冬筍生長培育 監控行走小車

何雅涵 潘亞舟 嚴謹

益陽是“中國竹子之鄉”，其境內的桃江竹林面積位居湖南省第一位，全國第三位。隨著環保力度的加大，國家取締了一些竹制品加工企業，竹子的需求量驟減，多處竹林被毀，竹子被賤賣。我們想通過調查桃江及益陽竹產業的實際情況，探尋一種提高竹林經濟效益的途徑和方法，保護竹林不被過度砍伐。

竹子主要進行無性生殖，每年春季從地下的竹鞭上長出竹筍來，然后發育成新竹。1年生的竹子已具備繁殖能力，2～3年生的竹子的竹鞭繁殖能力最強，5年生的竹子竹鞭基本不具備繁殖能力。因此竹子長到一定的年限要適度砍伐，讓竹林中的竹子不斷更新，保持竹林旺盛的生命力。通過調研，我們了解到，竹筍中以冬筍的經濟價值最大，未加工的冬筍售價約為每千克40元，與2000千克的竹子等值。

從2018年上學期開始，我們利用假期，對冬筍的功效、價值、探測與培育等進行了研究。

我們了解到，冬筍生長過程中不能從土壤外汲取養分和水分。冬筍喜濕但又怕濕，若土壤長期處于干燥狀態，冬筍會因缺水而死亡;如果土壤中的水分過多，冬筍會因水多而腐爛。因此，冬筍只有生長在竹鞭靠近主竹竹梢倒垂的位置時，依靠竹梢滴落的露水來保持土壤的適宜濕度，才有可能長成健壯的冬筍。

同時，冬筍不能進行光合作用，因此只能靠汲取主竹的養分生存，大部分側芽發育的冬筍因生存條件不適宜而死亡。如果對冬筍的生長環境進行適當的管理，就能提高冬筍的成活率。

目前，冬筍的探測還只能依靠人工經驗判斷，無法了解冬筍的生長環境，一旦探到就挖，存在很大的誤采、空采的幾率。由于冬筍價格高，在利益的驅使下，每到冬季，冬筍“采挖大軍”進入竹林，竹林中到處留下探測、挖采后的坑。盲目的探測、采挖冬筍不僅損害竹根，還會破壞竹林的土壤，不利于水土保持，阻礙竹子的繁殖。

為了提高冬筍的成活率，保持竹林的自然生態環境，我們設計了一種冬筍生長培育監控行走小車。

一、結構設計

冬筍生長培育監控行走小車由主控裝置、檢測控制機構、營養檢測補充機構三部分組成。

主控裝置上設有用于掃描土壤表面裂痕或土包情況的視頻監測儀，用于檢測土壤裂痕處的土壤濕度、二氧化碳濃度的檢測控制機構以及提供電源的主控器。

檢測控制機構上設有與濕度傳感器、二氧化碳傳感器連接的升降檢測頭，它垂直升降運動時能帶動擴穴器深入土壤，擴穴器內的濕度檢測探頭、二氧化碳檢測探頭分別與濕度傳感器、二氧化碳傳感器連接，隨升降檢測頭升降探測冬筍。

營養檢測補充機構包括營養液箱、排液管、液泵，營養液箱經液泵與排液管連通，主控器連接控制液泵。

二、模擬實驗

（一）冬筍裂痕位置土壤水分對比檢測實驗

1.實驗目的

測定冬筍位置裂痕的土壤與其周圍土壤含水量的差異，探究濕度變化檢測的方法及途徑。在不同時間段測定竹林中有冬筍生長處的土壤，觀察其同一時間濕度的差別與不同時間內其差值的變化。

2.實驗原理

裂痕中有冬筍時，由于冬筍夜間代謝旺盛，呼出的大量水分殘留在土壤中，其生長處的土壤的含水量大于其他地方的。90%以上的冬筍生長在竹梢倒垂的位置，冬天早上，竹梢上的露水滴落在冬筍生長處，也會造成該處土壤含水量增加。隨著水分的蒸發，不同時段土壤的含水量不同，但在同一時段，其裂痕外部的含水量明顯高于內部的。

3.實驗結論

裂痕中越靠近冬筍的位置，其相對濕度越大，接近土層表面的相對濕度稍大于其所處竹林的平均濕度。裂痕中土壤的濕度與竹林中的平均濕度維持在一定的范圍內，若超過該范圍，就會導致冬筍生長遲緩，甚至死亡。

由此可見，控水對冬筍的生長有很重要的作用，通過檢測土壤中的含水量也可以進一步確認裂痕中是否有冬筍。

（二）冬筍裂痕位置二氧化碳濃度的變化對比檢測實驗

1.實驗目的

通過對冬筍生長位置的二氧化碳濃度的檢測，把冬筍的生命氣息轉化為理化指標，若土壤滿足該檢測理化指標，則可判定其中必有冬筍。

2.實驗原理

冬筍在土壤中進行呼吸作用，呼出的二氧化碳滯留在土壤中，導致其濃度高于外界空氣中二氧化碳的濃度。裂痕中如沒有冬筍則不存在呼吸作用，其二氧化碳濃度也與空氣中的一致。

3.實驗結論

冬筍在土壤中只能通過細小的裂痕與外界進行氣體交換，其局部空間中二氧化碳的濃度一定高于外界空氣中二氧化碳的濃度，用這一指標可以確認裂痕中存在冬筍。

三、創新點

1.開辟了用土壤裂痕、土壤濕度、土壤中二氧化碳的濃度等理化指標來探明是否有冬筍、判定冬筍生長位置的先例。

2.實現了對冬筍生長狀況的實時監控，檢測冬筍生長時的養分與水分狀況，并根據需要進行實時分類補充，解決冬筍無法培育的難題。

四、改進與完善

未來，我們還想讓該小車能在丘陵地區行走自如，讓其在即使有重物覆蓋的情況下也能準確判斷冬筍的位置，并找到能確定冬筍生長位置的方法。（指導老師：張 鑫? 丁賽華）