CN109819818B - 植物逆境胁迫土柱套管及其使用方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及土壤学领域，具体提供一种植物逆境胁迫土柱套管及其使用方法和应用。所述植物逆境胁迫土柱套管其由一个土柱和其内部的套管组成；所述土柱为将土壤填充在柱状栽培容器中形成，土柱从上到下分为3层：第1层良土层、第2层胁迫土层、第3层良土层；套管贯穿上两个土层并没入第3层良土层的上部。优选柱状栽培容器为塑料薄膜材质，外套与柱状栽培容器等高的不透明的外部套管。本发明的植物逆境胁迫土柱套管可以解决根系遇到胁迫土层后因为实验处理等原因返回上层土层的问题，可以观测土壤胁迫对根系的具体影响。

Description

植物逆境胁迫土柱套管及其使用方法和应用

技术领域

本发明涉及土壤学领域，具体涉及一种植物逆境胁迫土柱套管及其使用方法和应用。

背景技术

土壤与根系是农、林、生物、环境保护等行业的研究的热点领域，不同土层处理对于研究不同土壤与根系相互作用机制、根系在逆境胁迫中的形态构成与分布，重金属污染土壤植物生态修复等方面有着重要意义。目前，不同土层处理对植物的影响通过将植物种植在不同土层处理的土壤中进行观测，然而，实验过程中生长到胁迫土层的植物根系通过信号感知系统感知到不利于生长的胁迫因素，或者因为实验处理的原因(如从套管顶部进行水分灌溉或者施入养分)，根系往往会为了获取更多的生长要素或避开不利的生长环境而返回上层的良土层生长，为解决根系遇到胁迫土层因上述原因返回上层土层的问题，提供本发明的套管。

发明内容

本发明的植物逆境胁迫土柱套管，由一个土柱和其内部套管组成；所述土柱为将土壤填充在柱状栽培容器中形成，土柱从上到下分为3层：第1层良土层、第2层胁迫土层、第3层良土层；内部套管贯穿上两个土层并没入第3层良土层的上部。

其中，柱状栽培容器直接使用透明或者不透明的材料均能够实现本发明拟解决的根系遇到胁迫土层返回上层土层的问题。为了进一步优化，所述柱状栽培容器优选为透明，以便观察植物根系。更优选所述柱状栽培容器为塑料薄膜材质，以便后期剪开取样。最优选所述柱状栽培容器为塑料薄膜材质，外套与柱状栽培容器等高的不透明的外部套管，以稳定整体结构并遮光避免绿藻生长。所述外部套管优选为不透明的PVC管。

其中，所述内部套管的材质可以为塑料材质，更优选为塑料薄膜材质，

其中，所述良土层由适合植物生长的土壤填充。

其中，所述胁迫土层由对植物构成胁迫的土壤填充，例如贫瘠土壤胁迫土层、重金属污染土壤胁迫土层、盐渍土壤胁迫土层、板结土壤胁迫土层等。

其中，所述土柱还能包括第4层透水层，所述透水层底部可为砾石层。

其中，所述土柱的横截面优选为圆形、方形、椭圆、梯形、三角形等规则形状，最优选圆形。

其中，所述内部套管贯穿上两个土层并没入第3层良土层的上部为1厘米深度及以上，优选没入1厘米。

其中，土柱的横截面直径、高度可根据所栽植物的大小而调整。

其中，所述内部套管，直径可根据所栽植物的大小而调整，所种为高羊茅或黑麦草等相似体量的植物品种时，内部套管直径优选10厘米。

所述植物逆境胁迫土柱套管，优选其柱状栽培容器直径为15cm、高度为40cm，内部套管直径为10cm、高度为15cm。所述柱状栽培容器优选其外部套管直径为15.5cm、高40cm。

本发明的另一目的是提供使用植物逆境胁迫土柱套管的方法，具体如下：

A根据植物大小选择合适的栽培容器和内部套管规格，从下到上分层填好土壤，使得内部套管贯穿第1层良土层、第2层胁迫土层，内部套管底端并没入第3层良土层上部；

B将植物种入第1层良土层的内部套管内，栽培过程中从土柱的顶部浇水；

C取样时候去掉栽培容器，按层对土壤和根系取样。

本发明所述使用植物逆境胁迫土柱套管的方法，在柱状栽培容器为塑料薄膜材质，外套与柱状栽培容器等高的不透明的外部套管的情况下：完成步骤A后在柱状栽培容器外套上外部套管；步骤B所述栽培过程中仅在观察土壤和根系时取下外部套管，其余时间柱状栽培容器外套有外部套管；步骤C在去掉栽培容器前先取下外部套管。

本发明还提供所述植物逆境胁迫土柱套管在土壤和/或根系观测中的应用。

本发明还提供使用植物逆境胁迫土柱套管的方法在土壤和/或根系观测中的应用。

本发明的有益效果是可以解决根系遇到胁迫土层后，往往会为了获取更多的生长要素或避开不利的生长环境而返回上层的良土层生长的问题，可以更好的模拟实际情况，更切合实际的观测土壤胁迫对根系形态和分布的具体影响，由此探明植株根系的逆境生理机制。

附图说明

图1为本发明实施例1植物逆境胁迫土柱套管(不含外部套管)的结构示意图。

图2为本发明实施例1植物逆境胁迫土柱套管(不含外部套管)的侧面照片。

图3为本发明实施例1植物逆境胁迫土柱套管(不含外部套管)的俯视照片。

图4为本发明实施例1植物逆境胁迫土柱套管(含外部套管)的侧面照片。

图5为本发明实施例1植物逆境胁迫土柱套管(含外部套管)的纵切面照片。

图6本发明实施例2植物逆境胁迫土柱套管(含外部套管)在种植中应用的照片。

图7为本发明实施2植物逆境胁迫土柱套管使用后取样的顺序图。

图8为实施例4中植物利用本发明的逆境胁迫土柱套管(不含外部套管)进行重金属胁迫的植物进行干旱和灌水处理的对比照片。

图9为实施例4中植物利用本发明的逆境胁迫土柱套管(不含外部套管)未进行重金属胁迫的植物进行干旱处理和灌水处理的对比照片。

其中，1为土柱，11为第1层良土层，12为第2层胁迫土层，13为第3层良土层，14为第4层透水层，2为内部套管，3为植物，4为栽培容器，41为外部套管。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1本发明的植物逆境胁迫土柱套管

本实施例的植物逆境胁迫土柱套管，不含外部套管的结构示意图见图1、侧面照片见图2、俯视照片见图3，含外部套管的侧面照片见图4、纵切面照片见图5，由一个土柱1和其内部套管2组成；所述土柱1为将土壤填充在柱状栽培容器4中形成，土柱从上到下分为3层：第1层良土层11、第2层胁迫土层12、第3层良土层13；内部套管2贯穿上两个土层并没入第3层良土层13的上部。

本实施中所述栽培容器4和内部套管2均为塑料薄膜材质，栽培容器4外套有外部套管5。

所述柱状栽培容器4直径为15cm、高度为40cm，内部套管2直径为10cm、高度为15cm。外部套管41直径为15.5cm、高40cm。

所述内部套管2没入第3层良土层的上部为1厘米深度。所述良土层由适合植物生长的土壤填充，用的为大田壤土。其中，所述胁迫土层由对植物构成胁迫的土壤填充，本实施例中是重金属污染土壤胁迫土层，污染土层的各种金属浓度为分别为Cd：214.44mg/kg、Pb：220.35mg/kg、Zn：206.20mg/kg和Cu：324.75mg/kg。本实施例的土柱1还能包括第4层透水层14。所述透水层下部填充砾石层。

实施例2使用本发明植物逆境胁迫土柱套管的方法

所用装置参见实施例1。

本实施例提供使用植物逆境胁迫土柱套管的方法，具体如下：

A根据植物大小选择合适的栽培容器4和内部套管2、外部套管41规格，具体参数见实施例1。从下到上分层填好土壤，使得内部套管2贯穿第1层良土层、第2层胁迫土层，套管底端并没入第3层良土层上部；在柱状栽培容器4外套上外部套管41。

B将植物3种入第1层良土层的内部套管2内，栽培过程中从土柱的顶部浇水；栽培过程中仅在观察土壤和根系时取下外部套管41，其余时间柱状栽培容器4外套有外部套管41，栽培过程中的照片见图6。

C取样时候先取下外部套管41，去掉栽培容器4，按层对土壤和根系取样，取样顺序图见图7，具体顺序为：

C1去掉栽培容器4；

C2取第1层良土层位于内部套管2之外的土壤；

C3取第2层胁迫土层位于内部套管2之外的土壤；

C4取第1层良土层位于内部套管2之内的土壤和根系；

C5取第2层胁迫土层位于内部套管2之内的土壤和根系；

C6第3层良土层的土壤和根系。

实施例3

采用本发明植物逆境胁迫土柱套管进行土柱试验，所述植物逆境胁迫土柱套管，不含外部套管的结构示意图见图1、侧面照片见图2、俯视照片见图3，含外部套管的侧面照片见图4、纵切面照片见图5。结构最外层外部套管采用的不透光PVC管直径15.5cm，高40cm；柱状栽培容器直径为15cm，与外部套管高度一致，土柱自上而下分为4层(第1层良土层：9cm、第2层胁迫土层：5cm、第3层良土层：11cm，第4层疏水层：15cm)，设计三种不同高度(15cm，17cm和19cm)和直径(14cm，10cm和6cm)的内部套管2共9种(见表1)，3种内部套管2分别没入第3层的深度为1cm，3cm和5cm。种植高羊茅为供试材料，良土层填充大田壤土，第4层底部填充3cm的砾石(直径1-2cm)，胁迫土层采用污染土层，所填土壤各种金属浓度为分别为Cd：214.44mg/kg、Pb：220.35mg/kg、Zn：206.20mg/kg和Cu：324.75mg/kg)，试验期间，从地上部进行灌溉，保证每日80％的土壤相对含水量。供试植物在苗期后取样，取样方法参见实施例2，结果表明三种深度的套管试验设计中，植物根系均不能返回上层土层，故选定内部套管没入深度为1cm作为最佳结构设计。

通过地上部与地下部各层生物量的测定，结果表明，内部套管直径为6cm时，地上部生物量和地下部各层生物量均为最小。内部套管直径为10cm和14cm两种处理下，地上部与地下部各层生物量未表现出显著性差异。故选定内部套管直径10cm作为结构设计(内部套管直径的上限是最少比土柱直径小2cm，不然实际进行嵌套的时候会难于操作)。

表1污染土柱试验中不同套管类型对高羊茅地上地下部生物量的影响

实施例4

采用实施例1的植物逆境胁迫土柱套管进行土柱试验，装置内外分为三层，最外层不透光PVC管做成的外部套管直径15.5cm，高40cm，栽培容器直径为15cm，高40cm，内部套管直径为10cm，高15cm。土柱自上而下分为4层(第1层良土层：9cm、第2层胁迫土层：5cm、第3层良土层：11cm，第4层疏水层：15cm)。1、3和4层中填充大田壤土，第4层底部填充3cm的砾石(直径1-2cm)，污染土层的各种金属浓度为分别为Cd：214.44mg/kg、Pb：220.35mg/kg、Zn：206.20mg/kg和Cu：324.75mg/kg)。种植高羊茅为供试材料，试验以干旱胁迫(土壤相对含水量为20％)和充分灌溉(土壤相对含水量为80％)为两种处理，对照为良土土柱，不设置污染土层和内管结构。进行重金属胁迫的植物进行干旱和灌水处理的对比照片见图8，未进行重金属胁迫(对照良土土柱)的植物进行干旱胁迫和灌水处理的对比照片见图9。供试植物在苗期后取样，取样方式参见实施例2，测定相关指标。

结果表明，两种水分处理条件下，除灌水处理的第4层地下生物量，干旱处理第1、3层地下生物量外，高羊茅在对照时的地上及地下部生物量均优于重金属胁迫处理。相对于重金属胁迫处理，水分处理影响更为显著，除第1层地下生物量外，灌水+重金属处理下的各指标均优于干旱对照(表2)。

表2重金属和水分处理对高羊茅生物量的影响

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种植物逆境胁迫土柱套管，其特征在于，由一个土柱和其内部套管组成；所述土柱为将土壤填充在柱状栽培容器中形成，土柱从上到下分为3层：第1层良土层、第2层胁迫土层、第3层良土层；内部套管贯穿上两个土层并没入第3层良土层的上部。

2.根据权利要求1所述的植物逆境胁迫土柱套管，其特征在于，所述柱状栽培容器透明。

3.根据权利要求1所述的植物逆境胁迫土柱套管，其特征在于，所述柱状栽培容器为塑料薄膜材质，外套与柱状栽培容器等高的不透明的外部套管。

4.根据权利要求1所述的植物逆境胁迫土柱套管，其特征在于，所述内部套管的材质为塑料薄膜材质。

5.根据权利要求1所述的植物逆境胁迫土柱套管，其特征在于，所述土柱还包括第4层透水层。

6.根据权利要求1所述的植物逆境胁迫土柱套管，其特征在于，所述内部套管贯穿上两个土层并没入第3层良土层的上部为1厘米深度以上，优选没入1厘米。

7.根据权利要求1所述的植物逆境胁迫土柱套管，其特征在于，所述内部套管直径为10厘米。

8.使用权利要求1-7任一项所述植物逆境胁迫土柱套管的方法，具体如下：

A根据植物大小选择合适的栽培容器和内部套管规格，从下到上分层填好土壤，使得内部套管贯穿第1层良土层、第2层胁迫土层，内部套管底端并没入第3层良土层上部；

B将植物种入第1层良土层的内部套管内，栽培过程中从土柱的顶部浇水；

C取样时候去掉栽培容器，按层对土壤和根系取样。

9.权利要求1-7任一项所述植物逆境胁迫土柱套管在土壤和/或根系观测中的应用。

10.权利要求8所述方法在土壤和/或根系观测中的应用。

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