一种用于研究植物根际微环境的多功能根箱装置的制作方法

本发明属于植物根际微环境研究技术领域，特别是涉及一种用于研究植物根际微环境的多功能根箱装置。

背景技术：

根际的概念由德国生物学家lorenzhilter最先提出，是指离根轴表面毫米或厘米范围之内并位于根表面和贴近根周围的土层，而根际微环境分为根际外环境、根际内环境及根系内部环境，其受到植物根系活动影响，且在物理、化学和生物学性质上不同于普通土体的环境，根际微环境是最活跃的土壤微区，其内的可形成由植物根系-根际土壤-微生物构成的特定微生态系统。

研究发现，植物根系是不同类型根际微环境构成的核心部分，植物释放的根系分泌物维持着根际微环境的动态平衡。一方面，植物根系生长对根际土壤的相互扰动关系，影响着根际微环境的物质转化、迁移及其他动力学过程；另一方面，植物代谢的有机酸、糖类、氨基酸类以及其他代谢产物，在土壤矿物风化、根际环境变化、养分转化等生物地球化学过程中发挥关键作用，其微观机理可以归纳为植物的代谢产物通过中和、水解、络合等反应改变土壤微界面的物化性质，进而影响土壤营养成分对植物的有效性，以及氮、磷和轻金属离子等营养元素迁移、分布、富集与转化。

根际微环境一直是国内外土壤学、生态学、植物营养学、农业科学等多学科的研究热点但如何在线实时监测以及原位精准采集土壤，始终是研究植物生长过程中根际微环境的技术难题。

对于植物根际微环境领域的研究，早期普遍采用抖落植物附着土壤的方式，但该方式难以精准定位到植物根际的微界面，还严重影响了植物的生长以及土体的连续性与一致性，进而影响到植物根际土壤养分的转化流通和微生物特征的分析测定，导致研究结果缺乏准确性。

为了克服传统的抖落植物附着土壤方式存在的不足之处，根箱法逐渐普及，其可以实现高效的根际土壤取样，但是，在植物生长过程中，传统的根箱法仍然无法原位精准采集根际土壤，同时无法实时监测根际微环境的参数变化。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种用于研究植物根际微环境的多功能根箱装置，能够原位精准采集根际土壤，同时可以实时监测根际微环境的参数变化。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种用于研究植物根际微环境的多功能根箱装置，包括外箱体及内根际箱，所述外箱体采用无顶结构，外箱体的内部空间由上至下分为根际腔室及储水腔室，根际腔室与储水腔室之间设置有室间隔板，在储水腔室对应的外箱体侧壁上安装有排水阀门；所述内根际箱位于根际腔室内，内根际箱安装在室间隔板上表面；在所述内根际箱上方架设有十字布水架。

所述内根际箱包括根际隔板、根际隔板底部插架及根际隔板顶部插架，根际隔板底部插架固连在室间隔板上表面，根际隔板下端插接在根际隔板底部插架上，根际隔板上端插接在根际隔板顶部插架上。

所述根际隔板底部插架及根际隔板顶部插架均采用六边形结构，根际隔板底部插架与根际隔板顶部插架之间均布六片根际隔板，由六片根际隔板构成内根际箱箱体。

在所述根际隔板板体上、在所述根际隔板底部插架内侧的室间隔板板体上均匀布设有若干透水通孔。

所述内根际箱箱体采用三层结构，内根际箱的内层箱体的内部空间设为根区，内根际箱的内层箱体与中间层箱体之间的空间设为近根区，内根际箱的中间层箱体与外层箱体之间的空间设为远根区，植物种植在根区内。

在所述根际隔板的外表面、在所述室间隔板的上表面铺设有透水过滤网。

所述十字布水架的出水管上均匀布设有出水孔，十字布水架的进水管依次通过输水胶管及蠕动泵与水源相连通。

在所述根区、近根区及远根区内均设置有土壤水分传感器、温度传感器、orp去极化电极及盐分电导传感器。

所述土壤水分传感器、温度传感器、orp去极化电极及盐分电导传感器的信号输出端均依次通过数据接口转换器及多通道数据采集器与智能控制终端相连，通过智能控制终端对实验参数进行设定、对实验数据进行存储与分析。

本发明的有益效果：

本发明的用于研究植物根际微环境的多功能根箱装置，能够原位精准采集根际土壤，同时可以实时监测根际微环境的参数变化；根箱装置整体可拆卸，能够重复利用；在原位采集根际土壤时，能够实现精准采集，同时避免对植物根际微环境产生物理扰动；通过根际隔板上开设的透水通孔，可以保证植物根系的生长状态、营养元素、微生物及根系分泌物的迁移转化活动不受阻碍；根箱装置既适合湿地植物的根际微环境研究，也适合旱地植物的根际微环境研究。

附图说明

图1为本发明的一种用于研究植物根际微环境的多功能根箱装置的立体图；

图2为本发明的一种用于研究植物根际微环境的多功能根箱装置的俯视图；

图3为本发明的一种用于研究植物根际微环境的多功能根箱装置的立体剖视图；

图4为本发明的内根际箱的立体图；

图5为本发明的十字布水架的立体图；

图中，1—外箱体，2—内根际箱，3—根际腔室，4—储水腔室，5—室间隔板，6—排水阀门，7—十字布水架，8—根际隔板，9—根际隔板底部插架，10—根际隔板顶部插架，11—透水通孔，12—根区，13—近根区，14—远根区。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1～5所示，一种用于研究植物根际微环境的多功能根箱装置，包括外箱体1及内根际箱2，所述外箱体1采用无顶结构，外箱体1的内部空间由上至下分为根际腔室3及储水腔室4，根际腔室3与储水腔室4之间设置有室间隔板5，在储水腔室4对应的外箱体1侧壁上安装有排水阀门6；所述内根际箱2位于根际腔室3内，内根际箱2安装在室间隔板5上表面；在所述内根际箱2上方架设有十字布水架7。

所述内根际箱2包括根际隔板8、根际隔板底部插架9及根际隔板顶部插架10，根际隔板底部插架9固连在室间隔板5上表面，根际隔板8下端插接在根际隔板底部插架9上，根际隔板8上端插接在根际隔板顶部插架10上。

所述根际隔板底部插架9及根际隔板顶部插架10均采用六边形结构，根际隔板底部插架9与根际隔板顶部插架10之间均布六片根际隔板8，由六片根际隔板8构成内根际箱2箱体。

在所述根际隔板8板体上、在所述根际隔板底部插架9内侧的室间隔板5板体上均匀布设有若干透水通孔11。

所述内根际箱2箱体采用三层结构，内根际箱2的内层箱体的内部空间设为根区12，内根际箱2的内层箱体与中间层箱体之间的空间设为近根区13，内根际箱2的中间层箱体与外层箱体之间的空间设为远根区14，植物种植在根区12内。

在所述根际隔板8的外表面、在所述室间隔板5的上表面铺设有透水过滤网。

所述十字布水架7的出水管上均匀布设有出水孔，十字布水架7的进水管依次通过输水胶管及蠕动泵与水源相连通。

在所述根区12、近根区13及远根区14内均设置有土壤水分传感器、温度传感器、orp去极化电极及盐分电导传感器。

所述土壤水分传感器、温度传感器、orp去极化电极及盐分电导传感器的信号输出端均依次通过数据接口转换器及多通道数据采集器与智能控制终端相连，通过智能控制终端对实验参数进行设定、对实验数据进行存储与分析。本实施例中，智能控制终端选用计算机。

下面结合附图说明本发明的一次使用过程：

本实施例中，在根际隔板8的外表面、在室间隔板5的上表面铺设的透水过滤网选用200目的尼龙网；在根际隔板8板体上开设的透水通孔11的孔径范围为10mm～20mm，在根际隔板底部插架9内侧的室间隔板5板体上开设的透水通孔11的孔径范围为20mm～30mm；根际腔室3与储水腔室4的体积比为9:1；外箱体1比内根际箱2高出2mm～5mm；

当多功能根箱装置组装完成后，先在根区12、近根区13及远根区14的内部空间填充上土壤，在填充土壤的过程中同步将土壤水分传感器、温度传感器、orp去极化电极及盐分电导传感器安装到位，待植物根系生长后，可以保证orp去极化电极及盐分电导传感器位于植物根系下方1cm～2cm处。

当土壤填充完毕后，将植物种植到根区12内，在植物生长过程中，根据植物生长规律设定给水时间和给水流量，同时通过土壤水分传感器、温度传感器、orp去极化电极及盐分电导传感器分别实时监测土壤的含水率、温度、orp及电导率。

当需要进行土壤原位取样时，先打开排水阀门6以将储水腔室4内的存水放空，然后按照由外层到内层的顺序进行土壤取样，首先将内根际箱2外层箱体的其中一片根际隔板8取下，而外层箱体的其他五片根际隔板8保持不动，然后用刀片去除植物根系上部1cm～2cm厚度的土壤，再对剩下的土壤进行原位取样，完成远根区14的第一处土壤取样后，继续完成远根区14剩下五处的土壤取样。当远根区14的土壤取样结束后，将内根际箱2中间层箱体的其中一片根际隔板8取下，参照远根区14的土壤取样方式，完成近根区13的六处土壤取样。当近根区13的土壤取样结束后，同样参照远根区14的土壤取样方式，继续完成根区12的六处土壤取样。

通过上述土壤取样过程，可以最大程度的避免对土壤的物理扰动，有效保持土壤的完整性，最大程度的降低对根系分泌物释放造成的影响，有效避免因取样过程引起植物根际微环境的变化。最后，将获取的全部土壤样品开展植物根际微环境研究即可。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。