺纹，所述安装筒(23)内螺纹连接有调节环(231)，所述调节环(231)位于压力传感器(24)下部。

5.根据权利要求1所述的一种植物根系力学测定装置，其特征在于：所述种植箱包括底座(11)和外框体(12)，所述底座(11)上设有支座(13)，所述支座(13)上设有第一安装架(14)，所述第一安装架(14)与底座(11)之间安装有丝杆(15)，所述第一安装架(14)上安装有传动箱(16)，所述第一安装架(14)上安装有传动杆(17)，所述传动杆(17)和丝杆(15)上均安装有锥齿轮，两个锥齿轮均位于传动箱(16)内且相互啮合，所述支座(13)上滑动套设有调节架(18)，所述调节架(18)与丝杆(15)螺纹连接，所述调节架(18)上连接有承载板(181)，所述外框体(12)位于承载板(181)上。

6.根据权利要求5所述的一种植物根系力学测定装置，其特征在于：所述传动杆(17)上安装有调节轮(171)。

7.根据权利要求6所述的一种植物根系力学测定装置，其特征在于：所述植物根系力学测定装置还包括筛网板，所述筛网板置于外框体(12)顶端。

技术总结
本发明公开了一种植物根系力学测定装置，包括种植箱，种植箱内置有若干胶囊球，各胶囊球之间的间隙内填充有土壤，胶囊球包括外囊和内囊，内囊上连接有安装筒，安装筒顶部设有封膜，封膜上连接有触头，安装筒内安装有压力传感器，压力传感器连接有微型信号传输模块，内囊上套设有内衬环，内衬环包括第一柔性套环和呈环形排列的若干内衬片，内衬片均位于第一柔性套环内，外囊内壁连接有外衬环，外衬环包括第二柔性套环和呈环形排列的若干外衬片，外衬片均位于第二柔性套环内，内衬片与外衬片之间分别连接有第一连接杆，用于解决目前关于植物根系的力学测定需要挖掘植物，且多集中于正向拉力，同时无法研究正向拉力形成的微观形态问题。

技术研发人员：闫洋洋,王玉宽,徐佩,严坤,刘勤,逯亚峰,李明
受保护的技术使用者：中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6