研究根系應對局部間歇脈沖供養(yǎng)環(huán)境的試驗裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種研究根系應對局部間歇脈沖供養(yǎng)環(huán)境的試驗裝置及方法，該試驗裝置包括至少一個植苗裝置和處理液自動噴灌系統(tǒng)，所述植苗裝置包含一個作為盆栽容器的圓形容器，所述圓形容器中心設有一個用于苗木栽植的圓柱筒，所述圓柱筒外側與圓形容器內側之間通過若干豎直隔層均勻分隔成若干個用于放置不同養(yǎng)分處理斑塊的扇形區(qū)域，所述圓柱筒和豎直隔層均為網(wǎng)眼布滿瓊脂的玻璃纖維網(wǎng)。本發(fā)明全面系統(tǒng)，自動化操作，利用該試驗裝置可模擬自然環(huán)境中土壤養(yǎng)分間歇脈沖特性，研究植物根系如何利用形態(tài)學、生理學響應策略應對自然土壤中的局部間歇脈沖供養(yǎng)環(huán)境。
【專利說明】研究根系應對局部間歇脈沖供養(yǎng)環(huán)境的試驗裝置及方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及局部間歇脈沖養(yǎng)分條件下植物根系養(yǎng)分吸收行為的研究領域，主要涉及植物根系對有效養(yǎng)分的尋覓行為研究，具體是一種研究根系應對局部間歇脈沖供養(yǎng)環(huán)境的試驗裝置及方法。

【背景技術】
[0002]植物可利用的土壤資源，如礦質養(yǎng)分、水分等在不同時空尺度上的分布通常呈現(xiàn)較大的異質性。土壤養(yǎng)分斑塊模式在自然界中廣泛存在，是植物生存環(huán)境本身的一個重要屬性。養(yǎng)分分布異質性是作為有機輸入及其后微生物分解的結果出現(xiàn)的。土壤養(yǎng)分資源異質性產生的原因包括地形地貌、微地形因素、母巖礦物學特性、土壤動物和微生物活動、樹干流、根系吸收及周轉、降雨、干擾因子如林火以及營林措施的影響等。其中，降雨是導致土壤有效養(yǎng)分異質性的重要因素之一。一方面，降雨淋溶可附著林冠及植物體溶解出來的各種養(yǎng)分物質，由于淋溶出來的養(yǎng)分都是水溶性的，無需要經(jīng)過復雜的分解過程可以被植物直接吸收，降雨淋溶的林內雨及樹干莖流滲入土壤后成為可利用的有效養(yǎng)分。然而，因降雨量、林木地上營養(yǎng)器官(葉、枝、干、皮、果等)所含各種養(yǎng)分物質量及其可溶程度等不均造成土壤養(yǎng)分的異質性。另一方面，降雨徑流可使土壤中異質分布的有效養(yǎng)分垂直向下遷移至植物根系活動層，供植物吸收利用。由于降雨是間歇式發(fā)生的，林內雨、樹干莖流及降雨徑流的產生也均是間歇式的，最終導致土壤有效養(yǎng)分呈現(xiàn)明顯的間歇脈沖特性。
[0003]大量研究表明:植物根系為適應土壤養(yǎng)分的異質性格局，以最大限度地獲取土壤有效資源，植物根系在長期進化過程中對養(yǎng)分空間異質性形成了相應的適應機制，包括形態(tài)可塑性、生理可塑性、菌根可塑性等。但目前在植物對養(yǎng)分異質性的可塑性研究中忽略了土壤有效養(yǎng)分的間歇脈沖特性。然而，森林土壤有效養(yǎng)分的間歇脈沖特性對植物吸收養(yǎng)分行為具有不可忽視的影響，在養(yǎng)分間歇脈沖條件下植物根系是否同樣存在可塑性反應？反應策略又有何不同？可見，為更接近自然界的真實情況，研究植物根系對局部養(yǎng)分間歇脈沖特性的可塑性反應，對于研究自然界中植物對有效養(yǎng)分的吸收行為具重要理論及實踐意義。


【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種研究根系應對局部間歇脈沖供養(yǎng)環(huán)境的試驗裝置及方法，全面系統(tǒng)，自動化操作，利用該試驗裝置可模擬自然環(huán)境中土壤養(yǎng)分間歇脈沖特性，研究植物根系如何利用形態(tài)學、生理學響應策略應對自然土壤中的局部間歇脈沖供養(yǎng)環(huán)境。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一技術方案是:一種研究根系應對局部間歇脈沖供養(yǎng)環(huán)境的試驗裝置，包括至少一個植苗裝置和處理液自動噴灌系統(tǒng)，所述植苗裝置包含一個作為盆栽容器的圓形容器，所述圓形容器中心設有一個用于苗木栽植的圓柱筒，所述圓柱筒外側與圓形容器內側之間通過若干豎直隔層均勻分隔成若干個用于放置不同養(yǎng)分處理斑塊的扇形區(qū)域，所述圓柱筒和豎直隔層均為網(wǎng)眼布滿瓊脂的玻璃纖維網(wǎng)。
[0006]優(yōu)選的，所述處理液自動噴灌系統(tǒng)包含定時控制器、潛水泵、貯液瓶、導水管及噴頭，所述定時控制器控制潛水泵將貯液瓶中的處理液輸送到導水管，所述噴頭將導水管內的處理液澆灌于任一扇形區(qū)域的養(yǎng)分處理斑塊上。
[0007]優(yōu)選的，所述處理液自動噴灌系統(tǒng)還包含伸縮控制閥，所述定時控制器通過伸縮控制閥控制與噴頭連接的導水管使噴頭由外圍轉移至養(yǎng)分處理斑塊正上方、苗木枝葉下方。
[0008]優(yōu)選的，所述噴頭的形狀與養(yǎng)分處理斑塊的形狀吻合，以保證處理液的均勻澆灌。
[0009]優(yōu)選的，所述圓柱筒外側與圓形容器內側之間通過四個豎直隔層均勻隔離出四個扇形區(qū)域。
[0010]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的另一技術方案是:一種研究根系應對局部間歇脈沖供養(yǎng)環(huán)境的試驗方法，按以下步驟進行:
(1)提供預定數(shù)量的如上所述的試驗裝置，并將其分成若干批；
(2)在植苗裝置的每個扇形區(qū)域內均放置無養(yǎng)分供應的培養(yǎng)基質，并將植物苗木移植于圓柱筒內；
(3)在預定周期內，隨機選擇植苗裝置中任意數(shù)量的扇形區(qū)域進行處理液噴灌；
(4)定期取出一批試驗裝置，對該批各個植苗裝置的扇形區(qū)域內的根系進行形態(tài)生理學指標測定，以觀測根系應對局部養(yǎng)分間歇脈沖特性的能力及生長狀態(tài)；
(5)記錄不同批次的各個植苗裝置的扇形區(qū)域內根系的分布及生長情況。
[0011 ] 優(yōu)選的，在步驟(I)中，所述的試驗裝置包括三個植苗裝置，分別為第一植苗裝置、第二植苗裝置和第三植苗裝置。
[0012]優(yōu)選的，在步驟(3)中，在第一植苗裝置中隨機選擇一個扇形區(qū)域，在第二植苗裝置中隨機選擇兩個扇形區(qū)域，在第三植苗裝置中選擇四個扇形區(qū)域進行養(yǎng)分斑塊處理。
[0013]優(yōu)選的，在步驟(3)中，所述的預定周期為一周一次。
[0014]優(yōu)選的，在步驟(4)中，所述形態(tài)生理學指標測定的方法是通過數(shù)字化掃描儀掃描各根系圖像，應用圖像分析軟件對各扇形區(qū)域生長的根系進行定量分析；并利用氣相色譜儀對各扇形區(qū)域生長根系的生理指標進行定量分析。
[0015]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果:該試驗裝置全面系統(tǒng)，自動化操作，節(jié)省人工成本，提高工作效率，可實現(xiàn)大批量樣本的試驗操作，同時可較為準確、全面地模擬自然環(huán)境中土壤養(yǎng)分間歇脈沖特性，研究根系如何啟動形態(tài)生理學響應策略以應對間歇脈沖式的供養(yǎng)環(huán)境，最大限度地獲取土壤有效資源。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明一實施例的構造示意圖。
[0017]圖2為本發(fā)明另一實施例的構造示意圖。
[0018]圖中標號說明:1-圓柱筒，2-圓形容器，3-豎直隔層，4-扇形區(qū)域，5-定時控制器，6-第一電線，7-第二電線，8-潛水泵，9-伸縮控制閥，10-貯液瓶，11-導水管，12-噴頭，13-噴管，a-第一植苗裝置，b-第二植苗裝置，C-第三植苗裝置。

【具體實施方式】
[0019]為使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下將通過研究杉木根系在磷(P)養(yǎng)分局部間歇脈沖供應條件下的覓養(yǎng)行為研究的具體實施例和相關附圖，對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0020]如圖廣2所示，一種研究根系應對局部間歇脈沖供養(yǎng)環(huán)境的試驗裝置，包括至少一個植苗裝置和處理液自動噴灌系統(tǒng)，所述植苗裝置包含一個作為盆栽容器的圓形容器2，所述圓形容器2中心設有一個用于苗木栽植的圓柱筒1，所述圓柱筒I外側與圓形容器2內側之間通過若干豎直隔層3均勻分隔成若干個用于放置不同養(yǎng)分處理斑塊的扇形區(qū)域4，所述圓柱筒I和豎直隔層3均為網(wǎng)眼布滿瓊脂的玻璃纖維網(wǎng)。
[0021]在本發(fā)明一實施例中，所述圓柱筒I外側與圓形容器2內側之間通過四個豎直隔層3均勻隔離出四個扇形區(qū)域4，以放置不同養(yǎng)分處理斑塊。
[0022]在本發(fā)明一實施例中，所述處理液自動噴灌系統(tǒng)包含定時控制器5、潛水泵8、貯液瓶10、導水管11及噴頭12，以進行處理液脈沖式的供給方式；所述定時控制器5通過第一電線6與潛水泵8電性連接,所述定時控制器5控制潛水泵8在設定周期內將忙液瓶10中的處理液輸送到導水管11，所述噴頭12將導水管11內的處理液澆灌于任一扇形區(qū)域4的養(yǎng)分處理斑塊上。
[0023]在本發(fā)明一實施例中，所述處理液自動噴灌系統(tǒng)還包含伸縮控制閥9，所述定時控制器5通過第二電線7與伸縮控制閥9電性連接，所述定時控制器5通過伸縮控制閥9控制與噴頭12連接的導水管使噴頭12由外圍轉移至養(yǎng)分處理斑塊正上方、苗木枝葉下方以進行處理液噴灌，避免噴頭12處于苗木正上方以限制苗木生長空間，同時減少因枝葉攔截造成的斑塊處理液損耗。
[0024]在本發(fā)明一實施例中，所述噴頭12的形狀與養(yǎng)分處理斑塊的形狀吻合，即均為扇形，以保證處理液的均勻澆灌。另外，通過調節(jié)噴頭12的噴管13大小，可以控制處理液的澆灌量，由此做到定時定量自動化澆灌。
[0025]制作時:先在圓形容器2中央用一張玻璃纖維網(wǎng)隔離出一個同心的圓柱筒1，再用若干張玻璃纖維網(wǎng)在二者之間隔離出若干個大小均一的扇形區(qū)域4。以上所述的玻璃纖維網(wǎng)利用液態(tài)瓊脂涂抹均勻，待液態(tài)瓊脂冷卻凝固后可布滿玻璃纖維網(wǎng)的網(wǎng)眼，以達到阻隔苗木栽植區(qū)與養(yǎng)分處理斑塊之間、各養(yǎng)分處理斑塊之間養(yǎng)分流動的目的，同時植物根系又可順利穿過玻璃纖維網(wǎng)。
[0026]如圖2所示，一種研究根系應對局部間歇脈沖供養(yǎng)環(huán)境的試驗方法，按以下步驟進行:
(1)提供預定數(shù)量的如上所述的試驗裝置，并將其分成若干批；
(2)在植苗裝置的每個扇形區(qū)域4內均放置無養(yǎng)分供應的培養(yǎng)基質，并將植物苗木移植于圓柱筒I內；
(3)在預定周期內，隨機選擇植苗裝置中任意數(shù)量的扇形區(qū)域4并利用處理液自動噴灌系統(tǒng)進行處理液噴灌；
(4)定期取出一批試驗裝置，對該批各個植苗裝置的扇形區(qū)域4內的根系進行形態(tài)生理學指標測定，以觀測根系應對局部養(yǎng)分間歇脈沖特性的能力及生長狀態(tài)；
(5)記錄不同批次的各個植苗裝置的扇形區(qū)域4內根系的分布及生長情況。
[0027]在本發(fā)明另一實施例中，步驟(I)中的試驗裝置包括三個植苗裝置，分別為第一植苗裝置a、第二植苗裝置b和第三植苗裝置C。
[0028]在本發(fā)明另一實施例中，步驟(3)中的預定周期為一周一次，但并不局限于此；利用處理液自動噴灌系統(tǒng)對第一植苗裝置a中隨機選擇的一個扇形區(qū)域4、第二植苗裝置b中隨機選擇的兩個扇形區(qū)域4，第三植苗裝置c中選擇的四個扇形區(qū)域4進行養(yǎng)分斑塊處理，例如進行30 mg/kg的含P營養(yǎng)液噴灌。另外，可通過定時控制器5的設定及噴管13孔徑設計確保每個養(yǎng)分處理斑塊的噴灌量為50ml/次。
[0029]在本發(fā)明另一實施例中，步驟(4)中的形態(tài)生理學指標測定的方法是通過數(shù)字化掃描儀掃描各根系圖像，應用圖像分析軟件對各扇形區(qū)域4生長的根系進行定量分析；并利用氣相色譜儀等相應儀器設備對各扇形區(qū)域4生長根系的生理指標(如內源激素、有機酸等)進行定量分析。
[0030]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
【權利要求】
1.一種研究根系應對局部間歇脈沖供養(yǎng)環(huán)境的試驗裝置，包括至少一個植苗裝置和處理液自動噴灌系統(tǒng)，其特征在于:所述植苗裝置包含一個作為盆栽容器的圓形容器，所述圓形容器中心設有一個用于苗木栽植的圓柱筒，所述圓柱筒外側與圓形容器內側之間通過若干豎直隔層均勻分隔成若干個用于放置不同養(yǎng)分處理斑塊的扇形區(qū)域，所述圓柱筒和豎直隔層均為網(wǎng)眼布滿瓊脂的玻璃纖維網(wǎng)。
2.根據(jù)權利要求1所述的試驗裝置，其特征在于:所述處理液自動噴灌系統(tǒng)包含定時控制器、潛水泵、貯液瓶、導水管及噴頭，所述定時控制器控制潛水泵將貯液瓶中的處理液輸送到導水管，所述噴頭將導水管內的處理液澆灌于任一扇形區(qū)域的養(yǎng)分處理斑塊上。
3.根據(jù)權利要求2所述的試驗裝置，其特征在于:所述處理液自動噴灌系統(tǒng)還包含伸縮控制閥，所述定時控制器通過伸縮控制閥控制與噴頭連接的導水管使噴頭由外圍轉移至養(yǎng)分處理斑塊正上方、苗木枝葉下方。
4.根據(jù)權利要求2所述的試驗裝置，其特征在于:所述噴頭的形狀與養(yǎng)分處理斑塊的形狀吻合，以保證處理液的均勻澆灌。
5.根據(jù)權利要求1、2、3或4所述的試驗裝置，其特征在于:所述圓柱筒外側與圓形容器內側之間通過四個豎直隔層均勻隔離出四個扇形區(qū)域。
6.一種研究根系應對局部間歇脈沖供養(yǎng)環(huán)境的試驗方法，其特征在于，按以下步驟進行: (1)提供預定數(shù)量的如權利要求1至5中任一所述的試驗裝置，并將其分成若干批； (2)在植苗裝置的每個扇形區(qū)域內均放置無養(yǎng)分供應的培養(yǎng)基質，并將植物苗木移植于圓柱筒內； (3)在預定周期內，隨機選擇植苗裝置中任意數(shù)量的扇形區(qū)域進行處理液噴灌； (4)定期取出一批試驗裝置，對該批各個植苗裝置的扇形區(qū)域內的根系進行形態(tài)生理學指標測定，以觀測根系應對局部養(yǎng)分間歇脈沖特性的能力及生長狀態(tài)； (5)記錄不同批次的各個植苗裝置的扇形區(qū)域內根系的分布及生長情況。
7.根據(jù)權利要求6所述的試驗方法，其特征在于:在步驟(I)中，所述的試驗裝置包括三個植苗裝置，分別為第一植苗裝置、第二植苗裝置和第三植苗裝置。
8.根據(jù)權利要求7所述的試驗方法，其特征在于:在步驟(3)中，在第一植苗裝置中隨機選擇一個扇形區(qū)域，在第二植苗裝置中隨機選擇兩個扇形區(qū)域，在第三植苗裝置中選擇四個扇形區(qū)域進行養(yǎng)分斑塊處理。
9.根據(jù)權利要求6或8所述的試驗方法，其特征在于:在步驟(3)中，所述的預定周期為一周一次。
10.根據(jù)權利要求6所述的試驗方法，其特征在于:在步驟(4)中，所述形態(tài)生理學指標測定的方法是通過數(shù)字化掃描儀掃描各根系圖像，應用圖像分析軟件對各扇形區(qū)域生長的根系進行定量分析；并利用氣相色譜儀對各扇形區(qū)域生長根系的生理指標進行定量分析。
【文檔編號】A01G31/00GK104429854SQ201410696903
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月27日 優(yōu)先權日:2014年11月27日
【發(fā)明者】鄒顯花, 馬祥慶, 侯曉龍, 劉愛琴, 蔡麗平, 賈亞運 申請人:福建農林大學