◆湖南省益陽市箴言中學(xué) 何雅涵 潘亞舟 嚴(yán) 謹(jǐn)

益陽是“中國(guó)竹子之鄉(xiāng)”，其境內(nèi)的桃江竹林面積位居湖南省第一位，全國(guó)第三位。隨著環(huán)保力度的加大，國(guó)家取締了一些竹制品加工企業(yè)，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(diào)查桃江及益陽竹產(chǎn)業(yè)的實(shí)際情況，探尋一種提高竹林經(jīng)濟(jì)效益的途徑和方法，保護(hù)竹林不被過度砍伐。

竹子主要進(jìn)行無性生殖，每年春季從地下的竹鞭上長(zhǎng)出竹筍來，然后發(fā)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(qiáng)，5年生的竹子竹鞭基本不具備繁殖能力。因此竹子長(zhǎng)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(diào)研，我們了解到，竹筍中以冬筍的經(jīng)濟(jì)價(jià)值最大，未加工的冬筍售價(jià)約為每千克40元，與2000千克的竹子等值。

從2018年上學(xué)期開始，我們利用假期，對(duì)冬筍的功效、價(jià)值、探測(cè)與培育等進(jìn)行了研究。

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

同時(shí)，冬筍不能進(jìn)行光合作用，因此只能靠汲取主竹的養(yǎng)分生存，大部分側(cè)芽發(fā)育的冬筍因生存條件不適宜而死亡。如果對(duì)冬筍的生長(zhǎng)環(huán)境進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓芾?，就能提高冬筍的成活率。

目前，冬筍的探測(cè)還只能依靠人工經(jīng)驗(yàn)判斷，無法了解冬筍的生長(zhǎng)環(huán)境，一旦探到就挖，存在很大的誤采、空采的幾率。由于冬筍價(jià)格高，在利益的驅(qū)使下，每到冬季，冬筍“采挖大軍”進(jìn)入竹林，竹林中到處留下探測(cè)、挖采后的坑。盲目的探測(cè)、采挖冬筍不僅損害竹根，還會(huì)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(tài)環(huán)境，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種冬筍生長(zhǎng)培育監(jiān)控行走小車。

一、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

冬筍生長(zhǎng)培育監(jiān)控行走小車由主控裝置、檢測(cè)控制機(jī)構(gòu)、營(yíng)養(yǎng)檢測(cè)補(bǔ)充機(jī)構(gòu)三部分組成。

主控裝置上設(shè)有用于掃描土壤表面裂痕或土包情況的視頻監(jiān)測(cè)儀，用于檢測(cè)土壤裂痕處的土壤濕度、二氧化碳濃度的檢測(cè)控制機(jī)構(gòu)以及提供電源的主控器。

檢測(cè)控制機(jī)構(gòu)上設(shè)有與濕度傳感器、二氧化碳傳感器連接的升降檢測(cè)頭，它垂直升降運(yùn)動(dòng)時(shí)能帶動(dòng)擴(kuò)穴器深入土壤，擴(kuò)穴器內(nèi)的濕度檢測(cè)探頭、二氧化碳檢測(cè)探頭分別與濕度傳感器、二氧化碳傳感器連接，隨升降檢測(cè)頭升降探測(cè)冬筍。

營(yíng)養(yǎng)檢測(cè)補(bǔ)充機(jī)構(gòu)包括營(yíng)養(yǎng)液箱、排液管、液泵，營(yíng)養(yǎng)液箱經(jīng)液泵與排液管連通，主控器連接控制液泵。

圖1 冬筍生長(zhǎng)培育監(jiān)控行走小車原理圖

圖2 冬筍生長(zhǎng)培育監(jiān)控行走小車結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 冬筍生長(zhǎng)培育監(jiān)控行走小車實(shí)物圖

二、模擬實(shí)驗(yàn)

（一）冬筍裂痕位置土壤水分對(duì)比檢測(cè)實(shí)驗(yàn)

1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

測(cè)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(cè)的方法及途徑。在不同時(shí)間段測(cè)定竹林中有冬筍生長(zhǎng)處的土壤，觀察其同一時(shí)間濕度的差別與不同時(shí)間內(nèi)其差值的變化。

2.實(shí)驗(yàn)原理

裂痕中有冬筍時(shí)，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(zhǎng)處的土壤的含水量大于其他地方的。90%以上的冬筍生長(zhǎng)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(zhǎng)處，也會(huì)造成該處土壤含水量增加。隨著水分的蒸發(fā)，不同時(shí)段土壤的含水量不同，但在同一時(shí)段，其裂痕外部的含水量明顯高于內(nèi)部的。

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)論

裂痕中越靠近冬筍的位置，其相對(duì)濕度越大，接近土層表面的相對(duì)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(nèi)，若超過該范圍，就會(huì)導(dǎo)致冬筍生長(zhǎng)遲緩，甚至死亡。

由此可見，控水對(duì)冬筍的生長(zhǎng)有很重要的作用，通過檢測(cè)土壤中的含水量也可以進(jìn)一步確認(rèn)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(duì)比檢測(cè)實(shí)驗(yàn)

1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

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

2.實(shí)驗(yàn)原理

冬筍在土壤中進(jìn)行呼吸作用，呼出的二氧化碳滯留在土壤中，導(dǎo)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(shí)驗(yàn)結(jié)論

冬筍在土壤中只能通過細(xì)小的裂痕與外界進(jìn)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(biāo)可以確認(rèn)裂痕中存在冬筍。

三、創(chuàng)新點(diǎn)

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(biāo)來探明是否有冬筍、判定冬筍生長(zhǎng)位置的先例。

2.實(shí)現(xiàn)了對(duì)冬筍生長(zhǎng)狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，檢測(cè)冬筍生長(zhǎng)時(shí)的養(yǎng)分與水分狀況，并根據(jù)需要進(jìn)行實(shí)時(shí)分類補(bǔ)充，解決冬筍無法培育的難題。

四、改進(jìn)與完善

未來，我們還想讓該小車能在丘陵地區(qū)行走自如，讓其在即使有重物覆蓋的情況下也能準(zhǔn)確判斷冬筍的位置，并找到能確定冬筍生長(zhǎng)位置的方法。

專家點(diǎn)評(píng)

冬筍炒臘肉是深受南方人喜愛的一道美味佳肴。不過冬筍雖然好吃，要挖采到卻有些困難，更沒有培育生長(zhǎng)的先例。而何雅涵、潘亞舟、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)韧瑢W(xué)完成的“冬筍生長(zhǎng)培育監(jiān)控行走小車”是一項(xiàng)基于本地優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品的開發(fā)，創(chuàng)立了通過土壤裂痕、土壤濕度、土壤中二氧化碳濃度等理化指標(biāo)來探明冬筍生長(zhǎng)位置的新技術(shù)；實(shí)現(xiàn)了對(duì)冬筍生長(zhǎng)狀況實(shí)時(shí)監(jiān)控，檢測(cè)冬筍生長(zhǎng)時(shí)的養(yǎng)分與水分狀況，進(jìn)行實(shí)時(shí)分類補(bǔ)充，解決冬筍無法培育難題的原創(chuàng)性發(fā)明項(xiàng)目。

據(jù)了解，這項(xiàng)發(fā)明的靈感源自學(xué)生的親身體驗(yàn)，因?yàn)榭吹桨职謰寢屚诓啥S太辛苦，便向輔導(dǎo)老師提出希望找到便捷方法的發(fā)明課題。兩位輔導(dǎo)老師及時(shí)認(rèn)可了學(xué)生的課題，同時(shí)發(fā)揮各自的專業(yè)特長(zhǎng)，精心帶領(lǐng)他們進(jìn)行了一系列的科學(xué)實(shí)驗(yàn)與探究。