一种用于植物根际环境研究的根箱实验装置

摘要

本发明公开了一种用于植物根际环境研究的根箱实验装置。包括前挡板、后挡板、U型根际隔板、尼龙网、土壤水收集管、持水底座、紧固螺丝、透气孔、进水孔；尼龙网附在U型根际隔板表面上，U型根际隔板和尼龙网位于前挡板和后挡板之间，并由紧固螺丝拧紧固定，U型根际隔板侧边设有土壤水收集孔，持水底座位于最底部。本发明根箱装置的每个隔板、持水底座都具有可拆卸性，可重复利用，解决了植物根际环境研究中土样、土壤水样采集的技术难题，进一步简化、准确化了毫米级别根际微域土壤和不同区域土壤水的采集方法，有利于研究作物根系不同位置的分异特征，有利于进一步准确研究根土界面行为。

说明书

技术领域

本发明涉及根箱实验装置技术领域，具体是涉及一种用于植物根际环境研究的根箱实验装置。

背景技术

根际是植物根系和土壤进行养分和能量交换的重要区域，是土壤微生物最活跃的场所，是受作物根系生长影响，同时又影响作物养分的吸收与运转的特定区域。根系分泌的有机酸、糖类、酶等物质溶解在土壤水之后强烈影响土壤中的有机、重金属类污染物质的赋存、迁移、转化过程及规律。因此，根际微域一直是国内外土壤学、植物营养学、农学、环境学等多学科研究的焦点之一。

对于根际土壤的取样方法，过去已有较多研究。传统的方法以抖动分离为主，但无法避免取样量不均一、量化不科学对实验准确性的影响。也有学者采用冷冻切片法，然而切片厚度不易控制，且切片时会对土壤产生挤压变形，同时速冻过程会改变土壤的养分情况和微生物活性。现多有报道采用多隔层根箱，通过尼龙网将土壤分为根际土壤与非根际土壤，通过隔层紧密相贴，进行毫米级采样，但迄今的研究对于根际和非根际土壤区域的区分尚无准确界定，所以固定尺寸的根箱很难做到与根际和非根际土壤的匹配研究，根箱做的太大即可能浪费，根箱做的太小即可能对根际区界定不完全。对于根际土壤水的取样方法，过去也有较多研究。传统的方法以取出土壤离心为主，但这会破坏土壤状态，且植物生长期内无法取样。也有学者或机构采用土壤水取样器采取土壤水样，但是对根际与非根际土壤、土壤水相结合进行取样的研究鲜有报道。

发明内容

本发明提供了一种用于植物根际环境研究的根箱实验装置，采用本装置能准确方便的对距根际不同距离的土壤及土壤水进行取样，研究根系生长不同区域的分异特征。

本发明的技术方案是，一种用于植物根际环境研究的根箱实验装置，包括前挡板、后挡板、U型根际隔板、尼龙网、土壤水收集管、持水底座、紧固螺丝、透气孔、进水孔；所述尼龙网附在U型根际隔板表面上，U型根际隔板和尼龙网位于前挡板和后挡板之间，并由紧固螺丝拧紧固定，所述U型根际隔板可以根据实验需要增加或减少其数量，U型根际隔板侧边设有土壤水收集孔；所述土壤水收集管通过所述土壤水收集孔配合一次性注射器取水，注射器头部用0.22μm滤膜包裹，过滤土壤水中大颗粒杂质；所述持水底座位于最底部，其持水高于根箱底部土壤，利用虹吸效应自动供水，不从根箱顶部灌溉给水，所述透气孔位于前挡板与后挡板上部、中部，所述进水孔位于前挡板与后挡板下部。

进一步地，在上述方案中，所述的透气孔为Φ1-5mm圆孔，以供透气，所述进水孔为Φ1-5mm圆孔，以供持水底座供水。

进一步地，在上述方案中，所述的尼龙网孔径为15-50μm。

进一步地，在上述方案中，所述尼龙网为玻璃纤维增强尼龙，由以下重量份的成分组成：尼龙树脂10～50份、麻纤维5～20份、玻璃纤维5～20份、苄基萘磺酸甲醛缩合物3-10份、竹油1-6份、增韧剂0.2～1.4份、硼酸盐0.2-1份、生物杀灭剂0.02-0.1份、酚醛树脂NL固化剂0.1-0.2份、扩链剂0.1～0.3份、润滑助剂0.1～1份、抗氧剂0.01～1份。

更进一步地，所述生物杀灭剂是由丙环唑和吡虫啉组成，二者的比例为3-5∶1。

所述尼龙网的制备方法为：将配方量的尼龙树脂、麻纤维、玻璃纤维、苄基萘磺酸甲醛缩合物、竹油、增韧剂、硼酸盐、生物杀灭剂、酚醛树脂NL固化剂、扩链剂、润滑助剂、抗氧剂在高速混合器中混合均匀，依次经过熔融、混炼、挤出、冷却和干燥，最后切粒即成。

进一步地，在上述方案中，所述U型根际隔板为可拆卸玻璃板。

进一步地，在上述方案中，所述U型根际隔板厚1-5mm，长宽与前挡板和后挡板相同，中间掏空。

进一步地，在上述方案中，在所述U型根际隔板一侧距顶部一定距离处钻有土壤水收集孔，所述土壤水收集孔为Φ1-5mm孔，以收集土壤水。

本发明装置在使用时，将磨过1mm筛的土壤与污染物质和营养元素混合均匀，撒满根箱各隔层，先加入去离子水到一定持水量，将植物定植在中间根室中，生长过程中根部被固定在两层尼龙网之间。根据不同植物的根系生长特性，选择不同位置开启土壤水取样孔，置入取样管定期采取土壤水样。在植物的生长周期之后采取植物和土壤样品进行分析。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下几点：

1)根箱装置的每个隔板、持水底座都具有可拆卸性，并可重复利用。采用根际隔层的设计，可以避免土壤切片和根系抖动的扰动和不精确问题，精确研究距离根系不同位置的土壤。土壤水收集管从隔板侧面取孔置入土壤隔层，根据实验需要选取取孔位置，原位采集土壤水，根据距离根系不同位置收集土壤水，研究根系生长对土壤水性质的改变从而对污染物质迁移、转化的影响。

2)本发明适用于根土界面中养分、污染物、根系分泌物的变化特征研究，解决了植物根际环境研究中土样、土壤水样采集的技术难题，进一步简化、准确化了毫米级别根际微域土壤和不同区域土壤水的采集方法，有利于研究作物根系不同位置的分异特征，有利于进一步准确研究根土界面行为。

附图说明

图1是本发明的根箱实验装置结构示意图。

图2是本发明的根箱实验装置拆解图。

图3是本发明的根箱实验装置结构三视图。

其中，1-前挡板、2-后挡板、3-U型根际隔板、4-尼龙网、5-土壤水收集管、6-持水底座、7-紧固螺丝、8-透气孔、9-进水孔。

具体实施方式

实施例1

参照附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明。如图1、图2和图3所示，一种根箱实验装置，一种用于植物根际环境研究的根箱实验装置，包括前挡板1、后挡板2、U型根际隔板3、尼龙网4、土壤水收集管5、持水底座6、紧固螺丝7、透气孔8、进水孔；所述尼龙网4附在U型根际隔板3表面上，U型根际隔板3和尼龙网4位于前挡板1和后挡板2之间，并由紧固螺丝7拧紧固定，所述U型根际隔板3可以根据实验需要增加或减少其数量，U型根际隔板3侧边设有土壤水收集孔，土壤水收集孔根据植物种类和实验需求选择孔的位置，孔径为2mm；所述土壤水收集管5通过所述土壤水收集孔配合一次性注射器取水，注射器头部用0.22μm滤膜包裹，过滤土壤水中大颗粒杂质，收集的土壤水可直接进行仪器检测分析；持水底座6位于最底部，持水底座6中每天加入适量去离子水，其持水高于根箱底部土壤，土壤自身通过毛细管力的作用自动汲水，保持土壤持水量，避免从根箱顶部浇水扰乱土壤和土壤水的稳定状态，不从根箱顶部灌溉给水；所述透气孔8位于前挡板1与后挡板2上部、中部，透气孔8为Φ1mm圆孔，以供透气；进水孔9位于前挡板1与后挡板2下部，进水孔9为Φ1mm圆孔，以供持水底座6供水。

尼龙网4孔径为15μm。尼龙网4为玻璃纤维增强尼龙，由以下重量份的成分组成：尼龙树脂10份、麻纤维5份、玻璃纤维5份、苄基萘磺酸甲醛缩合物3份、竹油1份、增韧剂0.2份、硼酸盐0.2份、生物杀灭剂0.02份、酚醛树脂NL固化剂0.1份、扩链剂0.1份、润滑助剂0.1份、抗氧剂0.01份。生物杀灭剂是由丙环唑和吡虫啉组成，二者的比例为3∶1。

尼龙网4的制备方法为：将配方量的尼龙树脂、麻纤维、玻璃纤维、苄基萘磺酸甲醛缩合物、竹油、增韧剂、硼酸盐、生物杀灭剂、酚醛树脂NL固化剂、扩链剂、润滑助剂、抗氧剂在高速混合器中混合均匀，依次经过熔融、混炼、挤出、冷却和干燥，最后切粒即成。

U型根际隔板3为可拆卸玻璃板，厚1mm，长宽与前挡板1和后挡板2相同，中间掏空。U型根际隔板3一侧距顶部一定距离处钻有土壤水收集孔，所述土壤水收集孔为Φ1mm孔，以收集土壤水。

实施例2

如图1、图2和图3所示，一种根箱实验装置，一种用于植物根际环境研究的根箱实验装置，包括前挡板1、后挡板2、U型根际隔板3、尼龙网4、土壤水收集管5、持水底座6、紧固螺丝7、透气孔8、进水孔；所述尼龙网4附在U型根际隔板3表面上，U型根际隔板3和尼龙网4位于前挡板1和后挡板2之间，并由紧固螺丝7拧紧固定，所述U型根际隔板3可以根据实验需要增加或减少其数量，U型根际隔板3侧边设有土壤水收集孔，土壤水收集孔根据植物种类和实验需求选择孔的位置，孔径为2mm；所述土壤水收集管5通过所述土壤水收集孔配合一次性注射器取水，注射器头部用0.22μm滤膜包裹，过滤土壤水中大颗粒杂质，收集的土壤水可直接进行仪器检测分析；持水底座6位于最底部，持水底座6中每天加入适量去离子水，其持水高于根箱底部土壤，土壤自身通过毛细管力的作用自动汲水，保持土壤持水量，避免从根箱顶部浇水扰乱土壤和土壤水的稳定状态，不从根箱顶部灌溉给水；所述透气孔8位于前挡板1与后挡板2上部、中部，透气孔8为Φ3mm圆孔，以供透气；进水孔9位于前挡板1与后挡板2下部，进水孔9为Φ3mm圆孔，以供持水底座6供水。

尼龙网4孔径为32.5μm。尼龙网4为玻璃纤维增强尼龙，由以下重量份的成分组成：尼龙树脂30份、麻纤维12.5份、玻璃纤维12.5份、苄基萘磺酸甲醛缩合物6.5份、竹油3.5份、增韧剂1.8份、硼酸盐0.6份、生物杀灭剂0.06份、酚醛树脂NL固化剂0.15份、扩链剂0.2份、润滑助剂0.55份、抗氧剂0.505份。生物杀灭剂是由丙环唑和吡虫啉组成，二者的比例为4∶1。

尼龙网4的制备方法为：将配方量的尼龙树脂、麻纤维、玻璃纤维、苄基萘磺酸甲醛缩合物、竹油、增韧剂、硼酸盐、生物杀灭剂、酚醛树脂NL固化剂、扩链剂、润滑助剂、抗氧剂在高速混合器中混合均匀，依次经过熔融、混炼、挤出、冷却和干燥，最后切粒即成。

U型根际隔板3为可拆卸玻璃板，厚3mm，长宽与前挡板1和后挡板2相同，中间掏空。U型根际隔板3一侧距顶部一定距离处钻有土壤水收集孔，所述土壤水收集孔为Φ3mm孔，以收集土壤水。

实施例3

如图1、图2和图3所示，一种根箱实验装置，一种用于植物根际环境研究的根箱实验装置，包括前挡板1、后挡板2、U型根际隔板3、尼龙网4、土壤水收集管5、持水底座6、紧固螺丝7、透气孔8、进水孔；所述尼龙网4附在U型根际隔板3表面上，U型根际隔板3和尼龙网4位于前挡板1和后挡板2之间，并由紧固螺丝7拧紧固定，所述U型根际隔板3可以根据实验需要增加或减少其数量，U型根际隔板3侧边设有土壤水收集孔，土壤水收集孔根据植物种类和实验需求选择孔的位置，孔径为2mm；所述土壤水收集管5通过所述土壤水收集孔配合一次性注射器取水，注射器头部用0.22μm滤膜包裹，过滤土壤水中大颗粒杂质，收集的土壤水可直接进行仪器检测分析；持水底座6位于最底部，持水底座6中每天加入适量去离子水，其持水高于根箱底部土壤，土壤自身通过毛细管力的作用自动汲水，保持土壤持水量，避免从根箱顶部浇水扰乱土壤和土壤水的稳定状态，不从根箱顶部灌溉给水；所述透气孔8位于前挡板1与后挡板2上部、中部，透气孔8为Φ5mm圆孔，以供透气；进水孔9位于前挡板1与后挡板2下部，进水孔9为Φ5mm圆孔，以供持水底座6供水。

尼龙网4孔径为50μm。尼龙网4为玻璃纤维增强尼龙，由以下重量份的成分组成：尼龙树脂50份、麻纤维20份、玻璃纤维20份、苄基萘磺酸甲醛缩合物10份、竹油6份、增韧剂1.4份、硼酸盐1份、生物杀灭剂0.1份、酚醛树脂NL固化剂0.2份、扩链剂0.3份、润滑助剂1份、抗氧剂1份。生物杀灭剂是由丙环唑和吡虫啉组成，二者的比例为5∶1。

尼龙网4的制备方法为：将配方量的尼龙树脂、麻纤维、玻璃纤维、苄基萘磺酸甲醛缩合物、竹油、增韧剂、硼酸盐、生物杀灭剂、酚醛树脂NL固化剂、扩链剂、润滑助剂、抗氧剂在高速混合器中混合均匀，依次经过熔融、混炼、挤出、冷却和干燥，最后切粒即成。

U型根际隔板3为可拆卸玻璃板，厚5mm，长宽与前挡板1和后挡板2相同，中间掏空。U型根际隔板3一侧距顶部一定距离处钻有土壤水收集孔，所述土壤水收集孔为Φ5mm孔，以收集土壤水。

本发明装置在使用时，将磨过1mm筛的土壤与污染物质和营养元素混合均匀，撒满根箱各隔层，先加入去离子水到一定持水量，将植物定植在中间根室中，生长过程中根部被固定在两层尼龙网之间。根据不同植物的根系生长特性，选择不同位置开启土壤水取样孔，置入取样管定期采取土壤水样。在植物的生长周期之后采取植物和土壤样品进行分析。

取土样时，直接将稳固螺丝取下，根据需要取不同隔层之间的土壤样品进行土壤性质及污染物的检测分析。植物样品的采集方式与土壤样品的采集方式基本相同，只需拆除中间根室两侧的隔板即可对植物根系的生长情况进行观察分析，并可根据实验需要取得不同平面分区的根系及土层以上的茎叶部分进行形态分析及污染物吸收检测。

对于本领域技术人员显而易见的是，可对本发明进行多种改进和变化而不偏离本发明的范围。通过考虑说明书及对此处所公开的本发明的实践，本发明的其它方面对于本领域技术人员而言将是显而易见的。说明书和实施例只拟作为示例性的。