一种用于研究根系垂直方向觅养行为的试验装置及方法

摘要

本发明涉及一种用于研究根系垂直方向觅养行为的试验装置及方法，包括用于移植植物苗木的中心圆筒和同心套置在中心圆筒外侧的外圆筒，其特征在于：所述两同心圆筒之间的区域沿轴线方向自下而上依次设置有若干个水平隔层，所述两同心圆筒之间的区域沿径向方向布设有若干个竖直隔层，以分隔出若干个用于放置不同养分的养分斑块的扇形区域，外圆筒周壁上相应布设有通往各个扇形区域的放料孔，所述两同心圆筒的筒壁、水平隔层和竖直隔层均为玻璃纤维网，所述玻璃纤维网上涂布有琼脂，以让植物根系能顺利穿过玻璃纤维网的同时阻隔不同扇形区域内养分的流动。利用该试验装置可以在最接近自然的状态下，研究植物在根际养分随时间消耗殆尽后，其根系由近及远感应开拓新养分斑块的能力，尤其是试验植物根系垂直觅养的能力。

说明书

技术领域

本发明涉及植物觅养行为的研究领域，主要涉及植物根系垂直方向觅养行为的研究，具体的说是一种用于研究根系垂直方向觅养行为的试验装置及方法。

背景技术

土壤有效养分含量是生态系统的重要属性之一，而土壤养分空间异质性普遍存在于自然生态系统中，土壤有效养分含量的空间尺度变化较大，可达到被植物个体根系感知的范围。植物在长期进化过程中，为了最大限度地获取土壤资源，对养分的空间异质性产生各种可塑性反应，包括形态可塑性、生理可塑性、菌根可塑性等。许多植物种的根系在养分丰富的斑块中大量增生，增生程度种间差异较大，并受斑块属性(斑块大小、养分浓度)、营养元素种类和养分总体供应状况的影响。植物还通过调整富养斑块中细根的直径、分枝角、节间距以及空间构型来实现斑块养分的高效利用。

发明内容

本发明提供一种用于研究根系垂直方向觅养行为的试验装置及方法，利用该试验装置可以在最接近自然的状态下，研究植物在根际养分随时间消耗殆尽后，其根系由近及远感应开拓新养分斑块的能力，尤其是试验植物根系垂直觅养的能力。

本发明的技术方案在于：一种用于研究根系垂直方向觅养行为的试验装置，包括用于移植植物苗木的中心圆筒和同心套置在中心圆筒外侧的外圆筒，其特征在于：所述两同心圆筒之间的区域沿轴线方向自下而上依次设置有若干个水平隔层，所述两同心圆筒之间的区域沿径向方向布设有若干个竖直隔层，以分隔出若干个用于放置不同养分的养分斑块的扇形区域，外圆筒周壁上相应布设有通往各个扇形区域的放料孔，所述两同心圆筒的筒壁、水平隔层和竖直隔层均为玻璃纤维网，所述玻璃纤维网上涂布有琼脂，以让植物根系能顺利穿过玻璃纤维网的同时阻隔不同扇形区域内养分的流动。

作为一优选方案，所述的若干个水平隔层为4个水平隔层，所述的若干个竖直隔层为4个竖直隔层，所述内外两同心圆筒和水平隔层、竖直隔层共同构成16个扇形区域。

作为一优选方案，所述放料孔设置在每个扇形区域的中心位置，所述放料孔上遮盖锡纸，以防止水分的流失。

本发明的另一技术方案在于：一种用于研究根系垂直方向觅养行为的试验方法，包括上述的试验装置，其特征在于，按以下步骤进行：

（1）取一定数量的长势相同的植物苗木，将植物苗木移入到上述试验装置的中心圆筒内，并在每个试验装置的扇形区域内对应放置有不同养分的养分斑块；

（2）将上述放置有植物苗木和养分斑块的试验装置分成若干批；

（3）定期采用注射器注射的方法向每个试验装置的扇形区域内补充水分或营养液，注射完毕后，采用锡纸将放料孔封住，以防止水分的流失；

（4）定期取出一批的试验装置进行观测：取每个扇形区域内的根系进行生理及形态指标的测定；

（5）记录试验数据：不同时间段各扇形区域内根系的分布及生长情况。

作为一优选方案，上述步骤（4）为取每个扇形区域的根系，通过数字化扫描仪扫描各根系图像，应用图像分析软件对各层根系进行定量分析，同时进行相关生理指标的测定。

本发明的优点在于：本发明的试验装置可以在最接近自然的状态下，研究植物在根际养分随时间消耗殆尽后，其根系由近及远感应开拓新养分斑块的能力，尤其是试验植物根系垂直觅养的能力。其整体结构简单，造价低廉，取材和制作方便。

附图说明

图1是本发明的试验装置的结构示意图。

图中：1—中心圆筒，2—外圆筒，3—水平隔层，4—竖直隔层，5—扇形区域，6—放料孔。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。

如图1所示本发明的试验装置的结构示意图，该图的一侧部采用透视的方式表示，以充分展示本发明的层架结构，另一侧部是外形的图示。

本发明的一种用于研究根系垂直方向觅养行为的试验装置，包括用于移植植物苗木的中心圆筒1和同心套置在中心圆筒外侧的外圆筒2，其特征在于：所述两同心圆筒1和2之间的区域沿轴线方向自下而上依次设置有若干个水平隔层3，所述两同心圆筒1和2之间的区域沿径向方向布设有若干个竖直隔层4，以分隔出若干个用于放置不同养分的养分斑块的扇形区域5，外圆筒2周壁上相应布设有通往各个扇形区域的放料孔6，所述两同心圆筒的筒壁、水平隔层3和竖直隔层4均为玻璃纤维网，所述玻璃纤维网上涂布有琼脂，以让植物根系能顺利穿过玻璃纤维网的同时阻隔不同扇形区域内养分的流动。

作为一优选方案，所述的若干个水平隔层为4个水平隔层，所述的若干个竖直隔层为4个竖直隔层，所述内外两同心圆筒和水平隔层、竖直隔层共同构成16个扇形区域。

作为一优选方案，所述放料孔设置在每个扇形区域的中心位置，所述放料孔上遮盖锡纸，以防止水分的流失。

本发明的一种用于研究根系垂直方向觅养行为的试验方法，包括上述的试验装置，其特征在于，按以下步骤进行：

（1）取一定数量的长势相同的植物苗木，将植物苗木移入到上述试验装置的中心圆筒1内，并在每个试验装置的扇形区域内对应放置有不同养分的养分斑块；

（2）将上述放置有植物苗木和养分斑块的试验装置分成若干批；

（3）定期采用注射器注射的方法向每个试验装置的扇形区域内补充水分或营养液，注射完毕后，采用锡纸将放料孔6封住，以防止水分的流失；

（4）定期取出一批的试验装置进行观测：取每个扇形区域内的根系进行生理及形态指标的测定；

（5）记录试验数据：不同时间段各扇形区域内根系的分布及生长情况。

作为一优选方案，上述步骤（4）为取每个扇形区域的根系，通过数字化扫描仪扫描各根系图像，应用图像分析软件对各层根系进行定量分析，同时进行相关生理指标的测定。

更具体的实施方式如下：

研究杉木对于磷元素的觅养行为：将杉木苗木移入由两个同心圆筒构成的砂培装置内筒（非处理区）中，内筒壁及隔层为孔径2mm的玻璃纤维筛网材料，杉木主根和须根均能顺利穿透。进行土壤异质磷处理时，分别在每层其中一个扇形的外环区域（处理区）中施入粒状长效缓释磷源斑块，四层之间各自选择的扇形位置互不重复。砂培基质为钒土(Al₂O₃，过28-48目)以1.5%的比例与石英砂混匀，装盆之前需对矾土进行脱磷处理，先用清水冲洗矾土至水无浑浊，再用0.01mol/L HCl浸泡24h，之后再用清水将矾土表面酸冲洗干净，用0.01mol/L HCl浸泡24h，如此重复处理十次，以保证将矾土中的磷充分洗脱，风干待用。石英砂也应用清水洗净以确保其磷充分洗脱。磷源斑块所用基质用不同浓度的KH₂PO??₄浸泡混合砂土，利用钒土能有效吸附磷并能缓慢均匀释放有效磷的特性，控制栽培介质对有效磷的供应，施入的KH₂PO??₄先用蒸馏水溶解，矾土与溶液混合浸泡24h，再加入定量后的干沙混合均匀。试验期间进行除磷素外的正常营养液和水分供应，从试验装置侧面在每个扇形的中心位置进行钻孔处理，并采用注射器等量注射的方法，以保证试验处理过程中水分或营养液的供应，注射完毕后利用锡纸遮盖，以防止水分的流失。试验处理时间结束后，将装置进行分层及分斑块处理，取每个扇形斑块的根系，通过数字化扫描仪扫描各根系图像，应用图像分析软件对各层根系进行定量分析，同时进行相关生理指标的测定。

本发明不局限上述最佳实施方式，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。