專利名稱：一種用于大田中后期玉米單株根系的取樣系統(tǒng)及其專用根框的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于大田中后期玉米單株根系的取樣系統(tǒng)及其專用根框，涉及土壤學(xué)、植物學(xué)、環(huán)境科學(xué)等生態(tài)學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
根系結(jié)構(gòu)包括根系的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和幾何形態(tài)，對植物養(yǎng)分和水分吸收有著極其重要的作用。第一次綠色革命主要是針對作物地上部形態(tài)進(jìn)行篩選，而第二次綠色革命則同時關(guān)注植株地上部和根系結(jié)構(gòu)特性的篩選。由于土壤的不透明性以及大田根系測定的困難性，導(dǎo)致科學(xué)家對于地下部的研究要遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于地上部，從而大多數(shù)對根系結(jié)構(gòu)的研究都是基于室內(nèi)實驗。但是室內(nèi)實驗的根系難以反映田間根系的真實生長情況，因為室內(nèi)實驗的培養(yǎng)皿都較小，一般都是對苗期根系的研究，培養(yǎng)介質(zhì)比較均一，室內(nèi)的相對穩(wěn)定的氣候環(huán)境，土壤條件和水汽環(huán)境與具有高度異質(zhì)性的自然環(huán)境有著很大的差異，因此無法將室內(nèi)研究的結(jié)論直接應(yīng)用于大田研究和育種。即使在室內(nèi)環(huán)境，不同的培養(yǎng)介質(zhì)(瓊脂、水和土壤)所得出的根系結(jié)構(gòu)特征也是不一樣，有的甚至是相反。因此，很多國內(nèi)外學(xué)者強(qiáng)調(diào)，要完全理解根系結(jié)構(gòu)變異的遺傳因素，需要考慮其在自然環(huán)境條件下的生長情況。目前主流的田間根系取樣工具包括普通根鉆、汽油動力根鉆和液壓動力根鉆，但是這些根鉆的直徑最大不超過15cm，無法一次性獲取完整的單株玉米根系，因為中后期玉米單株根系的水平分布要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于15cm。而多次取樣則無法獲取根系的完整拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。此夕卜，汽油和液壓動力根鉆成本也較高。整株玉米根系的挖掘往往需要大型的機(jī)械設(shè)備和工具，例如鏟車進(jìn)行挖土和吊車吊起根框。大型機(jī)械設(shè)備操作復(fù)雜，體積大、成本高，并且在田間運(yùn)行和操作會對田間土壤造成嚴(yán)重的壓實，影響作物生長。另外，在吊起根框時，還需要特定設(shè)備用平板橫切土柱的底部，并固定在取樣框的底部，以防止在吊起根框時，土柱脫離根框而掉落。當(dāng)獲取帶土柱的根框后，如何將土柱與根框分離也一直困擾著科研工作者。同時，在挖掘目標(biāo)根系的土柱時，往往破壞大量的周邊土壤，其破壞體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過目標(biāo)土柱的體積，也意味著實驗土地成本的增加，影響今后在該田地的持續(xù)實驗工作。因此，目前急需一種取樣直徑大(50cm)，低成本、省時、易操作、設(shè)備體積小，確保取樣過程保持土壤的原有結(jié)構(gòu)和根系的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，同時對目標(biāo)土柱周圍的土壤破壞小的方法和設(shè)備來解決上述困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于大田中后期玉米單株根系的取樣系統(tǒng)及其專用根框，所述取樣系統(tǒng)能夠挖取50cm直徑，50cm深的以植株基部為中心的土柱，進(jìn)而獲取完整的單株玉米根系。本發(fā)明所提提供的一種用于大田中后期玉米單株根系的取樣的根框，所述取框包括一圓柱筒體，所述圓柱筒體由2個半圓柱筒體對接而成，且所述2個半圓柱筒體之間為可拆卸配合；所述圓柱筒體的一個端面上設(shè)有若干個鋸齒狀凸起。上述的根框中，所述半圓柱筒體之間通過插銷孔與插銷片形成可拆卸配合；所述半圓柱筒體之間的2個對接面均通過3個所述插銷片與3個所述插銷孔進(jìn)行配合，位于所述半圓柱筒體端部的所述插銷片還通過插銷螺絲與所述半圓柱筒體配合。上述的根框中，與設(shè)置所述鋸齒狀凸起相對的所述圓柱筒體的端部上設(shè)有掛孔。本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種用于大田玉米單株根系的取樣系統(tǒng)，所述取樣系統(tǒng)包括所述根框、十字承擊板和取根車；所述十字承擊板可設(shè)于所述根框中所述圓柱筒體的端部上；所述取根車包括行走機(jī)構(gòu)、夯擊根框機(jī)構(gòu)和吊起根框機(jī)構(gòu)；所述夯擊根框機(jī)構(gòu)包括設(shè)于所述取根車的車架上的支撐桿、2個轉(zhuǎn)軸、電機(jī)傳動鏈條、夯錘和夯錘傳動鏈條；所述轉(zhuǎn)軸分別設(shè)于所述支撐桿的兩端；所述電機(jī)傳動鏈條和所述夯錘傳動鏈條均設(shè)于2個所述轉(zhuǎn)軸上，所述電機(jī)傳動鏈條與電機(jī)相連接；所述夯錘傳動鏈條上設(shè)有2個夯錘吊棒，所述2個夯錘吊棒之間設(shè)有間距；所述夯錘包括夯錘本體，所述夯錘本體的側(cè)壁上靠近其頂部處設(shè)有夯錘掛桿，所述夯錘掛桿可吊掛在所述夯錘吊棒上；所述吊起根框機(jī)構(gòu)包括設(shè)于所述取根車的車架上的龍門架、手拉葫蘆和方形框體；所述手拉葫蘆設(shè)于所述龍門架上，所述手拉葫蘆通過繩索與所述方形框架的4個棱角相連接，所述繩索還可與所述圓柱筒體相連接；方形框架的對角線長度大于所述圓柱筒體的直徑；所述夯擊根框機(jī)構(gòu)與所述吊起根框機(jī)構(gòu)沿所述取根車的縱向方向排布。上述的取樣系統(tǒng)中，所述取樣系統(tǒng)還包括洗根機(jī)構(gòu)，所述洗根機(jī)構(gòu)包括一懸掛三角架、若干個調(diào)壓噴頭、噴頭支撐三角架和圓柱體形護(hù)底框；所述調(diào)壓噴頭設(shè)于所述噴頭支撐三角架上；所述圓柱體形護(hù)底框由2個半圓柱形護(hù)底框組成噴頭支撐三角架，所述圓柱體形護(hù)底框可用于保護(hù)土柱不因洗根過程水對土柱底部的沖刷而造成土柱的崩塌。上述的取樣系統(tǒng)中，所述夯錘本體的遠(yuǎn)離所述夯錘掛桿的端面上設(shè)有夯擊桿。上述的取樣系統(tǒng)中，組成所述十字承擊板的十字臂上設(shè)有加固條；所述十字承擊板的十字交叉處設(shè)有擊打木塊；所述十字臂的端部的表面上設(shè)有緩沖木塊，所述擊打木塊與所述緩沖木塊設(shè)于所述十字臂的兩側(cè)，所述擊打木塊與所述緩沖木塊的設(shè)置可減少所述夯錘擊打所述根框時產(chǎn)生的噪音；所示十字臂的端部的側(cè)面設(shè)有位置固定桿。上述的取樣系統(tǒng)中，沿所述取根車的橫向方向，所述夯錘的相對的兩個側(cè)面上各設(shè)有2個左右控制滑輪和2個前后控制滑輪，所述夯錘可通過所述左右控制滑輪和所述前后控制滑輪沿導(dǎo)軌進(jìn)行垂直上下運(yùn)動。上述的取樣系統(tǒng)中，所述2個夯錘吊棒設(shè)于所述夯錘傳動鏈條的對角線上。上述的取樣系統(tǒng)中，所述繩索為鋼絲繩，所述鋼絲繩通過U形卸扣與所述掛孔相連接；所述取樣車上還設(shè)有行走控制器和與之相連接的進(jìn)倒把手，所述進(jìn)退手把通過所述行走控制器操控所述取樣車的行走。本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，具有以下優(yōu)點:1、取樣直徑大；2、取樣過程可保持土壤的原有結(jié)構(gòu)和根系的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對目標(biāo)土柱周圍的土壤無破壞；3、設(shè)備體積小，成本低，易操作，省時，省力；4、可根據(jù)科學(xué)研究的需要，適當(dāng)改變?nèi)涌虻拇笮。策m用于同一作物的不同生育期和其他作物的不同生育期。


圖1為本發(fā)明取樣系統(tǒng)中根框的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明取樣系統(tǒng)中十字承擊板的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明取樣系統(tǒng)中取根車的主視圖(未示吊起根框機(jī)構(gòu))。圖4為本發(fā)明取樣系統(tǒng)中取根車的后視圖(未示吊起根框機(jī)構(gòu))。圖5為本發(fā)明取樣系統(tǒng)中夯錘的主視圖。圖6為本發(fā)明取樣系統(tǒng)中夯錘與夯錘傳動鏈條的連接示意圖。圖7為本發(fā)明取樣系統(tǒng)中吊起根框機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為本發(fā)明取樣系統(tǒng)中洗根結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中各標(biāo)記如下:1根框、101半圓鐵框、102掛孔、103插銷螺絲、104插銷孔、105插銷片、106鋸齒狀凸起、2十字承擊板、201擊打木塊、202位置固定桿、203十字臂、204加固條、205緩沖木塊、3取根車、301轉(zhuǎn)軸、302夯錘、302-1左右控制滑輪、302-2前后控制滑輪、302-3夯擊桿、302-4夯錘掛桿、303電機(jī)傳動鏈條、304夯錘傳動鏈條、305電機(jī)、306減速機(jī)、307控制器、308進(jìn)倒手把、309電瓶、310導(dǎo)軌、311支撐桿、312拆卸裝置、313夯錘吊棒、314后橋、315后橋電機(jī)、316龍門架、317掛桿、318手拉葫蘆、319鋼絲繩、320方形鐵框、321U型卸扣、322 土坑、4洗根機(jī)構(gòu)、401懸掛三腳架、402掛鉤、403玉米莖桿、404調(diào)壓噴頭、405噴頭支撐三腳架、406 土柱、407半圓護(hù)底框、408繩索。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但本發(fā)明并不局限于以下實施例。如圖1-圖8所示，本發(fā)明提供的取樣系統(tǒng)包括根框1、十字承擊板2和取根車3 ；如圖1所示，取框I包括一圓柱筒體，該圓柱筒體由2個半圓鐵框101對接而成，其內(nèi)徑為50cm,高為50cm,厚度為4mm ;兩個半圓鐵框101通過其兩側(cè)的插銷孔104和插銷片105形成可拆卸配合，且設(shè)于兩端部位的插銷片105還通過插銷螺絲103進(jìn)行固定。在圓柱筒體的端面上設(shè)有若干個鋸齒狀凸起106，以減少阻力；與設(shè)置鋸齒狀凸起106相對的圓柱筒體的端部上設(shè)有4個掛孔102，以便于吊起根框I時使用。如圖2所示，該十字承擊板2的4個十字臂203上設(shè)有加固條204，其長度為60cm ；在十字承擊板2的十字交叉處設(shè)有擊打木塊201，十字臂203的端部的表面上設(shè)有緩沖木塊205，該擊打木塊201與緩沖木塊205設(shè)于十字臂203的兩側(cè)。在十字臂203的端部的側(cè)面設(shè)有位置固定桿202。該十字承擊板2可設(shè)于根框I中的圓柱筒體上。
該取根車3包括行走機(jī)構(gòu)、夯擊根框機(jī)構(gòu)和吊起根框機(jī)構(gòu),且夯擊根框機(jī)構(gòu)與吊起根框機(jī)構(gòu)沿取根車3的縱向方向排布。如圖3和圖4所示，該夯擊根框機(jī)構(gòu)包括設(shè)于取根車3的車架上的支撐桿311、2個轉(zhuǎn)軸301、電機(jī)傳動鏈條303、夯錘302和夯錘傳動鏈條304 ；其中轉(zhuǎn)軸301分別設(shè)于支撐桿311的兩端；電機(jī)傳動鏈條303和夯錘傳動鏈條304均設(shè)于2個轉(zhuǎn)軸301上，電機(jī)傳動鏈條303與減速機(jī)306相連接，減速機(jī)306與電機(jī)305相連接；該夯錘傳動鏈條304的對角線處設(shè)有2個夯錘吊棒313，如圖6所示；如圖5所示，該夯錘302包括夯錘本體(圖中未標(biāo))，在夯錘本體的側(cè)壁上靠近其頂部處設(shè)有夯錘掛桿302-4，該夯錘掛桿302-4可吊掛在夯錘吊棒313上；夯錘本體的遠(yuǎn)離夯錘掛桿302-4的端面上設(shè)有夯擊桿302-3。沿取根車3的橫向方向，該夯錘302的相對的兩個側(cè)面上各設(shè)有2個左右控制滑輪302-1和2個前后控制滑輪302-2，該夯錘302可通過左右控制滑輪302-1和前后控制滑輪302-2沿導(dǎo)軌310進(jìn)行垂直上下運(yùn)動，如圖3所示。如圖7所示，吊起根框機(jī)構(gòu)包括設(shè)于取根車3的車架上的龍門架316、手拉葫蘆318和方形鐵框320 ;其中龍門架316通過掛桿317與手拉葫蘆318相連接，該手拉葫蘆318通過鋼絲繩319與方形鐵框320的4個棱角相連接，然后通過U形卸扣321與掛孔102相連接。該吊起根框機(jī)構(gòu)中，方形鐵框320的對角線長度大于圓柱筒體的直徑。如圖3所示，本發(fā)明中的行走機(jī)構(gòu)由電瓶309作為電力來源，配有800w的后橋電機(jī)315驅(qū)動后橋314，進(jìn)退手把308通過控制器307操控行走方向。如圖8所示，本發(fā)明的取樣系統(tǒng)還包括洗根機(jī)構(gòu)4，該洗根機(jī)構(gòu)4包括一懸掛三角架401、4個調(diào)壓噴頭404、噴頭支撐三角架405和圓柱體形護(hù)底框；其中懸掛三角架401通過掛鉤402懸掛玉米莖桿403，圓柱體形護(hù)底框由兩個半圓護(hù)底鐵框組成407 (50cm直徑，15cm高)組成；調(diào)壓噴頭404設(shè)于噴頭支撐三角架405上。使用本發(fā)明提供的取樣系統(tǒng)進(jìn)行取根時，可按照下述步驟進(jìn)行:(I)、切下玉米莖桿，以植株基部為中心放置50cm直徑,高50cm,厚4mm的根框I。(2)、將十字承擊板2放置在根框I頂部，位置固定桿202控制十字承擊板2在根框I頂部的位置。設(shè)置的擊打木塊201和緩沖木塊205可減少夯錘302擊打根框I時產(chǎn)生的噪音。(3)、將取根車3的夯錘302的夯擊桿302_3的中心對準(zhǔn)十字承重板2的頂部擊打木塊201。當(dāng)取根車3工作時，由1.5kw的220v電機(jī)305驅(qū)動1.5kw的減速機(jī)306，通過電機(jī)傳動鏈條303轉(zhuǎn)動支撐桿311頂部的轉(zhuǎn)軸301，進(jìn)而驅(qū)動夯錘傳動鏈條304。夯錘傳動鏈條304的兩端設(shè)置的夯錘吊棒313可用于吊起夯錘掛桿302-4。當(dāng)夯錘302被吊起到支撐桿311頂部時，夯錘掛桿302-4與夯錘吊棒313脫離，夯錘302沿導(dǎo)軌310做自由落體運(yùn)動，擊打根框I頂部的十字承重板2的擊打木塊201。此時夯錘傳動鏈條304上的另一個夯錘吊棒313將夯錘302吊起，重復(fù)上述運(yùn)動。夯錘302的每次擊打能將根框I夯入土壤I 3 cm 深。(4)、當(dāng)根框I被錘入土壤50cm深后，將取根車往前開動，讓龍門架316的中心對準(zhǔn)根框的中心，龍門架的掛桿317上掛有手拉葫蘆318，手拉葫蘆318掛住鋼絲繩319頂部，方形鐵框320邊長55cm，用于撐起鋼絲繩319，鋼絲繩319底部掛有四個U型卸扣321，四個U型卸扣321與根框I的四個掛孔102相連。由于方形鐵框320的對角線長度大于根框I的直徑，當(dāng)用手拉葫蘆318吊起根框I時，鋼絲繩319不僅對根框I有向上拉的力，還有對根框I頂部有向外拉的力，從而使根框I底部夾緊土柱406，避免土柱406在吊起的過程中因為土柱406本身的重量大于根框I框壁的對土柱406周圍的摩擦而脫落。(5)、當(dāng)根框I吊離土面IOcm后，將取根車3往后開動lm，用手拉葫蘆318將根框I放置在土面上，卸下卸扣321，將根框I放倒在土面上，將根框運(yùn)出田間。(6)、將根框I上下四個插銷螺絲103卸下，露出土柱406，用洗根機(jī)構(gòu)4洗根。掛鉤402勾住玉米莖桿403，避免洗根過程中，玉米根系因為失去土壤的支撐而倒伏。洗完根系后，將根系放置于裝滿水的桶中，在3攝氏度下保存。
權(quán)利要求
1.一種用于大田中后期玉米單株根系的取樣的根框，其特征在于: 所述取框包括一圓柱筒體，所述圓柱筒體由2個半圓柱筒體對接而成，且所述2個半圓柱筒體之間為可拆卸配合； 所述圓柱筒體的一個端面上設(shè)有若干個鋸齒狀凸起。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的根框，其特征在于:所述半圓柱筒體之間通過插銷孔與插銷片形成可拆卸配合； 所述半圓柱筒體之間的2個對接面均通過3個所述插銷片與3個所述插銷孔進(jìn)行配合，位于所述半圓柱筒體端部的所述插銷片還通過插銷螺絲與所述半圓柱筒體配合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的根框，其特征在于:與設(shè)置所述鋸齒狀凸起相對的所述圓柱筒體的端部上設(shè)有掛孔。
4.一種用于大田中后期玉米單株根系的取樣系統(tǒng)，其特征在于:所述取樣系統(tǒng)包括權(quán)利要求1-3中任一項所述根框、十字承擊板和取根車； 所述十字承擊板可設(shè)于所述根框中所述圓柱筒體的端部上； 所述取根車包括行走機(jī)構(gòu)、夯擊根框機(jī)構(gòu)和吊起根框機(jī)構(gòu)； 所述夯擊根框機(jī)構(gòu)包括設(shè)于所述取根車的車架上的支撐桿、2個轉(zhuǎn)軸、電機(jī)傳動鏈條、夯錘和夯錘傳動鏈條；所述轉(zhuǎn)軸分別設(shè)于所述支撐桿的兩端；所述電機(jī)傳動鏈條和所述夯錘傳動鏈條均設(shè)于2個所述轉(zhuǎn)軸上，所述電機(jī)傳動鏈條與電機(jī)相連接；所述夯錘傳動鏈條上設(shè)有2個夯錘吊棒,所述2個夯錘吊棒之間設(shè)有間距；所述夯錘包括夯錘本體,所述夯錘本體的側(cè)壁上靠近其頂部處設(shè)有夯錘掛桿，所述夯錘掛桿可吊掛在所述夯錘吊棒上； 所述吊起根框機(jī)構(gòu)包括設(shè)于所述取根樣車的車架上的龍門架、手拉葫蘆和方形框體；所述手拉葫蘆設(shè)于所述龍門架上，所述手拉葫蘆通過繩索與所述方形框架的4個棱角相連接，所述繩索還可與所述圓柱筒體相連接；方形框架的對角線長度大于所述圓柱筒體的直徑; 所述夯擊根框機(jī)構(gòu)與所述吊起根框機(jī)構(gòu)沿所述取根車的縱向方向排布。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的取樣系統(tǒng)，其特征在于:所述取樣系統(tǒng)還包括洗根機(jī)構(gòu)，所述洗根機(jī)構(gòu)包括一懸掛三角架、若干個調(diào)壓噴頭、噴頭支撐三角架和圓柱體形護(hù)底框；所述調(diào)壓噴頭設(shè)于所述噴頭支撐三角架上； 所述圓柱體形護(hù)底框由2個半圓柱形護(hù)底框組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的取樣系統(tǒng)，其特征在于:所述夯錘本體的遠(yuǎn)離所述夯錘掛桿的端面上設(shè)有夯擊桿。
7.根據(jù)權(quán)利要求4-6中任一項所述的取樣系統(tǒng)，其特征在于:組成所述十字承擊板的十字臂上設(shè)有加固條； 所述十字承擊板的十字交叉處設(shè)有擊打木塊； 所述十字臂的端部的表面上設(shè)有緩沖木塊，所述擊打木塊與所述緩沖木塊設(shè)于所述十字臂的兩側(cè)； 所示十字臂的端部的側(cè)面設(shè)有位置固定桿。
8.根據(jù)權(quán)利要求4-7中任一項所述的取樣系統(tǒng)，其特征在于:沿所述取根車的橫向方向，所述夯錘的相對的兩個側(cè)面上各設(shè)有2個左右控制滑輪和2個前后控制滑輪，所述夯錘可通過所述左右控制滑輪和所述前后控制滑輪沿導(dǎo)軌進(jìn)行垂直上下運(yùn)動。
9.根據(jù)權(quán)利要求4-8中任一項所述的取樣系統(tǒng)，其特征在于:所述2個夯錘吊棒設(shè)于所述夯錘傳動鏈條的對角線上。
10.根據(jù)權(quán)利要求4-9中任一項所述的取樣系統(tǒng)，其特征在于:所述繩索為鋼絲繩，所述鋼絲繩通過U形卸扣與所述掛孔相連接； 所述取樣車上還設(shè)有行走控制器和與之相連接的進(jìn)倒把手。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于大田中后期玉米單株根系的取樣系統(tǒng)及其專用根框。該取樣系統(tǒng)包括權(quán)根框、十字承擊板和取根車；所述十字承擊板可設(shè)于所述根框中所述圓柱筒體的端部上；所述取根車包括行走機(jī)構(gòu)、夯擊根框機(jī)構(gòu)和吊起根框機(jī)構(gòu)；所述夯擊根框機(jī)構(gòu)包括設(shè)于所述取根車的車架上的支撐桿、2個轉(zhuǎn)軸、電機(jī)傳動鏈條、夯錘和夯錘傳動鏈條；所述夯錘包括夯錘本體，所述夯錘本體的側(cè)壁上靠近其頂部處設(shè)有夯錘掛桿，所述夯錘掛桿可吊掛在所述夯錘吊棒上；所述吊起根框機(jī)構(gòu)包括設(shè)于所述取根樣車的車架上的龍門架、手拉葫蘆和方形框體；所述夯擊根框機(jī)構(gòu)與所述吊起根框機(jī)構(gòu)沿所述取根車的縱向方向排布?？筛鶕?jù)科學(xué)研究的需要，適當(dāng)改變?nèi)涌虻拇笮?，本發(fā)明也適用于同一作物的不同生育期和其他作物的不同生育期。
文檔編號G01N1/08GK103196701SQ20131014044
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月22日
發(fā)明者吳劼, 郭焱 申請人:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)