CN111024582A - 新生植物根系改良土壤渗透效果的精细测量装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新生植物根系改良土壤渗透效果的精细测量装置和方法，包括稳定供水器、恒压器、种植框、底板、调平器、自动称重器。稳定供水器为圆柱形容器，恒压器与种植框之间用螺丝固定，恒压器保证种植框上维持一定厚度的水头。种植框中装满待测土壤，并种植植物，底板固定在调平器上。自动称重器放置在调平器的底座上，承接从种植框中渗出的水量，并自动测量渗水总量和渗透速率。可在植物生长过程中的不同阶段，通过称重器自动测定种植框的渗水总量和渗透速率，对比分析种植植物后随着新生根系的生长，准确评价新生植物根系量对土壤土壤孔隙的改良效果，可用于测定和评价不同植物新生根系及相同植物的不同生长阶段的新生根系对土壤孔隙的影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种植物改良土壤物理性质技术，尤其涉及一种新生植物根系改良土壤渗透效果的精细测量装置和方法。
背景技术
众所周知植物根系对土壤具有改良效果，尤其根系死亡后形成的空洞能够大幅增加土壤孔隙度，改善土壤的渗透性能，从而使更多的雨水渗透到土壤之中，达到防治水土流失、涵养水源之目的。
但是，新生的植物根系在生长过程中必然挤压和占用已有的土壤孔隙，在挤压过程中也可能形成新的孔隙，那么新生的植物根系究竟是增加土壤孔隙、改善土壤渗透性能，还是新生的植物根系减少土壤孔隙、恶化土壤渗透性能，目前尚无准确的测定和评价方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够精细测量新生植物根系改良土壤渗透效果的精细测量装置和方法，可以为科学评价植被涵养水源功能、改良土壤功能、水土保持功能提供有效的工具与方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明的新生植物根系改良土壤渗透效果的精细测量装置，包括稳定供水器、恒压器、种植框、底板、调平器、自动称重器；
所述供水器为利用马里奥托原理能够稳定地向恒压器供水的圆柱形容器；
所述恒压器为方形容器，底部均匀分布有种植孔，侧面有进水口和溢流口，所述溢流口的安装位置比进水口高出1mm，用于保证恒压器中的水头恒定为1mm；
所述种植框为方形筒体，其上部与所述恒压器用螺丝固定链接，其下部与所述底板用螺丝固定链接，所述种植框内填充待测土壤，并通过所述恒压器底部的种植孔将植物种子种植在种植框内，所述种植框表面维持厚度为1mm的均匀水层；
所述底板为方形钢板，其上均匀分布有渗水孔；
所述调平器包括基座，所述基座上设有4根螺栓，所述底板的四角分别固定在四根螺栓上，通过调整螺母能够保证所述底板保持水平，从而保证整个测定装置处于水平状态；
所述自动称重器放置在所述调平器的基座上，收集从种植框中渗出的水量，并在控制器调控下按每分钟测定一次的测定频率对收集的水量进行称重，自动计算出渗水总量和渗透速率。
本发明的上述的新生植物根系改良土壤渗透效果的精细测量装置的使用方法，包括步骤：
(1)组装种植框：在底板上铺设一层透水纱布后，将种植框用螺丝固定在底板上；
(2)装填测试土样：在组装好的种植框中按一定的容重装填待测土壤，并将恒压器用螺丝固定在种植框上；
(3)供水器注水：关闭供水器阀门，打开供水器的塞子，将供水器中注满水；
(4)调平种植框：将(2)组装好的种植框安置在调平器上，调节调平器的螺母，使种植框处于水平状态；
(5)初始实验：将供水器软管与恒压器的进水口链接后，打开供水器阀门，开始计时，在控制器调控下自动称重器按每分钟测定一次的测定频率，测定集水器中渗水的重量，称重数据保存在控制器中，并将计算出的渗水总量和渗透速率在控制器的显示屏上显示出来，当连续三次的渗透速率相等时，实验结束，关闭供水器阀门，控制器自动计算渗水总量W1，稳渗速率V1，渗透历时T1，该渗水总量W1、稳渗速率V1、渗透历时T1为没有植物根系的待测土壤的渗水总量、稳渗速率、渗透历时；
(6)种植植物：初始实验结束后在恒压器的种植孔中点播植物种子，放置在常温环境中使其发芽、生长；
(7)对比实验：当种植框中的植物生长一段时间后，将供水器软管与恒压器的进水口链接，打开供水器阀门，开始计时，在控制器调控下自动称重器按每分钟测定一次的测定频率，测定集水器中渗水的重量，称重数据保存在控制器中，并将计算出的渗水总量和渗透速率在控制器的显示屏上显示出来，当连续三次的渗透速率相等时，实验结束，关闭供水器阀门，控制器自动计算渗水总量W2、稳渗速率V2、渗透历时T2，该渗水总量W2、稳渗速率V2、渗透历时T2为植物生长一定时段后在新生的植物根系影响下待测土壤的渗水总量、稳渗速率、渗透历时；
(8)重复实验，种植框中的植物再生长一段时间后，按照一定的时间间隔按照(7)进行重复实验，得出每次实验的渗水总量Wi，渗透速率Vi，渗透历时Ti；
(9)根系量测定：每次实验后将对比种植框(没有进行渗水实验)中的植物根系清洗出来，烘干计算出根系重量Gi；
(10)建立根系量与渗水总量、稳渗速率、渗透历时的相关关系；
(11)用如下三个指标评价新生植物根系对土壤渗透性能的改良效果：
单位重量根系的稳渗速率η＝(Vi-V1)/Gi；
单位重量根系的渗透总量Q＝(Wi-W1)/Gi；
单位重量根系的渗透历时T＝(Ti-T1)/Gi。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的新生植物根系改良土壤渗透效果的精细测量装置和方法，可用于准确测定新生植物根系量对土壤土壤孔隙的改良效果，可用于测定和评价不同植物新生根系及相同植物在不同生长阶段的新生根系对土壤孔隙的影响；本发明还可以测定不同土壤的透水性能。本发明可以在室内测定原状土、填充土、不同根系含量土壤的透水性能，可以为科学评价植被涵养水源功能、改良土壤功能、水土保持功能提供实用工具与有效方法。该装置简单实用，成本低，能实现自动测量。
附图说明
图1为本发明实施例提供的新生植物根系改良土壤渗透效果的精细测量装置和方法组装示意图。
图2为本发明实施例的稳定供水器示意图。
图3为本发明实施例的恒压器示意图。
图4为本发明实施例的种植框示意图。
图5为本发明的底板示意图。
图6为本发明实施例的调平器示意图。
图7为本发明实施例的自动称重器示意图。
图中：
1—稳定供水器、1-1—通气管、1-2—皮塞、1-3—阀门、1-4—软管；
2—恒压器、2-1—进水管、2-2—固定螺栓、2-3—固定孔；
3—种植框、3-1—固定孔、3-2—固定螺母、3-3—固定螺母；
4—底板、4-1—为固定孔；
5—调平器、5-1—螺栓、5-2—螺母；
6—自动称重器、6-1—集水缸、6-2—控制器。
具体实施方式
下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
本发明的新生植物根系改良土壤渗透效果的精细测量装置，其较佳的具体实施方式是：
包括稳定供水器、恒压器、种植框、底板、调平器、自动称重器；
所述供水器为利用马里奥托原理能够稳定地向恒压器供水的圆柱形容器；
所述恒压器为方形容器，底部均匀分布有种植孔，侧面有进水口和溢流口，所述溢流口的安装位置比进水口高出1mm，用于保证恒压器中的水头恒定为1mm；
所述种植框为方形筒体，其上部与所述恒压器用螺丝固定链接，其下部与所述底板用螺丝固定链接，所述种植框内填充待测土壤，并通过所述恒压器底部的种植孔将植物种子种植在种植框内，所述种植框表面维持厚度为1mm的均匀水层；
所述底板为方形钢板，其上均匀分布有渗水孔；
所述调平器包括基座，所述基座上设有4根螺栓，所述底板的四角分别固定在四根螺栓上，通过调整螺母能够保证所述底板保持水平，从而保证整个测定装置处于水平状态；
所述自动称重器放置在所述调平器的基座上，收集从种植框中渗出的水量，并在控制器调控下按每分钟测定一次的测定频率对收集的水量进行称重，自动计算出渗水总量和渗透速率。
所述供水器的直径15cm、高20cm；
所述恒压器长100mm×宽100mm×高10mm，所述种植孔的孔径为8mm，所述进水口和溢流口孔径为5mm；
所述种植框长100mm×宽100mm×高300mm；
所述底板为长100mm×宽100mm×厚1mm，所述渗水孔的孔径为3mm；
所述调平器的4根螺栓长200mm、直径为8mm。
本发明的上述的新生植物根系改良土壤渗透效果的精细测量装置的使用方法，其较佳的具体实施方式是：
包括步骤：
(1)组装种植框：在底板上铺设一层透水纱布后，将种植框用螺丝固定在底板上；
(2)装填测试土样：在组装好的种植框中按一定的容重装填待测土壤，并将恒压器用螺丝固定在种植框上；
(3)供水器注水：关闭供水器阀门，打开供水器的塞子，将供水器中注满水；
(4)调平种植框：将(2)组装好的种植框安置在调平器上，调节调平器的螺母，使种植框处于水平状态；
(5)初始实验：将供水器软管与恒压器的进水口链接后，打开供水器阀门，开始计时，在控制器调控下自动称重器按每分钟测定一次的测定频率，测定集水器中渗水的重量，称重数据保存在控制器中，并将计算出的渗水总量和渗透速率在控制器的显示屏上显示出来，当连续三次的渗透速率相等时，实验结束，关闭供水器阀门，控制器自动计算渗水总量W1，稳渗速率V1，渗透历时T1，该渗水总量W1、稳渗速率V1、渗透历时T1为没有植物根系的待测土壤的渗水总量、稳渗速率、渗透历时；
(6)种植植物：初始实验结束后在恒压器的种植孔中点播植物种子，放置在常温环境中使其发芽、生长；
(7)对比实验：当种植框中的植物生长一段时间后，将供水器软管与恒压器的进水口链接，打开供水器阀门，开始计时，在控制器调控下自动称重器按每分钟测定一次的测定频率，测定集水器中渗水的重量，称重数据保存在控制器中，并将计算出的渗水总量和渗透速率在控制器的显示屏上显示出来，当连续三次的渗透速率相等时，实验结束，关闭供水器阀门，控制器自动计算渗水总量W2、稳渗速率V2、渗透历时T2，该渗水总量W2、稳渗速率V2、渗透历时T2为植物生长一定时段后在新生的植物根系影响下待测土壤的渗水总量、稳渗速率、渗透历时；
(8)重复实验，种植框中的植物再生长一段时间后，按照一定的时间间隔按照(7)进行重复实验，得出每次实验的渗水总量Wi，渗透速率Vi，渗透历时Ti；
(9)根系量测定：每次实验后将对比种植框(没有进行渗水实验)中的植物根系清洗出来，烘干计算出根系重量Gi；
(10)建立根系量与渗水总量、稳渗速率、渗透历时的相关关系；
(11)用如下三个指标评价新生植物根系对土壤渗透性能的改良效果：
单位重量根系的稳渗速率η＝(Vi-V1)/Gi；
单位重量根系的渗透总量Q＝(Wi-W1)/Gi；
单位重量根系的渗透历时T＝(Ti-T1)/Gi。
具体实施例：
如图1-7所示，新生植物根系改良土壤渗透效果的精细测量装置。包括稳定供水器、恒压器、种植框、底板、调平器、自动称重器。
所述的供水器为利用马里奥托原理能够稳定地向恒压器供水的圆柱形容器，直径15cm，高20cm。
所述的恒压器为长100mm×宽100mm×高10mm的方形容器，底部均匀分布有孔径为8mm的种植孔，侧面有孔径为5mm的进水口和溢流口。溢流口的安装位置比进水口高出1mm，以保证恒压器中的水头恒定为1mm。
所述的种植框为长100mm×宽100mm×高300mm的方形容器，其上与恒压器用螺丝固定链接，其下与底板用螺丝固定链接。种植框内按一定容重填充待测土壤，并通过恒压器底部的种植孔将植物的种子种植在种植框内。
所述的底板为长100mm×宽100mm×厚1mm的方形钢板，均匀分布有孔径为3mm的渗水孔，底板用螺丝固定在调平器上。
所述的调平器由4根安装在基座上的长200mm、直径为8mm的螺栓组成，通过调整螺母能够保证其上固定的底板保持水平，从而保证整个测定装置处于水平状态，且种植框表面维持厚度为1mm的均匀水层。
所述的自动称重器放置在调平器的基座上，收集从种植框中渗出的水量，并在控制器调控下按每分钟测定一次的测定频率对收集的水量进行称重，自动计算出渗水总量和渗透速率。
所述的新生植物根系改良土壤渗透效果的精细测量装置的使用方法，其特征在于，由以下步骤组成：
(1)组装种植框：在底板上铺设一层透水纱布后，将种植框用螺丝固定在底板上。
(2)装填测试土样：在组装好的种植框中按一定的容重装填待测土壤，并将恒压器用螺丝固定在种植框上。
(3)供水器注水：关闭供水器阀门，打开供水器的塞子，将供水器中注满水。
(4)调平种植框：将(2)组装好的种植框安置在调平器上，调节调平器的螺母，使种植框处于水平状态。
(5)初始实验：将供水器软管与恒压器的进水口链接后，打开供水器阀门，开始计时，在控制器调控下自动称重器按每分钟测定一次的测定频率，测定集水器中渗水的重量，称重数据保存在控制器中，并将计算出的渗水总量和渗透速率在控制器的显示屏上显示出来。当连续三次的渗透速率相等时，实验结束，关闭供水器阀门。控制器自动计算渗水总量W1，稳渗速率V1，渗透历时T1。该渗水总量W1、稳渗速率V1、渗透历时T1为没有植物根系的待测土壤的渗水总量、稳渗速率、渗透历时。
(6)种植植物：初始实验结束后在恒压器的种植孔中点播植物种子，放置在常温环境中使其发芽、生长。
(7)对比实验：当种植框中的植物生长一段时间后，将供水器软管与恒压器的进水口链接，打开供水器阀门，开始计时，在控制器调控下自动称重器按每分钟测定一次的测定频率，测定集水器中渗水的重量，称重数据保存在控制器中，并将计算出的渗水总量和渗透速率在控制器的显示屏上显示出来。当连续三次的渗透速率相等时，实验结束，关闭供水器阀门。控制器自动计算渗水总量W2、稳渗速率V2、渗透历时T2。该渗水总量W2、稳渗速率V2、渗透历时T2为植物生长一定时段后在新生的植物根系影响下待测土壤的渗水总量、稳渗速率、渗透历时。
(8)重复实验，种植框中的植物再生长一段时间后，按照一定的时间间隔按照(7)进行重复实验。得出每次实验的渗水总量Wi，渗透速率Vi，渗透历时Ti。
(9)根系量测定：每次实验后将对比种植框(没有进行渗水实验)中的植物根系清洗出来，烘干计算出根系重量Gi。
(10)建立根系量与渗水总量、稳渗速率、渗透历时的相关关系。
(11)用下面三个指标评价新生植物根系对土壤渗透性能的改良效果：
单位重量根系的稳渗速率η＝(Vi-V1)/Gi
单位重量根系的渗透总量Q＝(Wi-W1)/Gi
单位重量根系的渗透历时T＝(Ti-T1)/Gi。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (3)
1.一种新生植物根系改良土壤渗透效果的精细测量装置，其特征在于，包括稳定供水器、恒压器、种植框、底板、调平器、自动称重器；
所述供水器为利用马里奥托原理能够稳定地向恒压器供水的圆柱形容器；
所述恒压器为方形容器，底部均匀分布有种植孔，侧面有进水口和溢流口，所述溢流口的安装位置比进水口高出1mm，用于保证恒压器中的水头恒定为1mm；
所述种植框为方形筒体，其上部与所述恒压器用螺丝固定链接，其下部与所述底板用螺丝固定链接，所述种植框内填充待测土壤，并通过所述恒压器底部的种植孔将植物种子种植在种植框内，所述种植框表面维持厚度为1mm的均匀水层；
所述底板为方形钢板，其上均匀分布有渗水孔；
所述调平器包括基座，所述基座上设有4根螺栓，所述底板的四角分别固定在四根螺栓上，通过调整螺母能够保证所述底板保持水平，从而保证整个测定装置处于水平状态；
所述自动称重器放置在所述调平器的基座上，收集从种植框中渗出的水量，并在控制器调控下按每分钟测定一次的测定频率对收集的水量进行称重，自动计算出渗水总量和渗透速率。
2.如权利要求1所述的新生植物根系改良土壤渗透效果的精细测量装置的使用方法，其特征在于，所述供水器的直径15cm、高20cm；
所述恒压器长100mm×宽100mm×高10mm，所述种植孔的孔径为8mm，所述进水口和溢流口孔径为5mm；
所述种植框长100mm×宽100mm×高300mm；
所述底板为长100mm×宽100mm×厚1mm，所述渗水孔的孔径为3mm；
所述调平器的4根螺栓长200mm、直径为8mm。
3.一种权利要求1或2所述的新生植物根系改良土壤渗透效果的精细测量装置的使用方法，其特征在于，包括步骤：
(1)组装种植框：在底板上铺设一层透水纱布后，将种植框用螺丝固定在底板上；
(2)装填测试土样：在组装好的种植框中按一定的容重装填待测土壤，并将恒压器用螺丝固定在种植框上；
(3)供水器注水：关闭供水器阀门，打开供水器的塞子，将供水器中注满水；
(4)调平种植框：将(2)组装好的种植框安置在调平器上，调节调平器的螺母，使种植框处于水平状态；
(5)初始实验：将供水器软管与恒压器的进水口链接后，打开供水器阀门，开始计时，在控制器调控下自动称重器按每分钟测定一次的测定频率，测定集水器中渗水的重量，称重数据保存在控制器中，并将计算出的渗水总量和渗透速率在控制器的显示屏上显示出来，当连续三次的渗透速率相等时，实验结束，关闭供水器阀门，控制器自动计算渗水总量W1，稳渗速率V1，渗透历时T1，该渗水总量W1、稳渗速率V1、渗透历时T1为没有植物根系的待测土壤的渗水总量、稳渗速率、渗透历时；
(6)种植植物：初始实验结束后在恒压器的种植孔中点播植物种子，放置在常温环境中使其发芽、生长；
(7)对比实验：当种植框中的植物生长一段时间后，将供水器软管与恒压器的进水口链接，打开供水器阀门，开始计时，在控制器调控下自动称重器按每分钟测定一次的测定频率，测定集水器中渗水的重量，称重数据保存在控制器中，并将计算出的渗水总量和渗透速率在控制器的显示屏上显示出来，当连续三次的渗透速率相等时，实验结束，关闭供水器阀门，控制器自动计算渗水总量W2、稳渗速率V2、渗透历时T2，该渗水总量W2、稳渗速率V2、渗透历时T2为植物生长一定时段后在新生的植物根系影响下待测土壤的渗水总量、稳渗速率、渗透历时；
(8)重复实验，种植框中的植物再生长一段时间后，按照一定的时间间隔按照(7)进行重复实验，得出每次实验的渗水总量Wi，渗透速率Vi，渗透历时Ti；
(9)根系量测定：每次实验后将对比种植框(没有进行渗水实验)中的植物根系清洗出来，烘干计算出根系重量Gi；
(10)建立根系量与渗水总量、稳渗速率、渗透历时的相关关系；
(11)用如下三个指标评价新生植物根系对土壤渗透性能的改良效果：
单位重量根系的稳渗速率η＝(Vi-V1)/Gi；
单位重量根系的渗透总量Q＝(Wi-W1)/Gi；
单位重量根系的渗透历时T＝(Ti-T1)/Gi。
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