用于原位監(jiān)測(cè)漂浮植物根系的固定裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及植物生理生態(tài)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于原位監(jiān)測(cè)漂浮植物根系的固定裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]根系是植物的主要營(yíng)養(yǎng)器官，為植物新陳代謝攝取各種營(yíng)養(yǎng)元素，在植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中起著極為重要的作用。因此，根系生理生態(tài)研宄已成為當(dāng)今研宄的焦點(diǎn)。根系生長(zhǎng)狀況是根系生理生態(tài)特征的基礎(chǔ)，深入準(zhǔn)確地連續(xù)測(cè)量和分析植物根系生長(zhǎng)特征及其參數(shù)，對(duì)于深入了解根系生理過(guò)程和生態(tài)功能等具有重要意義。然而，由于根系生長(zhǎng)在地下，準(zhǔn)確取樣、測(cè)定、觀察存在一定困難，根系研宄進(jìn)展緩慢，尤其是濕地植物，它們多生長(zhǎng)于水生或濕生環(huán)境中，其根系隱藏在水體或淤泥中，進(jìn)一步增加了對(duì)其研宄的難度，從而限制了對(duì)水生植物根系生理生態(tài)過(guò)程的進(jìn)一步研宄，影響了對(duì)濕地植物生態(tài)特征和功能的認(rèn)識(shí)及評(píng)價(jià)。目前，國(guó)際上已將植物根系研宄作為前沿性和基礎(chǔ)性科研方向開(kāi)始進(jìn)行詳盡的研宄，但多集中于陸地植物根系，即主要在森林和草地生態(tài)系統(tǒng)中開(kāi)展此類(lèi)研宄。研宄方法主要采用非野外監(jiān)測(cè)(如盆栽法、氣培法、營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)法等)和野外監(jiān)測(cè)(如挖掘法、土鉆法、土柱法、剖面法等)兩大類(lèi)方法，技術(shù)相對(duì)比較成熟。近幾年，隨著對(duì)植物根系研宄的深入，國(guó)內(nèi)外已開(kāi)始廣泛應(yīng)用植物根系生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)植物根系進(jìn)行原位監(jiān)測(cè)和研宄，即通過(guò)埋設(shè)根管于土壤中，使植物貼服于根管壁生長(zhǎng)，將直立掃描頭伸入根管內(nèi)，通過(guò)該系統(tǒng)配置的旋轉(zhuǎn)式360度多層次線性掃描頭，可非破壞性的獲取根系原位的生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)圖像，繼而借助分析系統(tǒng)對(duì)獲取的根系圖像進(jìn)行全方位、多層次、多角度分析，可以獲得植物根系的根長(zhǎng)、表面積、體積、平均根直徑和根尖數(shù)目等生理生態(tài)參數(shù)，同時(shí)，還可以監(jiān)測(cè)植物根系的時(shí)空生長(zhǎng)變化情況。由于該技術(shù)對(duì)樣方所造成的破壞性小，監(jiān)測(cè)精度高，節(jié)省大量人力資源，且能獲得根系的連續(xù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等諸多優(yōu)點(diǎn)，已成為國(guó)際上研宄植物根系的重要手段和關(guān)鍵技術(shù)。
[0003]但是，該現(xiàn)有技術(shù)在進(jìn)行根系生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)時(shí)，是通過(guò)埋設(shè)根管，將直立旋轉(zhuǎn)型的線性掃描頭伸入根管中進(jìn)行掃描，獲取土壤、根系剖面圖像，監(jiān)測(cè)土壤中活體根系的生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)，因此，主要用于陸地植物根系原位監(jiān)測(cè)，在監(jiān)測(cè)水生植物尤其是漂浮植物時(shí)，由于植物植株和根系漂浮在水體中，受到(I)根管長(zhǎng)度無(wú)法滿足底泥和不同深度水體中植物根系監(jiān)測(cè)的需要；(2)根管無(wú)法固定在水體中；(3)由于水體的透光性，無(wú)法提供關(guān)鍵儀器CCD掃描頭對(duì)根系進(jìn)行掃描的暗環(huán)境；(4)水體一旦受到擾動(dòng)，植物植株和根系的位置都將受到影響而發(fā)生移動(dòng)等因素的影響，掃描儀無(wú)法獲得植物根系的生長(zhǎng)圖像。因此，解決此問(wèn)題的方法主要是建造一個(gè)既對(duì)漂浮植物生境減少擾動(dòng)，又能使漂浮植物在水體中的位置不產(chǎn)生移動(dòng)且使掃描儀能夠正常工作的水下暗環(huán)境，以完成對(duì)漂浮植物根系的原位監(jiān)測(cè)。
[0004]此外，在現(xiàn)有技術(shù)中，漂浮植物根系的監(jiān)測(cè)多是采用非野外監(jiān)測(cè)技術(shù)和野外監(jiān)測(cè)技術(shù)兩大類(lèi)。前者主要通過(guò)對(duì)植物的室內(nèi)培養(yǎng)來(lái)研宄植物根系(包括氣培法、營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)法等)，這往往改變了原來(lái)植物生長(zhǎng)的光、溫、水、土等無(wú)機(jī)環(huán)境條件，以及植物間的競(jìng)爭(zhēng)作用、化感作用、病蟲(chóng)害等有機(jī)環(huán)境，植物培養(yǎng)的容器還會(huì)限制植物根系的生長(zhǎng)與分布，因此，研宄所得的結(jié)論往往具有較大的不確定性。而后者則是通過(guò)進(jìn)入水下作業(yè)將漂浮植物連根拔起，人工采集根系樣品，帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定。該方法雖然保持了植物生長(zhǎng)的原始環(huán)境和條件，能夠克服非野外原位監(jiān)測(cè)技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，較準(zhǔn)確的研宄根系現(xiàn)狀特點(diǎn)，但對(duì)樣方擾動(dòng)性大，且費(fèi)時(shí)費(fèi)力、觀測(cè)延遲，并對(duì)植物是破壞性采樣，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)原有植物根系的生長(zhǎng)情況的連續(xù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于實(shí)現(xiàn)根系掃描儀對(duì)漂浮植物根系的原位監(jiān)測(cè)，克服現(xiàn)有存在的漂浮植物根系監(jiān)測(cè)方法上的缺陷和不足，設(shè)計(jì)、研制一種多功能、方便、實(shí)用的漂浮植物根系原位監(jiān)測(cè)固定監(jiān)測(cè)裝置，以解決植物根系監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)漂浮植物根系水下原位掃描成像的冋題。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]用于原位監(jiān)測(cè)漂浮植物根系的固定裝置，其特征在于，包括箱體；
[0008]所述箱體為包括頂面板和側(cè)壁的下端開(kāi)口的不透明空心柱體；所述頂面板上設(shè)置有至少I(mǎi)個(gè)根管孔；所述根管孔的形狀與大小與掃描儀根管相適配，用于插裝掃描儀根管。
[0009]所述固定裝置還包括至少一個(gè)延長(zhǎng)箱體，用于延長(zhǎng)所述箱體的高度；
[0010]所述延長(zhǎng)箱體是上、下兩端均開(kāi)口的空心柱體，所述空心柱體的上端開(kāi)口與所述箱體的下端開(kāi)口在形狀和尺寸上相適配，使所述箱體與所述延長(zhǎng)箱體可上下對(duì)接。
[0011]所述延長(zhǎng)箱體上下兩端設(shè)置成可與其它同型號(hào)延長(zhǎng)箱體相疊合的結(jié)構(gòu)。
[0012]箱體與延長(zhǎng)箱體之間或上下延長(zhǎng)箱體之間，采用連接部件連接；所述連接部件選自槽條連接件、緊定螺釘、插銷(xiāo)、卡扣。
[0013]所述箱體底部和/或所述延長(zhǎng)箱體底部設(shè)置有用于安裝可伸縮延長(zhǎng)桿的預(yù)留位。
[0014]所述箱體底部設(shè)置有用于安裝可伸縮延長(zhǎng)桿的預(yù)留位。
[0015]所述固定裝置還包括可伸縮延長(zhǎng)桿和用于安裝在可伸縮延長(zhǎng)桿底端的底座。
[0016]所述固定裝置還包括根管和/或與所述根管孔相適配的不透明的根管孔蓋，用于蓋住閑置的所述根管孔。
[0017]所述箱體還包括由支腿以及橫梁構(gòu)成的與所述箱體和/或延長(zhǎng)箱體結(jié)構(gòu)相適配的支架結(jié)構(gòu)，用于支撐所述頂面板和所述側(cè)壁。
[0018]用于原位監(jiān)測(cè)漂浮植物根系的方法，其特征在于，采用所述固定裝置，進(jìn)行如下步驟:
[0019](I)根據(jù)水體深度選擇合適高度的所述固定裝置，使所述固定裝置的高度不低于水體深度及水面以上植株高度之和，
[0020](2)將所述固定裝置的箱體罩在待監(jiān)測(cè)的漂浮植物植株之上，所述固定裝置的底部穩(wěn)定安裝在水體底泥中；
[0021](3)在預(yù)插入掃描儀的根管孔中插入根管，其他閑置的根管孔采用根管孔蓋蓋住，
[0022](4)將掃描儀放入根管中，開(kāi)啟掃描儀進(jìn)行暗環(huán)境下的根系掃描。
[0023]所述固定裝置的生產(chǎn)方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0024](I)以不透明板材制作包括頂面板與側(cè)壁的下端開(kāi)口的箱體；
[0025](2)在頂面板上開(kāi)至少I(mǎi)個(gè)根管孔，根管孔的形狀與大小與掃描儀的根管相適配，用于插裝掃描儀的根管。
[0026]所述步驟還包括:制作上，下端均開(kāi)口的空心柱體作為延長(zhǎng)箱體，并使所述延長(zhǎng)箱體的上端開(kāi)口與所述箱體的下端開(kāi)口在形狀和尺寸上相適配；延長(zhǎng)箱體的上、下兩端設(shè)置成可與其它同型號(hào)延長(zhǎng)箱體相互對(duì)接疊合的結(jié)構(gòu)。
[0027]所制作的箱體的下端和/或延長(zhǎng)箱體的下端設(shè)置連接部件和/或用于安裝可伸縮延長(zhǎng)桿的預(yù)留位。
[0028]所述步驟還包括:制作用于安裝在箱體下端、延長(zhǎng)箱體下端以及延長(zhǎng)桿下端的底座；
[0029]用不透明板材制作根管孔蓋，所述根管孔蓋的形狀與大小與根管孔相適配，能蓋在根管孔上使其不透光。
[0030]所述生產(chǎn)方法還包括制作由支腿和橫梁構(gòu)成的與箱體和/或延長(zhǎng)箱體結(jié)構(gòu)相適配的支架結(jié)構(gòu)。
[0031]本發(fā)明提供一種用于原位監(jiān)測(cè)漂浮植物根系的固定裝置，在本發(fā)明的所有實(shí)施例中，所述固定裝置都包括一個(gè)具有如下結(jié)構(gòu)的箱體；所述箱體為包括頂面板和側(cè)壁的下端開(kāi)口的的不透明空心柱體；所述頂面板上設(shè)置有至少I(mǎi)個(gè)根管孔；所述根管孔的形狀與大小與掃描儀根管相適配。不透明的箱體可罩在被監(jiān)測(cè)的漂浮植物植株上，同時(shí)通過(guò)箱體頂面板上的根管孔插入根管，將掃描儀置入根管內(nèi)，使其在暗環(huán)境下進(jìn)行掃描，同時(shí)箱體還能起到固定漂浮植物的作用，使其在掃描時(shí)不受水流和/或風(fēng)力的影響而處于一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)；采用這種箱體固定植株根系并對(duì)其進(jìn)行掃描，能避免對(duì)植株的破壞，并且不會(huì)影響植株的正常生長(zhǎng)?？筛鶕?jù)實(shí)際的監(jiān)測(cè)需要在箱體頂面板上設(shè)置I個(gè)或多個(gè)根管孔。不透明箱體的頂面板和側(cè)壁可以用不透明板材，如，黑色亞克力板、黑色PC板制成，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以采用其它常規(guī)不透明板材；該箱體具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作方便等特點(diǎn)。
[0032]所述箱體可以設(shè)計(jì)成各種規(guī)格以適應(yīng)不同的植物以及水體深度的需求。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述固定裝置設(shè)計(jì)成包括箱體以及延長(zhǎng)箱體的結(jié)構(gòu)，延長(zhǎng)箱體用于延長(zhǎng)所述箱體的高度。操作者可以根據(jù)水體深度、底泥深度、植株高度等實(shí)際因素靈活地考慮選擇用I個(gè)或多個(gè)延長(zhǎng)箱體延長(zhǎng)固定裝置的高度，以達(dá)到不影響植株正常的生長(zhǎng)狀態(tài)并使固定裝置接觸到水體底部從而穩(wěn)定地放置在水體中的目的。
[0033]所述延長(zhǎng)箱體上下兩端設(shè)置成可與其它同型號(hào)延長(zhǎng)箱體相疊合的結(jié)構(gòu)。這樣設(shè)置的目的是，在使用多個(gè)延長(zhǎng)箱體的情況下，各延長(zhǎng)箱體之間能夠相互對(duì)接疊合使整個(gè)固定裝置結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。
[0034]關(guān)于箱體與延長(zhǎng)箱體之間或上下延長(zhǎng)箱體之間的連接方式，本發(fā)明采用連接部件連接；所述連接部件選自槽條連接件、緊定螺釘、插銷(xiāo)、卡扣。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以采用其它連接方式。
[0035]在本發(fā)明的大多數(shù)實(shí)施例中，優(yōu)選在所述箱體底部和/或所述延長(zhǎng)箱體底部設(shè)置有用于安裝可伸縮延長(zhǎng)桿的預(yù)留位?？缮炜s延長(zhǎng)桿的安裝同樣可以起到延長(zhǎng)箱體高度的作用。
[0036]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，優(yōu)選還包括可伸縮延長(zhǎng)桿和用于安裝在可伸縮延長(zhǎng)桿底端的底座?？缮炜s延長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度可以調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)根據(jù)水體深度和/或底泥深度和/或植株高度調(diào)節(jié)合適的固定裝置的高度；可伸縮延長(zhǎng)桿底端的底座是用來(lái)固定所述裝置在水體中的位置，使其在水中穩(wěn)定，從而保證植株根系在掃描時(shí)的環(huán)境的穩(wěn)定性。
[0037]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，優(yōu)選還包括根管和/或與所述根管孔相適配的不透明的根管孔蓋，用于蓋住閑置的所述根管孔。在固定裝置的箱體頂面板上設(shè)有多個(gè)根管孔時(shí)，如果只有其中I個(gè)根管孔中插入掃描儀根管，其它根管孔需要用根管孔蓋蓋住以防止強(qiáng)光和/或雜物進(jìn)入裝置內(nèi)，保證掃描時(shí)的暗環(huán)境和穩(wěn)定性。
[0038]在本發(fā)明的特定實(shí)施例中，所述箱體設(shè)計(jì)成還包括由支腿以及橫梁構(gòu)成的與所述箱體和/或延長(zhǎng)箱體結(jié)構(gòu)相適配的支架結(jié)構(gòu)，用于支撐所述頂面板和所述側(cè)