植物根系生长的分层定位研究方法及分层定位器的制造方法
【专利摘要】植物根系生长的分层定位研究方法及分层定位器，将试验土壤装在设有若干层定位网的隔离筒内，种植所研究植物的种子，植物生长达到标准后挖出隔离筒，用水冲去试验土壤，收集到植物根系样品进行各种研究测试工作。所得植物根系生长轨迹定位准确，完整性高、损耗少，取根深度容易控制，减少了取根过程对根系的破坏，降低取样误差，植物根系的生长环境与自然环境接近，能够适应玉米、大豆、水稻以及绿豆、高粱、花生等不同植物的根系研究，应用范围广。定位器结构简单，成本低，使用灵活拆装方便，根、土容易分离，洗根过程简单，保证取根精确、原位性好、完整性高、生长轨迹清晰，根系损耗低，降低操作的复杂程度，大大减轻研究人员的劳动强度。
【专利说明】植物根系生长的分层定位研究方法及分层定位器
【技术领域】
[0001]本发明涉及植物根系培养及生长的研究方法及器具，具体说是一种植物根系生长的分层定位研究方法及分层定位器。
【背景技术】
[0002]根系在植物的生长发育及生命活动中具有重要作用，深入研究植物根系的形态结构、生理特征具有重要的理论和生产实践意义。在农业科学研究中对植物根系的取样多涉及不同作物、不同土质、不同深度、不同部位、不同根量及不同用途的作业。
[0003]目前，对大田作物根系的研究常用挖掘法(土钻法或土块法等)、分根法、盆栽法、网袋法、无土栽培(水、砂、砾石或气培)法、同位素示踪法等进行取样和观察，但是这些方法及装置大都存在着以下诸多弊端:取样不够精准，根、土不易分离，取根完整性差、根系损耗大；植物种植区多为盆形、方槽形或圆筒形，盆形种植容积往往不足，限制了根的生长，目前的方槽或圆筒种植多以固定水泥槽或瓷罐为主，建成后深度不能改变，整体拆除困难，试验局限性较大，后期试验取根操作困难；取根过程容易破坏植株根的完整性，根系在土壤中的原本生长轨迹发生较大移动，根系生长的轨迹破坏明显且无法还原，各土壤层中根系损失严重，与根系原本的生长情况差异较大；土芯原状保存及处理困难，洗根过程复杂，操作费时费力，应用局限性大，不适于根系形态特征的研究；培养环境与自然环境差异较大，根系形态、结构和分布、根毛数量及内部酶活力和生物激素含量差异明显，示踪同位素放射性粒子存在污染环境的危险。发现有一些关于植物根系生长过程的观测方法及设备等的报道，但是仍存在着:没有固定根系的结构，容易破坏植物根系的整体稳定性，洗根过程费时费力操作困难，洗根过程中不能固定根系纵向的生长结构，植物根系的实际生长轨迹位移较大；有的加装筒底与自然土壤环境完全隔开，土壤中水分、微生物等环境无法与自然界相通，无法完全模拟自然条件下根系的生长状况；安装、拆卸操作复杂，个别需要起重机等大型设备的辅助，由于装置过于笨重载土后难以保证挖掘、冲洗过程的稳定，难以维持根系定位后的轨迹不发生较大位移等缺陷。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对上述现有技术存在的不足，提供一种取根定位准确、原位性好，使用灵活方便，工作效率高的植物根系生长的分层定位研究方法及分层定位器。
[0005]本发明的首要目的是提供一种植物根系生长的分层定位研究方法。
[0006]这种植物根系生长的分层定位研究方法，按下列步骤进行:
(1)在可以避免周围土壤环境影响的隔离容器内，设置相互平行的至少两层定位网；
(2)在隔离容器内装满试验所需的试验土壤，向装满试验土壤的隔离容器灌入足量的水使试验土壤沉实，并重复加土、灌水过程，直到隔离容器中的试验土壤降至最上一层定位网的位置不再下降为止；
(3)在播种期时，将所研究植物的种子，种植在最上一层定位网上播种口的试验土壤里；
(4)待研究植物生长达到试验所需标准后，挖出隔离容器及其内部的试验土壤，拆除隔离容器后用钩、钉或系绳将植物根系进一步固定在定位网上，然后用水自上而下冲去定位网周围的试验土壤，即可收集到原位性好、生长轨迹清晰、完整性高的植物根系样品，进行各种研究测试工作。
[0007]为了适应各种植物(例如:玉米、大豆、水稻以及绿豆、高粱、花生等)根系生长研究的不同要求。所述隔离容器的截面形状，可以为圆形、正方形或长方形，高度为200—1000毫米，横截面积为15000—206000平方毫米。定位网可设置2 —10层，定位网的垂直间距为100一200晕米，定位网的网孔孔径为8—4目(2.36一4.75晕米)。
[0008]所述试验土壤为:黑土系列，包括灰黑土、黑土、白浆土和黑钙土。
[0009]为了更好的实现上述研究方法，本发明的另一目的是提供一种植物根系生长分层定位器。
[0010]这种植物根系生长分层定位器，由可避免周围土壤环境影响的隔离筒构成，特点是在隔离筒内挂装有定位网盘固定架，定位网盘固定架上活动装有至少两层定位网盘。
[0011]所述定位网盘固定架由至少三根定位网盘固定杆组成，定位网盘固定杆上对应设有至少两个定位网盘固定卡，定位网盘固定卡上活动装有定位网盘。定位网盘固定卡可设置2—10层，定位网盘固定卡的垂直间距为100—200毫米；定位网盘由定位网盘框组成，定位网盘框上固定连接有定位网，在最上层的定位网盘的定位网中心设有至少一个播种口，定位网的网孔孔径为8— 4目(2.36—4.75毫米)；隔离筒的高度为200—1000毫米，隔离筒的横截面积为15000— 206000平方毫米。
[0012]所述的隔离筒和与其相配合的定位网盘的形状，可为圆形、正方形或长方形。
[0013]为了保证定位网盘固定架在使用时，拆装更加方便，放置稳固、可靠，在定位网盘固定杆的上端分别设有固定钩，在定位网盘固定杆的下端活动连接有固定管套，固定管套分别固定连接在底框上。
[0014]为了隔离筒在使用时更加便捷、牢固、连接紧密，隔离筒由垂直方向分成的两部分对扣组成，在对扣后的隔离筒的外侧设有至少一个隔离筒固定卡。
[0015]本发明的分层定位器结构简单，可选用PVC-U管材、不锈钢等原材料和通用零部件，并采用常规的焊接等工艺加工制作，成本低、容易实施。
[0016]本发明的分层定位器设计科学合理，容易操作，取根原位性好、生长轨迹清晰、完整性高，取根耗损少、破坏小，为实现植物根系生长的分层定位研究方法，提供了一种专用器具。为了适应不同植物根系的研究，定位网盘固定架上可垂直方向放置若干层定位网盘，各层定位网盘可根据不同植物根系情况选择不同孔径网孔的定位网。为了实现定位网盘对植物各层根系的精确定位，在定位网盘固定杆上设有固定距离的定位网盘固定卡，对各网盘位置进行精确定位。
[0017]研究使用时，先将组装完毕的定位网盘固定架装入组合后的隔离筒内，并将隔离筒放入试验地点已挖好的大于其体积的土坑中，再将试验土壤填入隔离筒内外，向装满试验土壤的隔离筒灌入足量的水沉实，重复加土、灌水过程，直到隔离筒中试验土壤降至最上一个定位网盘的位置不在下降，即可将所研究植物的种子在播种期时种植于播种口内的试验土壤里。待达到试验所需标准后，挖出植物根系生长分层定位器，除去隔离筒，用水冲去定位网盘固定架内的试验土壤，即可收集到原位性好、完整性高的植物根系样品，进行各项指标的测定等研究工作。
[0018]本发明的植物根系生长的分层定位研究方法及分层定位器与现有技术相比较，具有以下有益效果:本发明的植物根系生长的分层定位研究方法和分层定位器，可以同时选用若干个不同大小孔径的定位网，并设置不同的垂直间距，定位网定位深度准确，植物根系生长轨迹的位移最小且定位牢固，使取根样品最大程度的接近大田生产；根系生长轨迹定位准确，根完整性高、损耗少，取根深度容易控制，各土层根系结构完整和位置准确，减少了取根过程对根系整体的破坏程度，降低了取样误差；隔离容器有利于试验土壤的保存及处理，植物根系的生长环境与自然环境接近，整个生长过程不产生环境污染；能够适应不同植物的研究，例如玉米、大豆、水稻以及绿豆、高粱、花生等作物，可满足根系生长状况的各种研究工作，应用范围广。
[0019]分层定位器结构简单，制作成本低，使用灵活，拆装简便，根、土容易分离，洗根过程简单，操作省时省力，根系损耗低，取根精确、高效，降低了操作的复杂程度，隔离筒由垂直方向分成的两部分对扣组成，并设有隔离筒固定卡承载了试验土壤的张力，隔离筒的体积适中，使定位器拆装及取根工作的实施更加便捷，易于操作，大大减轻研究人员的劳动强度，为分层定位研究方法的实现提供了良好的器具。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是本发明植物根系生长分层定位器一种实施例的结构示意图。
[0021]图2是定位网盘组装在定位网盘固定架上的结构示意图。
[0022]图中:1隔离筒、1.1隔离筒固定卡，2定位网盘固定架、2.1定位网盘固定杆、2.2定位网盘固定卡、2.3固定钩、2.4固定管套、2.5底框，3定位网盘、3.1定位网盘框、3.2定位网、3.3播种口。
【具体实施方式】
[0023]下面结合各实施例对本发明作进一步描述。
[0024]实施例1:植物根系生长分层定位器
参照附图1、2，这是一种设有五层定位网盘的圆形植物根系生长分层定位器，由可避免周围土壤环境影响的两个半圆弧形对扣的隔离筒1，隔离筒上的隔离筒固定卡1.1构成。隔离筒内挂装有由四根定位网盘固定杆2.1组成的定位网盘固定架2，定位网盘固定杆上对应设有五个等距离的定位网盘固定卡2.2，定位网盘固定杆的上端设有固定钩2.3，在定位网盘固定杆的下端紧密配合装有固定管套2.4，固定管套分别焊接在圆形的底框2.5上。在定位网盘固定架的定位网盘固定卡上活动装有定位网盘3，定位网盘由定位网盘框3.1组成，定位网盘框上固定连接有定位网3.2，在最上层的定位网盘的定位网中心设有播种口3.3。
[0025]实施例2:玉米在60000株/公顷种植密度下根系生长的分层定位研究
为了研究玉米的根系生长状况，首先制作一个设有五层定位网盘的圆形植物根系生长分层定位器，按种植密度60000株/公顷，选择分层定位器的隔离筒内径为270毫米、高度为550毫米,选用4根600毫米长的不锈钢棍制成定位网盘固定杆和固定钩,定位网盘垂直方向的间距100毫米，定位网盘直径为260毫米，定位网盘上定位网的网孔孔径自上而下分别为4目(4.75毫米)的I个、6目(3.35毫米)的2个、8目(2.36毫米)的2个。
[0026]分层定位器组装完毕后，在选定的试验地点挖一个深550毫米左右的土坑，将植物根系生长分层定位器放置在土坑内，将试验土壤填入隔离筒内外，装土完毕后向隔离筒内反复加土、水沉实约4一5次，使隔离筒中试验土壤稳定在最上一层定位网盘的位置。在播种期时将玉米种子种植于播种口处的试验土壤内。试验时可选取若干个参数相同的分层定位器，同时分别装填不同的试验土壤和肥料，以模拟不同土壤、不同肥料等环境下植物根系的生长。灌溉等田间管理与大田管理相一致。
[0027]待达到取根期后，砍去玉米植株地上部分，切割时保留100毫米左右的茎杆。挖出植物根系生长分层定位器，打开隔离筒固定卡，除去隔离筒，用两根长度300毫米左右的铁钩或铁钉，插入保留的茎杆内，使玉米根进一步牢牢固定在定位网盘固定架上。固定完毕后用水自上而下冲去定位网盘固定架内的试验土壤，冲洗后即可收集到完整性高、生长轨迹准确的玉米根样品，进行根系形态、结构和分布的检测，以及对根系生理指标及土壤微生物测定等取样研究工作。
[0028]在冲洗定位网盘固定架内试验土壤时，还可以对各层试验土壤进行不同目的的取样，检测自然条件下各层试验土壤中农药、化肥等残留情况，以及试验土壤微生物组成及分布情况等。
[0029]实施例3:高产大豆在15000株/亩种植密度下的植株根系生长的分层定位研究为了研究高产大豆的根系生长状况，首先制作一个设有六层定位网盘的圆形植物根系生长分层定位器，按种植密度15000株/亩，选择分层定位器的隔离筒内径为260毫米、高度为650毫米，选用4根700毫米长的不锈钢棍制成定位网盘固定杆和固定钩，定位网盘垂直方向的间距100毫米，定位网盘直径为250毫米，定位网盘上定位网的网孔孔径自上而下分别为5目(4.00毫米)的I个、6目(3.35毫米)的3个、8目(2.36毫米)的2个，最上一层的定位网上设有3个播种口，播种口之间成三角形。
[0030]分层定位器组装完毕后，在选定的试验地点挖一个深650毫米左右的土坑，将植物根系生长分层定位器放置在土坑内，将试验土壤填入隔离筒内外，装土完毕后向隔离筒内反复加土、水沉实约4一5次，使隔离筒中试验土壤稳定在最上一层定位网盘的位置，在播种期时将大豆种子种植于3个播种口处的试验土壤内，每个播种口内种植3粒豆种，在苗期进行间苗，各播种口内保留2株豆苗。
[0031]待达到取根期后，砍去大豆植株地上部分，切割时保留100毫米左右的茎杆。挖出植物根系生长分层定位器，打开隔离筒固定卡，除去隔离筒，用两根系绳拴牢保留的茎杆，使根进一步牢牢固定在定位网盘固定架上。固定完毕后用水自上而下冲去定位网盘固定架内的试验土壤，冲洗后即可收集到完整性高、生长轨迹准确的大豆根样品，进行根系形态、结构和分布的观察，对根系理化学指标及根瘤菌相关测定等取样研究工作。
[0032]实施例4:花生在200000株/公顷种植密度下的植株根系生长的分层定位研究为了研究花生的根系生长状况，按种植密度200000株/公顷，选择一个设有四层定位网盘的圆形植物根系生长分层定位器，分层定位器的隔离筒内径为270毫米、高度为450毫米，选用4根500毫米长的不锈钢棍制成定位网盘固定杆和固定钩，定位网盘垂直方向的间距100毫米，定位网盘直径为260毫米，定位网盘上定位网的网孔孔径自上而下分别为5目(4.0O毫米)的I个、6目(3.35毫米)的I个、8目(2.36毫米)的2个，最上一层的定位网上设有4个播种口，播种口之间成正方形。
[0033]分层定位器组装完毕后，在选定的试验地点挖一个深450毫米左右的土坑，将植物根系生长分层定位器放置在土坑内，将试验土壤填入隔离筒内外，装土完毕后向隔离筒内反复加土、水沉实约4一5次，使隔离筒中试验土壤稳定在最上一层定位网盘的位置，在播种期时将花生种子种于播种口处的试验土壤内，每个播种口内种植4粒，在苗期进行间苗，保留相应数量的幼苗。
[0034]待达到取根期后，砍去花生植株地上部分，切割时保留100毫米左右的茎杆。挖出植物根系生长分层定位器，打开隔离筒固定卡，除去隔离筒，用两根系绳或铁钩，拴牢保留的茎杆，使根进一步牢牢固定在定位网盘固定架上。固定完毕后用水自上而下冲去定位网盘固定架内的土壤，冲洗后即可收集到完整性高、生长轨迹准确的花生根样品，进行根系形态、结构和分布等的观察，以及对根系、试验土壤理化指标测定、农药残留等相关取样研究工作。
[0035]本发明的有益效果，以实施例2玉米根系生长的分层定位研究为例，本发明的方法比传统的铁锹挖掘法，取根量多，根完整性高，铁锹挖掘深度为200毫米左右，深层根系丢失严重，丢根多达40%以上，易受土壤环境中其它根系干扰；而本发明的方法，取根深度可以在500—1000毫米左右的深度可调，取根丢失在5%以下，并不受环境土壤中其它植物根系生长的干扰。
[0036]本发明的方法与单一的筒、箱、盆等容器法相比，最大程度的模拟大田生产环境的自然条件，筒、箱、盆所装的土壤体积过少或过多，与实际田间环境的差异明显，植株生长严重背离实际自然条件，生长天数相同的植株，根系干物重(28— 24.5克)一般比自然条件的低20— 30%，茎杆直径(27— 24毫米左右)一般比自然条件的减少10 — 20%，并且洗根后不能观察及确定根系在土壤中生长的具体深度。本发明的方法与大田肥水条件相同情况下，根系生长环境基本无明显差异，根系干物重降低0.5 — 3%，茎杆直径差异1%左右，洗根后可直接观察根生长轨迹及各个部分生长深度及形态。本发明的方法所取根的根系活力及生物激素值与大田生长的根活力等非常接近，差异只有0.5-1%,比现有的其它培养方法收集的根系活力高10—20%，可以更加客观的反映自然环境中植物根系的生长情况，并且能够满足各种取根的研究。
【权利要求】
1.一种植物根系生长的分层定位研究方法，其特征在于:按下列步骤进行: (1)在可以避免周围土壤环境影响的隔离容器内，设置相互平行的至少两层定位网； (2)在隔离容器内装满试验所需的试验土壤，向装满试验土壤的隔离容器灌入足量的水使试验土壤沉实，并重复加土、灌水过程，直到隔离容器中的试验土壤降至最上一层定位网的位置不再下降为止； (3)在播种期时，将所研究植物的种子，种植在最上一层定位网上播种口的试验土壤里； (4)待研究植物生长达到试验所需标准后，挖出隔离容器及其内部的试验土壤，拆除隔离容器后用钩、钉或系绳将植物根系进一步固定在定位网上，然后用水自上而下冲去定位网周围的试验土壤，即可收集到原位性好、生长轨迹清晰、完整性高的植物根系样品，进行各种研究测试工作。
2.根据权利要求1所述的植物根系生长的分层定位研究方法，其特征在于:隔离容器的截面形状为圆形、正方形或长方形，高度200—1000毫米，横截面积15000— 206000平方毫米；定位网设置2 —10层，定位网的垂直间距100—200毫米，定位网的网孔孔径8—4目。
3.根据权利要求1所述的植物根系生长的分层定位研究方法，其特征在于:试验土壤为黑土系列的灰黑土、黑土、白浆土和黑钙土。
4.一种植物根系生长分层定位器，由可避免周围土壤环境影响的隔离筒构成，其特征在于:在隔离筒内挂装有定位网盘固定架，定位网盘固定架上活动装有至少两层定位网盘；定位网盘固定架由至少三根定位网盘固定杆组成，定位网盘固定杆上对应设有至少两个定位网盘固定卡，定位网盘固定卡上活动装有定位网盘；定位网盘固定卡可设置2 —10层，定位网盘固定卡的垂直间距100— 200毫米；定位网盘由定位网盘框组成，定位网盘框上固定连接有定位网，在最上层的定位网盘的定位网中心设有至少一个播种口，定位网的网孔孔径8— 4目；隔离筒的高度200—1000毫米，隔离筒的横截面积15000— 206000平方毫米。
5.根据权利要求4所述的植物根系生长分层定位器，其特征在于:隔离筒和与其相配合的定位网盘的形状，为圆形、正方形或长方形。
6.根据权利要求4所述的植物根系生长分层定位器，其特征在于:在定位网盘固定杆的上端分别设有固定钩，在定位网盘固定杆的下端活动连接有固定管套，固定管套分别固定连接在底框上。
7.根据权利要求4所述的植物根系生长分层定位器，其特征在于:隔离筒由垂直方向分成的两部分对扣组成，在对扣后的隔离筒的外侧设有至少一个隔离筒固定卡。
【文档编号】A01G9/02GK104322248SQ201410527263
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月9日 优先权日:2014年10月9日
【发明者】闫伟平, 王立春, 边少锋, 方向前, 张丽华, 谭国波, 赵洪祥, 孟祥盟, 孙宁 申请人:吉林省农业科学院