CN104655488A - 一种测定植物根系抗拉力学特性的简易方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测定植物根系抗拉力学特性的简易方法。本方法包括以下步骤：1)利用根钻或剖面挖掘法，对植物根系进行取样，将根系进行清洗，剔除死根，活根低温保存；2)用数显游标卡尺测定根系两端及中间点处的根径，根据根径大小将所有根系分成不同直径级；3)用数显推拉力计和螺旋机架测定并自动记录根系的最大抗拉力和拉伸形变位移；4)根据根直径、最大抗拉力和根拉伸长度等参数，计算不同根径级根系的抗拉强度和杨氏模量；5)统计根系抗拉强度和杨氏模量与根径大小的关系，分析根系的抗拉力学特性。本发明方法实验装置简单，操作过程简易，测量结果准确，可方便地运用于野外和室内对植物根系的抗拉和弹性拉伸强度进行测定。

Description

一种测定植物根系抗拉力学特性的简易方法

技术领域

本发明涉及一种测定植物根系抗拉力学特性的简易方法，尤其是能在野外环境下对植物根系抗拉力学特性进行现场测定的便携式实验方法，属于生物力学测量技术领域。

背景技术

植物是控制土壤侵蚀和水土流失的主要措施。植物根系在土体中交错、穿插，网络串联固持土壤是植物固土的重要方式。因而明确植物根系的抗拉力学性质是研究其固土机理的重要内容。目前，植物根系抗拉力学特性的测定室内主要采用“万能试验机”，室外主要采取剪切箱外加拉力传感器原位剪切的办法。前者尽管其测量精度高，但因其是针对工业材料设计的，结构复杂，体积庞大，只能固定于某一特定场所，难以在野外现场开展植物根系抗拉伸实验测试；且采集回来的根系样本有限，没有在野外现场丰富；另外植物根系从远距离的野外带回实验室测试过程中，由于脱离土壤时间长，容易导致根系失水变干，抗拉伸力学特性变化，测试结果不能完全反映代表其真实抗拉力学性质。后者尽管能较为真实的研究根系的固土力学效应，但对根系大小有要求，仅适合粗根系的抗拉试验，对于毛根生物力学特性的测定难以完成；且剪切箱现场抗拉试验不能测试根系的弹性拉伸。此外，这些大型专用实验设备没有针对根系的夹持装置，容易把根夹坏，降低实验成功率。当然，上述两类实验设备造价也较为昂贵，纵多研究者承担不起其高昂的费用。因此，开发一种用于植物根系抗拉特性测定的便携式机械装置或方法，特别是能用于野外环境下或在植物根系采集地点附近室内进行植物根系抗拉现场测试的机械装置有着重要的应用价值。

发明内容

本发明的目的，在于针对上述植物根系抗拉强度测试存在的问题，提出一种专门用于对植物根系抗拉强度进行测试、省时省力又省钱的测试方法，特别是可以方便用于野外植物生长现场对植物根系进行测试的方法。采用本方法，不仅能为测试植物根系抗拉强度的较准确数值提供保证，且能保证测试样本的丰富性和完整性，避免根系被夹具夹断从而产生测试偏差的不利后果。

本发明的目的是这样实现的：将植物根系从土壤中刨出后，用清水洗净，根据根系颜色判断将死根剔除。挑出未损伤活根，采用图1方法测定根系的抗拉力和弹性拉伸位移。本植物根系抗拉测试方法中机械装置由带标尺螺旋机架1、数显推拉力计2、夹持装置3和数显游标卡尺4组成；所述螺旋机架包括机架基座11、机架立柱12、牵引螺杆13、升降台14，、机架顶部15、手摇轮16、数显标尺17；所述数显推拉力计为市面上用于测量工业材料拉力性质的拉力计，可自动记录拉力峰值并保存；所述夹持装置3包括结构完全相同的上夹具和下夹具，上、下夹具由左右两块相同且夹持面相向的U型夹持块31及夹紧螺栓32、橡胶皮33组成；所述数显游标卡尺4(图6)为市面上常用游标卡尺，可自动读数。

其位置和连接关系为：数显推拉力计2上端通过螺栓固定在升降台14上，下端连接一夹具；另一夹具通过螺栓连接与机架基座11上；数显游标卡尺4单独使用，用于测定根系直径。

本植物根系抗拉测试方法的步骤是：

1)将植物根系从土壤中刨出后，用清水洗净，根据根系颜色判断将死根剔除。

2)挑出未损伤活根，用数显游标卡尺4测定待测根系两端及中间点处的根径D(mm)。

3)然后将根系的一端用机架基座上夹具夹紧，另一端用数显推拉力计2上夹具夹紧，缓慢转动手摇轮16，使升降台14上升时，上、下夹具之间产生拉力对根系进行拉伸，用数显推拉力计测出根被拉断时的最大拉力数值F_max，用螺旋机架上1上的数显标尺17读取根系的拉伸位移L(mm)

4)分别按以下公式：

T_R＝4F_max/πD²   (1)

E＝4FL/πD²(l-L)   (2)

即可计算出该根系的抗拉强度T_R。和杨氏模量E。

5)统计根系抗拉强度和杨氏模量与根径大小的关系，分析根系的抗拉力学特性。

如在野外植物生长的现场对植物根系的抗拉强度进行测试，可将设备拆卸后拉到现场，在植物根系采集点附近找一平地或自带平板桌，将设备组装起来以后开始试验。

本发明的有益效果是：由于用已有简单机械装置取代了万能试验机或原位剪切箱来进行根系抗拉力学特性的测试，故省时省力又省钱；由于本装置结构简单且可分拆组装，故可方便的携带到野外或在植物根系采集地点附近室内开展植物根系抗拉测试实验，保证了测试样本的丰富性和完整性，避免了将植物根系采集回实验室后由于脱离土壤时间长，造成根系抗拉强度发生变化从而产生测试偏差的不利后果，并便于实时记录实验结果，因而能准确地反映野外植物根系的实际力学状况；夹具上铺垫一层橡胶皮，可减少铁制夹具对根系的机械损伤；本方法可用数显推拉力计测出并自动记录根被拉断时的最大拉力数值，用数显标尺记录根系拉伸位移，无需人工观测，为较准确的计算植物根系抗拉强度和杨氏模量提供了保证，提高了植物根系抗拉测试试验的可靠性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明方法的实现流程图；

图2是本发明植物根系抗拉强度测试机械装置的结构图；

图3是图1中数显游标卡尺；

图4是是图1中的带标尺螺旋机架；

图5是图1中的数显推拉力计；

图6是图1中的夹具。

图1中1-带标尺螺旋机架、2-数显推拉力计、3-夹具；

图2中11-螺旋机架基座、12-机架立柱、13-牵引螺杆、14-升降台、15-机架顶部、16-手摇轮、17-数显标尺；

图4中31-夹持块、32-拧紧螺栓、33-橡胶皮。

具体实施方式

将植物根系从土壤中刨出后，用清水洗净，根据根系颜色判断将死根剔除。挑出未损伤活根，先用数显游标卡尺4测定待测根系两端及中间点处的根径D(mm)。选择平坦地面或桌面，参照图1，将带标尺螺旋机架(1)、数显推拉力计(2)与夹具(3)组装。将待测根系的上下两端分别从上、下夹具的两个U型夹持块(31)的中间穿过，拧紧夹紧螺栓。转动手摇轮(16)牵引螺杆向上作轴向移动，从而带动升降台上升，直至根系刚好被拉直。打开数显标尺(17)并置零，启动数显推拉力计(2)，调至峰值保存模式。继续转动手摇轮(16)，数显标尺(17)记录根系拉伸过程中的位移变化，直至根系被拉断，记录并保存数显推拉力计(2)测得的峰值(F_max)和数显标尺(17)记录的最大位移值L(mm)再根据公式(1)和公式(2)分别计算根系的抗拉强度T_R和杨氏模量E。统计根系抗拉强度和杨氏模量与根径大小的关系，分析根系的抗拉力学特性。转动手摇轮(16)牵引螺杆向下作轴向移动，直至升降台14垂直下降到初始位置，即可进行下一根系的抗拉力学测量。所有根系测量实验完成后，为方便携带，可将垂直导向牵引机构、推拉力计和根系夹具等从固定机架上拆卸下来，然后将固定机架拆卸，分解为各个小部件分别打包装箱，便于携带。

Claims (4)

1.一种测定植物根系抗拉力学特性的简易方法，其特征在于：采用已有数显推拉力计和螺旋机架测定植物根系抗拉强度，所述数显推拉力计可自动记录并保存根系抗拉力峰值，其通过螺栓固定在螺旋机架上，所述螺旋机架自带数显标尺，可自动记录根系弹性拉伸位移。

2.根据权利要求1所述的植物根系抗拉测试机械装置，其特征在于：螺旋机架和数显推拉力计上安装夹具，通过夹具夹持根系，夹具上铺垫一层橡胶皮，增加根系与夹具间的摩擦力，橡胶皮具弹性，可减少铁制夹具对根系的损伤。

3.根据权利要求1和2所述的测定植物根系抗拉力学特性的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)利用根钻或剖面挖掘法，对植物根系进行取样，保持根系的原状分布位置，将根系进行清洗，剔除死根，活根低温保存；

2)应用数显游标卡尺测定待测根系两端及中间点处的根径，根据根径大小将所有根系分成不同直径级；

3)用数显推拉力计和螺旋机架测定并自动记录根系的最大抗拉力和拉伸形变位移；

4)根据根直径、最大抗拉力和根拉伸长度等参数，计算不同根径级根系的抗拉强度和杨氏模量；

5)统计根系抗拉强度和杨氏模量与根径大小的关系，分析根系的抗拉力学特性。

4.根据权利要求1或2或3所述的植物根系抗拉测试方法，其特征在于：本方法所采用机械装置结构简单、体积小、重量轻，操作过程简易，测量结果准确，且各部分可以拆分为各个部件或单件，便于携带。