一种小灌木根系生长取样观察装置

1.本发明涉及根系生长取样观察技术领域，尤其涉及一种小灌木根系生长取样观察装置。


背景技术：

2.相邻同种和异种个体根竞争形成的生态位分离，是物种共存和生物多样性维持的一条重要途径。由于地下部分研究的固有困难，从根系入手进行植物种间相互作用关系的研究依然甚少，导致物种间作用过程研究中出现一些不足。已有研究指出，植物种间关系主要是通过地下根系与土壤之间的物理过程、化学过程和生物过程表现出的竞争关系。在判定竞争平衡、竞争强度和资源利用方面，地下部分的竞争作用明显重要于地上部分，从地下根系的相互作用来认识物种间竞争和互利共生现象，才能了解种间关系的本质。
3.植物间的根系相互作用是一个复杂的生理生态学过程。在这种过程中，为了适应竞争环境，提高竞争效率，吸收较多的养分和水分,根系表现出明显的可塑性,导致根系生长、根系密度、根表面积和分布空间等产生较大的变化。其中植物的根竞争对根系最为明显的效果就是影响根系的分布。大量研究表明混交林根竞争会诱发根系空间分布变化，通过根系在一定程度上的空间生态位分离，减少了对土壤资源的竞争。有研究发现欧洲山毛榉 (fagus sylvatica l.)和挪威云杉(picea abies(l.)karst.)混交促进欧洲山毛榉根系深扎，避免了根系间的过度竞争，为充分利用不同层次土壤中的水分和养分奠定了基础。认为混交林相互竞争的植物根系之间的分离，是物种共存的重要机制。同样，植物种间因根竞争形成的生态位分离在农作物间作、农林复合系统、混生草本、入侵物种之间以及草灌混生群落中也有大量报道。而cahill等研究表明植物根系生态位分离不仅与竞争者有关而且与环境的异质性关系紧密，在空间异质性养分条件下，相互竞争的植物根系的分离现象不如均匀的养分条件下明显。可见，植物间根竞争形成的生态位分离随环境条件而改变。然而，也有研究指出由于土壤中植物易利用的水分和养分大都分布在土壤表层，植物在竞争时会更多地把根分配在土壤表层并没有发生生态位分离。
4.由于野外取样的不确定性和不完整性，亟需在室内或农田控制模拟实验中采用准确的取样装置以满足研究要求。然而经检索，目前没有专门的专门针对灌木幼苗根系生长的观察和观测装置。因此迫切需要一种观察和观测灌木幼苗根系生长的装置，以满足当前对灌木根系生长的观察需要，助力科研。


技术实现要素：

5.鉴于以上存在的一些不足，本发明的目的是提供一种小灌木根系生长取样观察装置，可以有效观察和观测灌木幼苗根系生长，满足了当前对灌木根系生长的观察需要。
6.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.提供一种小灌木根系生长取样观察装置
8.包括组合式生长筒、托盘以及多个检测探头观察孔；
9.所述组合式生长筒放置在所述托盘上，多个所述检测探头观察孔安装设置在所述组合式生长筒上。
10.本发明提供的沙生小灌木根系生长取样观察装置的组合式生长筒内装有土壤，土壤的高度对于组合式生长筒的顶部低10cm，托盘采用防水耐水材料制成，能够有效防止水分的泄露，灌木的根系能够在组合式生长筒内自由生长，组合式生长筒可以根据实验需求拆分为两部分，能够更好的对组合式生长筒内的灌木根系进行观察。生长筒侧壁留有观察孔可在筒内安装检测探头，对组合式生长筒内不同深度的土壤湿度和温度进行检测，并根据实验的需求进行调节，有效的保证了灌木等植物的最佳生长环境，以便更好的对植物的生长根系进行观察。上述观察装置结构简单，使用方便，可同时观察裸露地、单株小灌木、两株小灌木的根系生长情况，提高了实验效果和效率，使得实验结果更为直观、精准，具有很高的实用性。
附图说明
11.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
12.图1为本发明的沙生小灌木根系生长取样观察装置的结构示意图；
13.图2为图1中沙生小灌木根系生长取样观察装置的分解示意图；
14.图3为不同生长方式下土壤含水量的垂直分布；
15.图4为不同生长方式下两年生红砂和珍珠根系(a-e)根系生物量和(f-j)根系表面积(cm2)的垂直分布情况。
16.附图标记：
17.100-组合式生长筒；110-第一生长腔；120-第二生长腔；130-观察孔；140-隔膜；150
‑ꢀ
托盘。
具体实施方式
18.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
19.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
20.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
21.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”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和简化描述，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。
22.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
23.实施例一：
24.详见图1至图4所示，本发明提供的沙生小灌木根系生长取样观察装置包括组合式生长筒100、托盘150以及多个观察孔；组合式生长筒100放置在托盘150上，多个观察孔设置在组合式生长筒100上。进一步的，托盘150的内径大于组合式生长筒100的外径，组合式生长筒100的底部放置在托盘150上。
25.本发明提供的沙生小灌木根系生长取样观察装置的组合式生长筒内装有土壤，土壤的高度对于组合式生长筒的顶部低10cm，托盘采用防水耐水材料制成，能够有效防止水分的泄露，灌木的根系能够在组合式生长筒内自由生长，组合式生长筒可以根据实验需求拆分为两部分，能够更好的对组合式生长筒内的灌木根系进行观察，检测探头的设置，能够有效的对组合式生长筒内不同深度的土壤湿度和温度进行检测，并根据实验的需求进行调节，有效的保证了灌木等植物的最佳生长环境，以便更好的对植物的生长根系进行观察。上述观察装置结构简单，使用方便，可同时观察裸露地、单株小灌木、两株小灌木的根系生长情况，提高了实验效果和效率，使得实验结果更为直观、精准，具有很高的实用性。
26.作为一种可实施方式，组合式生长筒100还包括多个检测探头，多个检测探头安装在组合式生长筒100上，多个检测探头的检测端位于组合式生长筒100内。
27.检测探头与组合式生长筒100间是紧密结合的，避免水分的泄露，以保证灌木等植物根系的生长环境，以保证实验结果的准确性。
28.作为一种可实施方式，多个观察孔130沿组合式生长筒100的长度方向均匀设置。
29.均匀设置的观察孔能够对不同深度的植物根系进行观察，配合安装的检测探头，能够有效对不同深度土壤的水分和温度进行检测，以便对根系的生长环境进行调整。
30.作为一种可实施方式，组合式生长筒100包括第一生长腔110以及第二生长腔120；第一生长腔110和第二生长腔120结构相同，第一生长腔110和第二生长腔120相互扣合围成两端敞口的腔体结构。
31.由第一生长腔110和第二生长腔120组成的组合式生长筒100，能够根据实验的需求进行组合和拆分，以有效的对根系的生长情况进行检测。
32.作为一种可实施方式，组合式生长筒100还包括卡扣装置；卡扣装置安装在第一生长腔110和第二生长腔120上，在第一生长腔110和第二生长腔120扣合后进行固定。
33.卡扣装置的设置，使得第一生长腔110和第二生长腔120组合的更加稳固，在一定程度上保证的实验的结果。卡扣装置可以选择为魔术贴或者其他可外购的装置。
34.作为一种可实施方式，组合式生长筒100还包括隔膜140；隔膜140安装在组合式生长筒100内。
35.隔膜140的设置，能够将组合式生长筒100的内腔分为两部分，以实现在同一生长筒内观察两棵或多棵植物的根系生长情况。
36.作为一种可实施方式，相邻检测探头间的间隔距离为5cm、10cm或20cm。
37.检测探头采用5cm、10cm或20cm的间隔，能够有效的对生长筒内的温度和湿度进行全方位检测，有效的保证了实验结果的准确性。
38.作为一种可实施方式，组合式生长筒100由pvc材料制成。
39.采用pvc材料，既便于加工也易于采购，降低了生产成本。
40.作为一种可实施方式，观察装置还包括密封装置；密封装置安装在组合式生长筒100 或托盘150上，对组合式生长筒100与托盘150间的空间进行密封。
41.密封装置的设置，能够有效的对组合式生长筒100和托盘150间的外部空间进行封闭，避免封闭式生长筒与托盘150内水分的外渗或外部水分的内渗，保证了实验结果的准确性。
42.采用上述装置，完成了以下实验：
43.表4-1实验设计栽种情况明细表。
[0044][0045]
在尼龙分隔处理将根系的生长空间分隔开，而水分和水溶物质在水平方向可以自由交换；塑料膜分隔处理中两种植物根系被完全分隔开，并且没有任何物质的交换。而同种植物的地下部分无法区分，tr.和ts.两个处理中根系的数据为两株植物之和，其它处理均为一株植物，重复数均为3。各处理中pvc管安装了土壤水分探头，fg处理除外。从取样开始前一个月记录土壤水分数据，每天观察并除去杂草。下文中，“混生”特定表示混生且无分隔(pg)，“混生且用尼龙分隔”简称尼龙分隔(ng)，“混生且用塑料分隔”简称塑料分隔(fg)；两株红砂(tr.)和两株珍珠(ts.)统称为tp(two plants)。
[0046]
1、降水入渗和分布观察实验
[0047]
详见图3，不同生长方式下土壤含水量的垂直分布。每个点为20次重复测量的平均值。数据从2018年10月1日至20日每天测量一次。
[0048]
通过观察记录了两个完整的生长季的灌木根系的生长情况。
[0049]
无植物(np)的空白对照中土壤含水量最高平均为17.35％，在垂直方向随土层深度增加而增加(a图)。在一株植物单生(b图和c图)和两株同种植物(d图和e图)处理中，土壤水分随土壤深度呈不规则分布。对于珍珠，单生珍珠(os.)时平均为16.11％(c图) 和两株珍珠一起生长(ts.)时(平均为16.69％，e图)土壤水分分布模式相似。对于红砂，tr.时(种内相互作用)土壤含水量较低(d图)平均为14.75％，而or处理(一株单生红砂)中各层土壤含水量为所有处理中最低的(b图)，平均仅为12.21％。此外，在混生(pg)(f图)和尼龙分隔(np)(g图)处理中的土壤水分分布模式与在空白对照的情况下相同，但含量较低。
[0050]
2、灌木生长分层观察实验
[0051]
详见图4，不同生长方式下两年生红砂和珍珠根系(a-e)根系生物量和(f-j)根系表面积(cm2)的垂直分布情况。点表示每个处理的平均值(重复数＝3)。两株植物(twoplants)的数据是两株植物的总和，其它均为单个植物个体的数据。
[0052]
当单独生长(single growth)时，红砂根系生物量随着土壤深度的增加先增加，在 10-20cm土层为6.19g达到最大，然后减少(a图)。其他处理包括两株同种植物(b图)、混生(c图)、尼龙分隔(d图)、塑料膜分隔(e图)配对，红砂根系生物量在土层中垂直方向呈均匀分布。其中混生(c图)和混生尼龙分隔(d图)两个处理的根系生物量较小。珍珠根系生物量在土壤层中总体也呈垂直均匀分布。其中：珍珠单生(a图)，两株珍珠(b图)，和塑料膜分隔(e图)三种处理的表层(0-10cm)和底层(70-80cm)根系生物量较大。而根表面积的变化呈现不同的趋势(f图、g图、h图、i图和j图)。红砂与珍珠根表面积变化趋势相似，均随深度的增加而增大。在混生(pg)和尼龙分隔(ng) 的两个处理中两种植物的根表面积较小。此外，在种间相互作用(pg,ng)的条件下，红砂和珍珠的根系分布模式非常相似(i图)。总体来说，两种植物单生(or.和os.)，两株同种植物(tr.和ts.)和塑料膜分隔(fg)三种方式下，根系垂直分布模式类似；混生不分隔(pg)和混生尼龙分隔(ng)根系垂直分布模式相似。
[0053]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神，例如：阀门叶片的样式，在不影响试验过程的实施的前提下，采用其他叶片样式也是可行的。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明也意图包含这些改动和变形。
[0054]
以上，仅为本发明的具体实施方式，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揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，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以权利要求的保护范围为准。