本發(fā)明屬于測定植物根系生物量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種測定荒漠草原根系生物量的內(nèi)生長土芯系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

荒漠草原地區(qū)氣候干旱，年降水量一般200mm左右，植被覆蓋度低?；哪菰遣菰蚧哪^渡的一類草原，草原生態(tài)系統(tǒng)極為脆弱，是我國北方生態(tài)安全的重要屏障。草原生態(tài)系統(tǒng)是以氣候、土壤、植物、動(dòng)物、微生物及人類等共同組成的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，其中系統(tǒng)內(nèi)生物量和地下生產(chǎn)力的物質(zhì)生產(chǎn)和分配是整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。但因其隱蔽、層次豐富、多變等特點(diǎn)，測定該系統(tǒng)中的植物地下凈生產(chǎn)力和根系生物量的動(dòng)態(tài)變化往往成為研究荒漠草原生態(tài)系統(tǒng)的主要難題。

測定植物地下凈生產(chǎn)力和根系生物量的動(dòng)態(tài)變化，常用內(nèi)生長土芯法也稱為生長袋法、網(wǎng)袋法(ingrowthcoresmethods)，即把裝有無根土壤的網(wǎng)袋放入地面洞穴內(nèi)，間隔一段時(shí)間后再將網(wǎng)袋取出，分離、挑選獲得根系(steen，1984)。該法由flower-ellis和perssonsteen(1980)首次提出，該法能夠連續(xù)動(dòng)態(tài)定點(diǎn)監(jiān)測樣地內(nèi)植物群落地下生物量的動(dòng)態(tài)變化，具有成本較低、相對準(zhǔn)確性、重復(fù)性較高、工作量較小的優(yōu)點(diǎn)(chenetal.，2015；朱桂林等2008)，在森林，草地和農(nóng)田等生態(tài)系統(tǒng)研究中廣泛應(yīng)用(lietal.，2015，趙燦等，2014；柴曦等，2014。但是國內(nèi)外的文獻(xiàn)應(yīng)用該法的原理相同(smitetal.,2000)，而具體使用方法則不盡相同。有些采用地面打孔，填入裝有無根系土壤的網(wǎng)袋；有些則直接在地面打孔，然后直接填充無根系土壤，標(biāo)記位置，一定時(shí)間后繼續(xù)在相同位置打孔取土；尼龍網(wǎng)袋的直徑也不同，有4厘米(steingrobeb，2000，gao等2008)，5-5.2厘米(李凌浩1998，郭偉等2016；吳伊波等2014)，7厘米(鄧強(qiáng)等2014)，8厘米(裴智琴等2011)，10厘米(周本智2008；劉金梁等2009)。如果從對樣地的破壞性角度考慮，打孔孔徑越小、點(diǎn)數(shù)越少越好；而從實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性考慮，則是打孔取樣點(diǎn)越多，孔徑越大越好。此外，不同的植被類型區(qū)，物種不同，植被蓋度不同，取樣大小也應(yīng)不同。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在的問題是：方法不統(tǒng)一，不同地區(qū)不同學(xué)者應(yīng)用方法的標(biāo)準(zhǔn)不同。土芯的孔徑相對較小，應(yīng)用小孔徑的土芯在荒漠地區(qū)取樣，很多時(shí)候取不到根系，因此不適合植被覆蓋度較低的荒漠及荒漠草原地區(qū)使用。

我國北方荒漠地區(qū)和荒漠草原地區(qū)，氣候干旱、植被覆蓋度低，生態(tài)環(huán)境脆弱。在這些地區(qū)鉆取直徑細(xì)小的土芯，可獲得的根系數(shù)量較少；為了獲得足夠的根系，大量采樣又會(huì)導(dǎo)致樣地破壞程度加大。這就迫使思考革新現(xiàn)有方法，使其在植被覆蓋度較低的地區(qū)更加適用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種測定荒漠草原根系生物量的內(nèi)生長土芯系統(tǒng)及方法，本發(fā)明根據(jù)申請者在內(nèi)蒙古荒漠草原的使用經(jīng)驗(yàn)，發(fā)明了一種內(nèi)生長土芯法的實(shí)際應(yīng)用方法。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種測定荒漠草原根系生物量的內(nèi)生長土芯系統(tǒng)，設(shè)置有不銹鋼骨架；所述不銹鋼骨架外圍包覆有外圍尼龍紗網(wǎng)；所述不銹鋼骨架內(nèi)部擱置有內(nèi)管；所述內(nèi)管的頂部蓋有頂部蓋帽。

進(jìn)一步，外圍尼龍紗網(wǎng)的網(wǎng)眼孔徑2mm；所述內(nèi)管為pvc管。

進(jìn)一步，所述不銹鋼骨架設(shè)置有上鋼圈；所述上鋼圈圓周上焊接有至少3根鋼棍；所述鋼棍下端焊接有下鋼圈。

進(jìn)一步，所述上鋼圈和下鋼圈上沿著半徑方向均焊接有至少3個(gè)短鋼樁；所述內(nèi)管容納在至少3個(gè)短鋼樁圍成的圓周內(nèi)。

進(jìn)一步，所述不銹鋼骨架高度根據(jù)實(shí)際土層厚度和實(shí)驗(yàn)需要調(diào)整。

本發(fā)明另一目的在于提供一種測定荒漠草原根系生物量的方法，包括以下步驟：

在植物根系周圍放置測定荒漠草原根系生物量的內(nèi)生長土芯系統(tǒng)，在外圍尼龍紗網(wǎng)內(nèi)裝入無根土壤；

待一定時(shí)間植物根系穿過外圍尼龍紗網(wǎng)網(wǎng)眼進(jìn)入在外圍尼龍紗網(wǎng)內(nèi)裝的土壤后，取出測定荒漠草原根系生物量的內(nèi)生長土芯系統(tǒng)和取出外圍尼龍紗網(wǎng)內(nèi)的土壤，分離出根系，監(jiān)測根系生物量的積累動(dòng)態(tài)。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及積極效果為：減少了對樣地的破壞點(diǎn)數(shù)，本發(fā)明每個(gè)樣地設(shè)置3個(gè)取樣點(diǎn)，而侯向陽等(詳見2014年在生態(tài)學(xué)報(bào)的文章)在內(nèi)蒙古荒漠草原區(qū)應(yīng)用的方法，取樣點(diǎn)數(shù)是6個(gè)。二者相比，本發(fā)明的方法減少了50％的取樣點(diǎn)，同時(shí)獲得相同的實(shí)驗(yàn)效果(本法測定值為457.59克/平米，侯向陽的是450.2)。一般野外實(shí)驗(yàn)設(shè)置有幾十個(gè)樣地，如此計(jì)算，本法的效率更高，破壞性更小。

本發(fā)明在多年工作經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了一種測定荒漠草原根系生物量的內(nèi)生長土芯法技術(shù)，并在實(shí)踐中運(yùn)用，實(shí)踐證明本方法可有效測定荒漠草原地區(qū)植物生物量和地下凈生產(chǎn)力。本發(fā)明首次采用標(biāo)準(zhǔn)化、大孔徑的土芯取樣測定荒漠地區(qū)土壤根系生物量，特別適合于植被覆蓋度低，土里缺少根系的地區(qū)使用。

本發(fā)明提供的測定荒漠草原根系生物量的內(nèi)生長土芯系統(tǒng)及方法，采用pvc管填充了網(wǎng)袋之內(nèi)的部分空間，減少了后續(xù)分離、挑選根系的所需處理的土量；本發(fā)明單個(gè)網(wǎng)袋直徑較大，增大了取樣范圍同時(shí)又減少了樣地內(nèi)的取樣點(diǎn)數(shù)和對樣地的破壞；本發(fā)明避免了取樣土壤在凍融或者其他外力作用下變形，引起外圍土壤的厚度變化。本發(fā)明的系統(tǒng)內(nèi)部填充的土壤厚度小，貼近外圍試驗(yàn)地的土壤，減小了土芯內(nèi)部土壤和外圍土壤之間的差異。本發(fā)明的系統(tǒng)采用不銹鋼和pvc管等惰性材料，在土壤中不易和土壤發(fā)生反應(yīng)，不影響植物根系生長。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的測定荒漠草原根系生物量的內(nèi)生長土芯系統(tǒng)示意圖。

圖中：1、外圍尼龍紗網(wǎng)；2、不銹鋼骨架；3、內(nèi)管；4、頂部蓋帽。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的測定荒漠草原根系生物量的方法流程圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明的應(yīng)用原理作進(jìn)一步描述。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的測定荒漠草原根系生物量的內(nèi)生長土芯系統(tǒng)包括外圍尼龍紗網(wǎng)1、不銹鋼骨架2、內(nèi)管3及頂部蓋帽4這四部分。

外圍尼龍紗網(wǎng)1尼龍網(wǎng)網(wǎng)眼孔徑2mm。

不銹鋼骨架2需要請專業(yè)人員制作，制作時(shí)為保證鋼圈的圓形標(biāo)準(zhǔn)，宜用鋼管分段鋸斷以獲得鋼圈，鋼圈管壁厚度5mm左右，不宜太薄，以保證焊工操作方便，上下鋼圈中間可設(shè)置至少3根鋼棍(長度30cm)。在上下鋼圈上沿著半徑方向再分別焊制至少3個(gè)短鋼樁(長度3cm)用以固定內(nèi)部的pvc管，內(nèi)管可采用pvc材料管及配套堵頭。

鋼圈外圈半徑8.5厘米，內(nèi)管半徑5.5厘米，高度30厘米，不銹鋼骨架高度還可根據(jù)實(shí)際土層厚度和實(shí)驗(yàn)需要調(diào)整。

如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的測定荒漠草原根系生物量的方法，包括以下步驟：

s101:在植物根系周圍放置測定荒漠草原根系生物量的內(nèi)生長土芯系統(tǒng)，在外圍尼龍紗網(wǎng)內(nèi)裝入無根土壤；

s102:待一定時(shí)間植物根系穿過外圍尼龍紗網(wǎng)網(wǎng)眼進(jìn)入在外圍尼龍紗網(wǎng)內(nèi)裝的土壤后，取出測定荒漠草原根系生物量的內(nèi)生長土芯系統(tǒng)和取出外圍尼龍紗網(wǎng)內(nèi)的土壤，分離出根系，監(jiān)測根系生物量的積累動(dòng)態(tài)。

本發(fā)明實(shí)施例提供的測定荒漠草原根系生物量的內(nèi)生長土芯系統(tǒng)使用時(shí)，可以將系統(tǒng)整體拔出，用小刀按深度切開pvc管外圍土壤，獲得分層土壤樣品；若不需要分層取樣，可直接拔出內(nèi)管，取出網(wǎng)內(nèi)土壤和根系即可。

下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明的應(yīng)用原理作進(jìn)一步描述。

利用本發(fā)明在內(nèi)蒙古包頭達(dá)茂旗希拉穆仁草原進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用。本區(qū)屬于半干旱荒漠草原，年均降水量284mm。實(shí)驗(yàn)區(qū)于2014年開始圍封禁牧，禁牧區(qū)共包括三塊樣地，每塊樣地面積110米×120米，在每塊樣地內(nèi)安裝3套裝置，裝置間距30米，呈三角形排布，安裝時(shí)首先轉(zhuǎn)取半徑為8.5cm，深度為30厘米的圓柱形洞穴，將裝置骨架放入洞穴，然后將過1mm篩后的無根系土壤，按深度分層填入pvc管外圍與紗網(wǎng)之間的空隙，并用木棍適當(dāng)壓實(shí)土壤到接近原有土壤緊實(shí)度，再將蓋帽安裝固定。待植物根系生長一個(gè)月后，把裝置的內(nèi)管緩慢拔出，再把網(wǎng)袋拉出獲得根系和土壤混合體，然后再用干篩法進(jìn)行后續(xù)根系和土壤的分離。實(shí)驗(yàn)從2016年5月份開始到8月份，每月進(jìn)行一次取樣，地下凈生產(chǎn)力通過累加每月新生長的根系生物量干重獲得。

從結(jié)果來看，5-8月份每月均可以獲得一定量的根系(表1)，通過計(jì)算月地下凈初級生產(chǎn)力bnpp可得到該地區(qū)的年地下初級生產(chǎn)力為457.59克/平米，侯向陽等(2014)對內(nèi)蒙古蘇尼特右旗荒漠草原圍封禁牧區(qū)的測定結(jié)果為450.2克/平米(干旱年份5-9月份)，這和本研究的結(jié)果基本一致。2016年本研究區(qū)也比較干旱。此外，gao等(2008)在內(nèi)蒙古錫林郭勒典型草原圍封區(qū)測定的bnpp結(jié)果是366到464克/平米，這也和本發(fā)明的結(jié)果接近。整體上，應(yīng)用本發(fā)明可以測定荒漠草原根系周轉(zhuǎn)和地下生產(chǎn)力。

表1運(yùn)用本方法測定內(nèi)蒙古荒漠草原圍封區(qū)地下生產(chǎn)力的結(jié)果

本發(fā)明采用pvc管填充了網(wǎng)袋之內(nèi)的部分空間，減少了后續(xù)分離、挑選根系的所需處理的土量；單個(gè)網(wǎng)袋直徑較大，增大了取樣范圍同時(shí)又減少了樣地內(nèi)的取樣點(diǎn)數(shù)和對樣地的破壞；避免了取樣土壤在凍融或者其他外力作用下變形，引起外圍土壤的厚度變化。本發(fā)明內(nèi)部填充的土壤厚度小，貼近外圍試驗(yàn)地的土壤，減小了土芯內(nèi)部土壤和外圍土壤之間的差異。本發(fā)明采用不銹鋼和pvc管等惰性材料，在土壤中不易和土壤發(fā)生反應(yīng)，不影響植物根系生長。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。