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Rhizoscope原位根系3D觀測(cè)系統(tǒng)

一、應(yīng)用

植物科學(xué)家和生態(tài)學(xué)者在研究植物根系生長(zhǎng)中面對(duì)**挑戰(zhàn)是如何在原位、非破壞條件下了解影響根系生長(zhǎng)的各個(gè)土壤環(huán)境因素。目前普遍采用的微根窗技術(shù)適用于野外根系研究、擁有良好的分辨率，能長(zhǎng)時(shí)期對(duì)根系進(jìn)行追蹤、攝像，但根系研究范圍相對(duì)較小局限于點(diǎn)的研究大部分是年幼的植物，微根管的埋設(shè)對(duì)植物根系的生長(zhǎng)也有一定影響，傳統(tǒng)的與地面成45度角微根管埋設(shè)只關(guān)注部分垂直根系研究；Rhizoscope原位根系3D觀測(cè)系統(tǒng)采用2.5m(深)?0.8m(直徑)原狀土柱內(nèi)水平分多層級(jí)埋設(shè)根管，可后續(xù)進(jìn)行攝像對(duì)根系定量分析、測(cè)量土壤水分和提取土壤溶液，研究表明水平埋設(shè)微根管更適于根系生長(zhǎng)空間評(píng)估。

二、系統(tǒng)組成

Rhizoscope原位根系3D觀測(cè)系統(tǒng)采用2.5m(深)?0.8m(直徑)原狀土柱，在蒸滲柱體各深度0.2、0.4、0.65、1.45、2.0m預(yù)先留有孔用于微根管、水分測(cè)量?jī)x埋設(shè)和土壤溶液取樣。系統(tǒng)采用人工滴灌模擬降雨，上部構(gòu)建大棚以防降雨且滿足植物光合作用，在系統(tǒng)底部設(shè)計(jì)有排水系統(tǒng)。

圖一：Rhizoscope原位根系3D觀測(cè)系統(tǒng)示意圖 圖二：柱體取原狀土

用機(jī)械將2.5m(深)?0.8m(直徑)蒸滲柱體打入土壤中取原狀土體，在各土柱之間用混凝土連接構(gòu)成走廊為1.2米寬的地下室。

圖三：12個(gè)柱體構(gòu)成的地下室

三、技術(shù)指標(biāo)

Rhizoscope原位根系3D系統(tǒng)在蒸滲柱體內(nèi)多參數(shù)監(jiān)測(cè)土壤水分和土壤溶液分析基礎(chǔ)上研究根系的生長(zhǎng)和空間分布。

1.原狀土蒸滲柱體尺寸2.5m(深)?0.8m(直徑)

2.AZR-300根系實(shí)時(shí)觀測(cè)圖像：

◆主機(jī)顯示屏：12英寸

◆高清攝像頭分辨率：3840*2880(4800dpi)可調(diào)節(jié)

◆拍攝視野：20mm*16mm

3.Trime水分測(cè)量范圍：0-100%體積含水量

精確性：

電導(dǎo)率范圍0-6dS/m 6-15dS/m

水分范圍0-40%±2%±3%

水分范圍40-70%±3%±4%

4.AZS-100土壤溶液采集器探頭材料：尼龍聚乙烯

真空泵壓力：100kPa

四、系統(tǒng)根系空間分布分析

多年生植物根系空間分布

系統(tǒng)分別在0.65m、0.9m、1.45m、2.05m處安裝微根管，觀測(cè)植物根系的數(shù)量。在個(gè)蒸滲柱狀體內(nèi)播種多年生苜蓿植物，系統(tǒng)采用滴灌模擬降雨，水分測(cè)量?jī)x監(jiān)測(cè)土壤水分分布，土壤溶液取樣器采集溶液分析。如下圖四(左)：為苜蓿**年根系生長(zhǎng)的空間分布，土壤上層根系量增長(zhǎng)較快；如下圖四(右)：是苜蓿根系3年內(nèi)生長(zhǎng)空間分布情況，上層根系量增長(zhǎng)到一定時(shí)間后基本保持穩(wěn)定，下層根系量逐年增加。

圖四(左)：**年苜蓿根系分布圖四(右)：3年內(nèi)苜蓿根系分布

一年生植物根系空間分布

如下圖五各柱體中播種農(nóng)作物小麥，在各深度研究根系的空間分布。在整個(gè)生長(zhǎng)周期中小麥根系總量不斷增加，*深1.45m處根系很小，*多分布在0.4m處。

圖五：小麥根系空間分布

五、系統(tǒng)應(yīng)用

Rhizoscope原位根系3D觀測(cè)系統(tǒng)采用的蒸滲柱體適用于地下農(nóng)業(yè)改良環(huán)境研究，在用于全球氣候變化植物對(duì)于水脅迫的適應(yīng)性研究，同時(shí)在根系生長(zhǎng)、根系空間分布、根際分泌有機(jī)物、根的周轉(zhuǎn)率以及土壤微生物與根腐爛速率的相關(guān)性研究，非常適用于農(nóng)作物和草地的土壤根際研究。