CN115032369B - 一种研究植物生长状态的方法及模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生态学技术领域，具体涉及一种研究植物生长状态的方法及模拟装置。具体技术方案为：一种研究植物生长状态的方法，对研究区域进行信息采集，根据采集的信息通过模拟装置构建研究模型，并在研究模型上种植敏感植物，通过控制研究模型的水位变化，获得水位变化对植物根系生长的影响机制。本发明解决了现有技术中难以深入解释水位下降对植物的影响机制的问题。

Description

一种研究植物生长状态的方法及模拟装置

技术领域

本发明涉及生态学技术领域，具体涉及一种研究植物生长状态的方法及模拟装置。

背景技术

目前，关于地下水位下降对植被的影响研究多基于地下水监测、遥感和地理信息系统、树木年轮等研究方法，监测指标也多局限于工程影响区植被NDVI指数变化，以及地上部分生长的定性描述。植物对土壤水分变化最为敏感的器官是根系，根系的生长、分布及生理将最先对土壤水含量的变化做出响应，进而调整其吸收功能及改变根际养分转化的生态过程以适应变化的土壤环境，最终其变化在地上及整株植物体现出来。但是，目前关于地下水位下降对植物根际生态过程的研究很少。

降水减少导致“自上而下”的土壤干旱会促进植物根系生长以便利用深层土壤水分。但是，地下水位下降会阻断地下水对上层土壤水分补给，进而导致土壤水分含量“自下而上”逐渐降低，这会给植物根系生长、分布及根际微生态过程造成影响。

目前地下水位下降对工程扰动区植被的影响研究更多的关注是植物的地上部分，如通过遥感和地理信息系统监测叶面积指数变化，通过年轮构建植物地上部分生长与水位下降的关系，或者地上部分生长变化的简单定性描述。这些方法能够推测工程扰动下水位下降对植物生长的影响，但并没有关注植物根际生态过程，因此难以深入解释水位下降对植物生长状态的影响及机制。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种研究植物生长状态的方法及模拟装置，解决了现有技术中难以深入解释水位下降对植物的影响机制的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种研究植物生长状态的方法，对研究区域进行信息采集，根据采集的信息通过模拟装置构建研究模型，并在研究模型上种植敏感植物，通过控制研究模型的水位变化，获得水位变化对植物根系生长的影响机制。

优选的，所述信息采集包括但不限于地下水深度、水位变化幅度、土壤理化特性、地质层类型、渗透系数、土壤湿度垂直分布特征。

优选的，所述敏感植物通过研究区域的植被对水分变化的敏感性确定，在种植时，采集敏感植物的繁殖体进行栽种。

优选的，在控制水位变化时，对敏感植物的根系生长、分布及形态进行动态监测。

优选的，所述土壤湿度垂直分布特征通过土壤湿度自动监测仪对不同深度的土壤湿度进行测量后获得。

相应的，一种研究植物生长状态的模拟装置，所述模拟装置包括地下水位模拟器和可拆卸设置在地下水位模拟器顶部并与地下水位模拟器相通的土层模拟机构，所述地下水位模拟器的底部连通有水管，所述水管的另一端开口朝上并设置有活塞，所述活塞上设置有活塞杆，所述活塞杆的另一端固定在升降组件上。

优选的，所述地下水位模拟器包括储水箱，所述储水箱上通过管道连通有蓄水箱，所述储水箱上设置有气阀，所述升降组件设置在所述储水箱的侧壁上；所述土层模拟机构包括竖直叠放在一起的数个容纳管，所述容纳管内可拆卸设置有托放板，所述托放板上设置有若干个透水孔，每个所述容纳管的侧壁上设置有排水组件。

优选的，所述升降组件包括设置在储水箱侧壁上的电机，所述电机的输出端竖直设置有丝杆，所述丝杆上适配有丝母，所述活塞杆的一端固定在所述丝母上。

优选的，所述排水组件包括设置在容纳管侧壁上的呈“┣”形的三通管，所述三通管的横部与容纳管相通，每个所述容纳管上的三通管的竖直部通过连接管连接。

优选的，所述地下水位模拟器上设置有挤压组件，所述挤压组件包括设置在储水箱顶部的第一伸缩件，所述伸缩件的顶端横向设置有支杆，所述支杆的底部设置有与之垂直的固定杆，所述固定杆的底部设置第二伸缩件，所述第二伸缩件的输出端设置有与容纳管适配的压板，所述压板位于所述容纳管的上方。

本发明具备以下有益效果：

1.本发明通过对研究区域进行信息采集，根据采集的信息通过模拟装置构建研究模型，并在研究模型上种植敏感植物，通过控制研究模型的水位变化，获得水位变化对植物根系生长的影响机制。通过这一过程，使得本发明实现了地下水位关系对植物根系生长状态过程影响的机制和关系，对自然生态系统地下水位下降环境中植物的保护提供理论及数据支撑。

2.本发明通过在土层模拟机构中填充不同厚度、不同类型的地质体，并且在位于最上方的容纳管内的土壤中种植待研究的植物样本，同时通过对地下水位的高度进行动态调节，实现了同时研究地下水位高度以及各类型地质体对植物生长状态进行研究的目的。

3.本发明将容纳管与储水箱连通，同时在容纳管内设置不同类型的地质体，并在储水箱的侧壁上设置升降组件和水位高度测量件；同时，在储水箱的底部连通有水管，水管的另一端开口朝上且设置有活塞，而活塞上的活塞杆与升降组件连接，通过升降组件控制活塞上下运动，进而达到对水位进行控制的目的，同时利用水位高度测量件对储水箱所在高度进行测量，最终实现了对地下水位进行动态模拟的目的。

附图说明

图1为本发明模拟装置结构示意图；

图2为地下水位模拟器、升降组件和挤压组件的连接结构示意图；

图3为水管和活塞的连接结构示意图；

图4为容纳管以及与连接管的连接结构示意图；

图5为连接管的结构示意图(箭头指示部分为活动管的剖视图)；

图6为储水箱的剖视图；

图7为图6中A局部放大图；

图中：水管1、活塞2、活塞杆3、储水箱4、管道5、气阀6、容纳管7、托放板8、透水孔9、电机10、丝杆11、丝母12、三通管13、第一伸缩件14、支杆15、固定杆16、第二伸缩件17、压板18、透明观测板19、通孔20、环形槽21、安装座23、滑轨24、测量件25、限位环26、固定管27、活动管28、轴承29、限位杆30、限位槽31、连通管32、进水孔33、隔板34、盖板35、过水孔36、橡胶垫37、扭簧38、导流孔39、导流管40。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。

若未特别指明，实施举例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

1.本发明公开了一种研究植物生长状态的方法，对研究区域进行信息采集，根据采集的信息通过模拟装置构建研究模型，并在研究模型上种植敏感植物，通过控制研究模型的水位变化，获得水位变化对植物根系生长的影响机制。

具体包括以下步骤：

(1)信息采集：通过对研究区域的地下水位进行监测，确定水位变化幅度以及土壤类型，并分析土壤的理化特性，计算渗透系数，并预测地下水位深度变化对不同深度土壤湿度的影响特征。在上述信息采集的过程中，能够采集到的信息包括但不限于地下水深度、水位变化幅度、土壤理化特性、地质层类型、渗透系数、土壤湿度垂直分布特征。土壤湿度垂直分布特征通过土壤湿度自动监测仪对不同深度的土壤湿度进行测量后获得。

(2)确定研究植物：调查研究区域的植物群落特征，根据植物外观形态、根系生长与分布，并根据不同植物对水分变化的敏感性，确定研究物种，并采集植物繁殖体。

(3)通过采集的信息在模拟装置中构建研究模型。具体为：在模拟装置内填充与步骤(1)采集到的土壤特征相同的土壤，并通过模拟装置调整地下水位，以真实模拟自然环境下水位变化和土壤特征，让模拟装置内的土壤湿度与研究区域的土壤湿度相同，并栽种步骤(3)获得的敏感植物。在控制水位变化时，对敏感植物的根系生长、分布及形态进行动态监测。

(4)根据植物生长情况，确定取样周期，定期分析植物根系生长、分布、抗逆性特征、根际土壤理化特征等，最终获得地下水位变化对植物生长的影响机制。

下面结合具体的实施例对本发明进行进一步的阐述。

实施例1

以乔木为例。

(1)对研究区域内的植物群落进行调查，筛选出优势种群及对水分变化的敏感物种，然后利用地质雷达(也可以是其他设备或方式，如通过挖掘研究区域土壤来获得地质层相关信息)调查待研究区域的地质层类型，同时通过实地勘探及利用地下水探测仪等设备对研究区域的地下水位线和地下水深度进行探测，并采集该区域的地下水位线对应的海拔高度，同时对不同土层取样测定土壤湿度。

预测地下水位深度变化对不同深度土壤湿度的影响特征的具体过程为：

先探测地下水位深度，然后再检测不同深度的土壤湿度，根据检测的土壤湿度以及地下水位深度等数据建立一个数据图表，最终推测出地下水位变化对土壤湿度分布的影响。结果见下表1所示。

表1不同水位深度下土壤水分含量分布结果

(2)根据采集的数据结果在模拟装置中构建与地质层类型和土壤湿度相同的地质结构，待研究模型构建完成之后，便在模拟装置中种植研究植物；之后对模拟装置中的地下水位高度进行调节。

在调节的同时，利用土壤湿度传感器检测模拟装置内的土壤湿度，监测并分析水位变化对土壤湿度的影响，并结合微根管法定期采集根系生长及分布数据，具体为：在植物生长的季初期、中期及末期采集根系样品(取样周期)，测定其生理特性、养分吸收特征，分析根系随水位及土壤湿度变化的响应规律，并同时监测植物地上部分的生长、生理变化，最终综合分析确定地下水位对植物生长的影响机制。

植物生长的取样周期：以乔木(如云杉)为例，生长季初期(每年的3～5月份)是植物生命活动启动期，根系开始生长的初期阶段；生长季中期(每年的7～8月份)是植物快速生长，根系生命活动旺盛的阶段；生长季末期(每年的9～10月份)植物生长结束即将休眠，根系缓慢生长的阶段。

采样周期内，进行分时段的采样，土壤湿度监测采用自动监测，采样时间间隔为2小时；根系生长分布采用微根管法，采样间隔为1个月；根系生理及养分吸收特性研究，每个生长季采样三次，即生长季初期、中期即末期，在每年生长季中期进行取样测定。

地下水位对云杉生长季根系状态的影响见下表2所示。对云杉根际土壤进行取样，测定根际土壤的理化性质进行测定，结果见下表3所示。通过对云杉根际土壤的理化性质的测定，有助于深入分析不同水位深度下植物根系的生长响应机制，对自然生态系统地下水位下降环境中植物的保护提供理论及数据支撑。

表2不同水位深度下根系生长情况

表3根际土壤理化性质

对比例

在上述实施例1中构建的模拟装置中种植玉米种子，在种植玉米种子之后对地下水位和表层土壤湿度均不进行调节。结果见下表4所示。同时，在同样的情况下，对地下水位深度和土壤湿度进行调节的后的结构见表5所示。

表4在同一水位和相同土壤湿度的情况下玉米种子的萌发情况

表5水位和土壤湿度调节后玉米种子的萌发情况

2.参考图1-图7所示。本发明公开了一种研究植物生长状态的模拟装置，模拟装置包括地下水位模拟器和可拆卸设置在地下水位模拟器顶部并与地下水位模拟器相通的土层模拟机构，地下水位模拟器的底部连通有水管1，水管1的另一端开口朝上并设置有活塞2，活塞2上设置有活塞杆3，活塞杆3的另一端固定在升降组件上。通过升降组件驱动活塞上下运动，进而将水管内的水或地下水位模拟器中的水压入到土层模拟机构中，进而实现对地下水位进行动态模拟的目的。水管1上设置有活塞2的一端设置有限位环26，活塞杆3穿过限位环26，限位环26的内径小于活塞2的直径，避免活塞2脱离水管1。

其中，地下水位模拟器包括储水箱4，储水箱4上通过管道5连通有蓄水箱(图中未示出)，管道5上设置有阀门，蓄水箱的高度要高于储水箱4，使蓄水箱内的水能够自由流入储水箱4内。储水箱4上设置有气阀6，当蓄水箱内的水流入储水箱4内时，气阀打开，能够排出储水箱内的空气。当然，可通过水泵向储水箱内加水，但是由于水泵的动力较大，在加水中无法保证储水箱内的水处于加满的状态，而且，在进水时容易在储水箱内产生水泡。因此，本实施例优选为使用蓄水箱向储水箱内加水，通过水泵向储水箱内加水即可。

进一步的，土层模拟机构包括竖直叠放在一起的数个容纳管7，容纳管7内可拆卸设置有托放板8，即在容纳管8的内壁上设置有螺纹，托放板8的外壁上设置有螺纹，使托放板与容纳管之间通过螺纹连接，从而便于调节托放板在容纳管内的高度。托放板8上设置有若干个透水孔9，每个容纳管7的侧壁上设置有排水组件。每个容纳管7的侧壁上设置有透明观测板19，以便于观察容纳管7内水位的变化情况以及容纳管7内地质体以及地质体中种植的植物或放置的生物样本的状态。当然，容纳管7本身可由透明材质制成。需要说明的是：容纳管7的数量决定模拟地层的层数，可通过增减容纳管的数量达到人为增减地质体类型的目的。不同容纳管7内可放置不同类型的地质体，从而使土层模拟机构在使用时，可通过对水位高度的控制，观察不同类型的地质体中水量的变化情况。在本实施例中，至少设置两个容纳管7，即放置两种类型的地质体，位于最上方的容纳管7内放置土壤。对于容纳管7内地质体的放置，可只放置一种地质体，也可依次放置多种地质体。

进一步的，对于容纳管和储水箱的连接方式，具体为：在储水箱4的顶部贯穿设置有通孔20，通孔20的内壁上设置有开口朝上的环形槽21，置于环形槽21内的容纳管7与环形槽21通过螺纹连接。当然也可不设置环形槽，直接将容纳管与通孔通过螺纹连接，也可直接粘结固定。

进一步的，对于容纳管之间连接方式，参考图4所示。为了更好的描述：容纳管7包括与储水箱4连通的固定容纳管、与固定容纳管螺纹连接的连接容纳管和与连接容纳管螺纹连接的置顶容纳管。其中，连接容纳管的数量可根据实际需要设置多个。固定容纳管和连接容纳管靠近其顶部的外侧壁上均设置有外螺纹，连接容纳管和置顶容纳管中位于托放板8下方的内侧壁上分别设置有与固定容纳管上的外螺纹适配的内螺纹和与连接容纳管上的外螺纹适配的内螺纹，从而使各个容纳管之间通过螺纹连接，而通过调节螺纹连接处的高度可实现相邻容纳管连接后空腔的高度，再结合托放板可在容纳管内上下调节，进而使容纳管可适应不同厚度的地质层厚度。而排水组件的设置则可更加精确的控制每个容纳管内的地质层的含水量。

更进一步的，对于容纳管之间的连接，还可以是在每个容纳管靠近其顶部的外壁上设置外螺纹，位于托放板8下方的容纳管的内壁上设置有内螺纹，将其中一个容纳管的顶部插入到另一容纳管的底部，并通过螺纹连接，依次类推，最终实现多个容纳管之间的连接。同样的，通过调节螺纹连接处的高度来实现连接后的两个容纳管之间的空腔的高度，再结合托放板可在容纳管内上下调节，进而使容纳管能够适应不同厚度的地质层。通过增减容纳管可实现不同数量的地质层的模拟构建。

进一步的，升降组件固定设置在储水箱4的侧壁上；升降组件包括设置在储水箱4侧壁上的电机10，电机10的输出端竖直设置有丝杆11，丝杆11上适配有丝母12，活塞杆3伸出水管1外的一端固定在丝母12上。当电机10启动，带动丝母12转动，并带着丝母12沿丝杆11上下运动，进而带着活塞杆3上下运动，从而对水管1内的水进行挤压或抽取，实现储水箱4内水位的升降。具体的：为了增加电机10的稳定性，在储水箱4的侧壁上设置有安装座23，电机10设置在安装座23上，安装座23上竖直设置有滑轨24，丝母12的一侧与滑轨24适配，使丝母沿着滑轨上下运动，从而增加活塞升降过程中的稳定性。

进一步的，储水箱4的侧壁上竖直设置有测量件25，测量件25位于滑轨24的旁侧，从而检测储水箱内水位的高度或者容纳管内水位的高度，测量件25的起始端与储水箱4的底面齐平或与储水箱4的内底面齐平亦或者与储水箱4的顶部齐平，具体根据实际情况设置即可。测量件25包括但不限于刻度尺、激光距离测量仪(徕兹HLD或DM系列的短距离激光测距仪)等能够测量距离的仪器或设备。

进一步的，为了精确的控制每个容纳管内地质层中的含水量，在每个容纳管的侧壁上均连通有排水组件，排水组件包括设置在容纳管7侧壁上的呈“┣”形的三通管13，三通管13的横部与容纳管7相通，且优选为容纳管与三通管横部连接的孔的底部与托放板的板面齐平(此时托放板无法朝容纳管顶部开口方向移动，只能朝容纳管底部开口方向移动)，从而更好的将容纳管内的水排出，每个容纳管7上的三通管13的竖直部通过连接管连接。需要说明的是：三通管13的竖直部竖直设置，且每个容纳管上的三通管的竖直部位于同一直线上。三通管13竖直部两个接口的内壁上均设置有内螺纹，连接管包括固定管27和与固定管27螺纹连接的活动管28。固定管27的两端的外壁上设置有与三通管13竖直部适配的外螺纹。每个固定管27上均设置有阀门。活动管28一端的外壁上设置有与三通管13竖直部适配的外螺纹，另一端的内壁上设置有与固定管27适配的内螺纹。

在容纳管安装完成后，每个容纳管上的三通管13的竖直部的轴心重合。然后，安装连接管，即先将固定管27的一端选拧进活动管28内，并使固定管27的一端伸进活动管28内没有螺纹的光面段内，此时，活动管28可在固定管27内上下滑动一段距离(即活动管内光面段的长度)。此时，活动管和固定管连接后的长度小于相邻两个三通管之间的距离，再将固定管27的另一端旋拧进三通管13开口朝下的一端并固定，随后，旋转活动管28，使其另一端旋拧进另一个三通管13开口朝上的一端并固定。需要注意的是：固定管伸进活动管内的一端的螺纹的旋向和活动管另一端外螺纹的旋向是相反的，从而实现活动管旋拧进三通管内时，活动管与固定管的连接端能够进行反向旋拧。通俗的讲，当固定管27的一端顺时针旋进三通管13内，活动管28顺时针旋转与固定管27的另一端连接时，活动管18的另一端逆时针旋进另一三通管内，从而实现两个三通管通过连接管连接。

进一步的，地下水位模拟器上设置有挤压组件，即挤压组件设置在储水箱4上，挤压组件包括设置在储水箱4顶部的第一伸缩件14，第一伸缩件14的顶端横向设置有支杆15，支杆15的底部设置有与之垂直的固定杆16，固定杆16的底部设置第二伸缩件17，第二伸缩件17的输出端设置有与容纳管7适配的压板18，压板18位于容纳管7的上方。需要说明的是：第一伸缩件14包括但不限于套筒式伸缩杆、气缸、液压推杆、电动推杆。第二伸缩件17包括但不限于气缸、电动推杆。第一伸缩件14随着容纳管的增减而进行伸缩，从而对不同高度的容纳管内的地质体进行挤压，从而使填充进容纳管内的地质体的渗透系数与研究区域对应地质体的渗透系数相当。

进一步的，当第一伸缩杆为套筒式伸缩杆时，为了避免第二伸缩杆17启动时的反作用力使得第一伸缩杆伸长，使得压板18无法对容纳管7内的地质体进行挤压。在固定杆16上套设固定有轴承29，轴承29的侧壁上对称设置有限位杆30，两个限位杆30之间的总长度大于容纳管7的内径小于容纳管7的外径。同时，在容纳管7的内壁上设置有顶部开口且呈“L”形的限位槽31，限位槽31设置有两个且对应设置。限位槽31与限位杆30适配。在使用时，通过调节第一伸缩杆14使压板18伸进容纳管7内，同时，两个限位杆30的端部与限位槽31的顶部对应，在压板向容纳管内运动的过程中，限位杆30沿着限位槽31的竖直部伸进容纳管内，然后，通过转动限位杆30，在轴承29的作用下，使限位杆的端部移动至限位槽31的横部，从而使压板固定在容纳管内，最后启动第二伸缩杆17，在限位杆30的作用下，不会影响第一伸缩杆14，同时也能对容纳管内的地质体进行挤压。然而，这样的挤压方式存在这样的问题：容纳管内的地质体无法填满，这样就使得两个容纳管连接处的内部存在间隙。此时，只需要使第一伸缩杆14为自锁式伸缩杆，即能够固定在指定高度，无需再设置限位杆和限位槽。具体如何选择根据实际需要进行设置即可。

更进一步的，由于水管的直径小于储水箱的直径或截面大小，使得活塞2将水管1内的水压进容纳管内时较为费力。因此，在储水箱4内设置有连通管32，连通管32的一端与水管1连接，另一端与通孔20连通。同时，在连通管32位于储水箱4内的一端侧壁上设置有数个进水孔33，便于储水箱内的水进入到连通管内。

更进一步的，为了避免容纳管内的地质体在与水接触后，部分泥沙、土壤和地质体中含有的物质进入到连通管32和储水箱4内，使得容纳管内填充的地质体中的成分与研究区域对应的地质体的成分差异较大。因此，在通孔20内设置有隔板34，连通管32的一端固定在隔板34的底部，隔板34上开设有过水孔36，过水孔36上铰接有盖板35，盖板35与连通管32管口所在区域对应。电机10启动，盖板35在连通管32内的水的压力下朝向容纳管方向转动，从而使连通管内的水进入到容纳管内。当电机关闭时，盖板35关闭，从而有效的避免了容纳管内的泥沙、土壤和地质体中的营养物质等进入到储水箱和连通管内。

具体的：过水孔36的内壁上设置有一圈开口朝上的挡槽，盖板35通过转轴转动连接在挡槽内，且盖板35的边缘抵靠在挡槽内，即转轴的两端转动设置在挡槽的侧壁上。而为了增加盖板与隔板之间的密封性，在盖板35的底面、与挡槽的接触面上设置有橡胶垫37，转轴上套设有扭簧38，在自然状态下，盖板35盖住过水孔36，当水流将盖板顶起时，水流顺利进入到容纳管内，当水流不再进入到容纳管内时，盖板在扭簧的作用下盖住过水孔。

进一步的，在通孔20的侧壁上、位于环形槽21的下方设置有导流孔39，导流孔39倾斜设置且朝向储水箱4内，并与储水箱4连通，在储水箱4内、导流孔39的出口处连接有导流管40，导流管40的另一端伸出储水箱4外并设置有阀门，从而将沉积在隔板上的泥沙和土壤等物质排出。

在使用本发明时，在储水箱4、连通管32和水箱1内注满水。然后在通孔20内安装容纳管，根据研究区域的土壤类型垂直分布格局确定填充入容纳管中的土壤类型以及土壤厚度，在该容纳管内填入与研究区域内地下水位上方对应的地质体。然后，调节第一伸缩杆14的高度，使压板伸进该容纳管内，将地质体压实到指定程度。然后，将压板移出该容纳管外，并安装另一容纳管，通过旋拧该容纳管和调节其内的托放板，使托放板的底面与已经压实的地质层接触，然后在该托放板上填放其他地质层，随后进行压实、安装其他容纳管，操作过程与上述过程相同。直至形成与研究区域相同的地层结构，并使容纳管内地质体的密度与研究区域的土壤密度(地质层密度)一致，进而更好的模拟待模拟区域的地质情况。然后，在最顶端的容纳管内种植敏感植物样本，并安装连接管，安装方式上面已经公开，不再叙述。

开启电机10，带动丝杆11转动，丝杆11带动丝母12沿着丝杆11向下移动，进而使活塞挤压水管内的水，从而使连通管内的水逐渐被挤进与储水箱连接的容纳管7内。直至观察到容纳管内的水位到达指定高度为止。当持续挤压水管内的水时，水会逐渐朝向容纳管持续运动，即水经过各类地质体后与植物样本的根系接触，此时，可通过透明观测板观察植物根系的生长状态，进而进行深入研究。同时，可通过控制连接管上的阀门以及导流管40上的阀门，从而更加精确的控制每个容纳管内中地质体的含水量。

同时，通过活塞下压水管中的水，水进入到容纳管中，从而对容纳管中的水位高度进行调节，使得容纳管的地质体中的土壤湿度发生变化，可实现动态研究地下水位对植物生长状态影响程度的目的。而通过设置的土壤湿度检测机构，又使得本发明进一步实现了通过研究地下水位变化于土壤湿度之间的关系，进而研究地下水位对植物生长关系的影响程度的目的。

需要说明的是：可根据研究区域地层的厚度选择是否拆除容纳管内的托放板，从而保证容纳管内地层的厚度与研究区域同一类型的地层厚度。同时，通过将容纳管内地质体的密度与待模拟区域的土壤密度调节成一致，进而更好的模拟待模拟区域的地质情况。

本发明还可以用于对地下水在不同类型的地质体中的浸润或渗透相关的数据研究，具体为：通过蓄水箱将储水箱内注满水，根据研究区域的地质层关系确定填充入容纳管7中的地质体类型以及地质体厚度，将相关的地质层进行干燥，将干燥之后的地质体填充进容纳管7中。开启电机10，电机10驱动丝杆11转动，进而驱动活塞杆向下运动，直至容纳管内的水位到达指定高度为止。开始计时，在此过程中，水溶液在干燥的地质体中向上运动，这时可通过透明观测板观察水在地质体中的浸润或渗透速度。

通过上述方案，对土层模拟机构中的各类地质层的位置、厚度以及类型等进行人为设定，并且在土层模拟机构顶端的土壤中种植敏感植物样本，同时通过对地下水位的高度进行动态调节，使得本发明实现了同时研究地下水位高度以及各类型地质体对植物生长状态进行研究的目的。

对于土壤湿度的检测，可通过在容纳管的地质体中埋设有土壤湿度检测机构，土壤湿度检测机构包括若干个分别埋设在不同深度的地质体内的湿度采集模组(土壤湿度传感器)以及设置在模拟装置外的接收模块，接收模块的输入端与各采集模组通讯连接，输出端通讯连接有显示模块。在进行模拟实验时，埋设在土壤内的湿度采集模组实时采集土壤湿度，并将采集的数据信息通讯传输给接收模块，接收模块在接收数据信息之后，便将接收的数据信息实时显示在显示模块上。其中，可通过开关连接管上的阀门更加精确的调节容纳管内的土壤湿度。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，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。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种研究植物生长状态的方法，其特征在于：对研究区域进行信息采集，根据采集的信息通过模拟装置构建研究模型，并在研究模型上种植敏感植物，通过控制研究模型的水位变化，获得水位变化对植物根系生长的影响机制；

所述模拟装置包括地下水位模拟器和可拆卸设置在地下水位模拟器顶部并与地下水位模拟器相通的土层模拟机构，所述地下水位模拟器的底部连通有水管（1），所述水管（1）的另一端开口朝上并设置有活塞（2），所述活塞（2）上设置有活塞杆（3），所述活塞杆（3）的另一端固定在升降组件上；

所述地下水位模拟器包括储水箱（4），所述储水箱（4）上通过管道（5）连通有蓄水箱，所述储水箱（4）上设置有气阀（6），所述升降组件设置在所述储水箱（4）的侧壁上；所述土层模拟机构包括竖直叠放在一起的数个容纳管（7），所述容纳管（7）内可拆卸设置有托放板（8），所述托放板（8）上设置有若干个透水孔（9），每个所述容纳管（7）的侧壁上设置有排水组件。

2.根据权利要求1所述的一种研究植物生长状态的方法，其特征在于：所述信息采集包括但不限于地下水深度、水位变化幅度、土壤理化特性、地质层类型、渗透系数、土壤湿度垂直分布特征。

3.根据权利要求1所述的一种研究植物生长状态的方法，其特征在于：所述敏感植物通过研究区域的植被对水分变化的敏感性确定，在种植时，采集敏感植物的繁殖体进行栽种。

4.根据权利要求1所述的一种研究植物生长状态的方法，其特征在于：在控制水位变化时，对敏感植物的根系生长、分布及形态进行动态监测。

5.根据权利要求2所述的一种研究植物生长状态的方法，其特征在于：所述土壤湿度垂直分布特征通过土壤湿度自动监测仪对不同深度的土壤湿度进行测量后获得。

6.根据权利要求1所述的一种研究植物生长状态的方法，其特征在于：所述升降组件包括设置在储水箱（4）侧壁上的电机（10），所述电机（10）的输出端竖直设置有丝杆（11），所述丝杆（11）上适配有丝母（12），所述活塞杆（3）的一端固定在所述丝母（12）上。

7.根据权利要求1所述的一种研究植物生长状态的方法，其特征在于：所述排水组件包括设置在容纳管（7）侧壁上的呈“┣”形的三通管（13），所述三通管（13）的横部与容纳管（7）相通，每个所述容纳管（7）上的三通管（13）的竖直部通过连接管连接。

8.根据权利要求1所述的一种研究植物生长状态的方法，其特征在于：所述地下水位模拟器上设置有挤压组件，所述挤压组件包括设置在储水箱（4）顶部的第一伸缩件（14），所述第一伸缩件（14）的顶端横向设置有支杆（15），所述支杆（15）的底部设置有与之垂直的固定杆（16），所述固定杆（16）的底部设置第二伸缩件（17），所述第二伸缩件（17）的输出端设置有与容纳管（7）适配的压板（18），所述压板（18）位于所述容纳管（7）的上方。