CN110470666A - 一种植物根系参数获取装置及其分析方法 - Google Patents

一种植物根系参数获取装置及其分析方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110470666A
CN110470666A CN201910570658.9A CN201910570658A CN110470666A CN 110470666 A CN110470666 A CN 110470666A CN 201910570658 A CN201910570658 A CN 201910570658A CN 110470666 A CN110470666 A CN 110470666A
Authority
CN
China
Prior art keywords
root
parameters
acquisition device
image
plant
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910570658.9A
Other languages
English (en)
Inventor
翁白莎
严登明
王浩
于志磊
陈娟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Institute of Water Resources and Hydropower Research
Original Assignee
China Institute of Water Resources and Hydropower Research
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Institute of Water Resources and Hydropower Research filed Critical China Institute of Water Resources and Hydropower Research
Priority to CN201910570658.9A priority Critical patent/CN110470666A/zh
Publication of CN110470666A publication Critical patent/CN110470666A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N2021/8466—Investigation of vegetal material, e.g. leaves, plants, fruits

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Image Processing (AREA)

Abstract

本发明公开了一种植物根系参数获取装置及其分析方法，获取装置包括打洞器、根系参数采集装置和根系参数分析系统；打洞器包括限位座和钢管，限位座纵向开设过孔，钢管穿入过孔内，钢管内壁安装至少两组上下对应的轴承，轴承中心安装转轴，转轴顶端突出于钢管的顶端，转轴由电机驱动；转轴下端设置螺旋钻，螺旋钻连接有水平的支杆，支杆外端连接有竖直的刀片；根系参数采集装置包括透明的亚克力管、手柄、安装在手柄前端的摄像头以及连接在摄像头上的图像抓取系统，图像抓取系统连接根系参数分析系统；分析方法包括打洞、图像采集和数据计算。本发明打洞省时省力，方便控制洞的深度和倾角，保证后续的图像采集和数据计算工作顺利进行。

Description

一种植物根系参数获取装置及其分析方法
技术领域
本发明属于农业领域，尤其涉及一种植物根系参数获取装置及其分析方法。
背景技术
微根管技术是研究植物根系参数特性的常用方法，其主要缺陷在于打洞方式较为传统，如果遇到较为硬质或坚韧的土壤则不易打洞，拖延后续的工作进度；由于洞内光线较暗，为获取清晰的根系图像，图像抓取主要依靠价格昂贵的摄像机，增加设备购买的成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种植物根系参数获取装置及其分析方法，能够快速打洞，省时省力，方便控制洞的深度和倾角，保证后续的图像采集和数据计算工作顺利进行，同时通过补光灯增加洞内亮度，不必采用昂贵的摄像机，降低设备购买成本。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种植物根系参数获取装置，包括打洞器、根系参数采集装置和根系参数分析系统；打洞器包括限位座和钢管，限位座纵向开设过孔，钢管穿入过孔内，钢管内壁安装至少两组上下对应的轴承，轴承中心安装转轴，转轴顶端突出于钢管的顶端，转轴由电机驱动；转轴下端设置螺旋钻，螺旋钻连接有水平的支杆，支杆外端连接有竖直的刀片；根系参数采集装置包括透明的亚克力管、手柄、安装在手柄前端的摄像头以及连接在摄像头上的图像抓取系统，图像抓取系统连接根系参数分析系统。
进一步，所述限位座底部设置三个调节脚，限位座下表面设置三个螺孔，调节脚包括螺杆和固定在螺杆底部的支盘，螺杆螺纹连接在螺孔内；所述钢管外壁设置有深度标识。
进一步，所述电机通过齿轮组驱动所述转轴，所述电机为步进电机。
进一步，所述支杆为两个，所述刀片与所述钢管的侧壁上下对应。
进一步，所述亚克力管内壁设置刻度线，所述摄像头上设置标定针和补光灯。
进一步，所述刻度线为环形。
进一步，所述根系参数分析系统内置根系参数分析软件WinRHZIO Tron MF。
植物根系参数分析方法，包括以下步骤：打洞、图像采集和数据计算；
打洞：将限位座固定在目标区域的地面上，根据需要打洞的倾角调节所述调节脚的长度，使限位座的倾角和需要打洞的倾角相同，然后将所述钢管插入限位座的过孔内，启动所述电机正转，所述刀片切割洞的边缘，螺旋钻将洞内的土向上运送，通过观察限位座上表面处深度标识的变化值确定打洞深度，最后将打洞装置拔出；
图像采集：将所述亚克力管插入洞内，通过手柄将摄像头送到亚克力管内，在不同的深度图像抓取系统控制摄像头获取根系图像；
数据计算：图像抓取系统将根系图像传至根系参数分析系统进行计算，计算内容包括单位体积的根长密度RLDv、单位面积根系现存量RLDɑ以及根系经生产速率RLDNGR；
RLDv＝L/(A*DOF)，式中L为根系图像中的根长，A为图像面积，DOF为亚克力管至邻近土壤的距离；
RLDɑ＝[RLDv/SRL*D]，式中SRL为每克根的根长，D为土壤剖面深度；RLDNGR＝[RLDɑ(n+1)-RLDɑ(n)]/T，式中RLDɑ(n+1)和RLDɑ(n)分别为第n+1次和第n次的单位面积根系现存量，T为第n+1次和第n次观测之间的间隔时间。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明凭借螺栓钻和刀片，能够能够快速打洞，省时省力，方便控制洞的深度和倾角，保证后续的图像采集和数据计算工作顺利进行，同时通过补光灯增加洞内亮度，不必采用昂贵的摄像机，降低设备购买成本。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明打洞装置的剖视图。
图2是本发明根系参数采集装置的主视图。
图中：1、限位座 2、钢管 3、轴承 4、转轴 5、电机 6、齿轮组 7、螺旋钻 8、支杆 9、刀片 10、调节脚 11、亚克力管 12、手柄 13、摄像头 14、图像抓取系统 15、根系参数分析系统。
具体实施方式
本发明的植物根系参数获取装置，包括打洞器、根系参数采集装置14和根系参数分析系统15；打洞器包括限位座1和钢管2，限位座1纵向开设过孔，钢管2穿入过孔内，钢管2内壁安装两组上下对应的轴承3，轴承3中心安装转轴4，转轴4顶端突出于钢管2的顶端，转轴4由电机5驱动；转轴3下端设置螺旋钻7，螺旋钻7连接有水平的支杆8，支杆8外端连接有竖直的刀片9；根系参数采集装置包括透明的亚克力管11、手柄12、安装在手柄12前端的摄像头13以及连接在摄像头13上的图像抓取系统14，图像抓取系统14连接根系参数分析系统15。
所述限位座1底部设置三个调节脚10，限位座1下表面设置三个螺孔，调节脚包括螺杆和固定在螺杆底部的支盘，螺杆螺纹连接在螺孔内；所述钢管2外壁设置有深度标识。调节脚1能够调节限位座1的倾角，从而限定钢管2打洞的倾角。通过观察限位座1上表面与深度标识的相对位置变化确定打洞的深度。
所述电机5通过齿轮组6驱动所述转轴4，所述电机5为步进电机。电机5正转时打洞并通过螺旋钻7将洞内的土壤向上运送，打洞完毕后，将钢管2从洞内拔出，电机5反转，将钢管2内的土壤倒出来。
所述支杆8为两个，所述刀片9与所述钢管2的侧壁上下对应。
所述亚克力管11内壁设置刻度线，所述摄像头13上设置标定针和补光灯。
所述刻度线为环形。摄像头13无论朝向任何方向，其标定针和刻度线均能进入所采集的图像内，方便观察采集深度。
所述根系参数分析系统15内置根系参数分析软件WinRHZIO Tron MF。
植物根系参数分析方法，包括以下步骤：打洞、图像采集和数据计算；
打洞：将限位座1固定在目标区域的地面上，根据需要打洞的倾角调节所述调节脚10的长度，使限位座1的倾角和需要打洞的倾角相同，然后将所述钢管2插入限位座1的过孔内，启动所述电机5正转，所述刀片9切割洞的边缘，螺旋钻7负责打碎土壤并将洞内的土壤向上运送，通过观察限位座1上表面处深度标识的变化值确定打洞深度，最后将打洞装置拔出；
图像采集：将所述亚克力管11插入洞内，通过手柄12将摄像头13送到亚克力管11内，在不同的深度图像抓取系统14控制摄像头获取根系图像；
数据计算：图像抓取系统14将根系图像传至根系参数分析系统15进行计算，计算内容包括单位体积的根长密度RLDv、单位面积根系现存量RLDɑ以及根系经生产速率RLDNGR；
RLDv＝L/(A*DOF)，式中L为根系图像中的根长，A为图像面积，DOF为亚克力管至邻近土壤的距离；
RLDɑ＝[RLDv/SRL*D]，式中SRL为每克根的根长，D为土壤剖面深度；
RLDNGR＝[RLDɑ(n+1)-RLDɑ(n)]/T，式中RLDɑ(n+1)和RLDɑ(n)分别为第n+1次和第n次的单位面积根系现存量，T为第n+1次和第n次观测之间的间隔时间。
上述描述仅作为本发明可实施的技术方案提出，不作为对其技术方案本身的单一限制条件。

Claims (8)

1.一种植物根系参数获取装置，其特征在于：包括打洞器、根系参数采集装置和根系参数分析系统；打洞器包括限位座和钢管，限位座纵向开设过孔，钢管穿入过孔内，钢管内壁安装至少两组上下对应的轴承，轴承中心安装转轴，转轴顶端突出于钢管的顶端，转轴由电机驱动；转轴下端设置螺旋钻，螺旋钻连接有水平的支杆，支杆外端连接有竖直的刀片；根系参数采集装置包括透明的亚克力管、手柄、安装在手柄前端的摄像头以及连接在摄像头上的图像抓取系统，图像抓取系统连接根系参数分析系统。
2.根据权利要求1所述的植物根系植物根系参数获取装置，其特征在于：所述限位座底部设置三个调节脚，限位座下表面设置三个螺孔，调节脚包括螺杆和固定在螺杆底部的支盘，螺杆螺纹连接在螺孔内；所述钢管外壁设置有深度标识。
3.根据权利要求1所述的植物根系植物根系参数获取装置，其特征在于：所述电机通过齿轮组驱动所述转轴，所述电机为步进电机。
4.根据权利要求1所述的植物根系植物根系参数获取装置，其特征在于：所述支杆为两个，所述刀片与所述钢管的侧壁上下对应。
5.根据权利要求1所述的植物根系植物根系参数获取装置，其特征在于：所述亚克力管内壁设置刻度线，所述摄像头上设置标定针和补光灯。
6.根据权利要求5所述的植物根系植物根系参数获取装置，其特征在于：所述刻度线为环形。
7.根据权利要求1所述的植物根系植物根系参数获取装置，其特征在于：所述根系参数分析系统内置根系参数分析软件WinRHZIO Tron MF。
8.利用权利要求1所述植物根系参数获取装置的植物根系参数分析方法，其特征在于：包括以下步骤：打洞、图像采集和数据计算；
打洞：将限位座固定在目标区域的地面上，根据需要打洞的倾角调节所述调节脚的长度，使限位座的倾角和需要打洞的倾角相同，然后将所述钢管插入限位座的过孔内，启动所述电机正转，所述刀片切割洞的边缘，螺旋钻将洞内的土向上运送，通过观察限位座上表面处深度标识的变化值确定打洞深度，最后将打洞装置拔出；
图像采集：将所述亚克力管插入洞内，通过手柄将摄像头送到亚克力管内，在不同的深度图像抓取系统控制摄像头获取根系图像；
数据计算：图像抓取系统将根系图像传至根系参数分析系统进行计算，计算内容包括单位体积的根长密度RLDv、单位面积根系现存量RLDɑ以及根系经生产速率RLDNGR；
RLDv＝L/(A*DOF)，式中L为根系图像中的根长，A为图像面积，DOF为亚克力管至邻近土壤的距离；
RLDɑ＝[RLDv/SRL*D]，式中SRL为每克根的根长，D为土壤剖面深度；
RLDNGR＝[RLDɑ(n+1)-RLDɑ(n)]/T，式中RLDɑ(n+1)和RLDɑ(n)分别为第n+1次和第n次的单位面积根系现存量，T为第n+1次和第n次观测之间的间隔时间。
CN201910570658.9A 2019-06-27 2019-06-27 一种植物根系参数获取装置及其分析方法 Pending CN110470666A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910570658.9A CN110470666A (zh) 2019-06-27 2019-06-27 一种植物根系参数获取装置及其分析方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910570658.9A CN110470666A (zh) 2019-06-27 2019-06-27 一种植物根系参数获取装置及其分析方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110470666A true CN110470666A (zh) 2019-11-19

Family

ID=68507437

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910570658.9A Pending CN110470666A (zh) 2019-06-27 2019-06-27 一种植物根系参数获取装置及其分析方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110470666A (zh)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101963584A (zh) * 2010-08-25 2011-02-02 北京农业智能装备技术研究中心 基于双曲面反射镜的植物根系监测系统
US20110048144A1 (en) * 2009-08-28 2011-03-03 Gozdarski Institut Slovenije Method for measuring the dynamics of root development and apparatus for carrying out said method
CN205623143U (zh) * 2016-05-06 2016-10-12 王娅力 栽树专用打洞机
CN106053132A (zh) * 2016-08-19 2016-10-26 王启先 一种掘取方便的地质样品钻取设备
CN205679254U (zh) * 2016-06-16 2016-11-09 中国科学院南京土壤研究所 双筒式植物根系原位观测系统装置
WO2017015549A1 (en) * 2015-07-22 2017-01-26 UHV Technologies, Inc. X-ray imaging and chemical analysis of plant roots
CN206056997U (zh) * 2016-09-30 2017-03-29 武汉大学 一种可调角度的螺旋取土装置
CN106884614A (zh) * 2017-04-01 2017-06-23 汪哲荪 筒套式不扰动边界土钻孔设备及其使用方法
US20180348186A1 (en) * 2015-11-24 2018-12-06 Hi Fidelity Genetics Llc Methods and devices for non-invasive root phenotyping

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110048144A1 (en) * 2009-08-28 2011-03-03 Gozdarski Institut Slovenije Method for measuring the dynamics of root development and apparatus for carrying out said method
CN101963584A (zh) * 2010-08-25 2011-02-02 北京农业智能装备技术研究中心 基于双曲面反射镜的植物根系监测系统
WO2017015549A1 (en) * 2015-07-22 2017-01-26 UHV Technologies, Inc. X-ray imaging and chemical analysis of plant roots
US20180348186A1 (en) * 2015-11-24 2018-12-06 Hi Fidelity Genetics Llc Methods and devices for non-invasive root phenotyping
CN205623143U (zh) * 2016-05-06 2016-10-12 王娅力 栽树专用打洞机
CN205679254U (zh) * 2016-06-16 2016-11-09 中国科学院南京土壤研究所 双筒式植物根系原位观测系统装置
CN106053132A (zh) * 2016-08-19 2016-10-26 王启先 一种掘取方便的地质样品钻取设备
CN206056997U (zh) * 2016-09-30 2017-03-29 武汉大学 一种可调角度的螺旋取土装置
CN106884614A (zh) * 2017-04-01 2017-06-23 汪哲荪 筒套式不扰动边界土钻孔设备及其使用方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
M.G. JOHNSON 等: "Advancing fine root research with minirhizotrons", 《ENVIRONMENTAL AND EXPERIMENTAL BOTANY》 *
SIMON FIIL SVANE 等: "A multispectral camera system for automated minirhizotron image analysis", 《PLANT SOIL》 *
张小全 等: "树木细根生产与周转研究方法评述", 《生态学报》 *
白文明 等: "微根窗技术及其在植物根系研究中的应用", 《生态学报》 *
阿的鲁骥 等: "高寒草甸地下根系生长动态对积雪变化的响应", 《生态学报》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109964596A (zh) 一种基于智能机器人的水稻直播装置与方法
CN108738423A (zh) 一种适用于农田土壤的翻土机
CN106576562A (zh) 水肥一体化多功能地膜回收机
WO2021167962A1 (en) Sub-soil strip till point
CN110470666A (zh) 一种植物根系参数获取装置及其分析方法
US4323019A (en) Method and apparatus for planting seedlings
CN107242105A (zh) 一种植树机
CN208908543U (zh) 一种适用于农田土壤的翻土机
CN109479398A (zh) 一种竹林施工设备及方法
CN211128871U (zh) 一种便于调节间距的农业设备用翻土装置
CN215301433U (zh) 一种园艺用快速挖坑种植机
CN106508145A (zh) 一种自动犁地覆膜农机
CN108849374B (zh) 一种树木移植用泥球成型装置
CN206611752U (zh) 播种机精量点播开沟器
CN211721049U (zh) 一种烟草种植挖穴机
CN212936592U (zh) 一种多功能施肥除草培土机
CN211267590U (zh) 一种农业种植翻土设备
CN107027353A (zh) 一种激光测控深松旋耕清平联合作业机
CN109526371A (zh) 一种农田自动翻土机
CN205510777U (zh) 一种单人操作的玉米精播器
CN104429189A (zh) 一种智能精细整地装置
CN116235693B (zh) 一种城市河道整治处理方法及装置
CN219205194U (zh) 一种农业种植挖坑装置
CN115152378B (zh) 一种宿根蔗补种机器人及方法
CN219478518U (zh) 一种定量深施烟草基肥的装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20191119