CN111011029B - 一种植物全生命周期根际信息采集方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及植物根际信息采集技术领域，具体涉及一种植物全生命周期根际信息采集方法。具体技术方案为：一种植物全生命周期根际信息采集方法，将植物种植在植物根系生长区域内或直接种植在土壤中；植物生长一段时间后，植物根系通过根系生长导引承接装置将根系自动引入每个根系独立生长区内生长；当植物根系生长进入每个根系独立生长区内后，在任意时刻对植物根际气体或液体进行采样，将采集的气体或液体样品进行相关的生化分析，进而获取植物根系在采样时刻的气体成分、土壤微生物分布、根际化合物、土壤线虫、土壤元素成分等信息。本发明实现了对植物全生命周期的根际信息进行实时取样，能够获取植物根际在任意时刻的相关根际信息。

Description

一种植物全生命周期根际信息采集方法及系统

技术领域

本发明涉及植物根际信息采集技术领域，具体涉及一种植物全生命周期根际信息采集方法及系统。

背景技术

根际区是围绕植物根系的土壤区域，由于根系生长的影响，该区域的土壤成分、微生物、所含化合物、土壤动物都会与未生长根系的区域有所不同。因此，如何测量该区域的土壤成分变化、微生物成分的变化、土壤中化合物成分的变化、根系区域释放的气体成分速率的变化，对于我们理解植物与土壤的交互关系，都具有重要作用。对于研究植物营养研究，研究植物的抗逆性，植物对土壤营养的吸收，植物的生长变化对土壤的影响都具有重要作用。

根际范围内，相关成分的变化，都与植物的类型、根系所处的生长发育阶段、根系环境等因素相关。目前，还未见有能够实现根际物质交互变化信息的系统化测定方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种植物全生命周期根际信息采集方法及系统。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种植物全生命周期根际信息采集方法，包括以下步骤：

(1)将植物种植在植物根系生长区内或直接种植在土壤中；

(2)植物生长一段时间后，植物根系通过根系生长导引承接装置将根系自动引入每个根系独立生长区内生长；

(3)当植物根系生长进入每个根系独立生长区内后，在任意时刻对植物根际气体或液体进行采样，并通过相关测量方法获取植物根际的相关信息参数。

优选的，所述根系独立生长区分为上下两层，上层为气体扩散层，下层为根系生长层，植物根系在所述根系生长层内生长，植物根系在生长过程中产生的气体扩散到所述气体扩散层。

优选的，步骤(3)中，所述植物根际的相关信息参数包括根际的土壤微生物、根际化合物、土壤元素成分、土壤线虫、根系排放的气体成分。

优选的，在所述根系独立生长区上外接至少一个与所述气体扩散层相通的气袋，所述气袋设置在盒子内，在所述气袋内充入惰性气体，使植物根际排放的气体扩散进入到气袋内，对气袋内的气体进行采集，并测量气体的成分。

优选的，在所述根系独立生长区上外接至少一根与所述根系生长层相通的软管，通过所述软管向所述根系生长层内压入液体，然后继续通过该软管或一段时间后通过另一根软管抽出根际液体，通过将采集的液体进行相关生物物理化学分析，获得液体中植物根际的相关信息。

本发明还公开了一种植物全生命周期根际信息采集系统，包括用于种植植物且内部中空的柱体、若干个承接引导植物根系生长的根系生长导引承接装置和供植物根系生长与采样的根系独立生长装置；所述根系生长导引承接装置设置在所述柱体的侧壁上，所述根系独立生长装置分别设置在所述根系生长导引承接装置的一端和所述柱体的底部；

所述根系生长导引承接装置包括承接头和固定在承接头一端且带有通孔的固定头；所述根系独立生长装置包括根系独立生长管和设置在根系独立生长管内的气体扩散组件，所述根系独立生长管的一端与所述固定头可拆卸连接，另一端封闭或开口。

优选的，所述承接头的形状为两侧高中间低或四周高中间低，所述承接头的低处均布有若干个植物根系无法穿过的微孔，所述固定头上的通孔与所述承接头的低处相连通，所述固定头穿过所述柱体与所述根系独立生长管连接。

优选的，所述气体扩散组件包括横向设置在所述根系独立生长管内的隔板，所述隔板将根系独立生长管分为气体扩散层和根系生长层，所述隔板上均布有若干个孔，所述根系独立生长管上设置有若干个与所述气体扩散层相连通的采集孔，所述采集孔通过软管与所述气袋相连通；所述隔板靠近所述固定头的一端向上弯曲，且与所述根系独立生长管的内壁相抵。

优选的，所述气体扩散组件包括与所述根系独立生长管相适配的且内部中空的分离支撑体，所述分离支撑体内沿分离支撑体长度方向设置有分隔板，所述分隔板上均布有若干个气孔，所述分隔板将分离支撑体分为上部封闭的腔体，所述分隔板下方、所述分离支撑体两端开口，且所述分离支撑体的底部沿分离支撑体长度方向设有相贯通的缺口；所述分离支撑体上设置有若干个与所述腔体相连通的采集孔，所述根系独立生长管上同样设置有采集孔，所述根系独立生长管上的采集孔通过软管与所述气袋相连通，所述根系独立生长管上的采集孔与所述腔体上采集孔相对应；所述腔体为气体扩散层，所述分隔板的下方为根系生长层。

优选的，所述根系独立生长管上设置有若干个与所述根系生长层相连通的软管；所述固定头倾斜设置在所述承接头的一端。

本发明具备以下有益效果：

1.本发明实现了对植物全生命周期内的根际进行取样，将采集的气体和液体样品进行相关的生化分析，并获取植物任意时刻的气体成分、土壤微生物的分布、根际化合物、土壤线虫、土壤元素成分等信息。

2.本发明的采集系统在使用时，可以通过不同的组合方式，实现对单一植物不同根系信息的采集，也可以实现对不同植物根系相互作用后的信息采集，实现不同根系环境的参数测量。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为图1的俯视图(无气袋)；

图3为根系生长导引承接装置结构示意图；

图4为本发明实施例1中另一实施方式结构示意图；

图5为本发明气体扩散组件的另一种方式的结构示意图；

图6为图5的左视图；

图7为图5的仰视图；

图8本发明实施例2的结构示意图；

图9为图8的俯视图(无气袋)；

图10为图9中A局部放大图；

图11本发明实施例3的结构示意图；

图12为图11的俯视图(无气袋)；

图中：柱体1、根系生长导引承接装置2、承接头21、固定头22、根系独立生长管31、隔板32、分离支撑体33、腔体34、分隔板35、气体扩散层4、根系生长层5、气袋6、集中罩7、筒体8、底板9、连接板10、滑板11、槽条12、L型滑条13、挡边14。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

若未特别指明，实施举例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

本发明公开了一种植物全生命周期根际信息采集方法，包括以下步骤：

(1)将植物种植在植物根系生长区内，植物根系生长区域由柱体组成，植物种植在柱体内，而根系生长的环境可以是土壤，也可以是细沙，根据实际需要进行常规设置；或者直接将植物种植在土壤中；

(2)当植物种植在植物根系生长区内时，植物根系生长区通过根系生长导引承接装置与根系独立生长区连通，植物生长一段时间后，植物根系通过根系生长导引承接装置自动引入到每个根系独立生长区内生长，对每个根系独立生长区施加相同或不同的理化处理；

当植物直接种植在土壤中时，将根系生长导引承接装置与根系独立生长区连通后，直接埋于植物根系下方。

这里不同的理化处理指的是：向每个根系独立生长区内的土壤或细沙中放置相同或不同的生长物质，生长物质可以是不同的肥料溶液，也可以是水，或者进行其他处理，如放入土壤动物等。

而根系独立生长区分为上下两层，上层为气体扩散层，下层为根系生长层，理化处理在根系生长层内进行，且植物根系在根系生长层内生长，植物根系在生长过程中产生的气体扩散到所述气体扩散层。

(3)当植物根系生长进入每个根系独立生长区内后，在任意时刻对植物根际气体或液体进行采样，并通过相关测量方法获取植物根际的相关信息参数。植物根际的相关信息参数包括根际的土壤微生物、根际化合物、土壤元素成分、土壤线虫、根系排放的气体成分。

采集气体时，在根系独立生长区上外接至少一个与气体扩散层相通的气袋，气袋设置在盒子内，在气袋内充入惰性气体，惰性气体充入的比例进行常规设置即可，使植物根际排放的气体进入到气袋内，对气袋内的气体进行采集，并测量气体的成分。气袋内充入的惰性气体的体积没有要求，只需在气袋内充入惰性气体即可。

采集液体时，在根系独立生长区上外接至少一根与根系生长层相通的软管，在只有一根软管的情况下，通过软管向根系生长层内压入液体，然后继续通过该软管抽出根际液体；在有两根及以上的软管的情况下，通过软管向根系生长层内压入液体，一段时间后通过另一根软管抽出根际液体，通过将采集的液体进行相关生物物理化学分析，获取液体中土壤微生物的组成、根际化合物、土壤线虫、土壤元素成分等根际信息。

在上述采样方法中，植物根系独立生长区域即为柱体1所组成的空间或隔间，根系独立生长区为根系独立生长装置，具体为根系独立生长管31的下层(根系生长层5)。

本发明还公开了一种植物全生命周期根际信息采集系统，上述植物全生命周期根际信息采集方法在该采集系统中进行。下面结合具体的结构进一步阐述本发明的植物全生命周期根际信息采集方法。

实施例1

研究一种植物根系间的差异(对单一植物不同根际信息的采集)。

参考图1-图3，一种植物全生命周期根际信息采集系统，包括用于种植植物且内部中空以及顶端和底端开口或顶端开口的柱体1、若干个承接植物根系的根系生长导引承接装置2和供植物根系生长与采样的根系独立生长装置；根系生长导引承接装置2设置在柱体1的侧壁上，根系独立生长装置分别设置在根系生长导引承接装置2的一端和柱体1的底部；根系生长导引承接装置2包括承接头21和固定在承接头21一端且带有通孔的固定头22。

根系独立生长装置包括根系独立生长管31和设置在根系独立生长管31内的气体扩散组件，根系独立生长管31的一端与固定头22可拆卸连接，另一端封闭或开口，即固定头22插件根系独立生长管31内进行固定。根系独立生长装置分别设置在根系生长导引承接装置2的一端和柱体1的底部，是为了分析植物根系分支与分支之间，以及分支与总体之间的差异(单一植物不同根系信息的采集)。如，在根系独立生长装置的下层(根系生长层5)内放置不同或相同的生长物质，可分析植物根系之间在不同或相同生长物质的情况下的一个差异以及不同的生长物质对植物根系的影响，可以完成对单个植物的不同根系、在不同生长物质下的根际参数变化进行检测；而在柱体1底部的根系独立生长装置的下层(根系生长层5)内放置与其他根系独立生长装置(连接在根系生长导引承接装置2上的根系独立生长装置)相同或不同的生长物质，研究植物根系的分支与总体之间的差异。

需要说明的是：当根系独立生长装置设置在柱体1的底部时，需要在根系独立生长管31的一端连接一个截面为倒梯形的集中罩7，使植物根系从根系生长导引承接装置2之间的缝隙向下集中生长，并进入到设置在柱体1底部的根系独立生长管31(根系生长层5)内。柱体1为内部中空且上下端开口，植物种植在柱体1内，且种植在根系生长导引承接装置2上方。柱体1由多个壁板围成的，也可以是一体成型的，该柱体1可为多棱柱，也可为圆柱形，如果柱体1是由多个壁板围成，则壁板与壁板间可通过粘结、合页连接等方式固定在一起。因此，柱体1的形状根据实际需要进行常规选择即可。

图4中，柱体1可以仅顶部开口，底部封闭，在柱体1的底部均布若干个通孔，植物在柱体1内生长，如果植物根系穿过通孔向下生长，则按照植物根际信息采集方法正常采集植物根系产生气体和向根系生长层5压入和抽出液体；如果植物根系无法穿过通孔向下生长，则无需采集气体和液体。只需对比若干个根系独立生长装置内的植物分支根系之间的差异。

图1中，根系生长导引承接装置2均布在柱体1的内壁周向上，在同一水平线上，且紧密排列，从而增加植物根系在根系生长导引承接装置2上的承接面积。承接头21和固定头22的连接处的端部紧贴柱体1的内壁，与柱体1的内壁无缝连接，其形状随柱体1内壁的形状变化，使得植物根系可以以更大概率落入承接头21上，并通过固定头22上的通孔穿出。承接头21的大小可以根据种植的植物进行改变。

进一步的，承接头21的形状为两侧高中间低或四周高中间低的凹面设计，该凹面设计可以是曲面，也可以是平面凹槽，在实际使用过程中，植物根系沿着承接头21凹面底部生长，通过凹面，根系会自动生长进根系独立生长管31内。承接头21的凹面处均布有若干个植物根系无法穿过的微孔，固定头22上的通孔与承接头21的低处相连通，固定头22穿过柱体1与根系独立生长管31连接，固定头22上的通孔与根系独立生长管31相连通，使植物根系从通孔穿过进入到根系独立生长管31内进行生长，这样可以在根系独立生长管31内，对植物根系进行不同的胁迫设计，从而对植物根系和根际进行研究。

需要说明的是：将承接头21的底部设置成凹面，主要是为了能够满足液体(可以是水)能够沿着承接头21的最低处汇聚，汇聚的液体，又会从承接头21底部的微孔渗漏出去，微孔的孔径小于植物根系根尖的直径，保证水可以从微孔垂直渗出承接头21，而根系又不会从微孔穿出承接头21。而固定在承接头21端部的固定头22上设计有通孔，使位于承接头21上的植物根系可以从该通孔穿出(即从柱体1的侧壁穿过)，进入到根系独立生长管31中的根系生长层5，进行独立生长。另外，固定头22和固定头22上的通孔可以是任意形状，其尺寸可以根据植物根系的尺寸来确定，只要能够满足植物根系通过即可，而且，承接头21的大小也可根据实际需要进行设置。

进一步的，为了避免汇聚在承接头21最低处的液体通过固定头22上的通孔流入根系独立生长管31内，固定头22倾斜设置在承接头21的一端，即固定头22与承接头21之间的角度小于180°，使液体无法从通孔流进根系独立生长管31中。参考图1，承接头21设置在柱体1内，且向上倾斜。

气体扩散组件主要是将根系独立生长管31内部分为上下两层，上层为气体扩散层4，下层为根系生长层5，使从固定头22上的通孔穿过的植物根系只能在根系生长层5内生长，而不能进入到气体扩散层4。

气体扩散组件有两种设置方式，其中一种方式为：气体扩散组件包括横向设置在根系独立生长管31内的隔板32，隔板32将根系独立生长管分为气体扩散层4和根系生长层5，隔板32上均布有若干个孔，使植物根系产生的气体通过孔进入到气体扩散层4中，根系独立生长管31上设置有若干个与气体扩散层4相连通的采集孔，采集孔通过软管与气袋6相连通，气袋6设置在盒子内，气袋6并不具备延展性，即气袋6的容积是固定不变的，在进行实验的过程中，在气袋6内充入惰性气体，使气袋6内的压强与外界压强保持一致，避免进入气袋6的根系产生的气体被压入气体扩散层4内；由于惰性气体为稳定气体，进而保证不影响土壤内部的原有气体成分。当采集气体时，气袋6内的气体体积将减小，气袋6也将收缩，保证气体扩散层4内的气体压强与外界大气压一致。为了避免植物根系在生长的过程中进入到气体扩散层4，隔板32靠近固定头22的一端向上弯曲，且与根系独立生长管31的内壁相抵，从而使植物根系只能在根系生长层5内生长，而无法进入气体扩散层4。

参考图5-图7，气体扩散组件的另一种方式为：将气体扩散组件作为独立的部件，能够刚好插进根系独立生长管31内，将根系独立生长管31分为上下两层，如果不采集气体则可以取出。具体为：气体扩散组件包括与根系独立生长管31相适配的且内部中空的分离支撑体33，分离支撑体33的长度可根据实际需要进行常规设置，分离支撑体33的形状根据根系独立生长管31的形状进行适应性的变化，使分离支撑体33能够置于根系独立生长管31内。分离支撑体33内沿分离支撑体33长度方向设置有分隔板35，分隔板35上均布有若干个气孔，分隔板35将分离支撑体33分为上部封闭的腔体34，植物根系产生的气体通过气孔进入到腔体34内。分隔板35下方、分离支撑体33两端开口，使分隔板35下方形成一个贯通的通道，且分离支撑体33的底部沿分离支撑体33长度方向设有相贯通的缺口，在分隔板35下方的通道内是植物根系生长的地方，即根系生长层5。而为了对植物根系产生的气体进行收集，在分离支撑体33上设置有若干个与腔体34相连通的采集孔，根系独立生长管31上同样设置有采集孔，根系独立生长管31上的采集孔通过软管与气袋6相连通，根系独立生长管31上的采集孔与腔体34上采集孔相对应，便于通过软管对腔体34内的气体进行采集；此时腔体34为气体扩散层4，分隔板35的下方为根系生长层5。

需要说明的是：在气袋6的顶部还设置有一软管与外界相连，软管内放有一小段封闭液，封闭液的多少进行常规设置即可，封闭液可以为不会挥发的油，封闭液在软管上的位置根据实际情况进行设置。封闭液将气袋6内气体与外界空气隔绝，封闭液可以在软管内移动，以保证气袋6内的压强与外界大气压一致。通过气袋6上的软管便于将气袋6内收集到的气体抽出，进行成分和浓度测量。无论是采集植物根系产生气体还是采集植物根际间的液体，除了在根系独立生长管31上设置若干个分别与气体扩散层4和根系生长层5相连通的软管外，还可以通过带孔的针(或输液针)插入根系独立生长管31内，通过连接在针上的软管来对气体进行采集，或向根系生长层5内压入液体/抽出液体。软管与根系独立生长管31连接的另一端的端部通过胶塞封闭，需要压入或抽取液体时，打开胶塞操作即可。

实施例2

研究多种不同植物根系之间的差异以及多种不同植物根系的相互作用(分别对不同植物根际信息的采集以及对不同植物根系相互作用后的信息采集)。

参考图8-图10，根系生长导引承接装置2和根系独立生长装置与实施例1相同，不同的是柱体1和根系生长导引承接装置2的组合方式。

图9中，柱体1由若干个壁板组成，每个壁板长度方向上相对应的两侧分别设有向壁板中心处倾斜的挡边14，壁板可以是平整的板，也可以是一个弧形的板，即壁板组成的柱体1可以是多边形柱体，也可以是圆形柱体，进行常规设置即可。在柱体1内部设置有供多种植物根系共同生长的筒体8，筒体8上下端开口，筒体8的形状可进行常规设置，可为圆柱，也可为多棱柱，本发明优选为圆柱形。在筒体8底部的侧壁上设置有一圈底板9，底板9上均布有若干个通孔，柱体1固定设置在底板9的边缘处，与底板9可通过粘结、合页连接等方式进行固定，也可以在底板9的边缘处设置凹槽，将壁板插进凹槽内进行固定，为了避免壁板散掉，可在壁板的外侧，靠近壁板顶部位置缠绕一个橡皮筋或绑一个绳子，使多个壁板固定在一起；当然，相邻两个壁板之间也可以通过合页固定，壁板与壁板之间、壁板与底板9之间的固定方式可进行常规设置。

柱体1与筒体8之间形成的空腔内设置有可拆卸的连接板10，连接板10将空腔分隔成多个隔间，在每个隔间内可种植不同种类的植物。连接板10与柱体1和筒体8的具体连接方式为：在连接板10长度方向的一端设置有与连接板10垂直的滑板11，与滑板11相对应的连接板10的另一端设置有底部镂空且横截面为倒梯形的槽条12，在筒体8的外壁上设置有若干组由两个相对应的L型滑条13所组成的滑槽，连接板10通过滑板11滑进滑槽内从而使连接板10可拆卸固定在筒体8的侧壁上，而相邻两个壁板的挡边14则卡进槽条12内，从而将柱体1和筒体8之间的空腔内分隔出若干个可拆卸的隔间，用于种植不同种类的植物。此时，集中罩7固定在筒体8的底部，根系独立生长装置连接在集中罩7的底部。

此时，根系生长导引承接装置2设置在每个隔间内，具体设置方式为：根系生长导引承接装置2设置在筒体8的外侧周向上，并位于每个隔间内，其固定头22穿过筒体8的侧壁朝向筒体8的内部；在壁板上、与设置在筒体8上的根系生长导引承接装置2相对应的位置上同样设置有根系生长导引承接装置2，应理解为：筒体8和壁板上的根系生长导引承接装置2相对应，其固定头22穿过壁板，朝向壁板外部区域，在固定头22上分别连接一个根系独立生长装置。

需要说明的是：可以在每个隔间的底部连接一个根系独立生长装置(图中未示出)，从而研究同种植物根系之间的差异。而底板9可根据实际需要进行常规设置，在不设置底板9的情况下，壁板的固定方式可采用合页连接、橡皮绳、细绳等方式将多个壁板固定在一起，并不影响本发明的使用。

在使用时，在每个隔间内、根系生长导引承接装置2上方种植物种种类的植物，植物在生长的过程中，其根系分别穿过筒体8上的固定头22进入到筒体8内、穿过壁板上的固定头22进入到根系独立生长装置内。设置在筒体8底部的根系独立生长装置可实现对多种不同植物的根系相互作用后的信息采集，设置在壁板上的根系独立生长装置则研究不同植物根系之间的差异。

实施例3

研究两种不同植物根系的相互作用、多种不同植物根系之间的差异和多种不同植物根系的相互作用(分别对两种不同植物根系相互作用后的信息采集、不同植物根际信息的采集和对不同植物根系相互作用后的信息采集)。

参考图11-图12，与实施例2不同的是：根系生长导引承接装置2在隔间内的设置方式。

图12中，根系生长导引承接装置2设置在相间隔的隔间内，在隔间内，根系生长导引承接装置2设置在筒体8的外壁上、与筒体8连接的两个连接板10上和壁板上，且筒体8、连接板10和壁板上的根系生长导引承接装置2在同一水平线上，从而更好的承接植物的根系。应该注意的是：设置在两个连接板10上的根系生长导引承接装置2的固定头22穿过连接板10，位于不设置根系生长导引承接装置2的隔间内，而在该隔间的底部，设置有集中罩7和根系独立生长装置，研究两种植物根系的相互作用。设置在筒体8底部的根系独立生长装置则研究多种不同植物根系的相互作用。设置在壁板外的根系独立生长装置则研究不同植物根系之间的差异。

需要说明的是：在没有设置根系生长导引承接装置2的隔间的底部并没有设置底板9，而且可以在设置有根系生长导引承接装置2的隔间底部连接一个根系独立生长装置(图中未示出)，从而研究同种植物根系之间的差异。在本实施例中，底板9的设置可根据实际需要进行常规设置，即使不设置底板也不影响本发明的使用。而在不设置底板9的情况下，壁板的固定方式可采用合页连接、橡皮绳、细绳等方式将多个壁板固定在一起，并不影响本发明的使用。

实施例4

根系生长导引承接装置2可单独使用，具体使用方式为：将固定头22插进根系独立生长管31内，使根系生长导引承接装置2和根系独立生长装置固定在一起，然后将该装置埋在植物根系的下方，而根系独立生长管31的另一端则露出土壤外部，并用胶塞封闭。

在使用本发明实施例1～实施例3所公开的采集系统时，需要将该系统埋在土壤下，在柱体1内部或隔间内种植植物，当植物的根系进入到根系独立生长管31内时，则可以对植物根际进行气体和液体采样，并进行相关分析测量。而采用实施例4所公开的采集系统时，只需植物的根系进入到根系独立生长管31内，就可对植物根际进行气体和液体采用，并进行相关分析测量。

连接在根系独立生长管31的软管的设置方式为：在根系独立生长管31上设置若干个与气体扩散层4连通的软管，在软管的另一端连接体积可变的气袋6，气袋6的容积为0.5L，充入0.25L的氮气，气袋6设置在盒子里，在气袋6的顶部还设置有一软管，在该软管的另一端通过胶塞封闭，将该胶塞封闭端露在土壤表面外。在采集气体时，用抽气装置插入胶塞中或拔出胶塞，通过软管抽取气体，进行成分测量和分析。气袋6在根系独立生长管31上间隔的距离根据实际情况进行常规设置。

在根系独立生长管31上还设置若干个与根系生长层5连通的软管，软管之间的间隔为5cm左右，根据实际需要进行设置。软管的另一端通过胶塞封闭，并使得胶塞封闭端露在土壤表面外，需要抽取液体时，通过向靠近柱体1最近的软管中压入液体，液体经过根系生长层5的土壤和根系后，沉积在根系生长层5的底部，再通过离柱体1最远的软管将液体抽取出来，对液体的成分进行测量分析。

每隔一段时间，进行一次气体和液体的采样，并对气体的成分进行分析，对取样液体的微生物组成进行测量，对取样液体中的化合物进行测量，对取样液体中的线虫等微小动物进行测量，对取样液体中土壤元素成分进行测量。从而实现对根际微生物、根际化合物、根际释放气体、线虫、土壤元素等参数变化的获取。

本发明能够对植物全生命周期的根际信息进行监测，即使植物死了照样能够进行测量。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种植物全生命周期根际信息采集系统，其特征在于：包括用于种植植物且内部中空的柱体（1）、若干个承接引导植物根系生长的根系生长导引承接装置（2）和供植物根系生长与采样的根系独立生长装置；所述根系生长导引承接装置（2）设置在所述柱体（1）的侧壁上，所述根系独立生长装置分别设置在所述根系生长导引承接装置（2）的一端和所述柱体（1）的底部；

所述根系生长导引承接装置（2）包括承接头（21）和固定在承接头（21）一端且带有通孔的固定头（22）；所述根系独立生长装置包括根系独立生长管（31）和设置在根系独立生长管（31）内的气体扩散组件，所述根系独立生长管（31）的一端与所述固定头（22）可拆卸连接，另一端封闭或开口；

所述承接头（21）的形状为两侧高中间低或四周高中间低，所述承接头（21）的低处均布有若干个植物根系无法穿过的微孔，所述固定头（22）上的通孔与所述承接头（21）的低处相连通，所述固定头（22）穿过所述柱体（1）与所述根系独立生长管（31）连接；

所述气体扩散组件包括横向设置在所述根系独立生长管（31）内的隔板（32），所述隔板（32）将根系独立生长管（31）分为气体扩散层（4）和根系生长层（5），所述隔板（32）上均布有若干个孔，所述根系独立生长管（31）上设置有若干个与所述气体扩散层（4）相连通的采集孔，所述采集孔通过软管与气袋（6）相连通；所述隔板（32）靠近所述固定头（22）的一端向上弯曲，且与所述根系独立生长管（31）的内壁相抵。

2.根据权利要求1所述的一种植物全生命周期根际信息采集系统，其特征在于：所述气体扩散组件包括与所述根系独立生长管（31）相适配的且内部中空的分离支撑体（33），所述分离支撑体（33）内沿分离支撑体（33）长度方向设置有分隔板（35），所述分隔板（35）上均布有若干个气孔，所述分隔板（35）将分离支撑体（33）分为上部封闭的腔体（34），所述分隔板（35）下方、所述分离支撑体（33）两端开口，且所述分离支撑体（33）的底部沿分离支撑体（33）长度方向设有相贯通的缺口；所述分离支撑体（33）上设置有若干个与所述腔体（34）相连通的采集孔，所述根系独立生长管（31）上同样设置有采集孔，所述根系独立生长管（31）上的采集孔通过软管与所述气袋（6）相连通，所述根系独立生长管（31）上的采集孔与所述腔体（34）上采集孔相对应；所述腔体（34）为气体扩散层（4），所述分隔板（35）的下方为根系生长层（5）。

3.根据权利要求1所述的一种植物全生命周期根际信息采集系统，其特征在于：所述根系独立生长管（31）上设置有若干个与所述根系生长层（5）相连通的软管；所述固定头（22）倾斜设置在所述承接头（21）的一端。

4.一种利用权利要求1～3任一项所述植物全生命周期根际信息采集系统的采集方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）将植物种植在植物根系生长区内或直接种植在土壤中；

（2）植物生长一段时间后，植物根系通过根系生长导引承接装置将根系自动引入每个根系独立生长区内生长；

（3）当植物根系生长进入每个根系独立生长区内后，在任意时刻对植物根际气体或液体进行采样，并通过相关测量方法获取植物根际的相关信息参数。

5.根据权利要求4所述的一种植物全生命周期根际信息采集方法，其特征在于：所述根系独立生长区分为上下两层，上层为气体扩散层，下层为根系生长层，植物根系在所述根系生长层内生长，植物根系在生长过程中产生的气体扩散到所述气体扩散层。

6.根据权利要求5所述的一种植物全生命周期根际信息采集方法，其特征在于：步骤（3）中，所述植物根际的相关信息参数包括根际的土壤微生物、根际化合物、土壤元素成分、土壤线虫、根系排放的气体成分。

7.根据权利要求6所述的一种植物全生命周期根际信息采集方法，其特征在于：在所述根系独立生长区上外接至少一个与所述气体扩散层相通的气袋，所述气袋设置在盒子内，在所述气袋内充入惰性气体，使植物根际排放的气体扩散进入到气袋内，对气袋内的气体进行采集，并测量气体的成分。

8.根据权利要求6所述的一种植物全生命周期根际信息采集方法，其特征在于：在所述根系独立生长区上外接至少一根与所述根系生长层相通的软管，通过所述软管向所述根系生长层内压入液体，然后继续通过该软管或一段时间后通过另一根软管抽出根际液体，通过将采集的液体进行相关生物物理化学分析，获得液体中植物根际的相关信息。

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