专利摘要

本发明提供一种植物根系生长速率测量装置及测量方法，测量装置包括培养容器和设置在培养容器内侧的变形容器，变形容器内壁的压力通过压力测量机构进行测量。一种植物根系生长速率测量装置，包括培养容器和设置在培养容器内侧的变形容器，变形容器内壁的压力通过压力测量机构进行测量。该装置和方法可以测量植物根系生长速率，从而能够选择同一种土壤中生长速率最优的植物或一种植物最适宜根系生长的土壤种类。

权利要求

1.一种植物根系生长速率测量装置的测量方法，其特征在于，测量装置包括培养容器(1)和设置在培养容器(1)内侧的变形容器(2)，变形容器(2)内壁的压力通过压力测量机构进行测量，所述变形容器(2)为环形设置在培养容器(1)中的气囊；

包括如下步骤进行测量：

步骤一、将变形容器(2)设置在培养容器(1)中，然后将土壤和测量植物种植在培养容器(1)中，记录初始压力值σ0；

步骤二、对植物进行培养并进行计时，压力值达到了实验预定值σ1时，记录时间t1；

步骤三、对气囊进行放气使气囊压力恢复初始值σ0，测量放气气体体积V1；

步骤四：继续对植物进行培养并计时，压力值达到了实验预定值σ1时，记录时间t2，计算植物生长率

2.根据权利要求1所述的一种植物根系生长速率测量装置的测量方法，其特征在于，所述变形容器(2)与气体体积测量仪(3)连接，压力测量机构为气囊测压表(4)。

3.一种植物根系生长速率测量装置的测量方法，其特征在于，测量装置包括培养容器(1)和设置在培养容器(1)内侧的变形容器(2)，变形容器(2)内壁的压力通过压力测量机构进行测量，所述培养容器(1)包括底板(101)和套装在变形容器(2)外侧的限位筒(102)，所述变形容器包括若干单元体，单元体包括第一旋转体和第二旋转体，第一旋转体包括第一腹板(201)，第一腹板(201)的一侧设有第一转轴(202)，另一侧设有第一套筒(203)，第二旋转体包括第二腹板(204)，第二腹板(204)的一侧设有第二转轴(205)，另一侧设有第二套筒(206)，第一转轴(202)插装在与其相邻的第二旋转体的第二套筒(206)内，第二转轴(205)插装在与其相邻的第一旋转体的第一套筒(203)内，第一套筒(203)固定在培养容器(1)的底板(101)上，所述压力测量机构包括设置在变形容器(2)内壁的压力传感器(6)，压力传感器(6)与应力采集装置(7)电性连接进行数据采集；

包括如下步骤进行测量：

步骤一、将压力传感器(6)设置在变形容器(2)内壁，然后将土壤和测量植物种植在培养容器(1)中，记录初始压力值σ2；

步骤二、对植物进行培养并进行计时，压力值达到了实验预定值σ3时，记录时间t3；

步骤三、取出限位筒(102)，转动第一腹板(201)和第二腹板(204)，将变形容器(2)向外展开直至压力值恢复至初始压力值σ2，计算出扩大的体积V2；

步骤四、对植物继续进行培养，测得的侧向压力数值再次达到实验预定值σ3 时记录时间t4，计算植物生长率

4.根据权利要求3所述的一种植物根系生长速率测量装置的测量方法，其特征在于：所述第一腹板(201)、第二腹板(204)和第二套筒(206)底部均设有密封橡胶(5)。

5.根据权利要求3所述的一种植物根系生长速率测量装置的测量方法，其特征在于：所述底板(101)外围设有环形橡胶(103)，第一套筒(203)插装在环形橡胶(103)上。

6.根据权利要求3所述的一种植物根系生长速率测量装置的测量方法，其特征在于：所述第一腹板(201)或第二腹板(204)上沿高度设有刻度线。

说明书

技术领域

本发明涉及生态边坡植物生长实验技术领域，尤其涉及一种植物根系生长速率测量装置及测量方法。

背景技术

生态边坡是现今较为新兴的边坡加固方式，在建筑、公路、水利等工程中广泛使用。其特点是使用植物根系稳固土壤的方式代替传统的边坡加固方式。而在工程实际中生态边坡通常使用植草喷播和人工移栽的方式种植植物。而刚播种移栽完的边坡土体并不能被有效固结，必须在植物根系生长成型后才能起到效果，期间只能使用一些土工织物辅助加固，但受到雨水冲刷后极易造成水土流失，致使加固效果减弱。还有的植物叶片生长快但是根系短浅，稳固土壤效果差，生长速度与稳固土壤效果不匹配。因此亟需一种植物根系生长速率的测量装置和测量方法，便于优选出同一种土壤中生长速率最优的植物和一种植物最适宜根系生长的土壤种类或稳固土壤最优的植物。能因地制宜，减少生态边坡加固过程中的土壤加固不及时和水土流失等病害。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种植物根系生长速率测量装置及测量方法，可以测量植物根系生长速率，从而能够选择同一种土壤中生长速率最优的植物或一种植物最适宜根系生长的土壤种类。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:一种植物根系生长速率测量装置，包括培养容器和设置在培养容器内侧的变形容器，变形容器内壁的压力通过压力测量机构进行测量。

优选的方案中，所述变形容器为环形设置在培养容器中的气囊。

进一步的方案中，所述变形容器与气体体积测量仪连接，压力测量机构为气囊测压表。

优选的方案中，所述培养容器包括底板和套装在变形容器外侧的限位筒，所述变形容器包括若干单元体，单元体包括第一旋转体和第二旋转体，第一旋转体包括第一腹板，第一腹板的一侧设有第一转轴，另一侧设有第一套筒，第二旋转体包括第二腹板，第二腹板的一侧设有第二转轴，另一侧设有第二套筒，第一转轴插装在与其相邻的第二旋转体的第二套筒内，第二转轴插装在与其相邻的第一旋转体的第一套筒内，第一套筒固定在培养容器的底板上。

进一步的方案中，所述第一腹板、第二腹板和第二套筒底部均设有密封橡胶。

进一步的方案中，所述压力测量机构包括设置在变形容器内壁的压力传感器，压力传感器与应力采集装置电性连接进行数据采集。

进一步的方案中，所述底板外围设有环形橡胶，第一套筒插装在环形橡胶上。

进一步的方案中，所述第一腹板或第二腹板上沿高度设有刻度线。

本发明还提供一种植物根系生长速率测量装置的测量方法，包括如下步骤：

步骤一、将气囊设置在培养容器中，然后将土壤和测量植物种植在培养容器中，记录初始压力值σ₀；

步骤二、对植物进行培养并进行计时，压力值达到了实验预定值σ1时，记录时间t1；

步骤三、对气囊进行放气使气囊压力恢复初始值σ0，测量放气气体V1；

步骤四：继续对植物进行培养并计时，压力值达到了实验预定值σ1时，记录时间t2，计算植物生长率

本发明还提供另外一种植物根系生长速率测量装置的测量方法，包括如下步骤：

步骤一、将压力传感器设置在变形容器内壁，然后将土壤和测量植物种植在培养容器中，记录初始压力值σ2；

步骤二、对植物进行培养并进行计时，压力值达到了实验预定值σ3时，记录时间t3；

步骤三、取出限位筒，转动第一腹板和第二腹板，将变形容器向外展开直至压力值恢复至初始压力值σ2，计算出扩大的体积V2；

步骤四、对植物继续进行培养，测得的侧向压力数值再次达到实验预定值σ2时记录时间t4，计算植物生长率

本发明提供的一种植物根系生长速率测量装置及测量方法，有益效果如下：

1、针对工程中的植草喷播和人工移栽等施工方法设计出分别针对萌芽阶段和成熟阶段植物的两种测量方法和实验装置，使实验目标与工程实际相符合。第一种测量方法和装置，通过气囊的气压变化来测量植物生长速率，因为同时具有较高的敏感性和较低的强度，所以适合测量植物萌芽阶段数值和变化量均较小的土压力。第二种测量方法和装置，因为压力传感器灵敏度的关系，能测量到的土压力阈值较高，所以适合测量植物成熟阶段数值和变化量均较大的土压力。

2、本发明提出的方法和装置，实验预定值σ1和σ2选取植物生长得较为稳定时的数值。对于预定值σ1，前后两次达到σ1时视作土壤达到相同的压缩空隙比，土壤压缩量一致。对于预定值σ2，此时的土壤可以看作是压实状态，土壤内部可压缩孔隙较小。故监测时压力再次达到实验预定值时可以认为植物根系增长体积和培养装置增加体积相等。故通过监测压力可以反映土壤压密状态和植物根系生长体积。

3、培养装置均采用玻璃或亚克力材质等透明材料，可以从侧面观察植物根系生长大致情况。

4、气囊初始有充足气体，使气囊能提供一定的侧向约束，不会被土壤侧压完全压扁。圆柱培养容器内壁标有纵向刻度线，方便读取土壤表面高度。气体体积测量仪器与侧壁气囊采用软橡胶管密封连接，保证气囊系统内部的气密性。气体体积测量仪器为注射器，其结构简单使用方便。

5、底板外围设有环形橡胶，环形橡胶连接变形容器和底座，起到补偿变形的功能。

6、限位筒套在变形容器外部，限位套筒采用铝合金材质，限位套筒采用几种不同的口径规格，可以在实验过程中变形容器提供约束，保证装置在加持限位筒时能保持稳固，取出限位筒时能变换形状。

附图说明

下面结合附图和实施实例对本发明作进一步说明：

图1为实施例1的测量装置的结构示意图

图2为实施例1的测量装置的俯视图；

图3为实施例2的测量装置的剖视图；

图4为实施例2的测量装置的单元体的连接示意图；

图5为实施例2的测试装置的俯视图；

图6为单元体的结构示意图；

图中：培养容器1，变形容器2，气体体积测量仪3，气囊测压表4，密封橡胶5，压力传感器6，应力采集装置7，底板101，限位筒102，环形橡胶103，第一腹板201，第一转轴202，第一套筒203，第二腹板204，第二转轴205，第二套筒206。

具体实施方式

实施例1：如图1～2所示，一种植物根系生长速率测量装置，包括培养容器1和设置在培养容器1内侧的变形容器2，变形容器2内壁的压力通过压力测量机构进行测量。在培养容器1的底部可以设置排水孔。

在本实施例中，所述变形容器2为环形设置在培养容器1中的气囊。

气体与气体体积测量仪3连接，压力测量机构为气囊测压表4。

在本实施例中，培养容器1可以设置透明材质，例如玻璃或亚克力，气囊为透明塑料，方便观察根系生长情况。

测量方法如下：步骤一、将气囊设置在培养容器1中，然后将土壤和测量植物种植在培养容器1中，记录初始压力值σ₀；

步骤二、对植物进行培养并进行计时，压力值达到了实验预定值σ1时，记录时间t1；

步骤三、对气囊进行放气使气囊压力恢复初始值σ0，测量放气气体V1,；

步骤四：继续对植物进行培养并计时，压力值达到了实验预定值σ1时，记录时间t2，计算植物生长率

以上测量全过程均采用滴水器进行均速滴水保湿，并且严格控制实验过程中光照、温度等条件的一致性。

(1)不同植物的根系生长速率实验操作如下：实验选取的萌芽阶段的植物是适合植草喷播的草花类植物①波斯菊、②荩草和③狗牙根草。土壤选为壤土。将上述生长状况相当的植物分为三组同时按照上述实施步骤进行实施，先将气囊连接气体体积测量仪3和气囊测压表4后向气囊中股入足量空气，其中气体体积测量仪3优选为30mL医用注射器。向各组培养容器1内先后放入土壤和萌芽阶段的植物。此时开始计时，并记录初始气压σ0＝0.01MPa。接着对各组植物持续培养。过程中使用滴水器进行均速滴水保湿，并且严格控制实验过程中光照、温度等条件的一致性。当气囊测压表4的压力值达到了实验预定值σ1＝0.012MPa时，记录三组数据的时间t1①＝5.2d，t1②＝6.1d，t1③＝5.6d。用气体体积测量仪3抽出气囊里的一部分空气使气压回到初始气压σ0＝0.01MPa，测量抽出的气体体积V1＝16mL。适当松土后继续培养。当气囊测压表4测得的压力值再次达到了实验预定值σ1＝0.012MPa时，记录时间t2①＝17.3d，t2②＝23.3d，t2③＝19.1d。根据以上测得的实验数据，计算每种植物的平均生长速率：v1①＝16/(17.3-5.2)＝1.32cm³/d，v1②＝0.93cm³/d，v1③＝1.19cm³/d。由此可得各组植物根系此阶段生长速率由大到小依次为：①波斯菊＞③狗牙根草＞②荩草。

(2)不同土壤中植物的根系生长速率实验如下：实验选取的土壤分组为①砂土、②壤土和③粘土。萌芽阶段的植物选为波斯菊。将三组生长状况相当的波斯菊幼苗按照上述实施步骤进行实施，先将气囊连接气囊测压表4和气气体体积测量仪3，向气囊中股入足量空气。向三组圆柱形的培养容器1内分别放入砂土、壤土和粘土，并种植波斯菊。此时开始计时，并记录初始气压σ0＝0.01MPa。接着对各组植物持续培养，过程中使用滴水器,进行均速滴水保湿，并且严格控制实验过程中光照、温度等条件的一致性。当气囊测压表4测得的压力值达到了实验预定值σ1＝0.015MPa时，记录时间t1①＝9.3d，t1②＝7.4d，t1③＝6.7d。用气体体积测量仪3抽出气囊里的一部分空气并测量气体体积V1＝24mL，使气压回到初始气压σ0＝0.01MPa。适当松土后继续培养。当气囊测压表4测得的压力值再次达到了实验预定值σ1＝0.012MPa时，记录时间t2①＝28.9d，t2②＝25.6d，t2③＝30.4d。根据以上测得的实验数据，计算不同土壤中植物的平均生长速率：v1①＝24/(28.9-9.3)＝1.22cm³/d，v1②＝1.32cm³/d，v1③＝1.01cm³/d。由此可得不同土壤中波斯菊的根系生长速率由大到小依次为：①壤土＞③砂土＞②粘土。

实验使用多组相同培养装置测试不同植物的根系生长速率和不同土壤时植物根系生长速率和不同实验预定值σ时植物根系生长速率等多组对照实验结果，使实验目标更明确，有更加直观的对比结果。实验预定值σ1选取植物生长得较为稳定时的数值，前后两次达到σ1时视作土壤达到相同的压缩空隙比，土壤压缩量一致。故监测时压力再次达到实验预定值时可以认为植物根系增长体积和培养装置增加体积相等。实验通过监测压力反映土壤压密状态和植物根系生长体积，过程明显直观。

实施例2：与实施例1不同的如图3～6所示，所述培养容器1包括底板101和套装在变形容器2外侧的限位筒102，所述变形容器包括若干单元体，单元体包括第一旋转体和第二旋转体，第一旋转体包括第一腹板201，第一腹板201的一侧设有第一转轴202，另一侧设有第一套筒203，第二旋转体包括第二腹板204，第二腹板204的一侧设有第二转轴205，另一侧设有第二套筒206，第一转轴202插装在与其相邻的第二旋转体的第二套筒206内，第二转轴205插装在与其相邻的第一旋转体的第一套筒203内，第一套筒203固定在培养容器1的底板101上。

优选的，所述第一腹板201、第二腹板204和第二套筒206底部均设有密封橡胶5。通过设置密封橡胶保证装置的密封效果和边缘止水效果。

所述压力测量机构包括设置在变形容器2内壁的压力传感器6，压力传感器6与应力采集装置7电性连接进行数据采集。

具体，所述压力传感器6设置在第二转轴205上，压力传感器6的数量可以设置为多个，多个压力传感器6的高度不同，压力传感器的触点始终朝向变形容器的轴线，使测得的压力数值能精准反映植物生长产生的主动土压力。

所述底板101外围设有环形橡胶103，第一套筒204插装在环形橡胶103上。环形橡胶103上设有若干与第一套筒204配合的安装槽。

所述第一腹板201或第二腹板204上沿高度设有刻度线。通过刻度线能够读取土壤的高度。

该测量装置的测量方法，包括如下步骤：

步骤一、将压力传感器6设置在变形容器2内壁，然后将土壤和测量植物种植在培养容器1中，记录初始压力值σ2；

步骤二、对植物进行培养并进行计时，压力值达到了实验预定值σ3时，记录时间t3；

步骤三、取出限位筒102，转动第一腹板201和第二腹板204，将变形容器2向外展开直至压力值恢复至初始压力值σ2，计算出扩大的体积V2；

步骤四、对植物继续进行培养，测得的侧向压力数值再次达到实验预定值σ2时记录时间t4，计算植物生长率

具体实验内容为：

(1)不同植物的根系生长速率实验及植物对土壤的长期稳固实验：实验选取的成熟阶段的植物是适合移栽种植的灌木类和小乔木类植物①多花木蓝、②紫穗槐和③刺槐，土壤选为壤土。将上述生长状况相当的植物分为三组同时按照上述实施步骤进行实施，先将压力传感器6固定在第二转轴205上并与应力采集装置7相连，压力传感器6优选为艾动薄膜压力传感器(IMS-C10)，应力采集装置7优选为艾动单点传感器测试系统。再向变形容器2内先后放入土壤和成熟阶段的植物，安装限位筒102并开始计时。对成熟阶段的植物持续培养，过程中使用滴水器进行均速滴水保湿，并且严格控制实验过程中光照、温度等条件的一致性。当三个高度的压力传感6测得的压力值平均值达到了实验预定值σ₂＝1.2MPa时，记录时间t_3①＝14.3d，t_3②＝17.5d，t_3③＝9.6d。拆除限位筒102，将变形容器2向外展开，使压力传感器6测得的压力值平均值再次达到实验预定值σ₂＝1.2MPa时，记录展开面积S＝9.6cm²并读取土壤表面高度h＝10cm，计算出扩大的体积V₂＝96cm³。安装与变形容器2相适应的限位筒102，适当松土后继续培养。当压力传感器6测得的压力值平均值再次达到实验预定值σ₂＝1.2MPa时，记录时间t_4①＝42.1d，t_4②＝46d，t_4③＝32.7d。根据以上测得的实验数据，计算不同植物的平均生长速率：v_2①＝96/(42.1-14.3)＝3.45cm³/d，v_2②＝3.37cm³/d，v_2③＝4.16cm³/d。由此可得各组植物根系此阶段生长速率由大到小依次为：③刺槐＞①多花木蓝＞②紫穗槐。然后继续培养，当压力传感器6测得的压力值几乎没有变化时记录此时压力数值σ_3①＝1.51MPa，σ_3②＝1.57MPa，σ_3③＝1.66MPa，实验终止。由此可以判断不同植物对土壤的长期稳固效果由高到低依次为：③刺槐＞②紫穗槐＞①多花木蓝，通过最终的土壤压力数值反映植物根系固定土壤能力。

(2)不同土壤中植物的根系生长速率实验：实验选取的土壤分组为①砂土、②壤土和③粘土。成熟阶段的植物选为刺槐。将三组生长状况相当的刺槐植株按照上述实施步骤进行实施，先将压力传感器6固定在第二转轴205并与应力采集装置7相连。再向变形容器2内先后放入土壤和成熟阶段的植物，安装限位筒102并开始计时。对成熟阶段的植物持续培养。过程中使用滴水器进行均速滴水保湿，并且严格控制实验过程中光照、温度等条件的一致性。当压力传感器6测得的压力值平均值达到了实验预定值σ₂＝1.2MPa时，记录时间t_4①＝14.1d，t_4②＝9.6d，t_4③＝15.2d。拆除限位筒102，将变形容器2向外展开，记录展开面积S＝9.6cm²并读取土壤表面高度h＝10cm，计算出扩大的体积V₂＝96cm³。安装较大一些的限位筒102，适当松土后继续培养。当压力传感器6测得的压力值平均值再次达到实验预定值σ₂＝1.2MPa时，记录时间t_4①＝39.8d，t_4②＝32.7d，t_4③＝55.3d。根据以上测得的实验数据，计算不同土壤中植物的平均生长速率：v_2①＝96/(39.8-14.1)＝3.74cm³/d，v_2②＝4.16cm³/d，v_2③＝2.39cm³/d。根据以上测得的实验数据，由此可得不同土壤中刺槐的根系生长速率由大到小依次为：①壤土＞③砂土＞②粘土。

一种植物根系生长速率测量装置及测量方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。