CN116165343A - 一种生态脆弱区复绿基材植生性能测试装置及评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生态脆弱区复绿基材植生性能测试装置及评价方法。该装置包括样品室、植物培育***、底座、支撑框架、数据采集***和评价***，所述样品室稳固在底座上，内部用于盛放待测基材，所述植物培育***包括辅助植生管和降雨***，用于护育和监测植物生长，所述辅助植生管均匀布设在基材中，降雨***稳固在支撑框架上，所述支撑框架稳固于底座上，所述数据采集***可以对基材与植物生长相关的特性及其变化情况、植物生长状态及其功能性状等进行监测。本发明采用赋值法计算得到最终得分Z以划分和评价绿基材植生性能等级。该评价方法能够更加综合地评价复绿基材的植生性能。
Description
技术领域
本发明属于裸土地区生态修复技术领域，具体涉及一种生态脆弱区复绿基材植生性能测试装置及评价方法。
背景技术
近些年来随着我国工业化、城镇化进程快速发展，大规模修建公路、铁路、水利工程和矿山开采，各种高强度的机械开挖破坏了原有生态***和地表植被，形成了大量的人为坡面，这些裸露的区域在降雨侵蚀下引发一系列水土流失、土地沙化等问题，严重威胁当地生态环境和人民生命财产安全。并且，近年来人们对环境质量和生态质量的认识和要求不断提高，国家也相继出台了系列生态文明建设的战略部署。在此背景下，如何对这些裸露和生态脆弱地区进行生态恢复是当下亟需解决的难题。
数十年的研究和实践表明，在裸露地区、生态脆弱地区营造一层适宜植物生长的人工土是一种有效的生态恢复方法，并且该技术操作简单、效果显著、成本可控，是一种较为常用的复绿方法。而利用该方法进行生态恢复时，喷播的客土基材的植生性能对能否有效实现复绿和生态修复有着重要影响。目前，研究人员的目光主要集中在科学设计基材配比、提高基材植生性能、植物科学养护等方面，而对于如何评价基材植生性能的好坏，目前只是通过定性或定量地监测植物生长状态来进行表征，还未形成统一的评价标准。中国专利申请201611062500.3公开了一种用于植生混凝土的植物生长特性指标性评价方法，该方法从植物盖度、密度、质地、均一性和颜色五个指标进行评价，各指标结果以统一标准定分，并对定分结果进行加权求和，它虽然能够对植物生长特性进行评价，但还存在以下不足：一是植物生长特性指标不够全面，未能综合考虑植物根系生长状况及茎叶功能特性等因素；二是未考虑植生混凝土自身条件对复绿效果的影响。
综上，研发一种可在室内定量监测复绿基材植生性能指标的试验装置，并提供一种综合考虑基材特性和植物生长状态的复绿基材植生性能评价方法是十分必要的。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种生态脆弱区复绿基材植生性能测试装置及评价方法。该方法可以对基材自身的相关特性，包括保水性、温度、酸碱度、肥力状况等及其变化情况，植物长成后的状态，包括发芽率、茎叶生长状况和根系生长状况等及其功能性状进行监测，并根据监测数据对复绿基材的相关植生参数进行定量赋分，从而评判复绿基材植生性能的好坏。
本发明提供的技术方案如下：
第一方面，本发明提供一种生态脆弱区复绿基材植生性能测试装置，包括样品室(1)、基材(11)、植物培育***、底座(5)、支撑框架(14)、数据采集***和评价***；
所述样品室(1)用于盛放基材(11)，基材(11)底部向下依次铺设砂垫层(2)、透水结构(3)和集水腔(4)；所述集水腔(4)侧端设有出水管(13)，所述出水管(13)设有止水阀(12)；所述样品室(1)固定于底座(5)上；
所述植物培育***包括辅助植生管(6)和降雨***；所述辅助植生管(6)为由多孔柔性材料(17)和刚性组构(16)组成的筒体结构；所述辅助植生管(6)均匀布设在基材(11)中；所述降雨***包括降雨喷头(9)和输水管(15)，所述降雨喷头(9)连接于输水管(15)并均匀布设在基材(11)正上方，所述输水管(15)固定在支撑框架(14)上，所述支撑框架(14)连接于底座(5)上；
所述数据采集***包括高清摄像头(10)、微型高清摄像头(24)、红外传感装置(8)、传感器***(7)、光合仪(25)和数据交换器(22)；所述高清摄像头(10)布设在基材(11)正上方，固定在输水管(15)上；所述微型高清摄像头(24)设置于刚性组构(16)上；所述红外传感装置(8)固定于支撑框架(14)上；所述传感器***(7)包括温湿度传感器(18)、pH传感器(19)、氮磷钾传感器(20)和有机质传感器(21)，均匀埋设于基材(11)中；所述光合仪(25)固定于支撑框架(14)顶端；所述高清摄像头(10)、微型高清摄像头(24)、红外传感装置(8)、传感器***(7)和光合仪(25)通过无线电信号将信息传送给数据交换器(22)；
所述评价***包括计算机(23)，所述数据交换器(22)通过无线电信号将转换结果传送至计算机(23)；计算机(23)对接收到的数据进行处理分析并形成评价结果。
进一步，所述辅助植生管(6)的刚性组构(16)包括环套、空腔管柱和切环；空腔管柱上下分别连接到环套和切环形成刚性筒体骨架；多孔柔性材料(17)布设于空腔管柱之间；切环为环形圈，圈口一端削薄成刀刃。
进一步，所述传感器***(7)均匀布设在基材(11)中，沿基材(11)高度、厚度和长度方向等间距分布，间距分别为基材(11)高度的1/3、厚度的1/2和长度的1/3～1/5。
第二方面，本发明提供第一方面所述的装置评价复绿基材植生性能的方法，步骤如下：
(1)准备阶段：准备待测基材、绿植种子，确定复绿基材应用地区的降雨时间、降雨强度和降雨频次；
(2)绿植种植阶段：将基材填放于样品室中，在基材中均匀插放辅助植生管；播撒绿植种子，使其均布基材表面，并铺设土壤；启动传感器***，监测基材参数；开启降雨***；
(3)数据采集阶段：统计发芽率，记录基材的监测参数数据包括发芽率GP、含水量的初始值W，保水率的初始值RW1和终值RW2，温度的初始值T，水分入渗速率的初始值K，孔隙度的初始值E，酸碱度的初始值V，有机质含量的初始值RO1和终值RO2，氮含量的初始值RN1和终值RN2，磷含量的初始值RP1和终值RP2，钾含量的初始值RK1和终值RK2，以及植物的生长速率RG，植物覆盖率C，最终的生长高度H，叶干重DW，叶片厚度LW，叶面积指数LAI，植物日固碳量QC，植物日释氧量QO，根系长度RL，根系抗拉强度RT1，根系活力RA，根系抗拔力RT2，侧根级数LRS；
(4)评价阶段：采用赋分法对监测参数进行赋分，并计算基材自身性能总分A、植物生长整体参数总分Y、植物茎叶参数总分D和植物根系参数总分F；计算植物生长状态总分基材最终得分B，B＝0.4Y+0.3D+0.3F，进一步计算得到基材最终得分Z，
进一步，所述步骤(1)包括以下子步骤：
步骤1.1，准备待测基材，并确定基材的土壤类型；
步骤1.2，准备绿植种子，并确定该类植物在该类型土壤中发芽最适含水量、温度、透水性、孔隙度、酸碱度、有机质含量及氮、磷、钾含量，以及该植物长成后的状态参数和功能性状，包括最大生长速率、生长高度和根系深度，最大叶干重、叶片厚度和叶面积指数，最大日固碳和释氧量以及最大根系抗拉、抗拔强度、根系活力和侧根级数；
步骤1.3，确定复绿基材应用地区的降雨时间、降雨强度和降雨频次。
进一步，所述步骤(2)包括以下子步骤：
步骤2.1，在样品室(1)中填放待测基材(11)，并在基材(11)中埋放传感器***(7)；
步骤2.3，在基材(11)中均匀插放辅助植生管(6)；
步骤2.4，撒播绿植种子，使其均匀分布在基材(11)表面和辅助植生管(6)内；
步骤2.5，在基材(11)表面铺设一层土壤；
步骤2.6，启动传感器***(7)，监测基材(11)性能变化；
步骤2.7，打开降雨***进行降雨直至集水腔(4)的出水管(13)有水流出。
进一步，所述步骤(3)包括以下子步骤：
步骤3.1，绿植种子发芽后，统计发芽率，并记录为GP；
步骤3.2，启动高清摄像头(10)、微型高清摄像头(24)、红外传感装置(8)和光合仪(25)，监测植物生长状态及功能性状变化；
步骤3.3，根据收集的气象资料，按实际情况对基材(11)进行降雨；
步骤3.4，在评价模块上观察数据交换器(22)传输的数据并记录；
步骤3.5，植物长势稳定后，在计算机(23)上观察数据交换器(22)传输的数据变化情况，并记录基材(11)含水量的初始值W，保水率的初始值RW1和终值RW2，温度的初始值T，水分入渗速率的初始值K，孔隙度的初始值E，酸碱度的初始值V，有机质含量的初始值RO1和终值RO2，氮含量的初始值RN1和终值RN2，磷含量的初始值RP1和终值RP2，钾含量的初始值RK1和终值RK2；步骤3.6，植物长势稳定后，在计算机(23)上观察数据交换器(22)传输的数据变化情况，并记录植物的生长速率RG，植物覆盖率C，最终的生长高度H，叶干重DW，叶片厚度LW，叶面积指数LAI，植物日固碳量QC，植物日释氧量QO，根系长度RL，根系抗拉强度RT1，根系活力RA，根系抗拔力RT2，侧根级数LRS。进一步，所述步骤(4)中，基材自身性能评价指标赋分按照表1进行赋分；
表1基材自身性能评价指标赋分表
其中：ΔW为该植物发芽最适含水量与W差值的绝对值，RW’为RW2和RW1的比值，ΔT为该植物生长最适温度与T差值的绝对值，ΔE为该植物生长最适孔隙度与E差值的绝对值，ΔK为该植物生长最适透水率与K差值的绝对值，ΔRO1为该植物生长最适有机质含量与RO1差值的绝对值，RO’为RO1和RO2的比值，ΔRN1为该植物生长最适氮含量与RN1差值的绝对值，RN’为RN2和RN1的比值，ΔRP1为该植物生长最适磷含量与RP1差值的绝对值，RP’为RP2和RP1的比值，ΔRK1为该植物生长最适钾含量与RK1差值的绝对值，RK’为RK1和RK2的比值；
根据表1各参数所处的区间进行线性换算得到各参数的赋分分数，并按照a1＝0.5a1-1+0.5a1-2、a6＝0.5a6-1+0.5a6-2、a7＝0.5a7-1+0.5a7-2、a8＝0.5a8-1+0.5a8-2、a9＝0.5a9-1+0.5a9-2计算a1、a6、a7、a8和a9的得分；再计算基材自身性能参数总分A＝0.12(a1+a2+a3+a4+a5)+0.1(a6+a7+a8+a9)。
进一步，所述步骤(4)中，植物生长整体参数按照表2进行赋分，
表2植物生长整体参数赋分表
其中，RG’为RG与该植物最大生长速率的比值，H’为H与该植物最大生长高度的比值；
根据表2各参数所处的区间进行线性换算得到各参数的赋分分数；再计算植物生长整体参数总分：Y＝0.25(y1+y2+y3+y4)。进一步，所述步骤(4)中，植物茎叶参数按照表3进行赋分，
表3植物茎叶参数赋分表
其中，DW’为DW与该类植物最大叶干重的比值，LW’为LW与该类植物最大叶片厚度的比值，LAI’为LAI与该类植物最大生长速率的比值，QC’为QC与该类植物最大日固碳量的比值，QO’为QO与该类植物最大日释氧量的比值；
根据表3各参数所处的区间进行线性换算得到各参数的赋分分数；再计算植物茎叶参数总分：D＝0.2(d1+d2+d3+d4+d5)。
进一步，所述步骤(4)中，植物根系参数按照表4进行赋分，
表4植物根系参数赋分表
其中，RL’为RL与该类植物最大根系长度的比值，RT1’为RT1与该类植物最大根系抗拉强度的比值，RA’为RA与该类植物最大根系活力的比值，RT2’为RT2与该类植物最大根系抗拔力的比值，ΔLRS为LRS与该类植物最大侧根级数的差值；
根据表4各参数所处的区间进行线性换算得到各参数的赋分分数；再进一步计算植物根系参数总分：F＝0.2(f1+f2+f3+f4+f5)。
进一步，所述步骤(4)中，根据基材最终得分Z划分和评价复绿基材植生性能等级：
Z∈[0,50]，等级为差；Z∈(50,65]，等级为中；Z∈(65,80]，等级为良；Z∈(80,100]，等级为优。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明提供的装置通过设置传感器***可以实时监测待测基材与植物生长相关的特性，包括保水性、温度、酸碱度、肥力状况等及其在降雨作用下的变化和肥力流失情况；通过设置高清摄像头、微型高清摄像头、红外装置和光合仪可以实时监测生长状态，包括茎叶生长状况、根系生长状况及其功能性状；
(2)本发明提供的评价基材植生性能的方法不仅考虑了植物自身生长参数、功能性状的影响，还对基材自身与植物生长相关的特性及其变化进行监测，从而能够更加综合地评价复绿基材的植生性能。
附图说明
图1为本发明提出的一种生态脆弱区复绿基材植生性能测试装置示意图；
图2为本发明辅助植生管示意图；
图3为本发明传感器***示意图。
附图标记：1-样品室；2-砂垫层；3-透水结构；4-集水腔；5-底座；6-辅助植生管；7-传感器***；8-红外传感装置；9-降雨喷头；10-高清摄像头；11-基材；12-止水阀；13-出水管；14-支撑框架；15-输水管；16-刚性组构；17-多孔柔性材料；18-温湿度传感器；19-pH传感器；20-氮磷钾传感器；21-有机质传感器；22-数据交换器；23-计算机；24-微型高清摄像头；25-光合仪。
具体实施方式
下面结合具体实施对本发明进一步说明，本发明的内容完全不限于此。
图1示出了一种生态脆弱区复绿基材植生性能测试装置，包括样品室1、基材11、植物培育***、底座5、支撑框架14、数据采集***和评价***；
所述样品室1用于盛放基材11，基材11底部向下依次铺设砂垫层2、透水结构3和集水腔4；所述集水腔4下端为具有一定坡度的斜面，底部侧端设有出水管13；所述出水管13设有止水阀12，便于收集渗透待测基材的水；所述样品室1固定于底座5上；
所述植物培育***包括辅助植生管6和降雨***；所述辅助植生管6为由多孔柔性材料17和刚性组构16组成的筒体结构，所述多孔柔性材料17便于植物根系穿透生长；所述辅助植生管6均匀布设在基材11中；所述降雨***包括降雨喷头9和输水管15，所述降雨喷头9连接于输水管15并均匀布设在基材11正上方，所述输水管15固定在支撑框架14上，所述支撑框架14连接于底座5上；
所述数据采集***包括高清摄像头10、微型高清摄像头24、红外传感装置8、传感器***7、光合仪25和数据交换器22；所述高清摄像头10布设在基材11正上方，固定在输水管15上，用于监测植物茎叶生长状态；所述微型高清摄像头24设置于刚性组构16上，用于监测植物根系生长状态；所述红外传感装置8固定于支撑框架14上，用于监测植物生长高度；所述传感器***7包括温湿度传感器18、pH传感器19、氮磷钾传感器20和有机质传感器21，均匀埋设于基材11中，分别监测基材11内部的温湿度、酸碱度、水解氮、有效磷、速效钾以及含碳化合物的含量；所述光合仪25固定于支撑框架14顶端，用于监测植物固碳释氧量；所述高清摄像头10、微型高清摄像头24、红外传感装置8、传感器***7和光合仪25通过无线电信号将信息传送给数据交换器22；
所述评价***包括计算机23，所述数据交换器22通过无线电信号将转换结果传送至计算机23；计算机23对接收到的数据进行处理分析并形成评价结果。
进一步，所述辅助植生管6的刚性组构16包括环套、空腔管柱和切环；空腔管柱上下分别连接到环套和切环形成刚性筒体骨架；多孔柔性材料17布设于空腔管柱之间；切环为环形圈，圈口一端削薄成刀刃。
进一步，所述传感器***7均匀布设在基材11中，沿基材11高度、厚度和长度方向等间距分布，间距分别为基材11高度的1/3、厚度的1/2和长度的1/3～1/5。
利用上述装置评价某一复绿基材植生性能的方法，包括以下步骤：
步骤1，测试准备阶段：
步骤1.1，准备待测基材11，并确定基材11的土壤类型；
步骤1.2，准备绿植种子，并确定该类植物在该类型土壤中发芽最适含水量、温度、透水性、孔隙度、酸碱度、有机质含量及氮、磷、钾含量，以及该植物长成后的状态参数和功能性状，包括最大生长速率、生长高度和根系深度，最大叶干重、叶片厚度和叶面积指数，最大日固碳和释氧量以及最大根系抗拉、抗拔强度、根系活力和侧根级数等；
步骤1.3，确定复绿基材应用地区的降雨时间、降雨强度和降雨频次；
步骤2，绿植种植阶段：
步骤2.1，将所述测试装置安放稳固，检查各部分能否正常工作；
步骤2.2，在样品室1中填放待测基材11，并在基材11中埋放传感器***7；
步骤2.3，在基材11中均匀插放辅助植生管6；
步骤2.4，撒播绿植种子，使其均匀分布在基材11表面和辅助植生管6内；
步骤2.5，在基材11表面铺设一层厚约1cm的土壤；
步骤2.6，启动传感器***7，监测基材11性能变化；
步骤2.7，打开降雨***进行降雨直至集水腔4的出水管13有水流出；
步骤3，数据采集测试阶段：
步骤3.1，绿植种子发芽后，统计发芽率，并记录为GP；
步骤3.2，启动高清摄像头10、微型高清摄像头24、红外传感装置8和光合仪25，监测植物生长状态及功能性状变化；
步骤3.3，根据收集的气象资料，按实际情况对基材11进行降雨；
步骤3.4，在评价模块上观察数据交换器22传输的数据并记录；
步骤3.5，植物长势稳定后，在计算机23上观察数据交换器22传输的数据变化情况，并记录基材11含水量的初始值为W，保水率的初始值和终值分别为RW1和RW2，温度的初始值为T，水分入渗速率的初始值为K，孔隙度的初始值为E，酸碱度的初始值为V，有机质含量的初始值和终值分别为RO1和RO2，氮含量的初始值和终值分别为RN1和RN2，磷含量的初始值和终值分别为RP1和RP2，钾含量的初始值和终值分别为RK1和RK2；
其中，含水量、温度根据温湿度传感器18监测数据转换所得；保水率、水分入渗速率、孔隙度采用本领域常规方法获得；酸碱度根据pH传感器19监测数据转换所得；有机质含量根据有机质传感器21监测数据转换所得；氮含量、磷含量、钾含量根据氮磷钾传感器20监测数据转换所得。
步骤3.6，植物长势稳定后，在计算机23上观察数据交换器22传输的数据变化情况，并记录植物的生长速率为RG，植物覆盖率为C，最终的生长高度为H，叶干重为DW，叶片厚度为LW，叶面积指数为LAI，植物日固碳量为QC，植物日释氧量为QO，根系长度为RL，根系抗拉强度为RT1，根系活力为RA，根系抗拔力为RT2，侧根级数为LRS；
其中，叶干重、叶片厚度、叶面积指数、根系抗拉强度、根系活力、根系抗拔力采用本领域常规方法获得；植物覆盖率根据高清摄像头10拍摄的图像运用图像处理软件转换所得；植物生长速率、最终生长高度根据红外传感装置8监测数据转换所得；植物日固碳量、日释氧量根据光合仪25监测数据计算所得；根系长度、侧根级数根据微型高清摄像头24拍摄的图像采用计算机软件3D成像转换所得。
步骤4，评价阶段：
步骤4.1，采用赋分法，对所述的测试参数划分的区间赋不同的分数，并计算总分；
步骤4.2，基材自身性能评价指标赋分表如表1所示；
表1基材自身性能评价指标赋分表
其中，ΔW为该植物发芽最适含水量与W差值的绝对值，RW’为RW2和RW1的比值，ΔT为该植物生长最适温度与T差值的绝对值，ΔE为该植物生长最适孔隙度与E差值的绝对值，ΔK为该植物生长最适透水率与K差值的绝对值，ΔRO1为该植物生长最适有机质含量与RO1差值的绝对值，RO’为RO1和RO2的比值，ΔRN1为该植物生长最适氮含量与RN1差值的绝对值，RN’为RN2和RN1的比值，ΔRP1为该植物生长最适磷含量与RP1差值的绝对值，RP’为RP2和RP1的比值，ΔRK1为该植物生长最适钾含量与RK1差值的绝对值，RK’为RK1和RK2的比值；
根据表1各参数所处的区间进行线性换算得到各参数的赋分分数，并按照a1＝0.5a1-1+0.5a1-2、a6＝0.5a6-1+0.5a6-2、a7＝0.5a7-1+0.5a7-2、a8＝0.5a8-1+0.5a8-2、a9＝0.5a9-1+0.5a9-2计算a1、a6、a7、a8和a9的得分；
例如，ΔW＝13g/kg，在区间(10,20]，a1-1赋分范围应为[65,80)，
步骤4.3，植物生长整体参数赋分表如表2所示；
表2植物生长整体参数赋分表
其中，RG’为RG与该植物最大生长速率的比值，H’为H与该植物最大生长高度的比值；
根据表2各参数所处的区间进行线性换算得到各参数的赋分分数；
步骤4.4，植物茎叶参数赋分表如表3所示；
表3植物茎叶参数赋分表
其中，DW’为DW与该类植物最大叶干重的比值，LW’为LW与该类植物最大叶片厚度的比值，LAI’为LAI与该类植物最大生长速率的比值，QC’为QC与该类植物最大日固碳量的比值，QO’为QO与该类植物最大日释氧量的比值；
根据表3各参数所处的区间进行线性换算得到各参数的赋分分数；
步骤4.5，植物根系参数赋分表如表4所示：
表4植物根系参数赋分表
其中，RL’为RL与该类植物最大根系长度的比值，RT1’为RT1与该类植物最大根系抗拉强度的比值，RA’为RA与该类植物最大根系活力的比值，RT2’为RT2与该类植物最大根系抗拔力的比值，ΔLRS为LRS与该类植物最大侧根级数的差值；
步骤4.6，根据表4各参数所处的区间进行线性换算得到各参数的赋分分数；
步骤4.7，考虑不同因素对基材植生效果的大小，计算综合评价量化指数Z：
(1)基材自身性能参数总分：A＝0.12(a1+a2+a3+a4+a5)+0.1(a6+a7+a8+a9)；
(2)植物生长整体参数总分：Y＝0.25(y1+y2+y3+y4)；
(3)植物茎叶参数总分：D＝0.2(d1+d2+d3+d4+d5)；
(4)植物根系参数总分：F＝0.2(f1+f2+f3+f4+f5)；
(5)植物生长状态总分：B＝0.4Y+0.3D+0.3F；
(6)基材最终得分：
步骤4.8，基材植生效果等级划分表如表5所示；
表5基材植生效果等级划分表
| 量化指数Z | [0,50] | (50,65] | (65,80] | (80,100] |
| 等级 | 差 | 中 | 良 | 优 |
根据表5量化指数Z所处区间，判定复绿基材植生性能等级。
本发明的具体实施方式中凡未涉及到的说明属于本领域的公知技术，可参考公知技术加以实施。
本发明经反复试验验证，取得了满意的试用效果。
以上具体实施方式及实施例是对本发明提出的一种生态脆弱区复绿基材植生性能测试装置及评价方法技术思想的具体支持，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在本技术方案基础上所做的任何等同变化或等效的改动，均属于本发明技术方案保护的范围。
Claims (10)
1.一种生态脆弱区复绿基材植生性能测试装置，其特征在于：包括样品室(1)、基材(11)、植物培育***、底座(5)、支撑框架(14)、数据采集***和评价***；
所述样品室(1)用于盛放基材(11)，基材(11)底部向下依次铺设砂垫层(2)、透水结构(3)和集水腔(4)；所述集水腔(4)侧端设有出水管(13)，所述出水管(13)设有止水阀(12)；所述样品室(1)固定于底座(5)上；
所述植物培育***包括辅助植生管(6)和降雨***；所述辅助植生管(6)为由多孔柔性材料(17)和刚性组构(16)组成的筒体结构；所述辅助植生管(6)均匀布设在基材(11)中；所述降雨***包括降雨喷头(9)和输水管(15)，所述降雨喷头(9)连接于输水管(15)并均匀布设在基材(11)正上方，所述输水管(15)固定在支撑框架(14)上，所述支撑框架(14)连接于底座(5)上；
所述数据采集***包括高清摄像头(10)、微型高清摄像头(24)、红外传感装置(8)、传感器***(7)、光合仪(25)和数据交换器(22)；所述高清摄像头(10)布设在基材(11)正上方，固定在输水管(15)上；所述微型高清摄像头(24)设置于刚性组构(16)上；所述红外传感装置(8)固定于支撑框架(14)上；所述传感器***(7)包括温湿度传感器(18)、pH传感器(19)、氮磷钾传感器(20)和有机质传感器(21)，均匀埋设于基材(11)中；所述光合仪(25)固定于支撑框架(14)顶端；所述高清摄像头(10)、微型高清摄像头(24)、红外传感装置(8)、传感器***(7)和光合仪(25)通过无线电信号将信息传送给数据交换器(22)；
所述评价***包括计算机(23)，所述数据交换器(22)通过无线电信号将转换结果传送至计算机(23)；计算机(23)对接收到的数据进行处理分析并形成评价结果。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述辅助植生管(6)的刚性组构(16)包括环套、空腔管柱和切环；空腔管柱上下分别连接到环套和切环形成刚性筒体骨架；多孔柔性材料(17)布设于空腔管柱之间；所述切环为环形圈，圈口一端削薄成刀刃。
3.一种利用如权利要求1或2所述的装置评价复绿基材植生性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)准备阶段：准备待测基材、绿植种子，确定复绿基材应用地区的降雨时间、降雨强度和降雨频次；
(2)绿植种植阶段：将基材填放于样品室中，在基材中均匀插放辅助植生管；播撒绿植种子，使其均布基材表面，并铺设土壤；启动传感器***，监测基材参数；开启降雨***；
(3)数据采集阶段：统计发芽率，记录基材的监测参数数据包括发芽率GP、含水量的初始值W，保水率的初始值RW1和终值RW2，温度的初始值T，水分入渗速率的初始值K，孔隙度的初始值E，酸碱度的初始值V，有机质含量的初始值RO1和终值RO2，氮含量的初始值RN1和终值RN2，磷含量的初始值RP1和终值RP2，钾含量的初始值RK1和终值RK2，以及植物的生长速率RG，植物覆盖率C，最终的生长高度H，叶干重DW，叶片厚度LW，叶面积指数LAI，植物日固碳量QC，植物日释氧量QO，根系长度RL，根系抗拉强度RT1，根系活力RA，根系抗拔力RT2，侧根级数LRS；
(4)评价阶段：采用赋分法对监测参数进行赋分，并计算基材自身性能总分A、植物生长整体参数总分Y、植物茎叶参数总分D和植物根系参数总分F；计算植物生长状态总分基材最终得分B，B＝0.4Y+0.3D+0.3F,进一步计算得到基材最终得分Z，
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)包括以下子步骤：
步骤1.1，准备待测基材，并确定基材的土壤类型；
步骤1.2，准备绿植种子，并确定该类植物在该类型土壤中发芽最适含水量、温度、透水性、孔隙度、酸碱度、有机质含量及氮、磷、钾含量，以及该植物长成后的状态参数和功能性状，包括最大生长速率、生长高度和根系深度，最大叶干重、叶片厚度和叶面积指数，最大日固碳和释氧量以及最大根系抗拉、抗拔强度、根系活力和侧根级数；
步骤1.3，确定复绿基材应用地区的降雨时间、降雨强度和降雨频次。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述步骤(3)包括以下子步骤：
步骤3.1，绿植种子发芽后，统计发芽率，并记录为GP；
步骤3.2，启动高清摄像头(10)、微型高清摄像头(24)、红外传感装置(8)和光合仪(25)，监测植物生长状态及功能性状变化；
步骤3.3，根据收集的气象资料，按实际情况对基材(11)进行降雨；
步骤3.4，在评价模块上观察数据交换器(22)传输的数据并记录；
步骤3.5，植物长势稳定后，在计算机(23)上观察数据交换器(22)传输的数据变化情况，并记录基材(11)含水量的初始值W，保水率的初始值RW1和终值RW2，温度的初始值T，水分入渗速率的初始值K，孔隙度的初始值E，酸碱度的初始值V，有机质含量的初始值RO1和终值RO2，氮含量的初始值RN1和终值RN2，磷含量的初始值RP1和终值RP2，钾含量的初始值RK1和终值RK2；
步骤3.6，植物长势稳定后，在计算机(23)上观察数据交换器(22)传输的数据变化情况，并记录植物的生长速率RG，植物覆盖率C，最终的生长高度H，叶干重DW，叶片厚度LW，叶面积指数LAI，植物日固碳量QC，植物日释氧量QO，根系长度RL，根系抗拉强度RT1，根系活力RA，根系抗拔力RT2，侧根级数LRS。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)中，基材自身性能评价指标赋分按照表1进行赋分；
表1基材自身性能评价指标赋分表
其中，ΔW为该植物发芽最适含水量与W差值的绝对值，RW’为RW2和RW1的比值，ΔT为该植物生长最适温度与T差值的绝对值，ΔE为该植物生长最适孔隙度与E差值的绝对值，ΔK为该植物生长最适透水率与K差值的绝对值，ΔRO1为该植物生长最适有机质含量与RO1差值的绝对值，RO’为RO1和RO2的比值，ΔRN1为该植物生长最适氮含量与RN1差值的绝对值，RN’为RN2和RN1的比值，ΔRP1为该植物生长最适磷含量与RP1差值的绝对值，RP’为RP2和RP1的比值，ΔRK1为该植物生长最适钾含量与RK1差值的绝对值，RK’为RK1和RK2的比值；
根据表1各参数所处的区间进行线性换算得到各参数的赋分分数，并按照a1＝0.5a1-1+0.5a1-2、a6＝0.5a6-1+0.5a6-2、a7＝0.5a7-1+0.5a7-2、a8＝0.5a8-1+0.5a8-2、a9＝0.5a9-1+0.5a9-2计算a1、a6、a7、a8和a9的得分；再计算基材自身性能参数总分A＝0.12(a1+a2+a3+a4+a5)+0.1(a6+a7+a8+a9)。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)中，植物生长整体参数按照表2进行赋分，
表2植物生长整体参数赋分表
其中，RG’为RG与该植物最大生长速率的比值，H’为H与该植物最大生长高度的比值；
根据表2各参数所处的区间进行线性换算得到各参数的赋分分数；再计算植物生长整体参数总分：Y＝0.25(y1+y2+y3+y4)。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述步骤(4)中，植物茎叶参数按照表3进行赋分，
表3植物茎叶参数赋分表
其中，DW’为DW与该类植物最大叶干重的比值，LW’为LW与该类植物最大叶片厚度的比值，LAI’为LAI与该类植物最大生长速率的比值，QC’为QC与该类植物最大日固碳量的比值，QO’为QO与该类植物最大日释氧量的比值；
根据表3各参数所处的区间进行线性换算得到各参数的赋分分数；再计算植物茎叶参数总分：D＝0.2(d1+d2+d3+d4+d5)。
9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述步骤(4)中，植物根系参数按照表4进行赋分，
表4植物根系参数赋分表
其中，RL’为RL与该类植物最大根系长度的比值，RT1’为RT1与该类植物最大根系抗拉强度的比值，RA’为RA与该类植物最大根系活力的比值，RT2’为RT2与该类植物最大根系抗拔力的比值，ΔLRS为LRS与该类植物最大侧根级数的差值；
根据表4各参数所处的区间进行线性换算得到各参数的赋分分数；再进一步计算植物根系参数总分：F＝0.2(f1+f2+f3+f4+f5)。
10.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述步骤(4)中，根据基材最终得分Z划分和评价复绿基材植生性能等级：
Z∈[0,50]，等级为差；Z∈(50,65]，等级为中；Z∈(65,80]，等级为良；Z∈(80,100]，等级为优。
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