CN108713493B - 用于分析增温对小麦根系分布状态影响的水培盆栽桶 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于分析增温对小麦根系分布状态影响的水培盆栽桶，通过上部敞口的小麦盆栽桶每一层底部设有用于小麦根系生长定位的多层多孔夹层不锈钢板，夹层不锈钢板内层设有切刀在切断小麦根系后可对每层的培养水体进行封堵；盆栽桶的每层底部还连通有水龙头，可控的水龙头可用于根系分泌物收集；可视的箱体可用于凝胶基质栽培，并设有凝胶栽培观察尺(纵向和横向)，可原位测定小麦根系空间分布。盆栽桶的每层周向侧壁上均设置有盘状水路回流加热管单元。本发明通过设置小麦盆栽桶，可准确对待试验植物的生长环境水培温度进行控制，收集不同层根系分泌物，并原位观测根系分布。提高试验数据的准确性，并且能够达到空间集约、操作便捷的目的。

Description

用于分析增温对小麦根系分布状态影响的水培盆栽桶

技术领域

本发明涉及作物栽培领域，具体地说是用于研究和分析增温对小麦根系生长及分布状态影响的水培盆栽装置。

背景技术

随着全球气候的变化，全球变暖成为越来越严峻的问题。IPCC(2007年)第4次评估报告显示，过去100年全球平均气温升高了0.56℃-0.92℃，到21世纪末全球气温还将升高1.8℃-4.0℃(IPCC，2007)。《气候变化国家评估报告》指出，近100年中国年平均地表气温明显增加，升温幅度约为0.5-0.8℃，比同期全球升温幅度平均值(0.6±0.2℃)略高。近些年全球的温度增高形势，给科学研究带来了新的挑战与机遇。小麦的生长需要适宜的温度，随着全球气候的变暖，小麦的产量会受到极大的影响。各种研究对小麦在增温下是否增产的结果不一致，特别是在水培增温方面的研究更少。如何研究水培增温和高温环境下小麦的根系生长情况一直是该领域的难题，在科学研究的过程中，如何真实地、能源节约解决水培增温，应用工具简化并且精细的研究受到了越来越多的关注。现有增温装置，都只是增加空气温度，不能很好的研究增温对小麦根系的影响，根系的长势情况也会极大的影响到小麦的生长情况，因此获得的试验数据不够准确。有很少一部分的试验研究水培增温，但是设备较为简陋，没有专门的水培增温设备。鉴于小麦属于密植作物的特殊性，且根系环境对小麦的影响极大，所以需要研发一套专门针对小麦水培增温的装置。由于市面上常用的增温装置，大部分均是对空气进行增温，少有成熟的产品对水培进行增温，即使有简陋的水培增温设备，也不能真实的模拟水培温度升高的空间差异情况；几乎所有的增温设备都是单独增温，由于控温单元的限制，无法确保不同增温设备间温度升高达到一致水平。同时国际上也暂未发现合适的水培增温设备，即使有，国外进口产品高昂的价格，无法在国内广泛的推广应用，因此产品的普及率无法提高，产品的维护不便也是一方面原因，国外产品在管理和与厂商协商使用中均会产生各种问题。

发明内容

本发明的目的是提供用于分析增温对小麦根系分布状态影响的水培盆栽桶，该盆栽桶可对待试验植物的根系水培生长分布状况进行研究，可原位测定植物根系空间分布，该装置设计巧妙，结构新颖，安装和使用方便。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

用于分析增温对小麦根系分布状态影响的水培盆栽桶，包括上部敞口的盆栽桶；所述盆栽桶用于盛装栽培用基质；所述盆栽桶内沿其高度方向设有多个筛孔托板组，所述筛孔托板组将盆栽桶内的基质自上而下分割成多个独立的基质层，形成多层小麦根系生长空间；所述筛孔托板组由两个所述筛孔托板间距定位设置；所述盆栽桶的侧壁上设有与所述筛孔托板组对应的横切开口，且两个所述筛孔托板分别与所述横切开口的上端和下端位置对应设置；所述盆栽桶的每层底部还连通有水龙头；所述盆栽桶的内壁还设有用于给培养基质的加热单元；所述横切开口通过橡胶卡条密封来实现上下桶壁的密封相连。

进一步地，所述筛孔托板的周向轮廓尺寸与所述盆栽桶的内腔尺寸匹配；所述筛孔托板组的上还设有定位支撑杆；所述定位支撑杆挂设在所述盆栽桶的侧壁上以固定支撑筛孔托板。

进一步地，所述定位支撑杆设在所述筛孔托板组的边缘处，且所述定位支撑杆的内嵌于所述盆栽桶的内侧壁的凹槽孔内。

进一步地，还设有切刀；所述切刀的周向轮廓尺寸所述盆栽桶内壁的尺寸匹配，且所述切刀的厚度尺寸与所述横切开口的尺寸匹配，来实现切刀在切断小麦根系后可对每层的培养基质进行封堵。

进一步地，所述加热单元主体为盘状水路回流加热管，所述盆栽桶的每层周向侧壁上均设置有水路回流加热管，所述水路回流加热管进出水口于分体设置的热水循环装置进出水口连通。

进一步地，所述盆栽桶包括透明亚克力板材质制成的桶壁和桶底，所述盆栽桶每个侧面的箱壁由外向内依次设置有外侧透明亚克力板材质箱壁、次外层泡沫隔热层、盘状水路回流加热管单元和不锈钢内衬。

进一步地，所述定位支撑杆包括挂接部和延伸部；所述挂接部的一端与所述筛孔托板固定连接，另一端向上延伸并挂设在所述盆栽桶的侧壁上；所述延伸部为所述挂接部外端向外延伸结构。

进一步地，所述盆栽桶的桶壁两侧的内外均设置有温度传感器；所述温度传感器的检测端在每一水体的高度方向的中部位置，用来检测盆栽桶内外环境的温度。

进一步地，所述盆栽桶为方体桶状结构。

进一步地，所述培养基质为霍格兰氏营养液或霍格兰氏营养液与植物凝胶。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明盆栽桶可以通过截断所需水培层中小麦根系，来对根系的不同生长段的水体中的营养成分和分泌物进行研究；通过凝胶基质层来保持切断后根系的完整，便于观察小麦根系生长情况，并且可准确对待试验植物的生长环境水壤温度进行控制，可原位测定小麦根系空间分布，提高试验数据的准确性，并且能够达到空间集约、操作便捷的目的。

2、本发明盆栽桶高效利用热能，通过水暖的方式，有效实现对基质层温度的控制，增温既稳定均匀，也节能环保。

3、本发明盆栽桶设计巧妙，结构新颖，安装和使用方便，装置可重复使用，经济实用；科研人员通过该装置做增温对小麦根系生长及分布状态影响实验时，整个操作方法便捷，大大降低了科研人员的劳动强度，并且可以提高实验数据结果的准确性。

当然，实施本发明的任一装置并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的安装结构爆炸示意图；

图2为本发明的立体结构示意图；

图3为本发明的前视图；

图4为本发明的图3的从横切开口C-C处切断层结构示意图；

图5为本发明的剖视图；

图6为本发明的侧切剖视图；

图7为本发明的侧切剖视图；

图8为本发明的水路回流加热管单元布置图；

图9为本发明的热管单元结构和水流进出示意图；

图10为本发明的串联使用示意图；

图11为本发明的水凝胶凝固后切断的结构示意图；

图中标号说明：

10、盆栽桶；11、横切开口；20、筛孔托板；21、定位支撑杆；211、挂接部；212、延伸部；30、水路回流加热管单元；40、切刀；50、小麦根系；60、水龙头。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

结合附图1至图11，对本发明作进一步地说明：

结合附图1和图2，用于分析增温对小麦根系分布状态影响的水培盆栽桶，包括上部敞口的盆栽桶10；所述盆栽桶10用于盛装栽培用基质；所述盆栽桶10内沿其高度方向设有多个筛孔托板组，所述筛孔托板组将盆栽桶10内的基质自上而下分割成多个独立的基质层，形成多层小麦根系生长空间；所述筛孔托板组由两个所述筛孔托板20间距定位设置；所述盆栽桶10的侧壁上设有与所述筛孔托板组对应的横切开口11，且两个所述筛孔托板20分别与所述横切开口11的上端和下端位置对应设置；所述盆栽桶10的每层底部还连通有水龙头60；所述盆栽桶10的内壁还设有用于给培养基质的加热单元；所述横切开口11通过橡胶卡条密封来实现上下桶壁的密封相连。

还设有切刀40；所述切刀40的周向轮廓尺寸所述盆栽桶10内壁的尺寸匹配，且所述切刀40的厚度尺寸与所述横切开口11的尺寸匹配，来实现切刀40在切断小麦根系50后可对每层的培养基质进行封堵。

本发明通过设置筛孔托板组，不会影响小麦的小麦根系50生长；同时结合对应的多层横切开口11和切刀40，针对性截取所需每层的小麦根系50，使小麦的小麦根系50切断更加方便快捷，同时保证了整个培养基质的完整，便于观察小麦根系50生长情况和对培养基质进行科学研究；整个结构简单实用，空间利用率高，且可重复使用，且安装操作方便快捷，设置合理，结构紧凑。

作为优选的方案，所述切刀40的厚度尺寸与所述横切开口11的宽度尺寸匹配；且所述切刀40的轮廓尺寸所述盆栽桶10内壁的尺寸匹配,实现在切刀40切断根系之后可直接夹持在所述横切开口11上、下位置处的两个所述筛孔托板20之间，来实现对每层的培养基质的封堵。

所述培养基质为霍格兰氏营养液。

结合附图7，所述盆栽桶10为方体桶状结构，体积较小，方便田间小区试验研究的开展；所述盆栽桶10包括透明亚克力板材质制成的桶壁和桶底，所述盆栽桶10每个侧面的箱壁由外向内依次设置有外侧透明亚克力板材质箱壁、次外层泡沫隔热层、盘状水路回流加热管单元30和不锈钢内衬。

所述横切开口11为长条状开口结构；所述横切开口11通过橡胶卡条密封，来实现上下桶壁的密封相连。

结合附图5，所述筛孔托板组的上还设有定位支撑杆21；所述筛孔托板20通过所述定位支撑杆21挂设在所述盆栽桶10的侧壁上；所述筛孔托板20的周向轮廓尺寸与所述盆栽桶10的内腔尺寸匹配；所述定位支撑杆21设在所述筛孔托板20的边缘处，且所述定位支撑杆21的内嵌于所述盆栽桶10的内侧壁的凹槽孔内。

所述定位支撑杆21包括挂接部211和延伸部212；所述挂接部211的一端与所述筛孔托板20固定连接，另一端向上延伸并挂设在所述盆栽桶10的侧壁上；所述延伸部212为所述挂接部211外端向外延伸结构。所述挂接部211为L形弯钩结构，挂接部211实现对所述筛孔托板20的挂接；通过设置内嵌式的定位支撑杆21可实现所述定位支撑杆21内嵌于桶体侧壁不会干涉切刀40，结构简单，便于操作；同时通过延伸部212可以用来当做把手用，可直接用手握住延伸部212将筛孔托板20安装和放置，使用更加方便快捷。

结合附图8和图9，所述水路回流加热管单元30首尾顺序连接且沿着盆栽桶10的桶壁周向方向布置；位于首端的水路回流加热片的热水入口与分体设置的换热单元的热水出口连通，位于尾端的水路回流加热片的热水出口与换热单元的回水口连通；左右水路回流加热管各有出口；相邻盘状水路回流加热管单元30通过带阴阳接头的软管相连，方便组装和拆卸。所述水路回流加热管单元30包括热交流管和接头，所述水路回流加热管单元30可拆卸式设置在桶体的四壁；通过水暖的方式，从而有效实现对温度的控制，而且还能达到节能的目的，能高效利用热能，且采用水暖增温，增温稳定且均匀；本发明盆栽桶高效利用热能，通过水暖的方式，有效实现对基质层温度的控制，增温既稳定均匀，也节能环保。

所述盆栽桶10的桶壁两侧的内外均设置有温度传感器；所述温度传感器的检测端在盆栽桶的每一层高度方向的中部位置，用来检测盆栽桶10内外环境的温度。

所述水龙头60的外端还设有盖帽，通过盖帽可实现对水龙头的打开和关闭。

作为优选的方案，结合附图6，所述盆栽桶10的箱壁为不透明的材料支撑，减少光照对小麦根系的光照影响。所述盆栽桶通过所述筛孔托板20将其自上而下共分四层；所述盆栽桶10每个侧面的箱壁按高度可分四层0-20cm、20-40cm、40-60cm和60-100cm，四层根系方便统计根系的空间分布。本方案通过上下依次设置三层的两层筛孔托板组分别通过侧边的定位支撑杆21来实现在所述盆栽桶10内的定位设置，且两个所述筛孔托板20的分别紧贴设在所述横切开口11的上、下端。

作为优选的方案，所述横切开口11的上、下端的筛孔托板20的通孔错位设置，可实现在不影响水培中的小麦根系的生长的同时，可使小麦的定位更加稳固。

作为优选的方案，所述筛孔托板20采用钢板材质，且筛孔托板20上的紧密分布多个通孔，使小麦根系50可以正常自然向下生长。

所述盆栽桶10增温处理可分两种进行增温试验，包括不同层不同温度梯度增温和同一温度水平增温。所述相邻盘状水路回流加热管单元30上下端分别设置阴阳接头和橡胶软管，相邻盘状水路回流加热管单元30的接头与橡胶软管之间插接配合形成密封连接；所述接头与换热管、橡胶软管与换热管之间至少有一个采用柔性件连接。所述盆栽桶10可通过调节上下的插口进行分区控温和整体控温。当所述温度传感器感应到培养基质温度高出低于设定时，所述温度传感器用于将采集的数据传送至温度调节机构的控制单元，所述温度控制单元通过控制加热系统用于调节水温。所述盆栽桶10的壁每一层内外测均设有温度传感器，所述温度传感器用于检测桶内外的环境温度差；当监测的内外温度差小于设定温差值时，所述控制单元加热启动；当监测的内外温度差等于设定温差值时，所述控制单元加热停止；通过增温桶可真实的模拟水培增温，并准确对待试验植物的生长环境水培温度进行控制，提高试验数据的准确性。

结合附图3和图4，本发明使用时，首先将盆栽桶上的横切开口用橡胶卡条密封，并通过将多个双层筛孔托板挂设在盆栽桶上，将小麦苗种植的茎部通过绳线定位在盆栽桶上端第一层中间位置；等到小麦长成之后，用切刀的切口穿过横切开口上的穿橡胶卡条并通过筛孔托板组形成的通道后横切整个培养根系，使整个根系和培养基质分段断开并分别形成水体的盛放容器；科研人员通过对切断的根系进行研究，同时可通过打开盆栽桶每层底部的水龙头，来对根系的不同生长段的水体中的营养成分和分泌物进行研究；即分别对每层的增温实验的加热单元的两端位置小麦根系和培养基质进行研究，设置合理，实现对实验的数据合理有效的提取，同时提高试验数据的准确性。

在另一实施例中，结合附图11，在进行本实验的时候，先将盆栽桶用5％次氯酸溶液浸泡半小时，排除消毒液体，自然晾干盆栽桶。所述培养基质用霍格兰氏营养液为溶剂，添加0.5％植物凝胶(Gellan Gum(货号G024)，Caisson labs)，其中植物凝胶占整个培养基质的0.5％；并将培养基质加热沸腾溶解彻底，稍冷后，灌入栽培桶，并等植物凝胶冷凉凝固后，可进入小麦播种试验；

其中，霍格兰氏营养液为具有国际标准的培养液。

通过可视的箱体可用于凝胶基质栽培，并设有凝胶栽培观察尺(纵向和横向)，可原位测定小麦根系空间分布，亦可通过通过切刀切断小麦根系和凝胶，盆栽桶的每层周向侧壁上均设置有盘状水路回流加热管单元。本实施例通过设置小麦盆栽桶，可准确对待试验植物的生长环境水培温度进行控制，并原位或将切块的凝胶取出观测小麦根系在水培环境中生长的根系分布状况，提高试验数据的准确性，并且能够达到空间集约、操作便捷的目的。

结合附图10，本装置可独立使用也可串联使用，不受使用地点限制；采用唯一增温综合系统，保证了不同增温箱温度的一致性；同时也可设置不同增温梯度，增加试验的多元化。本发明盆栽桶设计巧妙，结构新颖，安装和使用方便，装置可重复使用，经济实用，使用灵活，设计合理，结构紧凑；且整个操作方法便捷，大大降低了科研人员的劳动强度，提高了实验的效率，大大提高了研究的准确性。

需要说明的是，本申请中的植物凝胶亦可在实施例一的每层根系切断后的并进行水体分析之后在加入植物凝胶；依次实现在对小麦根系的培养水体进行研究的同时，还可对小麦根系的分布状况进行直接观察，对于整个小麦根系分布和生长的研究更加全面。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.用于分析增温对小麦根系分布状态影响的水培盆栽桶，其特征在于：包括上部敞口的盆栽桶(10)；所述盆栽桶(10)用于盛装栽培用基质；所述盆栽桶(10)内沿其高度方向设有多个筛孔托板组，所述筛孔托板组将盆栽桶(10)内的基质自上而下分割成多个独立的基质层，形成多层小麦根系生长空间；所述筛孔托板组由两个所述筛孔托板(20)间距定位设置；所述盆栽桶(10)的侧壁上设有与所述筛孔托板组对应的横切开口(11)，且两个所述筛孔托板(20)分别与所述横切开口(11)的上端和下端位置对应设置；所述盆栽桶(10)的每层底部还连通有水龙头(60)；所述盆栽桶(10)的内壁还设有用于给培养基质加热的加热单元；所述横切开口(11)通过橡胶卡条密封来实现上下桶壁的密封相连；

所述筛孔托板(20)的周向轮廓尺寸与所述盆栽桶(10)的内腔尺寸匹配；所述筛孔托板组的上还设有定位支撑杆(21)；所述定位支撑杆(21)挂设在所述盆栽桶(10)的侧壁上以固定支撑筛孔托板(20)；

所述定位支撑杆(21)设在所述筛孔托板组的边缘处，且所述定位支撑杆(21)内嵌于所述盆栽桶(10)的内侧壁的凹槽孔内；

所述加热单元主体为盘状水路回流加热管单元(30)，所述盆栽桶(10)的每层周向侧壁上均设置有盘状水路回流加热管单元(30)，所述盘状水路回流加热管单元(30)进出水口于分体设置的热水循环装置进出水口连通。

2.根据权利要求1所述的用于分析增温对小麦根系分布状态影响的水培盆栽桶，其特征在于：还设有切刀(40)；所述切刀(40)的周向轮廓尺寸所述盆栽桶(10)内壁的尺寸匹配，且所述切刀(40)的厚度尺寸与所述横切开口(11)的尺寸匹配，来实现切刀(40)在切断小麦根系(50)后可对每层的培养基质进行封堵。

3.根据权利要求1所述的用于分析增温对小麦根系分布状态影响的水培盆栽桶，其特征在于：所述盆栽桶(10)包括透明亚克力板材质制成的桶壁和桶底，所述盆栽桶(10)每个侧面的箱壁由外向内依次设置有外侧透明亚克力板材质箱壁、次外层泡沫隔热层、盘状水路回流加热管单元(30)和不锈钢内衬。

4.根据权利要求1所述的用于分析增温对小麦根系分布状态影响的水培盆栽桶，其特征在于：所述定位支撑杆(21)包括挂接部(211)和延伸部(212)；所述挂接部(211)的一端与所述筛孔托板(20)固定连接，另一端向上延伸并挂设在所述盆栽桶(10)的侧壁上；所述延伸部(212)为所述挂接部(211)外端向外延伸结构。

5.根据权利要求1所述的用于分析增温对小麦根系分布状态影响的水培盆栽桶，其特征在于：所述盆栽桶(10)的桶壁两侧的内外均设置有温度传感器；所述温度传感器的检测端在每一水体的高度方向的中部位置，用来检测盆栽桶(10)内外环境的温度。

6.根据权利要求1所述的用于分析增温对小麦根系分布状态影响的水培盆栽桶，其特征在于：所述盆栽桶(10)为方体桶状结构。

7.根据权利要求1所述的用于分析增温对小麦根系分布状态影响的水培盆栽桶，其特征在于：所述培养基质为霍格兰氏营养液或霍格兰氏营养液与植物凝胶。

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