测定土壤特定位置污染物对植物根系影响的装置及方法

摘要

本发明公开了测定土壤特定位置污染物对植物根系影响的装置及方法，包括根系生长区、根系扫描区及植物根系附近土壤特定部位污染胁迫区；所述根系生长区的一侧边连接横置且透明的根系扫描区；所述植物根系附近土壤特定部位污染胁迫区的出口插入在根系扫描区内；所述植物根系附近土壤特定部位污染胁迫区的进口在根系扫描区外部；本发明，不论是加入单一污染物还是复合污染物，或是一次或多次，间隔或持续加入，均可以在根系扫描区外部进行，无需将根系拔出，不仅减少对植株根系损坏，而且操作简化了很多，提高研究的便捷性以及效率。

说明书

技术领域

本发明涉及植物根系研究技术领域，具体为测定土壤特定位置污染物对植物根系影响的装置及方法。

背景技术

植物根系分为主根和侧根，主根和侧根的不同部位具有不同的吸收能力。污染物可在根系主根和侧根附近不同位置产生污染，即可为单一位置污染源，也可为多个位置污染源。这些不同位置的污染物会对植物的根系动态产生有明显差异的影响。常用的研究污染物对植物根系生长影响的方法，多采用在根系生长的土壤表面加入污染物。而加入的污染物由于重力的作用，自然会流入土壤底部。污染物不能在根系的特定部位长期停留，不能测定植物根部附近土壤特定位置污染物对植物根系的影响。

在许璐璐,王涵,高盼盼等人编撰的《安徽农业科学》中，提及环境胁迫对植物根系形态的影响，并介绍了环境污染中的具体元素对植物根系的生长影响。对于植物受到污染物后长势的研究，分为枝叶、根系。由于根系埋在土壤内，现有的方法，需要在植物生长几天后，在植物根系生长的土壤中施加污染源。由于加入的污染物的重力作用，污染物会自动从土壤顶部流入土壤底部，污染物不能在根系附近土壤的特定部位长期停留，不能测定土壤中特定位置污染物对植物根系的影响；测定相应指标时，需要将植物拔出，观察根系，操作繁杂，尤其是对施加污染源的操作，难以做到测定土壤特定位置污染物对植物根系的影响。

公告号为CN102180730B的对比文件，公开了一种杀线虫微生物有机肥的制备方法，在其背景技术中介绍到由于过多施用化学肥料而导致土壤退化腐殖质恶化的问题，逐渐引起人们的重视。经研究，长期过多地施用化学肥料，会导致土壤板结和退化，有机质含量低下以及腐殖质恶化等问题，但是对于这些植物受到侵害的数据未提到具体的研究检测方法，更未能提供一种有效地检测装置来对植物根系受到环境污染时的生长情况作出研究测试。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：提供一种操作简单便于研究的测定土壤特定位置污染物对植物根系影响的装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：包括植物种植区、根系生长区、根系扫描区及植物根系附近土壤特定部位污染胁迫区；所述根系生长区的一侧边连接横置且透明的根系扫描区；所述植物根系附近土壤特定部位污染胁迫区的出口插入在根系扫描区内植物根系附近土壤的特定部位；所述植物根系附近土壤特定部位污染胁迫区的进口在根系扫描区外部；所述植物种植区架设在根系生长区的顶部；所述植物根系附近土壤特定部位包括植物根系主根的顶部附近土壤、中部附近土壤和底部附近土壤，各个侧根的中部附近土壤和底部附近土壤。

通过将根系生长区和根系扫描区分开，且根系扫描区横置，有效解决了加入的污染物由于重力的作用，自然会流入土壤底部，污染物不能在根系的特定部位长期停留的问题；也方便植物根系沿根系扫描区底壁生长，然后通过植物根系附近土壤特定部位污染胁迫区的进口向根系扫描区根系附近土壤特定部位施加污染物。不论是加入单一污染物还是复合污染物，或是一次或多次，间隔或持续加入，均可以在根系扫描区外部进行，无需将根系拔出。不仅减少对植株根系损坏，而且操作简化了很多，提高研究的便捷性以及效率。

优选地，所述植物种植区包括种植箱、注水口及光源；所述种植箱呈上口大下口小的漏斗状箱体；所述种植箱的顶壁上固定有光照朝向种植箱内部的光源；所述种植箱的侧壁上开设有注水口；所述注水口内嵌入喷水嘴；喷水嘴通过进水管连接至水源。

优选地，所述根系生长区包括生长箱、土壤埋入口及封门；所述生长箱固定在植物种植区的底口上；且植物种植区与生长箱顶口连通；所述生长箱朝外一侧开设有土壤埋入口；通过土壤埋入口向生长箱内埋入营养土；所述土壤埋入口的一侧边上通过铰链转动连接有封门；所述封门与土壤埋入口配合使用，关闭或敞开土壤埋入口。

优选地，所述根系扫描区包括透明的扫描箱；所述根系扫描区包括透明的扫描箱；所述扫描箱横置，且一端头与根系生长区连通；所述扫描箱内铺设一层厚度不超过2cm的土壤。

优选地，所述植物根系附近土壤特定部位污染胁迫区包括储料桶、总管、分管；所述储料桶内放置有单一或多种复合的污染物；所述储料桶的底部连通有总管；所述总管上连接有多个分管；所述分管的管口插入到研究方案设定的根系扫描区特定部位内；所述分管管口连接针状滴灌器；所述针状滴灌器设置在植株根系周边的排出节点上；所述总管上安装有控制总管主路开合的总阀；所述分管上通过螺栓固定有控制分管开合的分阀。

优选地，所述植物根系附近土壤特定部位污染胁迫区还包括排出节点组；所述排出节点组包括均处于扫描箱内的主根顶部附近土壤节点、主根中部附近土壤节点、主根尾部附近土壤节点、侧根中部附近土壤节点及侧根尾部附近土壤节点；所述主根顶部附近土壤节点、主根中部附近土壤节点、主根尾部附近土壤节点依次设置在分叉区内主根的首端、中部和尾部附近土壤；所述侧根中部附近土壤节点及侧根尾部附近土壤节点分布在分叉区侧根的中部和尾端附近土壤；所述主根中部附近土壤节点、主根尾部附近土壤节点、侧根中部附近土壤节点及侧根尾部附近土壤节点均与分管的管口一一对应。

通过土壤埋入口向装置内埋入营养土，然后在种植箱内种植植株，植株的枝叶区朝种植箱上方生长，主根区扎在生长箱内，分叉区沿横置的扫描箱生长；在研究环境污染物对根系动态影响时，通过开关总阀和分阀，单一或复合的污染物从储料桶沿总管和分管，对植物根系进行一次或多次，持续或间断以及不同根部位置的污染物的施加，操作简单，不在需要将植株多次拔起和栽种，植物根系朝根系扫描区生长时，在自重作用下，朝下生长，由于土壤厚度不超过2cm，植物根系贴着根系扫描区的底部生长，然后透过透明的根系扫描区的底部进行扫描或者观测，记录数据，简化操作，为实验带来极大的便捷。

测定土壤特定位置污染物对植物根系影响的方法，包括以下步骤：

测定土壤特定位置污染物对植物根系影响的装置内装有植株；所述植株包括依次连接的枝叶区、主根区及分叉区；所述枝叶区分布在植物种植区内；所述主根区插入到根系生长区内的营养土中；所述分叉区朝根系扫描区延伸生长，且在植物生长习性作用下，分叉区朝根系扫描区底部生长；所述分叉区包括主根和侧根；所述主根上生长有多个侧根；

S1向根系扫描区内加入厚度不超过2cm的营养土，且向根系生长区内加入营养土，将植物种子埋入营养土内；

S2植物生长一段时间，破土而出，枝叶区生长到植物种植区内，在植物种植区向植物提供光和水，主根区朝根系扫描区延伸形成分叉区；

S4选取污染物，并加入到植物根系附近土壤特定部位污染胁迫区内；

S5在植株分叉区的特定部位，如主根中部位置，打开与主根中部对应植物根系附近土壤特定部位污染胁迫区的通道，污染物通过通道进入主根中部位置；

S6隔2-3天后，使用扫描仪扫描根系扫描区内的植株根系情况；

S7测定根系指标，具体的观察并测量扫描图上的主根长、主根宽、根幅、根的分枝数、侧根长、侧根宽；

S8分析污染物对植物根系动态的影响。

设置的排出节点组，提高污染物施加的精准度，然后植物根系贴合植物扫描区生长，在透明植物扫描区的底部能够直接观测到，使用扫描仪绘制记录，全程无需拔出植株，而且在扫描图上直接观测数据，研究精度高，节省大量研究耗时，提高研究效率。

优选地，S4中选择多种复合污染物，具体的选择农药与锑的混合污染物。

优选地，S5中每隔2天，共分3次加入，每次加入1ml浓度为100μg/L的锑。

优选地，在S5中，选用出口越来越窄的针状滴灌器，在重力作用下，实现对植物根系持续不间断的滴加污染物。

通过多种实验方案，分别从污染物自身种类、植物根系位置、污染物施加次数、污染物施加间隔时长多个角度，对植物根系受到环境污染物的影响进行研究，提高研究的精准度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

A.通过将根系生长区和根系扫描区分开，且根系扫描区横置，方便植物根系沿根系扫描区底壁生长，然后通过植物根系附近土壤特定部位污染胁迫区的进口向根系扫描区内施加污染物，不论是加入单一污染物还是复合污染物，或是一次或多次，间隔或持续加入，均可以在根系扫描区外部进行，无需将根系拔出。不仅减少对植株根系损坏，而且操作简化了很多，提高研究的便捷性以及效率；

设置的排出节点组，提高污染物施加的精准度，然后植物根系贴合植物扫描区生长，在透明植物扫描区的底部能够直接观测到，使用扫描仪绘制记录，全程无需拔出植株，而且在扫描图上直接观测数据，研究精度高，节省大量研究耗时，提高研究效率。

B.通过土壤埋入口向装置内埋入营养土，方便加入和排出营养土；

在研究环境污染物对根系动态影响时，通过开关总阀和分阀，单一或复合的污染物从储料桶沿总管和分管，对植物根系进行一次或多次，持续或间断以及不同根部位置的污染物的施加，操作简单；

植物根系朝根系扫描区生长时，在自重作用下，朝下生长，由于土壤厚度不超过2cm，植物根系贴着根系扫描区的底部生长，然后透过透明的根系扫描区的底部进行扫描或者观测，记录数据，简化操作，为实验带来极大的便捷；

通过多种实验方案，分别从污染物自身种类、植物根系位置、污染物施加次数、污染物施加间隔时长多个角度，对植物根系受到环境污染物的影响进行研究，提高研究的精准度。

附图说明

图1为本发明实施例一中测定土壤特定位置污染物对植物根系影响装置的正视剖面结构示意图；

图2为本发明实施例二中植物根系的污染节点分布图。

附图标号：1、植物种植区；11、种植箱；12、注水口；13、光源；2、根系生长区；21、生长箱；22、土壤埋入口；23、封门；3、根系扫描区；4、植物根系附近土壤特定部位污染胁迫区；41、储料桶；42、总管；421、总阀；43、分管；431、分阀；44、排出节点组；441、主根顶部附近土壤节点；442、主根中部附近土壤节点；443、主根尾部附近土壤节点；444、侧根中部附近土壤节点；445、侧根尾部附近土壤节点；5、植株；51、枝叶区；52、主根区；53、分叉区。

具体实施方式

为便于本领域技术人员理解本发明技术方案，现结合说明书附图对本发明技术方案做进一步的说明。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例一

参阅图1，本实施例公开了测定土壤特定位置污染物对植物根系影响的装置，包括植物种植区1、根系生长区2、根系扫描区3及植物根系附近土壤特定部位污染胁迫区4。

所述植物种植区1包括种植箱11、注水口12及光源13。所述种植箱11呈上口大下口小的漏斗状箱体。所述种植箱11的顶壁上固定有光照朝向种植箱11内部的光源13。具体的，所述种植箱11的顶壁上通过螺栓固定有灯管。所述种植箱11的侧壁上开设有注水口12。所述注水口12内嵌入喷水嘴。喷水嘴通过进水管连接至水源。

喷水嘴优选为雾状喷水嘴。使得植物受水均匀。

所述根系生长区2包括生长箱21、土壤埋入口22及封门23。所述生长箱21固定在种植箱11的底口上。且种植箱11底口与生长箱21顶口连通。所述生长箱21朝外一侧开设有土壤埋入口22。通过土壤埋入口22向生长箱21内埋入营养土。所述土壤埋入口22的一侧边上通过铰链转动连接有封门23。所述封门23与土壤埋入口22配合使用，关闭或敞开土壤埋入口22。

所述根系扫描区3包括透明的扫描箱。所述扫描箱横置，且一端头与生长箱21底部连通。所述扫描箱内铺设一层厚度不超过2cm的土壤。

所述植物根系附近土壤特定部位污染胁迫区4包括储料桶41、总管42、分管43。所述储料桶41内放置有单一或多种复合的污染物。所述储料桶41的底部焊接有总管42。所述总管42上通过三通连接有多个分管43。所述分管43的管口插入到扫描箱内，且管口设置在植株5根系周边的排出节点上。

所述总管42上安装有控制总管42主路开合的总阀421。所述分管43上通过螺栓固定有控制分管43开合的分阀431。

所述总管42由靠近储料桶41的连接端朝另一端向下倾斜。方便污染物的输出。

所述分管43管口连接针状滴灌器。

测定土壤特定位置污染物对植物根系影响的装置内装有植株5。所述植株5包括依次连接的枝叶区51、主根区52及分叉区53。所述枝叶区51分布在种植箱11内。所述主根区52插入到生长箱21内的营养土中。所述分叉区53朝扫描箱延伸生长，且在植物生长习性作用下，分叉区53朝扫描箱底部生长。所述分叉区53包括主根和侧根。所述主根上生长有多个侧根。

本实施例的工作原理是：通过土壤埋入口22向装置内埋入营养土，然后在种植箱11内种植植株，植株5的枝叶区51朝种植箱11上方生长，主根区52扎在生长箱21内，分叉区53沿横置的扫描箱生长；在研究环境污染物对根系动态影响时，通过开关总阀421和分阀431，单一或复合的污染物从储料桶41沿总管42和分管43，对植物根系进行一次或多次，持续或间断以及不同根部位置的污染物的施加，操作简单，不在需要将植株多次拔起和栽种，植物根系朝根系扫描区3生长时，在自重作用下，朝下生长，由于土壤厚度不超过2cm，植物根系贴着根系扫描区3的底部生长，然后透过透明的根系扫描区3的底部进行扫描或者观测，记录数据，简化操作，为实验带来极大的便捷。

实施例二

参阅图2，本实施例二与实施例一不同的是，所述植物根系附近土壤特定部位污染胁迫区4还包括排出节点组44。所述排出节点组44包括均处于扫描箱内的主根顶部附近土壤节点441、主根中部附近土壤节点442、主根尾部附近土壤节点443、侧根中部附近土壤节点444及侧根尾部附近土壤节点445。所述主根顶部附近土壤节点441、主根中部附近土壤节点442、主根尾部附近土壤节点443依次设置在分叉区53内主根的首端、中部和尾部附近土壤。所述侧根中部附近土壤节点444及侧根尾部附近土壤节点445分布在分叉区53侧根的中部和尾端附近土壤。所述主根中部附近土壤节点442、主根尾部附近土壤节点443、侧根中部附近土壤节点444及侧根尾部附近土壤节点445均与分管43的管口一一对应。

实验方案一

测定土壤特定位置污染物对植物根系影响的方法，包括以下步骤：

S1透过土壤埋入口向根系扫描区内加入厚度不超过2cm的营养土，且向生长箱内加入营养土，将植物种子埋入营养土内；

S2关闭封门，打开光源，定期加水，植物生长一段时间，破土而出，枝叶生长到种植箱内，根部朝根系扫描区延伸；

S4选取单一污染物，具体的选择锑元素污染物，并加入到储料桶内；

S5在植株的特定部位，如主根中部位置，打开与主根中部附近土壤节点对应分管的分阀，通过针状滴灌器(结构类似吊瓶、管道、管道控制阀构造)一次全部加入3ml浓度为100μg/L的锑；

S6隔2-3天后，使用扫描仪扫描根系扫描区内的植株根系情况；

S7测定根系指标，具体的观察并测量扫描图上的主根长、主根宽、根幅、根的分枝数、侧根长、侧根宽；

S8分析污染物对植物根系动态的影响。

实验方案二

与实验方案一不同的是，S4中选择多种复合污染物，具体的选择农药与锑的混合污染物。

实验方案三

与实验方案一不同的是，S5中每隔2天，共分3次加入，每次加入1ml浓度为100μg/L的锑。

实验方案四

与实验方案三不同的是，在S5中，选用出口越来越窄的针状滴灌器，在重力作用下，实现对植物根系持续不间断的滴加污染物。

通过多种实验方案，分别从污染物自身种类、植物根系位置、污染物施加次数、污染物施加间隔时长多个角度，对植物根系受到环境污染物的影响进行研究，提高研究的精准度。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述实施例仅表示发明的实施方式，本发明的保护范围不仅局限于上述实施例，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明保护范围。