CN108398285A - 用于细根取样及细根生长监测的装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供用于细根取样及细根生长监测的装置及其使用方法，其中细根生长监测器适于埋设在选定位置的土壤中重复使用，包括壳体，所述壳体包括侧壁和底壁，所述侧壁围合形成内径上下基本一致的容纳空间，所述容纳空间的上开口敞开，下开口位置设有所述底壁，所述侧壁和所述底壁上均匀开设有网孔；所述网孔的孔径≥2mm，且≤5mm；任意相邻的两个所述网孔之间的最短距离≤5mm。本发明的细根生长监测器，能够克服异质性影响，最大程度降低因容纳空间内外环境不同导致的结果差异，从而能够更加客观准确地检测某一区域细根的生长情况。

Description

用于细根取样及细根生长监测的装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及植物根系生长监测装置技术领域，具体涉及用于细根取样及细根生长监测的装置及其使用方法。

背景技术

细根作为植物吸收水分和养分的主要器官，对于维持植物生长十分重要，同时，其作为土壤碳输入的主要途径，在森林生态系统功能中也占有重要地位。据估计，森林生态系统中地下部分（主要是细根）的年净初级生产力要大于地上部分，且研究表明，虽然细根占林木根系总生物量的比例不足30%，但由于细根周转迅速，每年通过枯死细根向土壤归还碳、养分和能量甚至超过地上部分枯落物。研究表明，随着气候变化以及全球大气中二氧化碳日益增多，细根在其中起到的作用越来越大，因此，对于细根开展综合研究具有重要意义。

为了对细根的生长进行监测，最开始是采用土钻，如图1所示，对森林土壤中的某个位置进行取样，以获得含有细根的土壤样品，将土壤样品中的细根筛取出来后，对细根进行一些理化和生理指标的测定。为了能够对细根进行连续的生长监测，只能利用土钻对同一片森林的不同位置进行连续取样。这种方法的弊端是，认为所取样的森林土壤中细根的分布是均质的，而最新的研究表明，即便是在很小尺度的范围内，森林的土壤和位于土壤中的细根都呈现出一定的异质性。因此采用土钻对土壤进行连续采样的方法，研究细根在森林土壤中的生长存在一定的偏差，即观测到的生长变化可能来源于细根本身的生长，也可能来源于土壤和细根分布本身的异质性。

由于上述采用土钻连续采样法对细根的生长进行连续监测具有弊端，因此延伸出了原位测定法，即微根管法，上述方法通过在土壤中预斜埋入透明玻璃管，定期通过匹配的探头插入此玻璃管，通过高清镜头360度旋转扫面，形成影像，再通过计算机软件进行分析和处理，计算得出细根的生长速率等指标。但这种方法造价高昂，而且也存在弊端，这种弊端是仅能通过探头观察细根的生长和形态，不能获得细根，因而无法进入实验室进行更加细致的理化和生理指标的测定。

因此，如何在不同的时间节点连续获得某一选定位置的土壤样品，进而对生长在该部分土壤样品内的细根进行连续的理化和生理指标的监测，是长期困扰本领域技术人员的技术难题。

发明内容

针对上述技术之情况，本发明提供一种用于细根取样及细根生长监测的装置，用于克服现有技术无法在不同的时间节点连续获得某一选定位置的土壤样品，无法对生长在该部分土壤样品内的细根进行连续的理化和生理指标监测的技术缺陷。

其技术方案是，包括置于土壤中并围合一定容纳空间的壳体，所述壳体至少包括用于存储样品的一封闭的底壁，所述壳体上设有用于细根均匀生长并进入所述容纳空间内的结构。

在一实施例中，所述壳体还至少设有一开口，所述开口用于取出或观察位于所述腔体内的样品。

在一实施例中，所述壳体上设有用于细根均匀生长并进入所述容纳空间内的网孔。

在一实施例中，所述网孔均匀设置，所述壳体的侧壁及底壁上均开设有均匀设置的所述网孔，所述网孔的孔径为2mm-5mm，任意相邻的两个所述网孔之间的最短距离≤5mm。

在一实施例中，所述壳体内还包括分隔结构，所述分隔结构用于将所述壳体内所述容纳空间分隔为多个沿竖直方向分布的子空间。

在一实施例中，所述分隔结构包括分隔板，所述分隔板边沿所述腔内均匀设有通孔。

在一实施例中，与各所述分隔板对应设置有位于所述壳体上的用于滑动进入所述容纳空间内的抽拉开口。

在一实施例中，所述抽拉开口的下边沿处设有与所述壳体内壁固定连接的并凸出于所述壳体的内壁表面的承托结构，所述承托结构用于承托所述分隔板。

在一实施例中，还包括与各所述分隔板相适配的板状的封闭切板，各所述封闭切板用于从所述抽拉开口进入所述容纳空间并贴合所述分隔板的上表面，形成相邻子空间相互封闭的结构。

在一实施例中，还包括与所述抽拉开口边沿及所述分隔板适配的限位块，所述限位块用于在所述单独与所述抽拉开口配合时，插入到所述抽拉开口内部挤压并固定所述分隔板。

在一实施例中，所述承托结构为焊接在所述侧壁的内侧面上的钢筋条。

在一实施例中，所述壳体围合形成的形状为截面呈长方形或正方形的筒状体结构，所述壳体的侧面的棱边处均配置有轨道槽，所述轨道槽用于滑动插入与所述壳体的侧面相贴合并适配的切割板，所述切割板用于切断所述容纳空间与土壤之间的细根联系。

在一实施例中，还包括提手，所述位于所述壳体上且与所述壳体连接。

本发明还提供一种基于上述用于细根取样及细根生长监测的装置的使用方法，用于更好的实现在不同的时间节点连续获得某一选定位置的土壤样品，以便对生长在该部分土壤样品内的细根进行连续的理化和生理指标监测。

该方法包括如下步骤：

STP1、在选定位置挖坑，深度与细根生长监测器的高度基本一致，并根据所述子空间的个数及顺序，按子空间的深度排布顺序分层保存挖出的土壤；

STP2、将土壤中的细根筛除后，按土壤原本所在深度位置回填入所述子空间中；

STP3、将细根生长监测器放入步骤STP1挖好的坑中，使所述壳体的上开口与地面平齐，并在所述壳体外侧回填土壤；

STP4、经过设定时间的生长后，沿所述壳体的外侧壁切割所述壳外的土壤和细根；

STP5、将细根生长监测器提出地面，分别取出位于不同子空间内的土壤，筛出细根，重复步骤STP2-STP5至少一次，直至完成目标区域细根的生长监测。

本发明提供的细根生长监测器，具有以下优点：

.本发明的细根生长监测器，适于埋设在选定位置的土壤中重复使用，由于每次取样的位置相同，因而能够实现同一位置取样，克服异质性影响，使监测结果更准确；侧壁和底壁均开设有网孔，且对网孔的孔径和间距做了限定，使得侧壁和底壁不仅不会影响位于容纳空间外部的细根向容纳空间内部生长，或位于容纳空间内部的细根向容纳空间外部生长，还最大限度降低了侧壁和底壁对容纳空间内部土壤所处环境的影响，如土壤内部水分的横向交流/流动，降低因容纳空间内外环境不同导致的结果差异，从而能够更加客观地检测某一区域细根的生长情况。

本发明的细根生长监测器，壳体的容纳空间被分隔结构分隔为多个沿竖直方向分布的子空间，每一子空间都是一个独立的空间，通过对位于每一子空间内的土壤样品中的细根进行研究，可以分析细根在不同深度土壤中的生长情况。

本发明的细根生长监测器，分隔结构包括分隔板、抽拉开口和承托结构；分隔板不仅起到分隔作用，其上设有的通孔还能避免影响位于分隔板上下位置的子空间所处的环境，以及避免影响位于不同子空间内细根的生长方向，有利于获取更加客观的细根生长数据；抽拉开口设计，有利于分隔板的插入或抽出，而且便于实现不同子空间内土壤样品的分别取样，取完上部子空间内的土壤样品后，再抽出分隔板，去取下部子空间内的土壤样品，避免混合；承托结构能够在底壁承托分隔板，能够保证分隔板所处的位置。作为优选方案，设置通孔的孔径和任意相邻两个通孔之间的最短距离与上述的网孔相同，可以达到最优的技术效果，即既不会影响容纳空间或子空间的所处环境，不影响细根生长方向，还能保持住土壤不外漏。本发明中，任意相邻两个网孔之间的最短距离，是指任意相邻的两个网孔的距离最短的内壁之间的距离。

本发明的细根生长监测器，还包括封闭切板，将细根生长监测器从地下提出后，可将封闭切板从抽拉开口位置贴合分隔板的上表面插入容纳空间，不仅可以切断细根，还能完全隔开相邻的两个子空间，方便工作人员采用倾倒的方式直接倒出土壤样品，提高土壤取样效率，如不采用封闭切板，为避免下部子空间内的土壤样品被倒出，一般只能采用小勺逐勺挖出，效率较低。

本发明的细根生长监测器，还包括限位块，在封闭切板未从抽拉开口插入容纳空间时，插入到抽拉开口内部，辅助挤压固定分隔板。

本发明的细根生长监测器，截面为长方形或正方形的筒状体，在壳体的四个侧面的外侧均配置有轨道槽，方便切割板或封闭板插入；在需要从地下提出细根生长监测器时，可先用切割板沿轨道槽切割细根，方便细根生长监测器的提出，在提出后，还可以插入封闭板，避免细根或土壤样品从网孔位置外漏。

本发明的细根生长监测器，还包括提手，可拆卸地安装在壳体上，便于施力从地下提出监测器；另外，侧壁的靠近上开口的位置，具有不设置网孔的顶边，能够增强壳体的牢固性。

附图说明

图1是现有技术中土钻的整体结构示意图。

图2是本发明细根生长监测器的整体结构示意图。

图3是图2的另一立体视图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的技术方案进行描述，显然，下述的实施例不是本发明全部的实施例。基于本发明所描述的实施例，本领域普通技术人员在没有做出其他创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

在一实施例中，如图2-3所示，用于细根取样及细根生长监测的装置，适于埋设在选定位置的土壤中重复使用，包括壳体100，壳体100材料选择耐腐蚀的有一定强度的材料中制成，包括但不限于不锈钢材质的钢板，所述壳体100至少包括侧壁101和底壁102，所述侧壁101围合形成内径上下基本一致的容纳空间103，所述容纳空间103的上方设有开口，所述底壁102位于所述容纳空间103的下方，底壁102与侧壁101形成类似上端开口的盒体结构，所述侧壁101和所述底壁102上均匀开设有网孔104。

在上述的实施例中，所述网孔104的孔径可以是2-5mm,当网孔104直径为3mm时为最优方案，另任意相邻的两个所述网孔104之间的最短距离可以0-5mm，较为优选的距离为4mm。

上述实施例中，网孔104的孔径和间距使得侧壁101和底壁102不仅不会影响位于容纳空间103外部的细根向容纳空间103内部生长，或位于容纳空间103内部的细根向容纳空间103外部生长，还最大限度降低了侧壁101和底壁102对容纳空间103内部土壤所处环境的影响，如土壤内部水分的横向交流/流动，降低因容纳空间103内外环境不同导致的结果差异，从而能够更加客观地检测某一区域细根的生长情况。

当然对于上述网孔104孔径及间距的选择，还有多个变形设计方案，如所述网孔104的孔径为2mm，2.5mm，3.5mm，4mm，4.5mm，5mm均可，本领域普通技术人员可以在2-5mm的范围内做自由选择，如；任意相邻的两个所述网孔104之间的最短距离为0.5mm，1mm，1.5mm，2mm，2.5mm，3mm，3.5mm，4.5mm，5mm均可以，本领域的普通技术人员可以在0-5mm，不包括0的范围内做自由选择，本领域技术人员的上述选择并不需要付出创造性劳动。

在其中一实施例中，所述壳体100内还包括分隔结构，所述分隔结构将所述壳体1001的容纳空间103水平分隔为多个沿竖直方向分布的子空间，每一子空间都是一个独立的空间，通过对位于每一子空间内的土壤样品中的细根进行研究，可以分析细根在不同深度土壤中的生长情况。

在上述施例中，所述分隔结构包括分隔板200，还包括位于分隔板200上的网孔104，该网孔104与壳体100上其他部位的网孔104采用相同规格，壳体100上还设有与分隔板200对应的抽拉开口105，所述抽拉开口105开设在所述壳体100的所述侧壁101上，所述分隔板200以滑动方式插入抽拉开口105并进入所述容纳空间103，进而实现分隔所述容纳空间103的结构，承托结构，设置在所述侧壁101的内侧面上，当所述分隔板2003通过所述抽拉开口105插入所述容纳空间103时，用于承托所述分隔板200。

分隔板200不仅起到分隔作用，其上设有的通孔还能避免影响位于分隔板200上下位置的子空间所处的环境，以及避免影响位于不同子空间内细根的生长方向，有利于获取更加客观的细根生长数据；抽拉开口105设计，有利于分隔板200的插入或抽出，而且便于实现不同子空间内土壤样品的分别取样，取完上部子空间内的土壤样品后，再抽出分隔板200，去取下部子空间内的土壤样品，避免混合；承托结构能够在底壁102承托分隔板200，能够固定分隔板200所处的位置。

作为变形设计方案，所述网孔104的孔径为2mm，2.5mm，3.5mm，4mm，4.5mm，5mm均可，本领域普通技术人员可以在2-5mm的范围内做自由选择，如；任意相邻的两个所述网孔104之间的最短距离为0.5mm，1mm，1.5mm，2mm，2.5mm，3mm，3.5mm，4.5mm，5mm均可以，本领域的普通技术人员可以在0-5mm不包括0的范围内做自由选择。

在上述的实施例中，还可以包括封闭切板（图中未示出STP，所述封闭切板与分隔板200的大小形状相适配，也为板状材料制成，所述封闭切板用于从所述抽拉开口105进入所述容纳空间103并贴合所述分隔板200的上表面，形成相邻子空间相互封闭的结构，当所述分隔板200通过所述抽拉开口105插入所述容纳空间103内部时，所述封闭切板能够从所述抽拉开口105进入所述容纳空间103。将细根生长监测器从地下提出后，可将封闭切板从抽拉开口105位置贴合分隔板200的上表面插入容纳空间103，不仅可以切断细根，还能完全隔开相邻的两个子空间，方便工作人员采用倾倒的方式直接倒出土壤样品，提高土壤取样效率，如不采用封闭切板，为避免下部子空间内的土壤样品被倒出，一般只能采用小勺逐勺挖出，效率较低。

在上述的实施例中，还还可以包括限位块（图中未给出），在所述封闭切板未从所述抽拉开口105插入所述容纳空间103时，插入到所述抽拉开口105内部，辅助挤压固定所述分隔板200，此时所述限位块可以是由弹性材料制成的楔形结构。

在上述的实施例中，抽拉开口105的下边沿处设有与所述壳体100内壁固定连接的并凸出于所述壳体100的内壁表面的承托结构（图中未显示出），所述承托结构用于承托所述分隔板200，具体而言所述承托结构包括但不限于焊接在所述侧壁101的内侧面上的钢筋条，本领域的普通技术人员还可以采用其他常见的结构作为承托结构实现承托作用。

在一实施例中，所述壳体100为截面为长方形或正方形的筒状体，此时所述壳体100的四个侧面的外侧均配置有轨道槽106，用于供切割板300或封闭板插入，在需要从地下提出细根生长监测器时，可先用切割板300沿轨道槽106切割细根，方便细根生长监测器的提出，在提出后，还可以插入封闭板，避免细根或土壤样品从网孔104位置外漏。

在上述的实施例中，还包括提手400，提手400与所述的壳体100进行连接，用于帮助壳体100从土壤中取出。所述提手400的结构包括但不限于以下的结构，所述提手400具有两个相对设置的弯钩401，两个所述弯钩401能够可拆卸的安装进入靠近所述开口、且处于相对位置的两个所述网孔104内部，所述侧壁101的靠近所述上开口的位置，具有不设置所述网的顶边，能够增强壳体100的牢固性。

本实施例的细根生长监测器，解决了微根管只能对细根的生长观察而不能取样的弊端，同时本专利的装置可以保证土壤内水分和壳体100内水分横向交流/流动，解决了传统土钻连续取样法无法避免土壤异质性的问题。

本专利申请还提供一种用于细根取样及细根生长监测的装置的使用方法。以下结合该方法的实施例进行详细描述。

STP1在选定位置挖坑，深度与细根生长监测器的高度基本一致，并根据细根生长监测器内子空间的个数，按深度分层保存挖出的土壤；

STP2将土壤中的细根筛除后，按土壤原本所在深度位置回填入细根生长监测器的子空间中；

STP3将细根生长监测器放入步骤1STP挖好的坑中，使细根生长监测器的上开口与地面平齐，并在细根生长监测器侧壁101外侧回填土壤；

STP4经过设定时间的生长后，沿细根生长监测器的侧壁101外侧面切割土壤和细根；

STP5将细根生长监测器提出地面，分别取出位于不同子空间内的土壤，筛出细根进行研究；

STP6重复步骤2STP~步骤5STP至少一次，直至完成目标区域细根的生长监测。

在上述的实施例中，步骤STP2中，先抽所有的分隔板200，先填最下方子空间内的土壤，填完一个子空间后，插入一个分隔板200，再填位于其上方另一个子空间内的土壤，直至完成。

在上述的实施例中，步骤STP4中，使用切割板300沿壳体100的四个侧面的外侧配置的轨道槽106，使用切割板300切割土壤和细根。

在上述的实施例中，步骤STP5中，将安装在抽拉开口105内部的限位块取出后，使用封闭切板从抽拉开口105位置贴合分隔板200的上表面插入容纳空间103，不仅能切割细根，还能实现上下两个子空间的完全隔离，为倾倒土壤样品做准备。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.用于细根取样及细根生长监测的装置，包括置于土壤中并围合一定容纳空间（103）的壳体（100），其特征在于，所述壳体（100）至少包括用于存储样品的一封闭的底壁（102），所述壳体（100）上设有用于细根均匀生长并进入所述容纳空间（103）内的结构，所述壳体（100）还至少设有一开口，所述开口用于取出或观察位于所述腔体内的样品。

2.根据权利要求1所述的述的用于细根取样及细根生长监测的装置，其特征在于，所述壳体（100）上设有用于细根均匀生长并进入所述容纳空间（103）内的网孔（104），所述网孔（104）均匀设置，所述壳体（100）的侧壁（101）及底壁（102）上均开设有均匀设置的所述网孔（104），所述网孔（104）的孔径为2mm-5mm，任意相邻的两个所述网孔（104）之间的最短距离≤5mm。

3.根据权利要求1或2所述用于细根取样及细根生长监测的装置，其特征在于，所述壳体（100）内还包括分隔结构，所述分隔结构用于将所述壳体（100）内所述容纳空间（103）分隔为多个沿竖直方向分布的子空间。

4.根据权利要求3所述的用于细根取样及细根生长监测的装置，其特征在于，所述分隔结构包括分隔板（200），所述分隔板（200）边沿所述腔内均匀设有网孔（104）。

5.根据权利要求4所述的用于细根取样及细根生长监测的装置，其特征在于，与各所述分隔板（200）对应设置有位于所述壳体（100）上的用于滑动进入所述容纳空间（103）内的抽拉开口（105）。

6.根据权利要求4或5所述的用于细根取样及细根生长监测的装置，其特征在于，所述抽拉开口（105）的下边沿处设有与所述壳体（100）内壁固定连接的并凸出于所述壳体（100）的内壁表面的承托结构，所述承托结构用于承托所述分隔板（200）。

7.根据权利要求4或5所述用于细根取样及细根生长监测的装置，其特征在于，还包括与各所述分隔板（200）相适配的板状的封闭切板，各所述封闭切板用于从所述抽拉开口（105）进入所述容纳空间（103）并贴合所述分隔板（200）的上表面，形成相邻子空间相互封闭的结构。

8.根据权利要求6或7所述用于细根取样及细根生长监测的装置，其特征在于，还包括与所述抽拉开口（105）边沿及所述分隔板（200）适配的限位块，所述限位块用于在所述单独与所述抽拉开口（105）配合时，插入到所述抽拉开口（105）内部挤压并固定所述分隔板（200）。

9.根据权利要求1-8任一所述用于细根取样及细根生长监测的装置，其特征在于，所述壳体（100）围合形成的形状为截面呈长方形或正方形的筒状体结构，所述壳体（100）的侧面的棱边处均配置有轨道槽（106），所述轨道槽（106）用于滑动插入与所述壳体（100）的侧面相贴合并适配的切割板（300），所述切割板（300）用于切断所述容纳空间（103）与土壤之间的细根联系。

10.一种使用如权利要求1-9中任一所述用于细根取样及细根生长监测的装置的方法，其特征在于：包括如下步骤：

STP1、在选定位置挖坑，深度与细根生长监测器的高度基本一致，并根据所述子空间的个数及顺序，按子空间的深度排布顺序分层保存挖出的土壤；

STP2、将土壤中的细根筛除后，按土壤原本所在深度位置回填入所述子空间中；

STP3、将细根生长监测器放入步骤STP1挖好的坑中，使所述壳体（100）的上开口与地面平齐，并在所述壳体（100）外侧回填土壤；

STP4、经过设定时间的生长后，沿所述壳体（100）的外侧壁（101）切割所述壳外的土壤和细根；

STP5、将细根生长监测器提出地面，分别取出位于不同子空间内的土壤，筛出细根。