纵向水分差异分布模拟部分根区灌溉的试验装置的制作方法

1.本实用新型涉及作物种植试验领域，具体提供一种纵向水分差异分布模拟部分根区灌溉的试验装置。


背景技术：

2.部分根区灌溉是近年来提出的一种新型节水灌溉技术，该技术使土壤垂直剖面或水平面的一部分区域保持干燥,而使另一部分区域灌水湿润，利用干旱区根系产生的信号物质调节气孔开度和湿润区根系水分吸收能力，显著提高水分利用效率但不会影响植株的其他生理活动。早期该技术的实现方式主要是在对果树的部分根系(1/4、2/4、3/4)进行灌水，或对棉花、玉米等作物进行隔行(沟)灌溉，这些灌溉方式均主要是在横向(水平面)方向上实现水分差异分布，并在生产上取得了显著的节水效果。为了在室内深入研究其机理，人们实用新型了分根技术和嫁接分根技术等研究在水平方向上水分差异分布实现部分根区灌溉提高作物水分利用效率的机理机制。近年来，随着滴灌技术的普及应用，滴灌已成为农业领域中常用的灌溉技术，尤其是西北内陆棉区，膜下滴灌是当地棉花的主要种植方式。在膜下滴灌条件下，通过调整灌水量和灌水次数，控制水分集中在棉花主根区域，实现棉花部分根区灌溉，该灌溉方式下水分主要在土壤垂直剖面产生差异分布。膜下滴灌条件下，通过该方式实现部分根区灌溉，操作简单，易于推广，并可显著提高了棉花水分利用效率，尤其是在西北内陆旱区，结合自动化技术，具有广阔的推广应用前景，是西北旱区棉花产业可持续发展的关键技术。但之前研究部分根区灌溉提高水分利用效率机理机制的分根技术和嫁接分根技术等主要是模拟水分在水平面的差异分布，不适于研究土壤垂直剖面水分差异分布对棉花水分利用效率的机理机制。


技术实现要素：

3.本实用新型是针对上述现有技术的不足，提供一种纵向水分差异分布模拟部分根区灌溉的试验装置。利用该试验装置可以精准模拟大田膜下滴灌条件下通过调整灌水量实现的部分根区灌溉，为研究该灌溉技术提高作物水分利用率的机理机制提供良好的基础。
4.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：纵向水分差异分布模拟部分根区灌溉的试验装置，其特点是包括上层盒、下层盒，上层盒可拆卸设置在下层盒上方，在上层盒的底部设有联通管和排水孔，联通管上端高于上层盒的底面，下端插入下层盒中，排水孔的位置不高于联通管上端面。
5.利用上述试验装置进行试验，上层盒中植株的部分根系通过联通管进入下层盒种植基质中，通过控制浇水，使上层盒中的根系处于湿润区，下层盒中的根系处理干燥区，达到模拟部分根区灌溉的效果。所述，排水孔用于排出上层盒过多水分，防止水分从联通管进入下层盒
6.作为优选，可以在排水孔处设置排水管，排水管出水端位于下层盒外侧。
7.作为优选，上层盒底面倾斜设计，联通管设置在上层盒底面的最低点。
8.作为优选，联通管设置在上层盒底面的中部，此时，上层盒底面的最低点也位于底面的中部。
9.作为优选，上层盒与下层盒之间通过支撑柱可拆卸连接，支撑柱上端与上层盒固定连接，下端与下层盒卡接；或者，支撑柱上端与上层盒卡固定连接，下端与下层盒固定连接。
10.作为优选，所述支撑柱长度可调，可根据下层盒中种植基质的高度进行调整，保证联通管下端不高于下层盒中种植基质的上表面。
11.作为优选，上层盒、下层盒的侧壁均采用透明材料制成，如透明塑料、有机玻璃或亚克力材料等。
12.作为优选，上层盒和下层盒均为长方体状，且上层盒的宽度与下层盒的宽度相同，上层盒的长度小于下层盒的长度。
13.作为优选，上层盒和下层盒均为圆柱状，且上层盒的半径不大于下层盒的半径。
14.作为优选，所述联通管的横截面可以是方形、圆形等任意形状，优选为边长为0.5
‑
2cm的正方形；联通管高出上层盒底面的高度优选为1
‑
2cm。
15.本实用新型以专用试验装置进行纵向水分差异分布模拟部分根区灌溉试验，和现有技术相比具有以下突出的有益效果：
16.(1)试验装置采用上下两层分体设计，可分别装入种植基质，称量装入基质的重量，以方便根据基质最大持水量计算各层灌水量，根据所使用的种植基质的最大持水量和装入的重量，计算出上层盒所需的灌水量即可维持植株生长需要又可防止过多水分流入下层盒。
17.(2)在上层盒底部设置有向上凸起的联通管，可使根系进入下层，同时阻挡水分进入下层盒，实现纵向水分差异分布(上层盒灌水为湿润区，下层盒不灌水为干旱区)，准确模拟大田膜下滴灌条件下，通过调整灌水量使水分集中在主要根区实现的部分根区灌溉。
18.(3)可保持联通管下端与下层盒的种植基质间不留空袭，避免根系暴露在空气中。
19.(4)上层盒底面倾斜设计，有利于水分从两侧向中央汇集，更准确的模拟大田滴灌时水分分布，同时使下层盒基质表面暴露在空气中，与上层盒水分自然蒸发保持同步，方便控制下层盒基质含水量。
20.(5)设计有排水孔及排水管，排出过多水分，并防止水分从联通管进入下层盒。
21.(6)使用透明材料制作，无需装配任何传感器，即可方便观测根系生长和水分分布情况。
附图说明
22.附图1是实施例一试验装置结构示意图；
23.附图2是实施例一试验装置a向视图；
24.附图3是实施例二试验装置结构示意图；
25.附图4是实施例二试验装置b向视图；
26.附图5是实施例二试验装置支撑柱结构示意图；
27.附图6是实施例一试验装置使用状态图。
具体实施方式
28.下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为对本实用新型的限定。
29.实施例一：
30.如附图1、2所示，本实施例的专用试验装置主要由上层盒1、下层盒2、联通管3构成，各部分无采用有机玻璃制成。
31.上层盒1为方形漏斗状，上半部为长20cm，宽10cm，高3cm方形筒；下半部底面由上半部四个侧面下端向下倾斜与底部中央位置的联通管3下口相连接。联通管3高1.5cm，横截面为边长1cm的正方形。上层盒1长度方向的两端均固定有长2.5cm的支撑柱4，支撑柱4下端加工有卡舌5。联通管3下口与卡舌5在同一平面上。上层盒1宽度方向两侧的倾斜面，略低于联通管3上沿平面的位置分别加工有两个直径0.5cm的排水孔6。两个排水孔6均连接有排水管7。
32.下层盒2为长25cm，宽10cm，高5.5cm方形盒。在下层盒2宽度方向的两侧面上沿加工有与卡舌5相对应的卡槽8。
33.实施例二：
34.如附图3、4所示，本实施例的专用试验装置主要由上层盒1、下层盒2、联通管3构成，各部分无采用有机玻璃制成。
35.上层盒1为圆柱形漏斗状，上半部为半径10cm，高4cm圆筒状；下半部底面由上半部的下端向下倾斜延伸，并与底部中央位置的联通管3下口相连接。联通管3高2cm，横截面为半径0.5cm的圆形。上层盒1侧壁下端固定有四根长1cm的支撑柱4，支撑柱4下端加工有卡舌5。联通管3下口与卡舌5在同一平面上。上层盒1侧壁下端，略低于联通管3上沿平面的位置加工有两个直径0.5cm的排水孔6。
36.下层盒2为圆柱形，半径10cm，高5cm。在下层盒2侧壁上端加工有与卡舌5相对应的卡槽8。
37.如附图5所示，所述支撑柱4由上柱体4.1、下套管4.2构成。上柱体4.1插接在下套管4.2上部，并螺纹连接。
38.实施例三：
39.将4
‑
5片真叶的棉苗根系从上边放入上层盒底部联通管，根据根系长度，留1/3左右的根系在上层盒中，向联通管填入与水混匀的基质(基质含水量为最大持水量的70
‑
80％)，基质与联通管上口齐平后，用吸水纸擦干净联通管上口边缘和外壁的基质和水分，用透明胶带(封口膜)将根系的主根与联通管上口边缘固定在一起，并将联通管上口封死，胶带即可起到固定根系的作用，还可起到防止水分进入联通管的作用。然后将上层盒填满基质，下层盒也填满基质，上层盒和下层盒分别称重记录后，将上层盒通过卡槽和下层盒固定在一起。
40.恢复生长两、三周后，当下层盒可以看到生长的根系时，即可开始进行处理。分别测定两层盒内基质含水量，当两层相对含水量均为35
‑
45％时，根据之前记录上层盒中基质的重量，先计算好上层盒中基质的相对含水量达到70％所需水量。量取所需水量，均分为两份，分别沿上层盒两端缓慢灌入上层盒中。因为，联通管上口已经用透明胶带或封口膜封闭，水分不会进入联通管，因此下层盒中根系处于干燥区，部分根区灌溉模拟成功(如图6所
示)。