CN104982316A - 用于原位监测漂浮植物根系的固定装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于原位监测漂浮植物根系的固定装置及方法，属于植物生理生态技术领域。所述固定装置包括箱体；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1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。采用所述固定装置对漂浮植物根系进行原位监测，结构简单、拆卸组装方便、能在不干扰植物正常生长、不破坏植物根系的情况下，降低采样成本，减小测量误差，实现对漂浮植物根系的自动、连续、实时监测。

Description

用于原位监测漂浮植物根系的固定装置及方法

技术领域

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

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，根系生理生态研究已成为当今研究的焦点。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，根系研究进展缓慢，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究的难度，从而限制了对水生植物根系生理生态过程的进一步研究，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究作为前沿性和基础性科研方向开始进行详尽的研究，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究。研究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，随着对植物根系研究的深入，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究，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，已成为国际上研究植物根系的重要手段和关键技术。

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(1)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。

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究植物根系(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，研究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，较准确的研究根系现状特点，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

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问题。

本发明的技术方案如下：

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；

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1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。

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；

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。

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。

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。

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。

所述箱体底部设置有用于安装可伸缩延长杆的预留位。

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。

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。

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。

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：

(1)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，

(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；

(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，

(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。

所述固定装置的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)以不透明板材制作包括顶面板与侧壁的下端开口的箱体；

(2)在顶面板上开至少1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。

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。

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。

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；

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。

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。

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1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1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。

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1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。

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。

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。

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。

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。

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1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。

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壁。支架结构可由本领域常规的防腐防锈的轻便材料，如铝合金制成，并通过常用的连接部件，如槽条连接件、紧定螺钉连接，该支架结构的设置可以是箱体结构更稳定。

本发明还请求保护用于原位监测漂浮植物根系的方法，其特征在于，采用权利要求本发明任一实施例中的固定装置。

本发明还请求保护所述的固定装置的生产方法，任何规模的用于商业目的生产上述实施例中任一固定装置的行为都属于本发明请求保护的范围。

本发明所述固定装置设计合理、结构简单、拆卸简单、组装方便；整体结构设计科学，减小风力或水体流动对植物根系及根管和扫描仪的影响，有利于原位准确监测漂浮植物根系生长状况，并能维护根管和扫描仪免受水体中其他物体的扰动和碰击，使用寿命较长，维护费用较低，适应目前对植物根系研究的发展需求，有利于产品的推广。

综上，本发明的优点和效果在于：(1)能够将漂浮植物遮挡在箱体内，不受水流和风浪的影响，起到相对固定的作用；(2)能够保证对植物生境的最小程度地扰动和对植物根系的非破坏性；(3)不干扰植物的正常生长，解决了由于水流的影响，现有扫描头对水体中漂浮植物根系不能原位监测的技术性问题；(4)减小风力或水体流动对植物根系及根管和扫描仪的影响，并能维护根管和扫描仪免受水体中其他物体的扰动和碰击。(5)可以减少对样方的破坏性，降低采样成本，减小测量误差，实现对漂浮植物根系的自动、连续、实时监测。

附图说明

图1为实施例1所述的固定装置的支架整体结构图。

图2为实施例1所述固定装置的箱体顶面板的结构图。

图3为实施例2所述固定装置的支架侧面结构图。

图4为实施例2所述固定装置的箱体顶面板的尺寸参数图。

图5为本发明所述固定装置的使用状态示意图。

图6为本发明实施例3所述固定装置的整体结构示意图。

上述附图中的标记列示如下：1-箱体；2-顶面板；3-延长箱体；4-支架结构；5-连接部件；6-延长杆；7-底座；8-根管孔；9-根管孔盖；10-扫描仪根管；11-支腿；12-横梁；13-不透明板材；14-扫描仪。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，但并不以此来限制本发明的范围。

实施例1、1号固定装置

结合图1、图2和图5来详细说明基于本实施例的用于原位监测漂浮植物根系的固定装置。如图1所示，1号固定装置包括箱体1；所述箱体1由支架4和不透明板材13组装而成；所述支架结构4由横梁12和支腿11构成，所述横梁12和所述支腿11共同支撑起所述箱体的侧面和顶面板2；具体地，如图2所示，所述不透明板材13为黑色亚克力板，被紧密镶嵌于所述箱体顶面板2和箱体侧面，与支架4一起组成底面敞开的不透明空心柱体；所述箱体顶面板2的不透明板材13上设置有5个根管孔8；所述根管孔8大小与扫描仪根管10相适配；所述根管孔8上还设置有不透明的根管孔盖9，用于盖住闲置的不插入扫描仪根管10的根管孔8使其不透光。

1号固定装置还包括1个延长箱体3，用于延长所述箱体1的高度；本实施例中，所述延长箱体3为柱体框架结构，所述柱体框架的顶面板与所述箱体1的框架底面在形状和尺寸上相适配，使箱体1与延长箱体3依次上下对接叠合；延长箱体3的底部还设置有底座7，用于在水中稳定所述固定装置；所述延长箱体3通过连接部件5与箱体1底部相连；具体地，所述连接部件5为槽条连接件和紧定螺钉；

如图5所示，采用与漂浮植物植株高度相同的箱体1；在使用时，将箱体1竖直地罩在待监测的漂浮植物植株之上；根据水体深度，在箱体1下方用延长箱体3延长至水体底泥处，竖直放置在水中依靠底座7稳定；打开根管孔盖9，插入根管10；将扫描仪14放入根管10中，并盖上根管孔盖9，防止强光或杂物进入，这样既可使用扫描仪在暗环境下进行根系扫描。

实施例2、2号固定装置

结合图3、图4和图5来详细说明基于本实施例的用于原位监测漂浮植物根系的固定装置。如图3所示，2号固定装置包括箱体1；所述箱体1由支架4和不透明板材13组装而成；所述支架结构4由横梁12和支腿11构成，所述横梁12和所述支腿11共同支撑起所述箱体的侧面和顶面板2；具体地，如图4所示，所述不透明板材13为黑色PC板，被紧密镶嵌于所述箱体顶面板2和箱体侧面，与支架4一起组成底面敞开的不透明空心柱体；所述箱体顶面板2的不透明板材13上设置有5个根管孔8；所述根管孔8大小与所述扫描仪根管10相适配；所述根管孔8上还设置有不透明的根管孔盖9，用于盖住闲置的不插入扫描仪根管10的根管孔8使其不透光。

如图5所示，本实施例中，在所述箱体1的底部安装可伸缩延长杆6，用于延长箱体1的高度；所述延长杆6通过连接部件5与箱体1底部相连；所述连接部件5为插销；可伸缩延长杆6的底部设有底座7，用于插入水体底泥中固定所述装置。

如图5所示，在使用时，将箱体1竖直地罩在待监测的漂浮植物植株之上，根据水体深度，在箱体1下方用延长杆6延长至水体底泥处，利用底座7竖直插入底泥中使装置稳定；打开根管孔盖9，插入扫描仪根管10；闲置的根管孔8盖上根管孔盖9，防止强光或杂物进入，这样即可使用扫描仪在暗环境下进行根系扫描。

实施例3、3号固定装置

结合图5和图6来说明本实施例的用于原位监测漂浮植物根系的3号固定装置。如图6所示，本实施例中的固定装置包括箱体1；所述箱体1为底面敞开的不透明空心柱体；所述箱体1的顶面板上设置有3个根管孔8；所述根管孔8大小与所述扫描仪根管10相适配；所述扫描仪根管10为一端开口的透明管状容器，用于放置扫描仪，开口端设有与扫描仪的操纵杆配套的盖子；所述根管孔8上还设置有不透明的根管孔盖9，用于盖住闲置的不插入扫描仪根管10的根管孔8使其不透光。

3号固定装置还包括2个延长箱体3，用于延长所述箱体的高度；具体地，所述延长箱体3为上、下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，使箱体与延长箱体依次上下对接叠合；所述延长箱体3通过连接部件5与箱体1底部相连；本实施例中的连接部件5为卡扣；延长箱体3的底部设有底座7，用于插入水体底泥中固定所述装置。

如图5所示，在使用时，将箱体1竖直地罩在待监测的漂浮植物植株之上，根据水体深度，在箱体1下方上下依次对接叠合2个延长箱体3，并利用处于最下方的延长箱体底部的底座7竖直插入底泥中使装置稳定；打开根管孔盖9，插入扫描仪根管10；闲置的根管孔8盖上根管孔盖9，防止强光或杂物进入，这样即可使用扫描仪在暗环境下进行根系扫描。

Claims (10)

1.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；

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1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。

2.根据权利要求1所述的固定装置，其特征在于，还包括至少一个延长箱体，用于延长所述箱体的高度；

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。

3.根据权利要求2所述的固定装置，其特征在于，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。

4.根据权利要求2或3所述的固定装置，其特征在于，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。

5.根据权利要求2-4任一所述的固定装置，其特征在于，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。

6.根据权利要求1所述的固定装置，其特征在于，所述箱体底部设置有用于安装可伸缩延长杆的预留位。

7.根据权利要求5或6所述的固定装置，其特征在于：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。

8.根据权利要求1所述的固定装置，其特征在于，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。

9.根据权利要求1-8任一所述的固定装置，其特征在于，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。

10.用于原位监测漂浮植物根系的方法，其特征在于，采用权利要求1-9任一所述的固定装置，进行如下步骤：

(1)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，

(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；

(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，

(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。