CN104126493B - 一种用于研究根系应对水平障碍的试验装置及其试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于研究根系应对水平障碍的试验装置，包括用于植物苗木生长的透明方形容器，所述方形容器内自左向右排列设置有若干个透明隔板以将方形容器内部空间分隔成多个填充有培养基质的分隔区域，每个隔板上设有连通相邻两分隔区域的通孔，方形容器前侧壁或后侧壁上开设有多个与每个分隔区域一一相对应的测试孔。同时本发明提供一种用于研究根系应对水平障碍的试验方法。本发明的试验装置其整体结构简单，造价低廉，取材和制作方便，可以模拟植物根系在水平生长过程中的土壤环境，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水平方向固体障碍的能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于研究根系应对水平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
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hm2，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。
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
有鉴于此，本发明的目的是提供一种用于研究根系应对水平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，研究植物根系应对水平方向固体障碍的能力，提高困难立地条件下造林成功率。
本发明采用以下方案实现：一种用于研究根系应对水平障碍的试验装置，包括用于植物苗木生长的透明方形容器，所述方形容器内自左向右排列设置有若干个透明隔板以将方形容器内部空间分隔成多个填充有培养基质的分隔区域，每个隔板上设有连通相邻两分隔区域的通孔，方形容器前侧壁或后侧壁上开设有多个与每个分隔区域一一相对应的测试孔。
进一步的，所述方形容器前侧壁或后侧壁上与每个测试孔对应处设有遮盖在测试孔上的锡纸。
进一步的，所述方形容器内设置有两个所述隔板，分别是自左向右排列的第一隔板和第二隔板以将方形容器内部空间分隔成三个分隔区域，分别是自左向右排布的第一分隔区域、第二分隔区域和第三分隔区域。
进一步的，所述第一隔板上紧靠方形容器前侧壁或后侧壁上开设有一圆孔A，所述第二隔板上与所述圆孔A相同的水平高度处设有若干个沿前后方向等距排列并与圆孔A直径相同的圆孔B，其中靠近圆孔A对应侧侧壁的圆孔B与圆孔A在第二隔板上的水平投影重合。
同时，本发明提供一种用于研究根系应对水平障碍的试验方法，采用如上所述的一种用于研究根系应对水平障碍的试验装置，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隔区域内放置有相同养分的培养基质，在位于最左侧的分隔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隔区域的水势，并及时向水势偏低的分隔区域内补充水分或营养液，保证所有试验装置的分隔区域具相同水势；（4）定期取出一批的试验装置，对每个分隔区域内的根系进行形态生理学指标测定，以观测根系应对水平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隔区域内、各通孔处根系的分布及生长情况。
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隔区域生长的根系进行定量分析；并利用气相色谱仪对各分隔区域生长根系的生理指标进行定量分析。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：该用于研究根系应对水平障碍的试验装置其整体结构简单，造价低廉，取材和制作方便，可以模拟植物根系在水平生长过程中的突然环境，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水平方向固体障碍的能力。
附图说明
图1是本发明实施例构造示意图；
图中标号说明：1-方形容器、2-测试孔、3-第一隔板、4-第二隔板、5-第一分隔区域、6-第二分隔区域、7-第三分隔区域、8-圆孔A、9-圆孔B。
具体实施方式
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。
如图1所示，一种用于研究根系应对水平障碍的试验装置，包括用于植物苗木生长的透明方形容器1，所述方形容器1内自左向右排列设置有若干个透明隔板以将方形容器1内部空间分隔成多个填充有培养基质的分隔区域，所述方形容器1和隔板采用透光不透水的硬质板材（如玻璃等）制成，以模拟根系水平方向生长过程中遭遇的土壤固体障碍。每个隔板上设有连通相邻两分隔区域的通孔，方形容器1前侧壁或后侧壁上开设有多个与每个分隔区域一一相对应的测试孔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。
在本实施例中，所述测试孔2位于方形容器1竖直高度上的中间位置，所述方形容器1前侧壁或后侧壁上与每个测试孔2对应处设有遮盖在测试孔上的锡纸，将测试孔2封住，以防止水分的流失。
在本实施例中，所述方形容器1内设置有两个所述隔板，分别是自左向右排列的第一隔板3和第二隔板4以将方形容器1内部空间分隔成三个分隔区域，分别是自左向右排布的第一分隔区域5、第二分隔区域6和第三分隔区域7。用于观测研究各个分隔区域内根系的生长情况，尤其是研究根系穿过各个水平障碍后，根系在距根基不同距离的各个分隔区域内分布的均匀性、以及相对于茎的位置在容器前后侧壁方向上的对称性。
在本实施例中，所述第一隔板3上紧靠方形容器1前侧壁或后侧壁上开设有一圆孔A（8），第一隔板3上的所述通孔即为圆孔A，所述第二隔板4上与所述圆孔A（8）相同的水平高度处设有若干个沿前后方向等距排列并与圆孔A（8）直径相同的圆孔B（9），其中靠近圆孔A（8）对应侧侧壁的圆孔B（9）与圆孔A（8）在第二隔板4上的水平投影重合，第二隔板上的所述通孔即为圆孔B。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，用于研究植物根系沿水平方向生长至第一分隔区域5时，当部分根系遭遇第一隔板的阻碍，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板所形成的障碍；当根系穿过圆孔A进入第二分隔区域6之后，我们需要研究根系通过圆孔B沿水平方向生长的拓殖宽度，还有，需要研究根系在第二分隔区域内的拓殖广度，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在所述方形容器前后侧壁方向上呈规则性、对称性，从而均匀地聚集通过若干圆孔B并向第三分隔区域生长。综合分析上述根系的生长情况可揭示出植物根系应对水平障碍的形态生理学策略。
如图1所示，一种用于研究根系应对水平障碍的试验方法，采用如上所述的一种用于研究根系应对水平障碍的试验装置，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隔区域内放置有相同养分的培养基质，在位于最左侧的分隔区域内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隔区域的水势，并及时向水势偏低的分隔区域内补充水分或营养液，保证所有试验装置的分隔区域具相同水势；（4）定期取出一批的试验装置，对每个分隔区域内的根系进行形态生理学指标测定，以观测根系应对水平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隔区域内、各通孔处根系的分布及生长情况。
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隔区域生长的根系进行定量分析；并利用气相色谱仪对各分隔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。
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。
Claims (6)
1.一种用于研究根系应对水平障碍的试验装置，其特征在于：包括用于植物苗木生长的透明方形容器，所述方形容器内自左向右排列设置有若干个透明隔板以将方形容器内部空间分隔成多个填充有培养基质的分隔区域，每个隔板上设有连通相邻两分隔区域的通孔，方形容器前侧壁或后侧壁上开设有多个与每个分隔区域一一相对应的测试孔。
2.根据权利要求1所述的用于研究根系应对水平障碍的试验装置，其特征在于：所述方形容器前侧壁或后侧壁上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水平障碍的试验装置，其特征在于：所述方形容器内设置有两个所述隔板，分别是自左向右排列的第一隔板和第二隔板以将方形容器内部空间分隔成三个分隔区域，分别是自左向右排布的第一分隔区域、第二分隔区域和第三分隔区域。
4.根据权利要求3所述的用于研究根系应对水平障碍的试验装置，其特征在于：所述第一隔板上紧靠方形容器前侧壁或后侧壁上开设有一圆孔A，所述第二隔板上与所述圆孔A相同的水平高度处设有若干个沿前后方向等距排列并与圆孔A直径相同的圆孔B，其中靠近圆孔A对应侧侧壁的圆孔B与圆孔A在第二隔板上的水平投影重合。
5.一种用于研究根系应对水平障碍的试验方法，其特征在于：采用权利要求1~4所述任一种用于研究根系应对水平障碍的试验装置，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隔区域内放置有相同养分的培养基质，在位于最左侧的分隔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隔区域的水势，并及时向水势偏低的分隔区域内补充水分或营养液，保证所有试验装置的分隔区域具相同水势；（4）定期取出一批的试验装置，对每个分隔区域内的根系进行形态生理学指标测定，以观测根系应对水平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隔区域内、各通孔处根系的分布及生长情况。
6.根据权利要求5所述的用于研究根系应对水平障碍的试验方法，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隔区域生长的根系进行定量分析；并利用气相色谱仪对各分隔区域生长根系的生理指标进行定量分析。
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