一种用于研究根系应对垂直障碍的试验装置及其试验方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于研究根系应对垂直障碍的试验装置，包括用于植物苗木生长的透明圆筒容器，所述圆筒容器内沿竖直方向排列设置有若干个透明隔层以将圆筒容器内部分隔成多个用于填充培养基质的分层区域，每个隔层上设置有连通上下两相邻分层区域的通孔，每个分层区域所对应的圆筒容器侧壁上开设有测试孔。同时本发明还提供一种用于研究根系应对垂直障碍的试验方法。该用于研究根系应对垂直障碍的试验装置整体结构简单，造价低廉，取材和制作方便，模拟自然环境，研究根系如何启动形态生理学响应策略以应对生长逆境，尤其是试验植物根系应对垂直方向固体障碍的能力，提高困难立地条件下造林成功率。
【专利说明】一种用于研究根系应对垂直障碍的试验装置及其试验方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于研究根系应对垂直障碍的试验装置及其试验方法，属于困难 立地条件下绿化造林技术的研究领域。
【背景技术】
[0002] 近年来，我国森林覆盖率大幅度提高，一些较易造林地区已基本上完成了造林任 务。然而，随着社会经济的快速发展，人类对林地的破坏仍十分严重，形成了诸如矿山废弃 地、裸露山体、采石场、建筑垃圾填埋场等大面积石质的困难立地。如何提高这些困难立地 的造林成功率，增加绿化面积是当前林业工作者急需解决的问题。以矿山废弃地为例，人类 对矿产资源的需求日益增大，对矿产资源的开采不可避免地会对植被和土地产生破坏，露 天开采、地面塌陷、采选矿废弃物的堆存产生了大量的矿山废弃地。据地矿部门初步统计， 全国矿区累计破坏土地面积达288万hm 2,每年以大约4. 67万hm2的速度增大。矿山废弃地 不仅带来了重金属污染、水土流失、地质灾害隐患加重等一系列环境问题，还导致绿化造林 成活率、保存率不高，这主要是由于根系生长过程中常常遭遇石质等土壤固体障碍，造成根 系吸收的养分、水分无法满足地上部生长需求，以致林分生长缓慢，稳定性差，林分质量低， 不能发挥出较高的效益。
[0003] 然而，在长期进化过程中，有些植物对石质障碍等土壤逆境的感知能力特别强，并 能迅速启动应对策略，包括形态可塑性、生理可塑性、菌根可塑性等，一些植物还可以通过 调节根系中细根的直径、分枝角、节间距以及空间构型来实现对土壤固体障碍的规避、绕行 等应对策略。可见，如何通过研究充分挖掘植物根系应对土壤固体障碍的潜在能力，对提高 困难立地条件下造林成功率，实现困难立地植被快速恢复具重要理论及实践意义。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明的目的是提供一种用于研究根系应对垂直障碍的试验装置及其 试验方法，结构简单，制造方便，模拟自然环境，研究植物根系应对垂直方向固体障碍的能 力，提高困难立地条件下造林成功率。
[0005] 本发明采用以下方案实现：一种用于研究根系应对垂直障碍的试验装置，包括用 于植物苗木生长的透明圆筒容器，所述圆筒容器内沿坚直方向排列设置有若干个透明隔层 以将圆筒容器内部分隔成多个用于填充培养基质的分层区域，每个隔层上设置有连通上下 两相邻分层区域的通孔，每个分层区域所对应的圆筒容器侧壁上开设有测试孔。
[0006] 进一步的，所述圆筒容器外侧壁与每个测试孔对应处设有遮盖在测试孔上的锡 纸。
[0007] 进一步的，所述圆筒容器内设置有两个透明隔层，分别是自上而下排布的第一隔 层和第二隔层以将圆筒容器内部三个分层区域，分别是自上而下排布的第一分层区域、第 二分层区域和第三分层区域。
[0008] 进一步的，所述第一隔层上紧靠圆筒容器内侧壁处设有一圆孔A，所述第二隔层上 位于所述圆孔A的正下方设有一直径与圆孔A相同的圆孔B，所述圆孔B所在的直径方向上 还排列有若干个直径与圆孔B相同的圆孔C。
[0009] 进一步的，所述圆孔B和圆孔C在其所在的直径方向上是等距排列的。
[0010] 同时，本发明还提供一种用于研究根系应对垂直障碍的试验方法，采用如上所述 的一种用于研究根系应对垂直障碍的试验装置，并按以下步骤进行：（1)准备预定数量的 该试验装置并将其分成若干批；（2)在每个试验装置的每个分层区域内放置有相同养分的 培养基质，最上方分层区域内播种或栽植预定数量品质优良的植物种子或移植苗木；（3) 定期利用水势测定仪通过每个试验装置上测试孔测定不同分层区域的水势，并及时向水势 偏低的分层区域内补充水分或营养液，保证所有试验装置的分层区域具相同水势；（4)定 期取出一批的试验装置，对每个分层区域内的根系进行形态生理学指标测定，以观测根系 应对垂直障碍时顺利穿透不同通孔的能力及生长状态；（5)记录不同批次每个试验装置上 各分层区域内、各通孔处根系的分布及生长情况。
[0011] 进一步的，所述步骤（4)中形态生理学指标测定的方法是通过数字化扫描仪扫描 各根系图像，应用图像分析软件对各分层区域生长的根系进行定量分析；并利用气相色谱 仪对各分层区域生长根系的生理指标进行定量分析。
[0012] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明整体结构简单，造价低廉，取 材和制作方便，模拟自然环境，当植物根系向地垂直生长过程中遭遇石质、矿渣、塑料制品 废弃物等固体障碍时，研究根系如何启动形态生理学响应策略以应对该生长逆境，尤其是 试验植物根系应对垂直方向固体障碍的能力，提高困难立地条件下造林成功率。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 图1是本发明实施例构造示意图； 图中标号说明：1-圆筒容器、2-测试孔、3-第一隔层、4-第二隔层、5-第一分层区域、 6-第二分层区域、7-第三分层区域、8-圆孔A、9-圆孔B、10-圆孔C。
【具体实施方式】
[0014] 为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相 关附图，对本发明作进一步详细说明。
[0015] 如图1所示，一种用于研究根系应对垂直障碍的试验装置，包括用于植物苗木生 长的透明圆筒容器1，所述圆筒容器1内沿坚直方向排列设置有若干个透明隔层以将圆筒 容器内部分隔成多个用于填充培养基质的分层区域，所述圆筒容器1和隔层采用透光不透 水的硬质板材(如玻璃等）制成，以模拟根系垂直生长过程中遭遇的土壤固体障碍。每个隔 层上设置有连通上下两相邻分层区域的以根系自由穿透的通孔，每个分层区域所对应的圆 筒容器侧壁上开设有测试孔2,用于观测根系生长状况、采集试验样品以及补充水分或营养 液。
[0016] 在本实施例中，所述圆筒容器1外侧壁与每个测试孔2对应处设有遮盖在测试孔 上的锡纸，以防止水分的流失，每个测试孔2位于对应分层区域垂直方向上的中心位置。
[0017] 在本实施例中，所述圆筒容器内设置有两个透明隔层，分别是自上而下排布的第 一隔层3和第二隔层4以将圆筒容器内部三个分层区域，分别是自上而下排布的第一分层 区域5、第二分层区域6和第三分层区域7,观测研究各个分层区域内根系的生长情况，尤其 是研究根系遭受垂直障碍的影响之后，根系在不同土壤深度的各个分层区域内分布的均匀 性、以及相对于茎的位置的对称性。
[0018] 在本实施例中，所述第一隔层3上紧靠圆筒容器1内侧壁处设有一圆孔A (8)，所 述第二隔层4上位于所述圆孔A (8)的正下方设有一直径与圆孔A (8)相同的圆孔B (9)， 所述圆孔B (9)所在的直径方向上还排列有若干个直径与圆孔B (9)相同的圆孔C (10); 第一隔层上的所述通孔即为圆孔A，第二隔层上的所述通孔即为圆孔B和圆孔C;其中圆孔 A用于模拟土壤中固体障碍之间形成的形态或大小各异的空隙，用于研究植物根系垂直向 地生长至第一分层区域5时，当部分根系遭遇第一隔层的阻碍，这部分根系是否会通过启 动形态生理对策向圆孔A聚集生长，从而规避或绕行了第一隔层所形成的障碍；当根系穿 过圆孔A进入第二分层区域6之后，我们需要研究根系通过圆孔B垂直向地生长的拓殖深 度，还有，需要研究根系在第二分层区域内的拓殖广度，即聚集穿过圆孔A的根系的生长方 向是否获得调整，使根系的空间分布格局相对于茎的位置呈规则性、对称性，从而通过距圆 孔B不同距离的若干圆孔C均匀地聚集并向第三分层区域生长；综合分析上述根系的生长 情况可揭示出植物根系应对垂直障碍的形态生理学策略。
[0019] 在本实施例中，所述圆孔B (9)和圆孔C (10)在其所在的直径方向上是等距排列 的，用于研究观测第二分层区域6内根系穿过第二隔层4的均匀性。
[0020] 如图1所示，一种用于研究根系应对垂直障碍的试验方法，包括如上所述的一种 用于研究根系应对垂直障碍的试验装置，并按以下步骤进行：（1)准备预定数量的该试验 装置并将其分成若干批；（2)在每个试验装置的每个分层区域内放置有相同养分的培养基 质，最上方分层区域内播种播种或栽植预定数量品质优良的植物种子(如松柏种子等）或移 植苗木(如松柏苗木等）；（3)定期利用水势测定仪通过每个试验装置上测试孔测定不同分 层区域的水势，并及时向水势偏低的分层区域内补充水分或营养液，保证所有试验装置的 分层区域具相同水势；测试并补充完毕采用锡纸将测试窗封住，以防止水分的流失；（4)定 期取出一批的试验装置，对每个分层区域内的根系进行形态生理学指标测定，以观测根系 应对垂直障碍时顺利穿透不同通孔的能力及生长状态；（5)记录不同批次每个试验装置上 各分层区域内、各通孔处根系的分布及生长情况。
[0021] 在本实施例中，所述步骤（4)中形态生理学指标测定的方法是通过数字化扫描仪 扫描各根系图像，应用图像分析软件对各分层区域生长的根系进行定量分析；并利用气相 色谱仪对各分层区域生长根系的生理指标(如内源激素、有机酸等）进行定量分析。
[0022] 上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应 理解的是，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种用于研究根系应对垂直障碍的试验装置，其特征在于：包括用于植物苗木生长 的透明圆筒容器，所述圆筒容器内沿坚直方向排列设置有若干个透明隔层以将圆筒容器内 部分隔成多个用于填充培养基质的分层区域，每个隔层上设置有连通上下两相邻分层区域 的通孔，每个分层区域所对应的圆筒容器侧壁上开设有测试孔。
2. 根据权利要求1所述的用于研究根系应对垂直障碍的试验装置，其特征在于：所述 圆筒容器外侧壁与每个测试孔对应处设有遮盖在测试孔上的锡纸。
3. 根据权利要求1或2所述的用于研究根系应对垂直障碍的试验装置，其特征在于： 所述圆筒容器内设置有两个透明隔层，分别是自上而下排布的第一隔层和第二隔层以将圆 筒容器内部分隔成三个分层区域，分别是自上而下排布的第一分层区域、第二分层区域和 第三分层区域。
4. 根据权利要求3所述的用于研究根系应对垂直障碍的试验装置，其特征在于：所述 第一隔层上紧靠圆筒容器内侧壁处设有一圆孔A，所述第二隔层上位于所述圆孔A的正下 方设有一直径与圆孔A相同的圆孔B，所述圆孔B所在的直径方向上还排列有若干个直径与 圆孔B相同的圆孔C。
5. 根据权利要求4所述的用于研究根系应对垂直障碍的试验装置，其特征在于：所述 圆孔B和圆孔C在其所在的直径方向上是等距排列的。
6. -种用于研究根系应对垂直障碍的试验方法，其特征在于：采用权利要求1飞所述 任一种用于研究根系应对垂直障碍的试验装置，并按以下步骤进行：（1)准备预定数量的 该试验装置并将其分成若干批；（2)在每个试验装置的每个分层区域内放置有相同养分的 培养基质，最上方分层区域内播种或栽植预定数量品质优良的植物种子或移植苗木；（3) 定期利用水势测定仪通过每个试验装置上测试孔测定不同分层区域的水势，并及时向水势 偏低的分层区域内补充水分或营养液，保证所有试验装置的分层区域具相同水势；（4)定 期取出一批的试验装置，对每个分层区域内的根系进行形态生理学指标测定，以观测根系 应对垂直障碍时顺利穿透不同通孔的能力及生长状态；（5)记录不同批次每个试验装置上 各分层区域内、各通孔处根系的分布及生长情况。
7. 根据权利要求6所述的用于研究根系应对垂直障碍的试验方法，其特征在于：所述 步骤（4)中形态生理学指标测定的方法是通过数字化扫描仪扫描各根系图像，应用图像分 析软件对各分层区域生长的根系进行定量分析；并利用气相色谱仪对各分层区域生长根系 的生理指标进行定量分析。
【文档编号】A01G31/02GK104137761SQ201410363552
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2014年7月29日
【发明者】吴鹏飞, 邹显花, 侯晓龙, 刘爱琴 申请人:福建农林大学