Устройство для отбора и фиксирования почвенных проб и корневой системы растения

Устройство относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при проведении сельскохозяйственных, морфологических и ботанических исследований корневых систем, как сельскохозяйственных культур, так и диких растительных сообществ. Задача полезной модели - разработка устройства, обеспечивающего повышение надежности при эксплуатации, расширение технологических возможностей за счет отбора и сохранности естественной структуры образца почвенного монолита, содержащего целостную корневую систему растения, упрощение конструкции. Поставленная задача достигается тем, что устройство снабжено коробом 1, упорной крышкой 2 со сквозными отверстиями 3, фиксирующими спицами 4, ручками 5. Спицы 4 выполнены круглой формы со шляпкой на одном конце и размещены на упорной крышке 2 по квадратно-гнездовой схеме, что обеспечивает фиксацию по всему объему. Использование устройства осуществляют следующим образом: выкапывают траншею на 10-15 см глубже, чем длинна короба 1, и на 15-20 см шире, чем его ширина. На размеченный почвенный монолит путем ручного вдавливания или забивания надевают короб 1. К краям короба, с зафиксированным по периметру почвенным монолитом и корневой системой, прикладывают упорную крышку 2 внутренней стороной, в сквозные отверстия 3, расположенные на упорной крышке 2, острыми концами поочередно вставляют фиксирующие спицы 4.

Устройство относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при комплексном проведении сельскохозяйственных, ботанических, морфологических исследований корневых систем, как сельскохозяйственных культур, так и диких растительных сообществ, и агрохимических исследованиях почв.

При решении ряда агротехнических вопросов необходимо точно знать характер расположения корней в почве, как объективного показателя условий произрастания. Получение этих знаний представляет большой научный и практический интерес. При кажущейся простоте задачи, на практике, встречаются большие затруднения. Поэтому известные устройства разработаны в основном для одной цели: отбор почвенных проб или корневой системы.

Анализ результатов исследований, полученных при использовании различных устройств аналогичного назначения, показывает, что наибольшие ошибки при исследовании почв и корневой системы растения допускаются на первом этапе: при взятии почвенного монолита, который должен содержать корни изучаемого растения с сохранением их естественного строения и пространственного расположения. Доспехов Б.А. и др. авторы отмечают, что в исследованиях по земледелию ошибки, связанные с отбором почвенных и растительных проб, часто достигают 90% по отношению к суммарной ошибке определения, принятой за 100%. (Доспехов Б.А., Васильев И.П., Туликов A.M. Практикум по земледелию. - М.: Агропромиздат, 1987. - С.4.).

Патентные исследования показали, что задача по разработке новых устройств, предназначенных для взятия образцов с целью получения объективных данных при исследовании почв и корневой системы растения, является актуальной и востребованной.

В известном классическом источнике изложен метод (способ и устройство) изучения корневых систем в полевых условиях без извлечения растения из почвы, включающий создание траншеи с вертикальной стенкой и постепенное, по ходу корней, освобождение от почвы с помощь ножа, пинцета или отмывание их струей воды. После обнажения корней на стенку траншеи гвоздями прикрепляют рамку с натянутой сеткой с размеченными ячейками, имеющих форму квадратов, и, в соответствии с расположением корней на квадратах сетки, их зарисовывают на бумагу, разграфленную на квадраты. (Доспехов Б.А., Васильев И.П., Туликов A.M. Практикум по земледелию. - М.: Агропромиздат, 1987. - С.242-243.).

Недостатком этого метода является субъективность, так как при зарисовке исследователю трудно передать пространственное расположение корневой системы в почвенном профиле, метод очень трудоемок и требует специальных навыков.

Известно устройство для определения координат элементов корневой системы растения, содержащее две опорные стойки, скрепленные горизонтальной перекладиной, сопряженную с последней посредством ползуна горизонтальную рейку и сопряженный с ней вертикальный стержень с возможностью его перемещения вдоль рейки и по вертикали. На перекладине, рейке и стержне нанесены деления для получения трех координат элементов корневой системы. (Станков Н.З. Корневая система полевых культур. - М.: Изд-во Колос, 1964. - С.234-235.)

Недостатком известного устройства является невозможность определения координат элементов корневой системы растения в лабораторных условиях, обусловленная отсутствием фиксирования элементов корневой системы относительно устройства.

Известно устройство для фиксации элементов корневой системы растения, содержащее две опорные стойки, соединенные между собой горизонтальной перекладиной, дополнительно устройство снабжено третьей опорной стойкой, скрепленной с другими стойками горизонтальными перекладинами, образующими с базовой перекладиной рамку в виде прямоугольного треугольника и плоскими вилками, выполненными в виде расположенных параллельно друг другу с равным интервалом спиц, при этом на стойке в зоне прямого угла рамки закреплены по ее высоте с равными интервалами параллельно горизонтальным перекладинам-катетам, через которые пропущены крайние спицы с одной стороны вилок, а в каждой стойке в зоне строгого угла рамки выполнены отверстия, расположенные на одной стороне с втулками, при этом с горизонтальной перекладиной-гипотенузой шарнирно соединена планка (Патент РФ 2081554, МПК А01G 1/00, А01G 31/02, опубл. 20.06.1997.) - прототип.

Недостатком данного изобретения является конструктивная сложность устройства и в то же время неустойчивость по причине создания рамки основания в виде треугольной формы. Плоские вилки, образованные в виде расположенных параллельно друг другу спиц, могут удерживать прочно только корневые системы небольших растений, так как фиксируют их только в двух направлениях. Сами авторы устройства отмечают, что при проникновении спиц в систему растений последние «несколько отклоняются» от своего положения. Кроме того, такая конструкция не позволяет осуществлять отбор почвенных проб.

Задача полезной модели - разработка устройства, обеспечивающего повышение надежности при эксплуатации, расширение технологических возможностей за счет отбора и сохранности естественной структуры образца почвенного монолита, содержащего целостную корневую систему растения, упрощение конструкции.

Поставленная задача достигается тем, что устройство снабжено коробом и упорной крышкой со сквозными отверстиями, а спицы выполнены круглой формы со шляпкой на одном конце и размещены на упорной крышке по квадратно-гнездовой схеме.

При использовании устройства достигается технический результат:

- повышение надежности отбора и фиксации образцов в полевых условиях за счет жесткой фиксации коробом по периметру, упорной крышкой и круглыми фиксирующими спицами, расположенными по квадратно-гнездовой схеме на упорной крышке, что позволяет закреплять весь объем почвенного монолита и корневой системы в нем;

- расширение технологических возможностей за счет комплексного одновременного отбора почвенного монолита и элементов корневой системы на месте произрастания с сохранением естественной структуры живых корней и их пространственного расположения в почвенном профиле;

- упрощение конструкции за счет разработки устройства из съемных частей, что обеспечивает его быструю сборку, разборку.

Предлагаемое устройство поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен короб 1, на фиг.2 - упорная крышка 2 со сквозными отверстиями 3 и линейными делениями (вид с внутренней стороны), на фиг.3 - фиксирующая спица 4, на фиг.4 - упорная крышка 2 со вставленными в отверстия 3 фиксирующими спицами 4 (вид с боку), на фиг.5 - упорная крышка 2 со вставленными в отверстия 3 фиксирующими спицами 4 и ручками 5 (вид с внешней стороны).

Предлагаемое устройство, как и прототип, содержит фиксирующие спицы, заостренные на одном конце. В отличие от прототипа, заявляемое устройство дополнительно содержит короб, ограничивающий пространство по периметру, и упорную крышку со сквозными отверстиями, а спицы выполнены круглыми со шляпками на одном конце и размещены на упорной крышке по квадратно-гнездовой схеме, обеспечивающей фиксацию всего объема почвенного монолита и корневой системы.

Описание устройства: состоит из трех разъемных частей: короба 1, упорной крышки 2 со сквозными отверстиями 3 и фиксирующих спиц 4. На упорной крышке 2 сквозные отверстия 3 проделаны для вставки фиксирующих спиц 4, на упорной крышке 2 с внешней стороны (сторона исследователя) закреплены ручки 5. Фиксирующие спицы 4 выполнены круглой формы, с одной стороны имеют шляпку для устойчивого крепления в упорной крышке 2, а с другой стороны - острые концы, для легкого проникновения в почвенный монолит без его разрушения и закрепления корневой системы без отклонения от естественного расположения. Спицы 4 устанавливают на упорной крышке 2 в отверстия 3 по квадратно-гнездовой схеме. Кроме сквозных отверстий, на упорной крышке 2 расположены следующие приспособления: на внешней стороне (сторона исследователя) установлены ручки 5 для удобства пользования: одна в верхней части, вторая в нижней части; на внутренней стороне (сторона, прислоняемая к коробу) по вертикали и горизонтали нанесены линейные деления.

Использование устройства осуществляют следующим образом: предварительно в поле выбирают такое место, чтобы от лицевой стенки почвенного разреза находились растения изучаемой культуры (на расстоянии 5-7 см). С поверхности почвы удаляются все надземные части растений. На этом месте выкапывают траншею, причем глубина почвенного разреза должна быть на 10-15 см глубже, чем длинна короба 1, и на 15-20 см шире, чем его ширина. После чего, к вертикальной стенке почвенного разреза прикладывают короб 1 так, чтобы его верхняя часть находилась на одном уровне с поверхностью почвы. Затем с помощью острого ножа на почвенном срезе производят очерчивание периметра короба 1. По полученному контуру на лицевой стенке почвенного разреза делают углубления (перпендикулярно лицевой стенке почвенного разреза) глубиной на 2-5 см больше, чем глубина короба 1. На размеченный почвенный монолит путем ручного вдавливания или забивания надевают короб 1. К краям короба, с зафиксированным внутри почвенным монолитом, прикладывают упорную крышку 2 внутренней стороной, при этом края упорной крышки 2 обязательно должны плотно прилегать и совпадать с краями короба 1, в сквозные отверстия 3, расположенные на упорной крышке 2, острыми концами поочередно вставляют фиксирующие спицы 4, закрепляющие почвенный монолит и элементы корневой системы в естественном положении. Расположение спиц по квадратно-гнездовой схеме обеспечивает жесткое фиксирование почвенного монолита и корневой системы по всему объему.

После проверки надежности фиксации почвенного монолита и корней растения необходимо провести изъятие почвенного монолита с корневой системой растения, зафиксированных коробом 1, упорной крышкой 2 и фиксирующими спицами 4. Для проведения этого приема проводят следующее: с передней части короба 1 подкапывают грунт заподлицо с острыми концами фиксирующих спиц 4 и аккуратно отделяют почвенный монолит, зафиксированный устройством.

После чего устройство транспортируют к месту назначения. При транспортировке почвенный монолит не деформируется.

В стационарных условиях сначала исследуют почву по заданным показателям, затем устройство с почвенным монолитом помещают целиком в воду для постепенного его размокания, что позволяет сохранять естественную структуру всех элементов корневой системы, мелкие корешки при таком способе отмывки не отрываются. После того, как почва осядет на дно емкости с водой, устройство извлекают из воды и отделяют короб 1 от упорной крышки 2. На упорной крышке 2 получают пространственный образец корневой системы, в естественном положении, жестко зафиксированный спицами 4. При помощи ручек 5, закрепленных на упорной крышке 2, полученный образец можно легко перемещать без повреждения. Затем, в зависимости от целей исследований, корневая система может быть сфотографирована, взвешена, оценена по показателям, принятым для конкретной культуры или использована в качестве стендового образца в целом виде.

Для проведения исследований изготовлен опытный образец. Описание опытного образца. Все части устройства изготовлены из прочного нержавеющего металла. Устройство изготовлено со следующим размерами: короб 1 - высота 600 мм, ширина 300 мм, глубина 150 мм, упорная крышка 2 - высота 600 мм, ширина 300 мм, съемная фиксирующая спица 4 - длина 150 мм, диаметр 5 мм. Сквозные отверстия 3 диаметром 5,2 мм на упорной крышке 2 расположены по квадратно-гнездовой схеме с шагом 50 мм. Устройство было изготовлено для взятия почвенного монолита и исследования корневой системы культур сплошного посева.

Устройство может быть изготовлено в любых пропорциях в зависимости от объема и высоты горизонта корнеобитаемого слоя исследуемого растения, в том числе и для пропашных культур.

Технический эффект заключается в том, что устройство обеспечивает фиксирование почвенного монолита и элементов корневой системы в позициях, близких к естественным условиям. Устройство можно использовать при экспедиционных исследованиях. Применение предлагаемого устройства позволит определять вертикальные и горизонтальные координаты элементов корневой системы и объективно оценивать ее пластичность в зависимости от условий произрастания исследуемых растений. Предлагаемое устройство просто в изготовлении, надежно в работе. При испытаниях устройство показало более высокую воспроизводимость результатов по сравнению с теми же характеристиками, полученными при использовании других известных устройств аналогичного назначения.

Устройство для отбора и фиксирования почвенных проб и корневой системы растения, включающее фиксирующие спицы с острым концом, отличающееся тем, что оно снабжено коробом и упорной крышкой со сквозными отверстиями, а спицы выполнены круглыми со шляпкой на одном конце и размещены на упорной крышке по квадратно-гнездовой схеме.