一種用于研究根系應對垂直障礙的試驗裝置及其試驗方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于研究根系應對垂直障礙的試驗裝置，包括用于植物苗木生長的透明圓筒容器，所述圓筒容器內(nèi)沿豎直方向排列設置有若干個透明隔層以將圓筒容器內(nèi)部分隔成多個用于填充培養(yǎng)基質(zhì)的分層區(qū)域，每個隔層上設置有連通上下兩相鄰分層區(qū)域的通孔，每個分層區(qū)域所對應的圓筒容器側(cè)壁上開設有測試孔。同時本發(fā)明還提供一種用于研究根系應對垂直障礙的試驗方法。該用于研究根系應對垂直障礙的試驗裝置整體結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，取材和制作方便，模擬自然環(huán)境，研究根系如何啟動形態(tài)生理學響應策略以應對生長逆境，尤其是試驗植物根系應對垂直方向固體障礙的能力，提高困難立地條件下造林成功率。
【專利說明】一種用于研究根系應對垂直障礙的試驗裝置及其試驗方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于研究根系應對垂直障礙的試驗裝置及其試驗方法，屬于困難 立地條件下綠化造林技術的研究領域。

【背景技術】
[0002] 近年來，我國森林覆蓋率大幅度提高，一些較易造林地區(qū)已基本上完成了造林任 務。然而，隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人類對林地的破壞仍十分嚴重，形成了諸如礦山廢棄 地、裸露山體、采石場、建筑垃圾填埋場等大面積石質(zhì)的困難立地。如何提高這些困難立地 的造林成功率，增加綠化面積是當前林業(yè)工作者急需解決的問題。以礦山廢棄地為例，人類 對礦產(chǎn)資源的需求日益增大，對礦產(chǎn)資源的開采不可避免地會對植被和土地產(chǎn)生破壞，露 天開采、地面塌陷、采選礦廢棄物的堆存產(chǎn)生了大量的礦山廢棄地。據(jù)地礦部門初步統(tǒng)計， 全國礦區(qū)累計破壞土地面積達288萬hm 2,每年以大約4. 67萬hm2的速度增大。礦山廢棄地 不僅帶來了重金屬污染、水土流失、地質(zhì)災害隱患加重等一系列環(huán)境問題，還導致綠化造林 成活率、保存率不高，這主要是由于根系生長過程中常常遭遇石質(zhì)等土壤固體障礙，造成根 系吸收的養(yǎng)分、水分無法滿足地上部生長需求，以致林分生長緩慢，穩(wěn)定性差，林分質(zhì)量低， 不能發(fā)揮出較高的效益。
[0003] 然而，在長期進化過程中，有些植物對石質(zhì)障礙等土壤逆境的感知能力特別強，并 能迅速啟動應對策略，包括形態(tài)可塑性、生理可塑性、菌根可塑性等，一些植物還可以通過 調(diào)節(jié)根系中細根的直徑、分枝角、節(jié)間距以及空間構(gòu)型來實現(xiàn)對土壤固體障礙的規(guī)避、繞行 等應對策略。可見，如何通過研究充分挖掘植物根系應對土壤固體障礙的潛在能力，對提高 困難立地條件下造林成功率，實現(xiàn)困難立地植被快速恢復具重要理論及實踐意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種用于研究根系應對垂直障礙的試驗裝置及其 試驗方法，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，模擬自然環(huán)境，研究植物根系應對垂直方向固體障礙的能 力，提高困難立地條件下造林成功率。
[0005] 本發(fā)明采用以下方案實現(xiàn)：一種用于研究根系應對垂直障礙的試驗裝置，包括用 于植物苗木生長的透明圓筒容器，所述圓筒容器內(nèi)沿堅直方向排列設置有若干個透明隔層 以將圓筒容器內(nèi)部分隔成多個用于填充培養(yǎng)基質(zhì)的分層區(qū)域，每個隔層上設置有連通上下 兩相鄰分層區(qū)域的通孔，每個分層區(qū)域所對應的圓筒容器側(cè)壁上開設有測試孔。
[0006] 進一步的，所述圓筒容器外側(cè)壁與每個測試孔對應處設有遮蓋在測試孔上的錫 紙。
[0007] 進一步的，所述圓筒容器內(nèi)設置有兩個透明隔層，分別是自上而下排布的第一隔 層和第二隔層以將圓筒容器內(nèi)部三個分層區(qū)域，分別是自上而下排布的第一分層區(qū)域、第 二分層區(qū)域和第三分層區(qū)域。
[0008] 進一步的，所述第一隔層上緊靠圓筒容器內(nèi)側(cè)壁處設有一圓孔A，所述第二隔層上 位于所述圓孔A的正下方設有一直徑與圓孔A相同的圓孔B，所述圓孔B所在的直徑方向上 還排列有若干個直徑與圓孔B相同的圓孔C。
[0009] 進一步的，所述圓孔B和圓孔C在其所在的直徑方向上是等距排列的。
[0010] 同時，本發(fā)明還提供一種用于研究根系應對垂直障礙的試驗方法，采用如上所述 的一種用于研究根系應對垂直障礙的試驗裝置，并按以下步驟進行：（1)準備預定數(shù)量的 該試驗裝置并將其分成若干批；（2)在每個試驗裝置的每個分層區(qū)域內(nèi)放置有相同養(yǎng)分的 培養(yǎng)基質(zhì)，最上方分層區(qū)域內(nèi)播種或栽植預定數(shù)量品質(zhì)優(yōu)良的植物種子或移植苗木；（3) 定期利用水勢測定儀通過每個試驗裝置上測試孔測定不同分層區(qū)域的水勢，并及時向水勢 偏低的分層區(qū)域內(nèi)補充水分或營養(yǎng)液，保證所有試驗裝置的分層區(qū)域具相同水勢；（4)定 期取出一批的試驗裝置，對每個分層區(qū)域內(nèi)的根系進行形態(tài)生理學指標測定，以觀測根系 應對垂直障礙時順利穿透不同通孔的能力及生長狀態(tài)；（5)記錄不同批次每個試驗裝置上 各分層區(qū)域內(nèi)、各通孔處根系的分布及生長情況。
[0011] 進一步的，所述步驟（4)中形態(tài)生理學指標測定的方法是通過數(shù)字化掃描儀掃描 各根系圖像，應用圖像分析軟件對各分層區(qū)域生長的根系進行定量分析；并利用氣相色譜 儀對各分層區(qū)域生長根系的生理指標進行定量分析。
[0012] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，取 材和制作方便，模擬自然環(huán)境，當植物根系向地垂直生長過程中遭遇石質(zhì)、礦渣、塑料制品 廢棄物等固體障礙時，研究根系如何啟動形態(tài)生理學響應策略以應對該生長逆境，尤其是 試驗植物根系應對垂直方向固體障礙的能力，提高困難立地條件下造林成功率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖1是本發(fā)明實施例構(gòu)造示意圖； 圖中標號說明：1-圓筒容器、2-測試孔、3-第一隔層、4-第二隔層、5-第一分層區(qū)域、 6-第二分層區(qū)域、7-第三分層區(qū)域、8-圓孔A、9-圓孔B、10-圓孔C。

【具體實施方式】
[0014] 為使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下將通過具體實施例和相 關附圖，對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0015] 如圖1所示，一種用于研究根系應對垂直障礙的試驗裝置，包括用于植物苗木生 長的透明圓筒容器1，所述圓筒容器1內(nèi)沿堅直方向排列設置有若干個透明隔層以將圓筒 容器內(nèi)部分隔成多個用于填充培養(yǎng)基質(zhì)的分層區(qū)域，所述圓筒容器1和隔層采用透光不透 水的硬質(zhì)板材(如玻璃等）制成，以模擬根系垂直生長過程中遭遇的土壤固體障礙。每個隔 層上設置有連通上下兩相鄰分層區(qū)域的以根系自由穿透的通孔，每個分層區(qū)域所對應的圓 筒容器側(cè)壁上開設有測試孔2,用于觀測根系生長狀況、采集試驗樣品以及補充水分或營養(yǎng) 液。
[0016] 在本實施例中，所述圓筒容器1外側(cè)壁與每個測試孔2對應處設有遮蓋在測試孔 上的錫紙，以防止水分的流失，每個測試孔2位于對應分層區(qū)域垂直方向上的中心位置。
[0017] 在本實施例中，所述圓筒容器內(nèi)設置有兩個透明隔層，分別是自上而下排布的第 一隔層3和第二隔層4以將圓筒容器內(nèi)部三個分層區(qū)域，分別是自上而下排布的第一分層 區(qū)域5、第二分層區(qū)域6和第三分層區(qū)域7,觀測研究各個分層區(qū)域內(nèi)根系的生長情況，尤其 是研究根系遭受垂直障礙的影響之后，根系在不同土壤深度的各個分層區(qū)域內(nèi)分布的均勻 性、以及相對于莖的位置的對稱性。
[0018] 在本實施例中，所述第一隔層3上緊靠圓筒容器1內(nèi)側(cè)壁處設有一圓孔A (8)，所 述第二隔層4上位于所述圓孔A (8)的正下方設有一直徑與圓孔A (8)相同的圓孔B (9)， 所述圓孔B (9)所在的直徑方向上還排列有若干個直徑與圓孔B (9)相同的圓孔C (10); 第一隔層上的所述通孔即為圓孔A，第二隔層上的所述通孔即為圓孔B和圓孔C;其中圓孔 A用于模擬土壤中固體障礙之間形成的形態(tài)或大小各異的空隙，用于研究植物根系垂直向 地生長至第一分層區(qū)域5時，當部分根系遭遇第一隔層的阻礙，這部分根系是否會通過啟 動形態(tài)生理對策向圓孔A聚集生長，從而規(guī)避或繞行了第一隔層所形成的障礙；當根系穿 過圓孔A進入第二分層區(qū)域6之后，我們需要研究根系通過圓孔B垂直向地生長的拓殖深 度，還有，需要研究根系在第二分層區(qū)域內(nèi)的拓殖廣度，即聚集穿過圓孔A的根系的生長方 向是否獲得調(diào)整，使根系的空間分布格局相對于莖的位置呈規(guī)則性、對稱性，從而通過距圓 孔B不同距離的若干圓孔C均勻地聚集并向第三分層區(qū)域生長；綜合分析上述根系的生長 情況可揭示出植物根系應對垂直障礙的形態(tài)生理學策略。
[0019] 在本實施例中，所述圓孔B (9)和圓孔C (10)在其所在的直徑方向上是等距排列 的，用于研究觀測第二分層區(qū)域6內(nèi)根系穿過第二隔層4的均勻性。
[0020] 如圖1所示，一種用于研究根系應對垂直障礙的試驗方法，包括如上所述的一種 用于研究根系應對垂直障礙的試驗裝置，并按以下步驟進行：（1)準備預定數(shù)量的該試驗 裝置并將其分成若干批；（2)在每個試驗裝置的每個分層區(qū)域內(nèi)放置有相同養(yǎng)分的培養(yǎng)基 質(zhì)，最上方分層區(qū)域內(nèi)播種播種或栽植預定數(shù)量品質(zhì)優(yōu)良的植物種子(如松柏種子等）或移 植苗木(如松柏苗木等）；（3)定期利用水勢測定儀通過每個試驗裝置上測試孔測定不同分 層區(qū)域的水勢，并及時向水勢偏低的分層區(qū)域內(nèi)補充水分或營養(yǎng)液，保證所有試驗裝置的 分層區(qū)域具相同水勢；測試并補充完畢采用錫紙將測試窗封住，以防止水分的流失；（4)定 期取出一批的試驗裝置，對每個分層區(qū)域內(nèi)的根系進行形態(tài)生理學指標測定，以觀測根系 應對垂直障礙時順利穿透不同通孔的能力及生長狀態(tài)；（5)記錄不同批次每個試驗裝置上 各分層區(qū)域內(nèi)、各通孔處根系的分布及生長情況。
[0021] 在本實施例中，所述步驟（4)中形態(tài)生理學指標測定的方法是通過數(shù)字化掃描儀 掃描各根系圖像，應用圖像分析軟件對各分層區(qū)域生長的根系進行定量分析；并利用氣相 色譜儀對各分層區(qū)域生長根系的生理指標(如內(nèi)源激素、有機酸等）進行定量分析。
[0022] 上列較佳實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點進行了進一步詳細說明，所應 理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于研究根系應對垂直障礙的試驗裝置，其特征在于：包括用于植物苗木生長 的透明圓筒容器，所述圓筒容器內(nèi)沿堅直方向排列設置有若干個透明隔層以將圓筒容器內(nèi) 部分隔成多個用于填充培養(yǎng)基質(zhì)的分層區(qū)域，每個隔層上設置有連通上下兩相鄰分層區(qū)域 的通孔，每個分層區(qū)域所對應的圓筒容器側(cè)壁上開設有測試孔。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于研究根系應對垂直障礙的試驗裝置，其特征在于：所述 圓筒容器外側(cè)壁與每個測試孔對應處設有遮蓋在測試孔上的錫紙。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于研究根系應對垂直障礙的試驗裝置，其特征在于： 所述圓筒容器內(nèi)設置有兩個透明隔層，分別是自上而下排布的第一隔層和第二隔層以將圓 筒容器內(nèi)部分隔成三個分層區(qū)域，分別是自上而下排布的第一分層區(qū)域、第二分層區(qū)域和 第三分層區(qū)域。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于研究根系應對垂直障礙的試驗裝置，其特征在于：所述 第一隔層上緊靠圓筒容器內(nèi)側(cè)壁處設有一圓孔A，所述第二隔層上位于所述圓孔A的正下 方設有一直徑與圓孔A相同的圓孔B，所述圓孔B所在的直徑方向上還排列有若干個直徑與 圓孔B相同的圓孔C。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于研究根系應對垂直障礙的試驗裝置，其特征在于：所述 圓孔B和圓孔C在其所在的直徑方向上是等距排列的。
6. -種用于研究根系應對垂直障礙的試驗方法，其特征在于：采用權(quán)利要求1飛所述 任一種用于研究根系應對垂直障礙的試驗裝置，并按以下步驟進行：（1)準備預定數(shù)量的 該試驗裝置并將其分成若干批；（2)在每個試驗裝置的每個分層區(qū)域內(nèi)放置有相同養(yǎng)分的 培養(yǎng)基質(zhì)，最上方分層區(qū)域內(nèi)播種或栽植預定數(shù)量品質(zhì)優(yōu)良的植物種子或移植苗木；（3) 定期利用水勢測定儀通過每個試驗裝置上測試孔測定不同分層區(qū)域的水勢，并及時向水勢 偏低的分層區(qū)域內(nèi)補充水分或營養(yǎng)液，保證所有試驗裝置的分層區(qū)域具相同水勢；（4)定 期取出一批的試驗裝置，對每個分層區(qū)域內(nèi)的根系進行形態(tài)生理學指標測定，以觀測根系 應對垂直障礙時順利穿透不同通孔的能力及生長狀態(tài)；（5)記錄不同批次每個試驗裝置上 各分層區(qū)域內(nèi)、各通孔處根系的分布及生長情況。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于研究根系應對垂直障礙的試驗方法，其特征在于：所述 步驟（4)中形態(tài)生理學指標測定的方法是通過數(shù)字化掃描儀掃描各根系圖像，應用圖像分 析軟件對各分層區(qū)域生長的根系進行定量分析；并利用氣相色譜儀對各分層區(qū)域生長根系 的生理指標進行定量分析。
【文檔編號】A01G31/02GK104137761SQ201410363552
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月29日
【發(fā)明者】吳鵬飛, 鄒顯花, 侯曉龍, 劉愛琴 申請人:福建農(nóng)林大學