干旱草原地区含有砾石较多土壤根系分离装置及方法

技术领域

本发明属于根系生态学的土壤根系分离技术领域，具体涉及干旱草原土壤含砾石较多的情况下根系土壤样品分离技术。

背景技术

草原是森林区向荒漠区过渡的旱生性较强的陆地生态系统，在生态地理条件、物种组成、群落结构及功能等方面都具有独特性。由于生态环境的严酷和气候的波动变化，草原生态系统环境较为脆弱，在其严重退化区域，甚至出现砾石化的草地退化特征。在全球气候变化的背景下，草地生态系统的固碳能力引起广泛关注，而草地系统的碳主要贮存在土壤和根系中。在草原生态系统研究中对植物根系和土壤的研究尤为重要，然而由于根系埋藏于土壤中呈复杂交错的形态，测量难度较大，导致相对于植物地上部的研究，关于地下根系的研究至少落后了100年，因此根系与土壤的分离技术成为研究草原碳循环的关键一步。

针对土壤根系分离技术，目前把根系从土壤中分离出来的方法大致分为两类：第一类为干法分离。传统的分离技术是通过镊子人工挑取根系，这种方法虽然简单、易行、应用广泛，但是对费时、效率不高；还有通过压碎、过筛，由粗到细分离土壤根系的干筛法(Dryscreening method)，虽然可分离根系，但只适用于土壤沙性较强、植物根系较粗的情况(

综上所述，在土壤和根系分离的上述各种方法中，均存在不同的优缺点。缺少适用于干旱草原区含有砾石较多情况下的土壤根系分离方法。

为了解决这一问题，迫使思考革新现有方法，使其更适用于植被覆盖度低且伴随有砾石化情况的地区。

发明内容

针对现有技术存在的问题，根据申请者在内蒙古草原的使用经验，本发明提供了一种适用于草原含有砾石较多情况下的土壤根系分离方法。

本发明是这样实现的，一种草原土壤根系分离装置，所需工具有网筛、智能柳条制簸箕和带倒钩刺的电动智能毛刷。

进一步，网筛孔隙大小为1mm，可分离出细土沙。

进一步，智能柳条制簸箕的利用是为了分离出砾石。

进一步，所用电动智能刷子具有倒钩刺，用于提取根系。

本发明的土壤根系分离方法，包括以下步骤：

将采集回来的含有土壤、砾石和根系的混合样品，进行风干、压碎，后倒入孔隙为1mm的网筛过筛，过筛后分离出细土，而网筛中仍留有砾石和根系，将网筛内的砾石、根系混合物倒入簸箕，通过晃动簸箕，使簸箕内砾石聚集，从而分离出砾石，由于无法避免细小碎石和地上部杂物的残留，簸箕内根系采用带有倒钩刺的刷子自动提取，从而达到分离效果。

本发明另一目的在于提供一种用于草原土壤根系分离的智能装置，该装置包括：

装备有电动马达和传感器的智能柳条制簸箕，用于自动进行晃动操作，从而分离出砾石；

通过电动方式进行自动操控的带有倒钩刺的智能毛刷，用于提取和分离根系。

该装备有电动马达和传感器的智能柳条制簸箕具备负载感应与自动调节功能，能自动检测簸箕内的负载量，并自动调整晃动速度和幅度。

结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

第一、本发明提供了一种适用于土壤中砾石含量较高的干旱草原地段(如温带草原的局部地区、草原化荒漠类草地)分离植物根系、地上部杂物和土壤砾石混合物的方法。该方法主要应用土壤筛、智能农用簸箕以及具有倒钩刺的电动智能毛刷这三种工具。方法的操作步骤主要包括：将采集回来的含有土壤、砾石和根系的混合样品，手动剔除大石块后进行风干、压碎土块，后倒入孔隙为1mm的土壤筛过筛，过筛后分离获得石块和根系混合物，将网筛内的砾石、根系混合物倒入智能农用柳条制簸箕，通过转动簸箕，并适当倾斜倒出簸箕内的小石块，从而分离出部分砾石，由于无法避免细小碎石和地上部杂物的残留，簸箕内根系采用带有倒钩刺的电动智能刷子搅拌混合物，根系即可被刷子刷出，取下刷毛上的部分根系，继续重复操作，直到所有样品分离完毕。本发明土壤根系分离方法可降低操作者的工作强度，提高工作效率，并且能够保证分离质量。

第二，本发明操作简便，干法分离不用水，分离效果优于湿法分离，可应用于干旱草原区含有砾石较多情况的土壤。

本发明降低了土壤根系分离过程中操作者的劳动强度；因在传统方法中，人们常常使用镊子手动挑取植物根系，工作强度大、耗时长。

本方法联合使用网筛、智能柳条制簸箕以及带有倒钩刺的电动智能毛刷，可有效提取根系和土壤以及植物茎秆的半分解碎片，而湿法水洗分离难以分离根系和地杂物，故本法在保证分离质量的情况下，大大提高了工作效率。

第三，本发明的技术方案带来的显著技术进步：

该装置通过三种不同的工具(网筛、智能柳条制簸箕和带倒钩刺的电动智能毛刷)组合，实现了草原土壤中土沙、砾石和根系的高效分离，使得分离工作更加快速和准确。

特定孔径(1mm)的网筛不仅提高了细土沙与较大颗粒物(如砾石和根系)的分离效率，而且减少了对根系的损失，提高了根系样品分析的准确性。

使用智能柳条制簸箕可以通过自动晃动操作，快速而有效地从混合物中分离出砾石，降低了手工分离的劳动强度和时间成本。

带有倒钩刺的电动智能毛刷设计使得从簸箕内残留的根系中提取根系变得更为容易和高效，避免了地上部杂物的干扰，提高了分离质量。

该方法整合了前四个权利要求中描述的所有工具和步骤，形成了一个完整的工作流程。这不仅提高了分离效率，还确保了分离质量，有助于进一步对根系样品的分析。

本发明突出了其特有的技术贡献和解决现有问题的能力。在实际的专利申请过程中，这些细节将有助于强调发明的创新性和实用性。

附图说明

图1是本发明实施提供的草原土壤根系分离技术流程图；

图2是本发明实施提供的传统分离方法和本发明分离方法实施效果进行对比图；

图3是本发明实施分离根系效果图(a粗根，b细根)；

图4是本发明所处理同种样品采用水洗湿法分离效果(a)半干状态和(b)完全湿润状态。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合实施例，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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

如图1所示，本发明实施例提供了一种适用于草原含有砾石情况的土壤根系分离技术，该技术应用网筛、智能柳条制簸箕以及电动智能毛刷这三种工具。

网筛孔隙选用1mm，可将细沙从采集的混合物样品中分离出。

通过晃动簸箕，使砾石聚集，从而将砾石分离出。

刷子要具有倒钩刺，可以更好的将根系从小碎石中分离出来。

本发明的土壤根系分离方法，包括以下步骤：

将采集回来的含有土壤、砾石和根系的混合样品，进行风干、压碎，后倒入孔隙为1mm的网筛过筛，过筛后分离出细土，而网筛中仍留有砾石和根系，将网筛内的砾石、根系混合物倒入簸箕，通过晃动簸箕，使簸箕内砾石聚集，从而分离出砾石，由于无法避免细小碎石和地上部杂物的残留，簸箕内根系采用带有倒钩刺的刷子自动提取，从而达到分离效果。

本发明还提供了一种用于草原土壤根系分离的智能装置，该装置包括：

装备有电动马达和传感器的智能柳条制簸箕，用于自动进行晃动操作，从而分离出砾石；

通过电动方式进行自动操控的带有倒钩刺的智能毛刷，用于提取和分离根系。

该装备有电动马达和传感器的智能柳条制簸箕具备负载感应与自动调节功能，能自动检测簸箕内的负载量，并自动调整晃动速度和幅度。

该草原土壤根系分离的智能装置包括以下部分：

1.智能柳条制簸箕：这部分装备有电动马达和传感器，可进行自动晃动操作，分离出砾石。电动马达为簸箕提供动力，传感器则用于监测簸箕内的负载量。通过自动检测簸箕内的负载量，系统可以自动调整晃动速度和幅度，以优化分离效果。

2.智能毛刷：这部分通过电动方式进行自动操控，带有倒钩刺，用于提取和分离根系。电动马达驱动毛刷进行旋转运动，倒钩刺有助于抓住和释放根系，实现根系的提取和分离。

整个装置的工作原理如下：首先，智能柳条制簸箕在电动马达的驱动下进行晃动操作。由于传感器监测到簸箕内的负载量，系统可以根据这些信息自动调整晃动的速度和幅度，确保有效分离出砾石。当智能毛刷感应到根系时，电动马达会驱动毛刷旋转，倒钩刺会抓住根系。一旦根系被抓住，电动马达会继续旋转，将根系从土壤中提取出来。提取后的根系可以在智能毛刷的帮助下进行进一步的分离和清理。电动马达的运转速度可以根据需要进行调整，以适应不同类型和大小的根系。在整个过程中，电动马达和传感器协同工作，实现了对分离过程的自动化控制。这不仅可以提高分离效率，还可以减少人工操作的难度和误差。该草原土壤根系分离的智能装置利用电动马达和传感器实现了自动化操作，提高了分离效率和准确性。

下面结合具体实施例，对传统分离方法和本发明分离方法实施效果进行对比。

选取位于内蒙古包头市达茂旗希拉穆仁草原，本地区气候干旱，年均降雨量256.2mm，植被类型主体为温性荒漠草原，土壤贫瘠，土层薄，钙积层的埋深浅。土壤砾石含量多。试验时，在植物生长的旺盛期8月份用土钻获取草原土壤2kg，混合均匀后分成两份，为减小人为误差，由同一个人处理两份样品：1份用传统方法过筛后手动挑选根系，另一份采用本发明的推荐的方法，过筛后采用智能簸箕和倒钩刺的电动智能毛刷分离根系，从试验的数据结果可以看出，传统方法需要1小时多，而使用本发明的方法平均仅需5分钟，效率提高了10倍多(图2)。

为对比干法和湿法分离效果，选取上述地区同样的土壤样品，混匀后分成两份，一份水洗湿法过筛分离，另一份采用本发明推荐的方法，由同一人操作。结果显示，应用本发明推荐的方法分离效果较好，如图3(a，b)所示，不同直径的根系(a粗根，b细根)均可有效分离，且不掺杂地上部杂物；而应用水洗湿法分离根系的效果不好，如图4所示，水洗后存在的问题：植物根系和其他地上部杂物难以分离(a)，在水力的作用下样品变得柔软并出现聚团现象(b)，使得样品的更加不易。

以上所述，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，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。