CN109247157A - 一种活动式原位分析根箱及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种活动式原位分析根箱，包括支架、转动式安装在支架上的箱架、多块依次连接且固定在箱架上的固侧板、升降式安装在箱架上的伸缩块、平移式安装在箱架上的活侧板；固侧板竖直设置，沿着固侧板内壁水平移动的活侧板竖直设置，活侧板的两侧分别与其中两块固侧板的内壁相接触，从俯视方向上看，活侧板和多块固侧板围成封闭的区域；沿着固侧板的内壁竖直移动的伸缩块水平设置，伸缩块的一端与某块固侧板的内壁相接触，伸缩块的另一端升降式地安装在箱架上，伸缩块的两侧分别与其中两块固侧板的内壁相接触。本发明还涉及一种活动式原位分析根箱的使用方法。本根箱可实现原位观察、分析和采样不同的植物，属于土壤科学技术领域。
Description
技术领域
本发明属于土壤科学技术领域，具体的说是一种活动式原位分析根箱及其使用方法。
背景技术
植物主要通过根系从土壤中获取养分和水分，根系形态特征、根系与土壤关系直接影响植物生长情况。因此，在植物养分高效利用、植物逆境耐受能力、植物水土保持效率等相关研究中都非常重视根系在土壤中的生理生态特征、根系与土壤关系的研究。
然而，植物根系在土壤中的复杂性和不可视性，一定程度上限制了上述相关研究的开展。为推动相关研究，人们尝试了多种方法开展植物根系原位观察研究。这些方法包括利用同位素示踪法、核磁共振法、微根管(US20060178269)以及各种根箱(CN201210231267、CN201520305777、CN201620664036、CN201611039366)观察法。遗憾的是，同位素示踪法、核磁共振法和微根管的成本过高；已有的各种根箱也存在较大使用缺陷，如只能满足观察根系生长且只能定向观察(用途少)、只能观察部分小型植物(适用性差)、不可活动和拆解(循环使用率低)；这些因素导致已有的根系原位观察方法难于在实际的实验研究中推广应用。另外，受土壤不透明性、紧实度、机械性和层次性等性质影响，已有的研究方法也难以实现原位和定位分析根系形态特征以及根系与土壤关系，也无法保障土壤和植物根系样品采集的时效和准确性。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的第一个目的是：提供一种活动式原位分析根箱，可实现原位观察、分析和采样不同的植物。
本发明的第二个目的是：提供一种活动式原位分析根箱的使用方法，可实现原位观察、分析和采样不同的植物。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种活动式原位分析根箱，包括支架、转动式安装在支架上的箱架、多块依次连接且固定在箱架上的固侧板、升降式安装在箱架上的伸缩块、平移式安装在箱架上的活侧板；固侧板竖直设置，沿着固侧板内壁水平移动的活侧板竖直设置，活侧板的两侧分别与其中两块固侧板的内壁相接触，从俯视方向上看，活侧板和多块固侧板围成封闭的区域；沿着固侧板的内壁竖直移动的伸缩块水平设置，伸缩块的一端与某块固侧板的内壁相接触，伸缩块的另一端升降式地安装在箱架上，伸缩块的两侧分别与其中两块固侧板的内壁相接触。
进一步的是：支架包括两个对称设置的倒U型板和两个对称设置的倒T型架；倒U型板包括一体成型的第一竖板、弧形板、第二竖板；倒T型架包括一体成型的第一纵杆和第一竖杆，第一竖杆的下端固定在第一纵杆的中间位置，第一纵杆的一端通过连接板与第一竖板相固定，第一纵杆的另一端通过连接板与第二竖板相固定。
进一步的是：箱架包括方框底架，四根分别固定在方框底架四个角落的第二竖杆，连接两根第二竖杆的第二纵杆和第三纵杆；第三纵杆位于第二纵杆的上方，第二纵杆通过转动件与第一竖杆相连接，弧形板上设有弧形缺口，弧形板通过螺栓与第三纵杆相固定。
进一步的是：转动件包括穿过第一竖杆的螺丝和固定在螺丝端部的万向节，万向节与第二纵杆相连接。
进一步的是：固侧板的数量有三块，其中两块固侧板分居第三块固侧板的两侧，相邻的两块固侧板相互垂直，相邻两块固侧板之间圆弧过渡，三块固侧板均固定在箱架上，活侧板与第三块固侧板相平行，活侧板的两侧分别与其余的两块固侧板的内壁相接触；伸缩块的一端与第三块固侧板的内壁相接触。
进一步的是：箱架还包括两个对称设置的三角支架和一个沿着横向方向放置的移动杆；其中的两根第二竖杆上均设有多个沿着竖直方向分布的螺栓孔，一个三角支架通过螺栓固定在其中一根带螺栓孔的第二竖杆上，另一个三角支架通过螺栓固定在另一根带螺栓孔的第二竖杆上；两个三角支架上均设有多个沿着纵向方向分布的螺栓孔，移动杆的一端通过螺栓固定在其中一个三角支架上，移动杆的另一端通过螺栓固定在另一个三角支架上；活侧板的下端通过合页转动式安装在移动杆上，与活侧板侧面相接触的两块固侧板的上端均固设有两个T型夹，两个T型夹分居活侧板的两侧；伸缩块的端部与移动杆相固定。
进一步的是：伸缩块包括两块均设有凹槽的上盖板、两块均设有凹槽的下盖板、一块呈工字型的伸缩板；上盖板盖在下盖板上，上盖板和下盖板形成矩形空腔，伸缩板的一侧卡在其中一块上盖板和其中一块下盖板形成的矩形空腔内，伸缩板的另一侧卡在另一块上盖板和另一块下盖板形成的矩形空腔内。
进一步的是：伸缩块包括两块上盖板、两块下盖板、一块伸缩板；上盖板盖在下盖板上，上盖板和下盖板形成橄榄形空腔，伸缩板两侧的厚度大于伸缩板中间的厚度，伸缩板侧边的厚度大于橄榄形空腔中最薄位置所对应的距离，伸缩板的一侧卡在其中一块上盖板和其中一块下盖板形成的橄榄形空腔内，伸缩板的另一侧卡在另一块上盖板和另一块下盖板形成的橄榄形空腔内。
进一步的是：第一纵杆、第一竖杆、第二竖杆、第二纵杆、第三纵杆均为角钢；活侧板和所有固侧板的外表面均设有遮光保温膜；弧形板上设有刻度。
一种活动式原位分析根箱的使用方法，包括如下步骤：
组装原位分析根箱，并根据植物大小、栽培时间、生长速率，通过调节箱架的三角支架的高度和移动杆的纵向位置设定由固侧板、伸缩块、活侧板形成的栽培容积；
裁剪设定面积的尼龙布，平铺于伸缩块上；
将供试的栽培基质自然风干并过筛后，装入由固侧板、伸缩块、活侧板形成的栽培室中，然后向栽培室内浇透水，并压实栽培室内的基质；
将供试植物移栽于栽培室内，在栽培室的外表面覆盖遮光保温膜，向栽培室内浇水，使植物生长；
若需要原位分析植物根系生长，供试植物移栽后，根据植物根系和植物生长情况，通过调节与箱架的第二纵杆相连接的转动件和箱架的第三纵杆相连接的螺栓，使栽培室朝固侧板倾斜设定的角度，确保植物根系紧贴固侧板生长；观察分析时，通过调节与箱架的第二纵杆相连接的转动件和箱架的第三纵杆相连接的螺栓，使栽培室朝活侧板倾斜设定的角度，获得设定的观察角度，打开遮光保温膜，通过数码相机或便携扫描仪采集根系生长图像，然后借助图像处理软件或者根系分析软件分析测量根系参数；图像采集完毕后，再通过调节与箱架的第二纵杆相连接的转动件和箱架的第三纵杆相连接的螺栓，使栽培室恢复原来实验的倾斜角度，并在栽培室的外表面覆盖遮光保温膜，使得后续实验得以进行；
若需要原位分析植物生长对基质理化性质的影响，分析时，通过调节与箱架的第二纵杆相连接的转动件和箱架的第三纵杆相连接的螺栓，使栽培室旋转90°，使得栽培室水平放置，解开T型夹，拆卸活侧板，选择根层位置，借助便携式土壤理化性质分析仪器，原位分析基质的相应理化性质；分析完毕后，装上活侧板，锁上T型夹，再通过调节与箱架的第二纵杆相连接的转动件和箱架的第三纵杆相连接的螺栓，使栽培室恢复原来实验的倾斜角度，并在栽培室的外表面覆盖遮光保温膜，使得后续实验得以进行；
若需要定位采集植物根系或基质样品，采样时，通过调节与箱架的第二纵杆相连接的转动件和箱架的第三纵杆相连接的螺栓，使栽培室旋转90°，使得栽培室水平放置，解开T型夹，拆卸活侧板，选择根层位置，借助采样刀，定位采集植物根系或基质样品；样品采集完毕后，装上活侧板，锁上T型夹，再通过调节与箱架的第二纵杆相连接的转动件和箱架的第三纵杆相连接的螺栓，使栽培室恢复原来实验的倾斜角度，并在栽培室的外表面覆盖遮光保温膜，使得后续实验得以进行；
实验完成后，解开T型夹，拆卸活侧板，通过调节与箱架的第二纵杆相连接的转动件和箱架的第三纵杆相连接的螺栓，使栽培室朝活侧板倾斜，清倒栽培基质，实现根箱的循环使用。
总的说来，本发明具有如下优点：
1、本发明的栽培根箱可实现从90°到-90°的倾斜。实现土壤栽培条件下的植物根系原位观察的基本策略是诱导植物根系紧贴观察面生长。已有的根箱基本是通过压缩培养室的容积(如设置扁平状根箱)来实现根系的贴壁生长，但这也极大的限制了根系的生长。另一种有效方法就是利用植物根系的向地性进行倾斜诱导。然而，不同植物或者同一植物的不同生长阶段的根系生长特性不同，对倾斜角度的响应也不同。本发明的根箱可以进行多角度倾斜，可以满足诱导不同植物根系贴壁生长的需要。另一方面，也可以通过调节栽培室倾斜角度，方便直接观察根系生长情况或者获取根系生长图像、土壤理化性质原位测定、土壤和植物根系样品定位采集，也便于根箱的后期清理和维护。
2、本发明可实现栽培室容积大小调节。不同植物或者同一植物的不同生长阶段根系生长特性不同，再加上不同实验周期不同，进而要求不同大小的栽培空间。已有的根箱容积基本是固定的，并且容积较小，导致根箱的适用性差，基本只能满足草本植物的实验要求。本发明根箱可以根据实际使用需要，设置合适容积的栽培室，满足不同实验需要，除了草本植物，木本植物的实验也能获得很好的实验结果。
3、本发明设计的可拆解栽培室，由固侧板、活侧板和伸缩块组成，不需硅胶粘贴。已有的根箱基本由有机硅胶粘贴而成，其存在以下缺点：有机硅胶对植物根系存在潜在毒性，硅胶密封处容易生长青苔且不易清洗，硅胶粘贴的根箱不易拆解难于实现循环利用。本发明的根箱克服了上述缺点，根箱易拆解、清理和维护，可实现多次循环使用。
4、采用本发明的根箱可以进行不同植物或者同一植物的不同生长阶段的根系生长特性、根系与土壤关系的原位观察、分析和采样的，易于管理、清洁和维护，可多次循环使用，易推广、实用性强，应用前景广阔。
附图说明
图1是本原位分析根箱的结构示意图。
图2是支架和箱架的结构示意图。
图3是支架的结构示意图。
图4是箱架的结构示意图。
图5是第一种伸缩块的局部结构示意图。
图6是栽培室的结构示意图。
图7是图6A处的放大图。
图8是第二种伸缩块的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。
为了便于统一查看说明书附图里面的各个附图标记，现对说明书附图里出现的附图标记统一说明如下：
1为倒T型架，2为倒U型板，3为箱架，4为栽培室，5为连接钢条，1-1为第一纵杆，1-2为第一竖杆，1-3为连接板，2-1为第一竖板，2-2为弧形板，2-3为第二竖板，2-4为弧形缺口，3-1为方框底架，3-2为第二竖杆，3-3为第二纵杆，3-4为第三纵杆，3-5为合页，3-6为转动件，3-7为三角支架，3-8为移动杆，4-1为伸缩块，4-2为活侧板，4-3为固侧板，4-4为T型夹，4-1-1为上盖板，4-1-2为下盖板，4-1-3为矩形空腔，4-1-4为伸缩板。
为叙述方便，现对下文所说的方位说明如下：下文所说的上下方向与原位分析根箱自然放置时的上下方向一致，下文所说的左右方向即两个倒U型板的放置方向，一个倒U型板在另一个倒U型板的左边，下文所说的前后方向即是指合页在活侧板的前方；左右方向即横向方向，前后方向即纵向方向。
实施例1
结合图1所示，一种活动式原位分析根箱，包括支架、转动式安装在支架上的箱架、多块依次连接且固定在箱架上的固侧板、升降式安装在箱架上的伸缩块、平移式安装在箱架上的活侧板。箱架可以绕着支架转动，固侧板都是竖直设置的，即固侧板是立式的，每块固侧板都是固定在箱架上的，且多块固侧板的侧面依次相连接在一起。伸缩块可以沿着箱架上下移动，活侧板可以在箱架上前后平移。沿着固侧板内壁水平移动的活侧板竖直设置，活侧板是立式的，活侧板在前后平移过程中，活侧板的左右两侧分别与其中两块固侧板的内壁相接触，从俯视方向上看，活侧板和多块固侧板围成了一个封闭的区域。沿着固侧板的内壁竖直移动的伸缩块水平设置，伸缩块是水平放置的，伸缩块在上下移动的过程中，伸缩块的左右两侧分别与其中两块固侧板的内壁相接触。伸缩块的一端(后端)与某块固侧板的内壁相接触，伸缩块的另一端(前端)升降式地安装在箱架上。
结合图2、图3所示，支架包括两个对称设置的倒U型板和两个对称设置的倒T型架以及一个连接钢条。一个倒U型板和一个倒T型架形成一组，位于支架的左侧，另一个倒U型板和另一个倒T型架形成另一组，位于支架的右侧。左侧的倒U型板和左侧的倒T型架连接在一起，右侧的倒U型板和右侧的倒T型架连接在一起。倒U型板包括一体成型的第一竖板、弧形板、第二竖板；倒T型架包括一体成型的第一纵杆和第一竖杆，第一竖杆的下端固定在第一纵杆的中间位置，第一纵杆的一端通过连接板与第一竖板相固定，即连接板将第一纵杆和第一竖板连接起来，第一纵杆的另一端通过连接板与第二竖板相固定，即连接板将第一纵杆和第二竖板连接起来。连接钢条的左端与左侧的第一纵杆固定，连接钢条的右端与右侧的第一纵杆固定。
结合图1、图2、图4所示，箱架包括方框底架，四根分别固定在方框底架四个角落的第二竖杆，连接两根第二竖杆的第二纵杆和第三纵杆。有四根第二竖杆，一根第二竖杆对应固定在方框底架的一个角落上。第二纵杆和第三纵杆都沿着纵向方向放置，第三纵杆位于第二纵杆的上方，第二纵杆和第三纵杆都是将前后相邻的两根第二竖杆连接起来，左侧的前后相邻的两根第二竖杆和右侧的前后相邻的两根第二竖杆都设有第二纵杆和第三纵杆，第二纵杆的前端和第三纵杆的前端与前面的第二竖杆相固定，第二纵杆的后端和第三纵杆的后端与后面的第二竖杆相固定。第二纵杆通过转动件与第一竖杆相连接，即转动件的一端连接在第一竖杆上，转动件的另一端连接在第二纵杆上。弧形板上设有弧形缺口，沿着弧形缺口，弧形板上设有刻度。弧形板通过螺栓与第三纵杆相固定，即用螺栓穿过弧形缺口，螺栓拧紧在第三纵杆上。
现有技术中有多种转动件，其中一种转动件的结构是：转动件包括穿过第一竖杆的螺丝和固定在螺丝端部的万向节，万向节与第二纵杆相连接。整个箱架可以通过万向节实现与支架的相对转动。
结合图1、图6所示，固侧板的数量有三块，三块固侧板是一体成型的，其中两块固侧板分居第三块固侧板的两侧，相邻的两块固侧板相互垂直，相邻两块固侧板之间圆弧过渡，左侧的固侧板位于第三块固侧板的左侧，右侧的固侧板位于第三块固侧板的右侧，三块固侧板均固定在箱架上，左侧的固侧板固定在左侧的两根第二竖杆上，右侧的固侧板固定在右侧的两根第二竖杆上。活侧板与第三块固侧板相平行，活侧板位于第三块固侧板的前方，活侧板的左右两侧分别与其余的两块固侧板(左右两边的两块固侧板)的内壁相接触；伸缩块的一端(后端)与第三块固侧板的内壁相接触。从俯视方向上看，三块固侧板和一块活侧板形成了一个封闭的矩形区域，三块固侧板、一块活侧板和伸缩块组合在一起称为栽培室，矩形区域为栽培室的内部。
结合图2、图4所示，箱架还包括两个对称设置的三角支架和一个沿着横向方向放置的移动杆；其中的两根(后面的两根)第二竖杆上均设有多个沿着竖直方向分布的螺栓孔，一个(左侧)三角支架通过螺栓固定在其中一根(左侧后方)带螺栓孔的第二竖杆上，另一个(右侧)三角支架通过螺栓固定在另一根(右侧后方)带螺栓孔的第二竖杆上。两个三角支架上均设有多个沿着纵向方向分布的螺栓孔，移动杆的一端(左端)通过螺栓固定在其中一个(左侧)三角支架上，移动杆的另一端(右端)通过螺栓固定在另一个(右侧)三角支架上。结合图6、图7所示，活侧板的下端通过合页转动式安装在移动杆上，活侧板通过合页可以绕着移动杆转动，与活侧板侧面相接触的两块固侧板的上端均固设有两个T型夹，两个T型夹分居活侧板的两侧，即左侧固侧板的上端有两个T型夹，这两个T型夹固定在固侧板上，右侧固侧板的上端也有两个T型夹，这两个T型夹固定在固侧板上，左侧的两个T型夹分别位于活侧板左侧的前面和后面，右侧的两个T型夹分别位于活侧板右侧的前面和后面。伸缩块的端部(前端)与移动杆相固定。
结合图5所示，伸缩块有多种结构的形式，本发明介绍两种，第一种是：伸缩块包括两块均设有凹槽的上盖板、两块均设有凹槽的下盖板、一块呈工字型的伸缩板。前面的上盖板盖在前面的下盖板上，前面的上盖板和前面的下盖板形成矩形空腔，后面的上盖板盖在后面的下盖板上，后面的上盖板和后面的下盖板形成矩形空腔，伸缩板是工字型的，伸缩板的前后两侧都有T型部，伸缩板的一侧(前侧)卡在其中一块(前面)上盖板和其中一块(前面)下盖板形成的矩形空腔内，伸缩板的另一侧(后侧)卡在另一块(后面)上盖板和另一块(后面)下盖板形成的矩形空腔内。前面的上盖板和前面的下盖板都和移动杆固定在一起。上盖板、下盖板和伸缩板上都设有阵列的多个通孔。
结合图8所示，伸缩块的第二种结构形式是：伸缩块包括两块上盖板、两块下盖板、一块伸缩板。前面的上盖板盖在前面的下盖板上，前面的上盖板和前面的下盖板形成橄榄形空腔，后面的上盖板盖在后面的下盖板上，后面的上盖板和后面的下盖板形成橄榄形空腔，橄榄形空腔即中间厚两头薄。伸缩板前后两侧的厚度大于伸缩板中间的厚度，伸缩板侧边的厚度大于橄榄形空腔中最薄位置所对应的距离，即伸缩板侧板的厚度小于橄榄形空腔中间的厚度，伸缩板侧板的厚度大于橄榄形空腔两头的厚度，伸缩板可以在橄榄形空腔中间的一部分空间内滑动，伸缩板的前侧和后侧会卡在橄榄形空腔最薄的位置上。伸缩板的一侧(前侧)卡在其中一块(前侧)上盖板和其中一块(前侧)下盖板形成的橄榄形空腔内，伸缩板的另一侧(后侧)卡在另一块(后侧)上盖板和另一块(后侧)下盖板形成的橄榄形空腔内。前面的上盖板和前面的下盖板都和移动杆固定在一起。盖板、下盖板和伸缩板上都设有阵列的多个通孔。
第一纵杆、第一竖杆、第二竖杆、第二纵杆、第三纵杆均为角钢；活侧板和所有固侧板的外表面均设有遮光保温膜；弧形板上设有刻度。
本发明中，关于尺寸的一种配合是：倒T型架中第一纵杆的长400mm，第一竖杆的高200mm，并在第一竖杆高150mm处预留一个孔径为10mm的螺孔。倒U型板的材质为不锈钢板，厚2mm，边框宽40mm，第一竖板和第二竖板的高150mm，弧形板的直径400mm，弧形板的中间镂空，镂空处的宽度为8mm，并标注角度，角度刻度范围为90°～-90°，0°在顶端。连接板是钢板，长和宽均为40mm。方框底架的底面长620mm、宽110mm，第二竖杆的高600mm。三块固侧板形成U型玻璃板，U型玻璃板由超白玻璃热弯而成，厚度为5mm，后面固侧板的长和高均为600mm，左右两侧固侧板的边长100mm，后面固侧板附有距离标尺。活侧板为平面玻璃板，平面玻璃板的材质为超白玻璃，厚度为5mm，长为590mm，高为600mm。上盖板、下盖板、伸缩板都为有机玻璃板，有机玻璃板上都有若干小孔，孔径为3mm；每块有机玻璃板长590mm；上盖板和下盖板的厚度为7mm，宽为30mm；伸缩板的厚度为5mm，宽为50mm。遮光保温膜材质为铝箔泡沫膜，厚度为2mm。
本原位分析根箱的工作原理：将倒U型板和倒T型架组装好，然后将箱架组装在支架上，箱架可以通过调节与第二纵杆相连接的转动件，从而实现箱架相对支架转动，通过调节与第三纵杆相连接的螺栓，将该螺栓拧紧，则箱架固定不动，将该螺栓拧松，则箱架又可以相对支架转动。然后再将三角支架固定在箱架上，将移动杆固定在两个三角支架上，由于第二纵杆上有多个螺栓孔，因此可以将三角支架固定在第二纵杆的不同高度上，由于三角支架也有多个螺栓孔，因此可以将移动杆固定在三角支架前后方向的不同位置上。再将三块固侧板固定在箱架上，活侧板的下端通过合页安装在移动杆上，则活侧板可以相对移动杆转动，同时移动杆的前后移动可以带动活侧板前后移动，移动杆往前移动时，移动杆带动前面的上盖板和前面的下盖板往前移动，当前面的上盖板和前面的下盖板与伸缩板的前侧卡住时，则前面的上盖板和前面的下盖板带动伸缩板往前移动，当伸缩板的后侧在后面的上盖板和后面的下盖板卡住时，伸缩板处于伸开的最大状态，也即活侧板向前运动的最大距离，即栽培室的前后宽度最大。相反，移动杆往后移动，当前后两个上盖板和下盖板对应接触时，即是活侧板往后运动的最大距离，即栽培室的前后宽度最小。同时三角支架可以固定在第二竖杆的不同高度上，从而调整伸缩块的不同高度。通过三角支架和移动杆可以调整栽培室的栽培容积。
本原位分析根箱还涉及到一种使用方法，即一种活动式原位分析根箱的使用方法，包括如下步骤：
第一步：组装原位分析根箱，并根据植物大小、栽培时间、生长速率以及实验需要，通过调节箱架的三角支架的高度和移动杆的纵向位置，从而设定由固侧板、伸缩块、活侧板形成的栽培容积；
第二步：裁剪设定面积的尼龙布，平铺于伸缩块上；尼龙布的网孔小于0.125mm；
第三步：将供试的栽培基质(土壤、河沙、泥炭土等)自然风干并过筛后，装入由固侧板、伸缩块、活侧板形成的栽培室中，然后向栽培室内浇透水，并适当压实栽培室内的基质；
第四步：将供试植物移栽于栽培室内，在栽培室的外表面覆盖遮光保温膜，根据实验需要合理向栽培室内浇水，确保植物正常生长；
第五步：在进行第五步时，有以下情况可供操作：第一种情况是：若需要原位分析植物根系生长，供试植物移栽后，根据植物根系和植物生长情况，通过调节与箱架的第二纵杆相连接的转动件和箱架的第三纵杆相连接的螺栓，使栽培室朝后面的固侧板倾斜(朝后倾斜)设定的角度，确保植物根系紧贴后面的固侧板生长；观察分析时，通过调节与箱架的第二纵杆相连接的转动件和箱架的第三纵杆相连接的螺栓，使栽培室朝活侧板倾斜(朝前倾斜)设定的角度，获得设定的合适观察角度，打开遮光保温膜，通过数码相机或大画幅便携扫描仪采集根系生长图像，然后借助Image J图像处理软件或者WinRHIZO根系分析软件分析测量根系参数；图像采集完毕后，再通过调节与箱架的第二纵杆相连接的转动件和箱架的第三纵杆相连接的螺栓，使栽培室恢复原来实验的倾斜角度，并在栽培室的外表面覆盖遮光保温膜，确保后续实验得以正常进行；
第二种情况是：若需要原位分析植物生长对基质理化性质的影响，分析时，通过调节与箱架的第二纵杆相连接的转动件和箱架的第三纵杆相连接的螺栓，使栽培室向后旋转90°，使得栽培室水平放置，解开T型夹，拆卸活侧板，根据需要选择合适根层位置，借助各种便携式土壤理化性质分析仪器，原位分析基质的相应理化性质；分析完毕后，装上活侧板，锁上T型夹，再通过调节与箱架的第二纵杆相连接的转动件和箱架的第三纵杆相连接的螺栓，使栽培室恢复原来实验的倾斜角度，并在栽培室的外表面覆盖遮光保温膜，确保后续实验得以正常进行；
第三种情况是：若需要定位采集植物根系或基质样品，采样时，通过调节与箱架的第二纵杆相连接的转动件和箱架的第三纵杆相连接的螺栓，使栽培室向前旋转90°，使得栽培室水平放置，解开T型夹，拆卸活侧板，根据需要选择合适根层位置，借助采样刀，定位采集植物根系或基质样品；样品采集完毕后，装上活侧板，锁上T型夹，根据实验需要，再通过调节与箱架的第二纵杆相连接的转动件和箱架的第三纵杆相连接的螺栓，使栽培室恢复原来实验的倾斜角度，并在栽培室的外表面覆盖遮光保温膜，确保后续实验得以正常进行；
实验完成后，解开T型夹，拆卸活侧板，通过调节与箱架的第二纵杆相连接的转动件和箱架的第三纵杆相连接的螺栓，使栽培室朝活侧板倾斜，清倒栽培基质，实现根箱的循环使用。
实施例2
除以下技术特征外，其余未提及技术特征同实施例1。
对原位分析根箱进行使用时，进行以下操作：
第一步：通过调节移动杆和三角支架，将栽培室容积设定为0.036m3(600mm×600mm×100mm)；
第二步：裁剪面积为600mm×100mm尼龙布(网孔为0.025mm)，平铺于栽培室底面(伸缩块的上表面)；
第三步：将自然风干并经过2mm筛的赤红壤装入栽培室中，浇透水，适当压实栽培室内赤红壤；
第四步：将半年苗龄黄梁木幼苗移栽于栽培室，覆盖遮光保温膜；通过调节与箱架的第二纵杆相连接的转动件和箱架的第三纵杆相连接的螺栓，使栽培室朝后面的固侧板倾斜(朝后倾斜)30°；每三天浇水，确保黄梁木正常生长；
第五步：每10天原位观察黄梁木根系生长；观察分析时，又通过调节与箱架的第二纵杆相连接的转动件和箱架的第三纵杆相连接的螺栓，使栽培室朝活侧板倾斜(朝前倾斜)-40°，获得合适的观察角度，打开遮光保温膜，通过大画幅便携扫描仪(AvisionSN900ST)采集根系生长图像，然后借助根系分析软件WinRHIZO(WinRHIZO Pro 2017)分析测量根系参数；图像采集完毕，再通过调节与箱架的第二纵杆相连接的转动件和箱架的第三纵杆相连接的螺栓，使栽培室恢复原来实验的倾斜角度30°，并覆盖遮光保温膜，确保后续实验正常进行。
通过上述步骤后，得到黄梁木移栽后第1、10、20、30天的根系生长图像，根系各种参数分析结果见表1。可见，本发明根箱可以成功实现原位无损分析木本植物黄梁木在土壤中的根系生长情况。
表1原位分析所获得的黄梁木根系生长数据
实施例3
除以下技术特征外，其余未提及技术特征同实施例1。
对原位分析根箱进行使用时，进行以下操作：
第一步：通过调节移动杆和三角支架，将栽培室容积设定为0.0108m3(600mm×300mm×60mm)；
第二步：裁剪面积为600mm×60mm尼龙布(网孔为0.025mm)，平铺于栽培室底面(伸缩块的上表面)；
第三步：将赤红壤和城市污水污泥(均自然风干并过2mm筛)按1:1质量比混合，装入栽培室中，浇透水，适当压实栽培室内基质；
第四步：将1年苗龄花叶鹅掌柴移栽于栽培室，覆盖遮光保温膜；通过调节与箱架的第二纵杆相连接的转动件和箱架的第三纵杆相连接的螺栓，使栽培室朝后面的固侧板倾斜(朝后倾斜)50°；每三天浇水，确保花叶鹅掌柴正常生长；
第五步：按照实施例1的方法每10天原位观察和分析花叶鹅掌柴根系生长情况。
通过上述步骤后，得到鹅掌柴移栽后第1、10、20、30天的根系生长参数分析结果见表2。可见，本发明根箱可以成功实现原位无损分析木本植物鹅掌柴在土壤中的根系生长情况。
表2原位分析所获得的鹅掌柴根系生长数据
实施例4
除以下技术特征外，其余未提及技术特征同实施例3。
对原位分析根箱进行使用时，进行以下操作：
第一步：栽培室容积设定、基质装填和植物栽培均与实施例3相同；
第二步：移栽后第1、30和60天，分别通过调节与箱架的第二纵杆相连接的转动件和箱架的第三纵杆相连接的螺栓，使栽培室朝后面的固侧板倾斜(朝后倾斜)90°，确保栽培室水平放置，解开T型夹，打开活侧板，选择5、15和25cm根层位置，分别利用便携式pH计(雷磁PHBJ-260，E201J锥形电极)和便携式EC计(HANNA，HI98331)原位分析土壤的pH和EC值；分析完毕，装上活侧板，上锁T型夹，再通过调节与箱架的第二纵杆相连接的转动件和箱架的第三纵杆相连接的螺栓，使栽培室恢复原来实验的倾斜角度，并覆盖遮光保温膜，确保后续实验正常进行。
采用本发明根箱，得到鹅掌柴移栽后第1、30和60天的根系生长对不同土层的pH和EC值的影响数据(见表3)。可见，本发明根箱和方法可以成功实现原位无损分析木本植物鹅掌柴根系生长对不同土层的pH和EC值的影响。
表3原位分析所获得的鹅掌柴根系生长数据
实施例5
除以下技术特征外，其余未提及技术特征同实施例3。
对原位分析根箱进行使用时，进行以下操作：
第一步：栽培室容积设定、基质装填和植物栽培均与实施例3相同；
第二步：移栽后第60天，调节与箱架的第二纵杆相连接的转动件和箱架的第三纵杆相连接的螺栓，使栽培室朝后面的固侧板倾斜(朝后倾斜)90°，确保栽培室水平放置，解开T型夹，打开活侧板，借助采样刀，分别于10和20cm根层位置划开，分别定位采集0-10、10-20和20-30cm根层的花叶鹅掌柴根系用于分析根系活力，土壤用于分析土壤养分元素含量；样品采集完毕，通过调节角度控制系统，使栽培室朝平面玻璃板面倾斜，清倒栽培基质，并清洗栽培室，根箱继续用于下次实验。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种活动式原位分析根箱，其特征在于：包括支架、转动式安装在支架上的箱架、多块依次连接且固定在箱架上的固侧板、升降式安装在箱架上的伸缩块、平移式安装在箱架上的活侧板；固侧板竖直设置，沿着固侧板内壁水平移动的活侧板竖直设置，活侧板的两侧分别与其中两块固侧板的内壁相接触，从俯视方向上看，活侧板和多块固侧板围成封闭的区域；沿着固侧板的内壁竖直移动的伸缩块水平设置，伸缩块的一端与某块固侧板的内壁相接触，伸缩块的另一端升降式地安装在箱架上，伸缩块的两侧分别与其中两块固侧板的内壁相接触。
2.按照权利要求1所述的一种活动式原位分析根箱，其特征在于：支架包括两个对称设置的倒U型板和两个对称设置的倒T型架；倒U型板包括一体成型的第一竖板、弧形板、第二竖板；倒T型架包括一体成型的第一纵杆和第一竖杆，第一竖杆的下端固定在第一纵杆的中间位置，第一纵杆的一端通过连接板与第一竖板相固定，第一纵杆的另一端通过连接板与第二竖板相固定。
3.按照权利要求2所述的一种活动式原位分析根箱，其特征在于：箱架包括方框底架，四根分别固定在方框底架四个角落的第二竖杆，连接两根第二竖杆的第二纵杆和第三纵杆；第三纵杆位于第二纵杆的上方，第二纵杆通过转动件与第一竖杆相连接，弧形板上设有弧形缺口，弧形板通过螺栓与第三纵杆相固定。
4.按照权利要求3所述的一种活动式原位分析根箱，其特征在于：转动件包括穿过第一竖杆的螺丝和固定在螺丝端部的万向节，万向节与第二纵杆相连接。
5.按照权利要求3所述的一种活动式原位分析根箱，其特征在于：固侧板的数量有三块，其中两块固侧板分居第三块固侧板的两侧，相邻的两块固侧板相互垂直，相邻两块固侧板之间圆弧过渡，三块固侧板均固定在箱架上，活侧板与第三块固侧板相平行，活侧板的两侧分别与其余的两块固侧板的内壁相接触；伸缩块的一端与第三块固侧板的内壁相接触。
6.按照权利要求5所述的一种活动式原位分析根箱，其特征在于：箱架还包括两个对称设置的三角支架和一个沿着横向方向放置的移动杆；其中的两根第二竖杆上均设有多个沿着竖直方向分布的螺栓孔，一个三角支架通过螺栓固定在其中一根带螺栓孔的第二竖杆上，另一个三角支架通过螺栓固定在另一根带螺栓孔的第二竖杆上；两个三角支架上均设有多个沿着纵向方向分布的螺栓孔，移动杆的一端通过螺栓固定在其中一个三角支架上，移动杆的另一端通过螺栓固定在另一个三角支架上；活侧板的下端通过合页转动式安装在移动杆上，与活侧板侧面相接触的两块固侧板的上端均固设有两个T型夹，两个T型夹分居活侧板的两侧；伸缩块的端部与移动杆相固定。
7.按照权利要求6所述的一种活动式原位分析根箱，其特征在于：伸缩块包括两块均设有凹槽的上盖板、两块均设有凹槽的下盖板、一块呈工字型的伸缩板；上盖板盖在下盖板上，上盖板和下盖板形成矩形空腔，伸缩板的一侧卡在其中一块上盖板和其中一块下盖板形成的矩形空腔内，伸缩板的另一侧卡在另一块上盖板和另一块下盖板形成的矩形空腔内。
8.按照权利要求6所述的一种活动式原位分析根箱，其特征在于：伸缩块包括两块上盖板、两块下盖板、一块伸缩板；上盖板盖在下盖板上，上盖板和下盖板形成橄榄形空腔，伸缩板两侧的厚度大于伸缩板中间的厚度，伸缩板侧边的厚度大于橄榄形空腔中最薄位置所对应的距离，伸缩板的一侧卡在其中一块上盖板和其中一块下盖板形成的橄榄形空腔内，伸缩板的另一侧卡在另一块上盖板和另一块下盖板形成的橄榄形空腔内。
9.按照权利要求6所述的一种活动式原位分析根箱，其特征在于：第一纵杆、第一竖杆、第二竖杆、第二纵杆、第三纵杆均为角钢；活侧板和所有固侧板的外表面均设有遮光保温膜；弧形板上设有刻度。
10.一种权利要求1至权利要求9任一项所述的活动式原位分析根箱的使用方法，其特征在于：包括如下步骤：
组装原位分析根箱，并根据植物大小、栽培时间、生长速率，通过调节箱架的三角支架的高度和移动杆的纵向位置设定由固侧板、伸缩块、活侧板形成的栽培容积；
裁剪设定面积的尼龙布，平铺于伸缩块上；
将供试的栽培基质自然风干并过筛后，装入由固侧板、伸缩块、活侧板形成的栽培室中，然后向栽培室内浇透水，并压实栽培室内的基质；
将供试植物移栽于栽培室内，在栽培室的外表面覆盖遮光保温膜，向栽培室内浇水，使植物生长；
若需要原位分析植物根系生长，供试植物移栽后，根据植物根系和植物生长情况，通过调节与箱架的第二纵杆相连接的转动件和箱架的第三纵杆相连接的螺栓，使栽培室朝固侧板倾斜设定的角度，确保植物根系紧贴固侧板生长；观察分析时，通过调节与箱架的第二纵杆相连接的转动件和箱架的第三纵杆相连接的螺栓，使栽培室朝活侧板倾斜设定的角度，获得设定的观察角度，打开遮光保温膜，通过数码相机或便携扫描仪采集根系生长图像，然后借助图像处理软件或者根系分析软件分析测量根系参数；图像采集完毕后，再通过调节与箱架的第二纵杆相连接的转动件和箱架的第三纵杆相连接的螺栓，使栽培室恢复原来实验的倾斜角度，并在栽培室的外表面覆盖遮光保温膜，使得后续实验得以进行；
若需要原位分析植物生长对基质理化性质的影响，分析时，通过调节与箱架的第二纵杆相连接的转动件和箱架的第三纵杆相连接的螺栓，使栽培室旋转90°，使得栽培室水平放置，解开T型夹，拆卸活侧板，选择根层位置，借助便携式土壤理化性质分析仪器，原位分析基质的相应理化性质；分析完毕后，装上活侧板，锁上T型夹，再通过调节与箱架的第二纵杆相连接的转动件和箱架的第三纵杆相连接的螺栓，使栽培室恢复原来实验的倾斜角度，并在栽培室的外表面覆盖遮光保温膜，使得后续实验得以进行；
若需要定位采集植物根系或基质样品，采样时，通过调节与箱架的第二纵杆相连接的转动件和箱架的第三纵杆相连接的螺栓，使栽培室旋转90°，使得栽培室水平放置，解开T型夹，拆卸活侧板，选择根层位置，借助采样刀，定位采集植物根系或基质样品；样品采集完毕后，装上活侧板，锁上T型夹，再通过调节与箱架的第二纵杆相连接的转动件和箱架的第三纵杆相连接的螺栓，使栽培室恢复原来实验的倾斜角度，并在栽培室的外表面覆盖遮光保温膜，使得后续实验得以进行；
实验完成后，解开T型夹，拆卸活侧板，通过调节与箱架的第二纵杆相连接的转动件和箱架的第三纵杆相连接的螺栓，使栽培室朝活侧板倾斜，清倒栽培基质，实现根箱的循环使用。
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