[发明专利]一种测定植物根系抗拉力学特性的简易方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测定植物根系抗拉力学特性的简易方法，尤其是能在野外环境下对植物根系抗拉力学特性进行现场测定的便携式实验方法，属于生物力学测量技术领域。

背景技术

植物是控制土壤侵蚀和水土流失的主要措施。植物根系在土体中交错、穿插，网络串联固持土壤是植物固土的重要方式。因而明确植物根系的抗拉力学性质是研究其固土机理的重要内容。目前，植物根系抗拉力学特性的测定室内主要采用“万能试验机”，室外主要采取剪切箱外加拉力传感器原位剪切的办法。前者尽管其测量精度高，但因其是针对工业材料设计的，结构复杂，体积庞大，只能固定于某一特定场所，难以在野外现场开展植物根系抗拉伸实验测试；且采集回来的根系样本有限，没有在野外现场丰富；另外植物根系从远距离的野外带回实验室测试过程中，由于脱离土壤时间长，容易导致根系失水变干，抗拉伸力学特性变化，测试结果不能完全反映代表其真实抗拉力学性质。后者尽管能较为真实的研究根系的固土力学效应，但对根系大小有要求，仅适合粗根系的抗拉试验，对于毛根生物力学特性的测定难以完成；且剪切箱现场抗拉试验不能测试根系的弹性拉伸。此外，这些大型专用实验设备没有针对根系的夹持装置，容易把根夹坏，降低实验成功率。当然，上述两类实验设备造价也较为昂贵，纵多研究者承担不起其高昂的费用。因此，开发一种用于植物根系抗拉特性测定的便携式机械装置或方法，特别是能用于野外环境下或在植物根系采集地点附近室内进行植物根系抗拉现场测试的机械装置有着重要的应用价值。

发明内容

本发明的目的，在于针对上述植物根系抗拉强度测试存在的问题，提出一种专门用于对植物根系抗拉强度进行测试、省时省力又省钱的测试方法，特别是可以方便用于野外植物生长现场对植物根系进行测试的方法。采用本方法，不仅能为测试植物根系抗拉强度的较准确数值提供保证，且能保证测试样本的丰富性和完整性，避免根系被夹具夹断从而产生测试偏差的不利后果。

本发明的目的是这样实现的：将植物根系从土壤中刨出后，用清水洗净，根据根系颜色判断将死根剔除。挑出未损伤活根，采用图1方法测定根系的抗拉力和弹性拉伸位移。本植物根系抗拉测试方法中机械装置由带标尺螺旋机架1、数显推拉力计2、夹持装置3和数显游标卡尺4组成；所述螺旋机架包括机架基座11、机架立柱12、牵引螺杆13、升降台14，、机架顶部15、手摇轮16、数显标尺17；所述数显推拉力计为市面上用于测量工业材料拉力性质的拉力计，可自动记录拉力峰值并保存；所述夹持装置3包括结构完全相同的上夹具和下夹具，上、下夹具由左右两块相同且夹持面相向的U型夹持块31及夹紧螺栓32、橡胶皮33组成；所述数显游标卡尺4(图6)为市面上常用游标卡尺，可自动读数。

其位置和连接关系为：数显推拉力计2上端通过螺栓固定在升降台14上，下端连接一夹具；另一夹具通过螺栓连接与机架基座11上；数显游标卡尺4单独使用，用于测定根系直径。

本植物根系抗拉测试方法的步骤是：

1)将植物根系从土壤中刨出后，用清水洗净，根据根系颜色判断将死根剔除。

2)挑出未损伤活根，用数显游标卡尺4测定待测根系两端及中间点处的根径D(mm)。

3)然后将根系的一端用机架基座上夹具夹紧，另一端用数显推拉力计2上夹具夹紧，缓慢转动手摇轮16，使升降台14上升时，上、下夹具之间产生拉力对根系进行拉伸，用数显推拉力计测出根被拉断时的最大拉力数值F_max，用螺旋机架上1上的数显标尺17读取根系的拉伸位移L(mm)

4)分别按以下公式：

T_R＝4F_max/πD²   (1)

E＝4FL/πD²(l-L)   (2)

即可计算出该根系的抗拉强度T_R。和杨氏模量E。

5)统计根系抗拉强度和杨氏模量与根径大小的关系，分析根系的抗拉力学特性。

如在野外植物生长的现场对植物根系的抗拉强度进行测试，可将设备拆卸后拉到现场，在植物根系采集点附近找一平地或自带平板桌，将设备组装起来以后开始试验。