一种测定荒漠草原根系生物量的内生长土芯系统及方法

摘要

本发明属于测定植物根系生物量技术领域，公开了一种测定荒漠草原根系生物量的内生长土芯系统及方法，系统设置有不锈钢骨架；骨架外围包覆有尼龙纱网；骨架内部搁置有内管；内管的顶部盖有顶部盖帽；方法包括：在植物根系周围放置测定荒漠草原根系生物量的内生长土芯系统，在尼龙纱网内装入无根土；待一定时间植物根系穿过尼龙纱网内装的土壤后，取出系统，分离出根系，监测根系生物量的变化。本发明采用PVC管填充了网袋之内的部分空间，减少了后续分离、挑选根系的所需处理的土量；本发明单个网袋直径较大，增大了取样范围同时又减少了重复数和对样地的破坏，实验证明本装置有可有效测定荒漠草原根系生物量。

说明书

技术领域

本发明属于测定植物根系生物量技术领域，尤其涉及一种测定荒漠草原根系生物量的内生长土芯系统及方法。

背景技术

荒漠草原地区气候干旱，年降水量一般200mm左右，植被覆盖度低。荒漠草原是草原向荒漠过渡的一类草原，草原生态系统极为脆弱，是我国北方生态安全的重要屏障。草原生态系统是以气候、土壤、植物、动物、微生物及人类等共同组成的动态系统，其中系统内生物量和地下生产力的物质生产和分配是整个生态系统的关键环节。但因其隐蔽、层次丰富、多变等特点，测定该系统中的植物地下净生产力和根系生物量的动态变化往往成为研究荒漠草原生态系统的主要难题。

测定植物地下净生产力和根系生物量的动态变化，常用内生长土芯法也称为生长袋法、网袋法(Ingrowth Cores Methods)，即把装有无根土壤的网袋放入地面洞穴内，间隔一段时间后再将网袋取出，分离、挑选获得根系(Steen，1984)。该法由Flower-Ellis和Persson Steen(1980)首次提出，该法能够连续动态定点监测样地内植物群落地下生物量的动态变化，具有成本较低、相对准确性、重复性较高、工作量较小的优点(Chen et al.，2015；朱桂林等2008)，在森林，草地和农田等生态系统研究中广泛应用(Li et al.，2015，赵灿等，2014；柴曦等，2014。但是国内外的文献应用该法的原理相同(Smit et al.,2000)，而具体使用方法则不尽相同。有些采用地面打孔，填入装有无根系土壤的网袋；有些则直接在地面打孔，然后直接填充无根系土壤，标记位置，一定时间后继续在相同位置打孔取土；尼龙网袋的直径也不同，有4厘米(Steingrobe B，2000，Gao等2008)，5-5.2厘米(李凌浩1998，郭伟等2016；吴伊波等2014)，7厘米(邓强等2014)，8厘米(裴智琴等2011)，10厘米(周本智2008；刘金梁等2009)。如果从对样地的破坏性角度考虑，打孔孔径越小、点数越少越好；而从实验的重复性考虑，则是打孔取样点越多，孔径越大越好。此外，不同的植被类型区，物种不同，植被盖度不同，取样大小也应不同。

综上所述，现有技术存在的问题是：方法不统一，不同地区不同学者应用方法的标准不同。土芯的孔径相对较小，应用小孔径的土芯在荒漠地区取样，很多时候取不到根系，因此不适合植被覆盖度较低的荒漠及荒漠草原地区使用。

我国北方荒漠地区和荒漠草原地区，气候干旱、植被覆盖度低，生态环境脆弱。在这些地区钻取直径细小的土芯，可获得的根系数量较少；为了获得足够的根系，大量采样又会导致样地破坏程度加大。这就迫使思考革新现有方法，使其在植被覆盖度较低的地区更加适用。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种测定荒漠草原根系生物量的内生长土芯系统及方法，本发明根据申请者在内蒙古荒漠草原的使用经验，发明了一种内生长土芯法的实际应用方法。

本发明是这样实现的，一种测定荒漠草原根系生物量的内生长土芯系统，设置有不锈钢骨架；所述不锈钢骨架外围包覆有外围尼龙纱网；所述不锈钢骨架内部搁置有内管；所述内管的顶部盖有顶部盖帽。

进一步，外围尼龙纱网的网眼孔径2mm；所述内管为PVC管。

进一步，所述不锈钢骨架设置有上钢圈；所述上钢圈圆周上焊接有至少3根钢棍；所述钢棍下端焊接有下钢圈。

进一步，所述上钢圈和下钢圈上沿着半径方向均焊接有至少3个短钢桩；所述内管容纳在至少3个短钢桩围成的圆周内。

进一步，所述不锈钢骨架高度根据实际土层厚度和实验需要调整。

本发明另一目的在于提供一种测定荒漠草原根系生物量的方法，包括以下步骤：

在植物根系周围放置测定荒漠草原根系生物量的内生长土芯系统，在外围尼龙纱网内装入无根土壤；

待一定时间植物根系穿过外围尼龙纱网网眼进入在外围尼龙纱网内装的土壤后，取出测定荒漠草原根系生物量的内生长土芯系统和取出外围尼龙纱网内的土壤，分离出根系，监测根系生物量的积累动态。

本发明的优点及积极效果为：减少了对样地的破坏点数，本发明每个样地设置3个取样点，而侯向阳等(详见2014年在生态学报的文章)在内蒙古荒漠草原区应用的方法，取样点数是6个。二者相比，本发明的方法减少了50％的取样点，同时获得相同的实验效果(本法测定值为457.59克/平米，侯向阳的是450.2)。一般野外实验设置有几十个样地，如此计算，本法的效率更高，破坏性更小。

本发明在多年工作经验的基础上，提出了一种测定荒漠草原根系生物量的内生长土芯法技术，并在实践中运用，实践证明本方法可有效测定荒漠草原地区植物生物量和地下净生产力。本发明首次采用标准化、大孔径的土芯取样测定荒漠地区土壤根系生物量，特别适合于植被覆盖度低，土里缺少根系的地区使用。

本发明提供的测定荒漠草原根系生物量的内生长土芯系统及方法，采用PVC管填充了网袋之内的部分空间，减少了后续分离、挑选根系的所需处理的土量；本发明单个网袋直径较大，增大了取样范围同时又减少了样地内的取样点数和对样地的破坏；本发明避免了取样土壤在冻融或者其他外力作用下变形，引起外围土壤的厚度变化。本发明的系统内部填充的土壤厚度小，贴近外围试验地的土壤，减小了土芯内部土壤和外围土壤之间的差异。本发明的系统采用不锈钢和PVC管等惰性材料，在土壤中不易和土壤发生反应，不影响植物根系生长。

附图说明

图1是本发明实施例提供的测定荒漠草原根系生物量的内生长土芯系统示意图。

图中：1、外围尼龙纱网；2、不锈钢骨架；3、内管；4、顶部盖帽。

图2是本发明实施例提供的测定荒漠草原根系生物量的方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

如图1所示，本发明实施例提供的测定荒漠草原根系生物量的内生长土芯系统包括外围尼龙纱网1、不锈钢骨架2、内管3及顶部盖帽4这四部分。

外围尼龙纱网1尼龙网网眼孔径2mm。

不锈钢骨架2需要请专业人员制作，制作时为保证钢圈的圆形标准，宜用钢管分段锯断以获得钢圈，钢圈管壁厚度5mm左右，不宜太薄，以保证焊工操作方便，上下钢圈中间可设置至少3根钢棍(长度30cm)。在上下钢圈上沿着半径方向再分别焊制至少3个短钢桩(长度3cm)用以固定内部的PVC管，内管可采用PVC材料管及配套堵头。

钢圈外圈半径8.5厘米，内管半径5.5厘米，高度30厘米，不锈钢骨架高度还可根据实际土层厚度和实验需要调整。

如图2所示，本发明实施例提供的测定荒漠草原根系生物量的方法，包括以下步骤：

S101:在植物根系周围放置测定荒漠草原根系生物量的内生长土芯系统，在外围尼龙纱网内装入无根土壤；

S102:待一定时间植物根系穿过外围尼龙纱网网眼进入在外围尼龙纱网内装的土壤后，取出测定荒漠草原根系生物量的内生长土芯系统和取出外围尼龙纱网内的土壤，分离出根系，监测根系生物量的积累动态。

本发明实施例提供的测定荒漠草原根系生物量的内生长土芯系统使用时，可以将系统整体拔出，用小刀按深度切开PVC管外围土壤，获得分层土壤样品；若不需要分层取样，可直接拔出内管，取出网内土壤和根系即可。

下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

利用本发明在内蒙古包头达茂旗希拉穆仁草原进行了实际应用。本区属于半干旱荒漠草原，年均降水量284mm。实验区于2014年开始围封禁牧，禁牧区共包括三块样地，每块样地面积110米×120米，在每块样地内安装3套装置，装置间距30米，呈三角形排布，安装时首先转取半径为8.5cm，深度为30厘米的圆柱形洞穴，将装置骨架放入洞穴，然后将过1mm筛后的无根系土壤，按深度分层填入PVC管外围与纱网之间的空隙，并用木棍适当压实土壤到接近原有土壤紧实度，再将盖帽安装固定。待植物根系生长一个月后，把装置的内管缓慢拔出，再把网袋拉出获得根系和土壤混合体，然后再用干筛法进行后续根系和土壤的分离。实验从2016年5月份开始到8月份，每月进行一次取样，地下净生产力通过累加每月新生长的根系生物量干重获得。

从结果来看，5-8月份每月均可以获得一定量的根系(表1)，通过计算月地下净初级生产力BNPP可得到该地区的年地下初级生产力为457.59克/平米，侯向阳等(2014)对内蒙古苏尼特右旗荒漠草原围封禁牧区的测定结果为450.2克/平米(干旱年份5-9月份)，这和本研究的结果基本一致。2016年本研究区也比较干旱。此外，Gao等(2008)在内蒙古锡林郭勒典型草原围封区测定的BNPP结果是366到464克/平米，这也和本发明的结果接近。整体上，应用本发明可以测定荒漠草原根系周转和地下生产力。

表1运用本方法测定内蒙古荒漠草原围封区地下生产力的结果

本发明采用PVC管填充了网袋之内的部分空间，减少了后续分离、挑选根系的所需处理的土量；单个网袋直径较大，增大了取样范围同时又减少了样地内的取样点数和对样地的破坏；避免了取样土壤在冻融或者其他外力作用下变形，引起外围土壤的厚度变化。本发明内部填充的土壤厚度小，贴近外围试验地的土壤，减小了土芯内部土壤和外围土壤之间的差异。本发明采用不锈钢和PVC管等惰性材料，在土壤中不易和土壤发生反应，不影响植物根系生长。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。