CN214961357U - 用于研究植物根系和微生物对土壤作用的根箱试验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于研究植物根系和微生物对土壤作用的根箱试验装置，包括圆筒形的敞口蓄土容器，敞口蓄土容器由位于中心的蓄根际土容器和包围在蓄根际土容器外周的四个边缘蓄土室组成；每个边缘蓄土室相互隔离，并通过网格膜与蓄根际土容器隔离；网格膜上具有分别与四个边缘蓄土室对应的四种不同通径的网孔，以分别仅允许细菌通过；仅允许细菌和AM真菌通过；仅允许细菌、AM真菌和植物细根系通过；允许细菌、AM真菌和植物所有的根系通过。本实用新型的有益效果是，解决了同一生长背景中土壤生物对周围环境的响应问题，借助差减算法可获得根系独立效应、微生物独立效应，以及根系微生物耦合效应对土壤结构和生态功能的影响。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种根箱试验装置，具体涉及一种用于研究植物根系和微生物对土壤作用的根箱试验装置，以模拟研究土壤菌根际、菌丝际和根围土壤环境特征。
背景技术
土壤生物参与土壤的形成过程，是土壤养分循环的主要推动者，它们调节土壤有机质的动态和温室气体释放，改变土壤物理结构和水文系统，提高植物获取养分的数量和效率，增进植物健康。同时，土壤生物还是各种土壤污染物质的分解和转化者，在污染土壤的修复中起着重要作用。
植物根系是土壤形成过程中的重要参与者。根据生长特征，植物根系可分为直根系和须根系，根据根系直径大小可分为结构根（>2mm）和细根（<2mm）。菌根是真菌和植物根的共生联合体。自然界中大部分植物都具有菌根，菌根对于改善植物营养、调节植物代谢、增强植物抗逆性等都有一定的作用。丛植菌根（AM）真菌能与80%以上陆生植物品种形成良好的共生关系，AM真菌产生的菌丝、孢子和球囊霉素对土壤结构和质量维持具有重要作用。AM真菌菌丝直径小于37μm，植物根系大于37μm。因此，37μm网格膜可以排除植物根系的干扰，被广泛应用于对AM真菌的作用和功能的独立研究。绝大多数的土壤细菌单细胞大小介于0.5～5μm。1μm孔隙的尼龙膜仅允许细菌通过，不允许AM真菌和植物根系通过。因此，1μm网格膜被广泛应用于研究土壤中细菌的功能和效应。
然而，目前已有的类似装置都仅能独立研究植物根系、AM真菌和细菌对土壤的影响，尚没有有效的装置能够做到同时研究根系独立效应、微生物（AM真菌和细菌）独立效应以及根系微生物耦合效应对土壤结构和生态功能的影响。因此，需要开发一种根箱试验装置，以具备分别允许植物所有根系、AM真菌和细菌侵入；仅允许植物细根系、AM真菌和细菌侵入；仅允许AM真菌和细菌侵入；仅允许细菌侵入的多个研究区，从而解决在同一生长背景中土壤生物对周围环境的响应的问题，研究植物根系和微生物在不同环境中对土壤结构和功能的影响，对于揭示土壤生物在土壤中的作用及其响应机制具有重要意义。
发明内容
本实用新型的目的就是针对现有根箱试验装置研究功能单一的不足，提供一种用于研究植物根系和微生物对土壤作用的根箱试验装置，该装置通过将圆筒形敞口根箱分隔成位于中心的蓄根际土容器和多个组合成环形，并包围在蓄根际土容器外周的边缘蓄土室，并利用蓄根际土容器与边缘蓄土室之间网格膜上不同通径的网孔，形成能获得不同研究成果的四个研究区，从而解决在同一生长背景中土壤生物对周围环境的响应的问题，研究植物根系和微生物在不同环境中对土壤结构和功能的影响，对于揭示土壤生物在土壤中的作用及其响应机制具有重要意义。
为实现前述目的，本实用新型采用如下技术方案。
一种用于研究植物根系和微生物对土壤作用的根箱试验装置，包括圆筒形的敞口蓄土容器，敞口蓄土容器由位于中心的蓄根际土容器和四个边缘蓄土室组成，四个边缘蓄土室组合成环形包围在蓄根际土容器外周；每个边缘蓄土室与蓄根际土容器之间通过网格膜隔离，相邻边缘蓄土室之间通过隔板隔离；所述网格膜上具有四种不同通径的网孔，且位于同一边缘蓄土室的网孔通径相同；不同通径的所述网孔分别用于，仅允许细菌通过；仅允许细菌和AM真菌通过；仅允许细菌、AM真菌和植物细根系通过；允许细菌、AM真菌和植物所有根系通过。
采用前述技术方案的本实用新型，通过将作为根箱试验装置的圆筒形敞口容器分隔为位于中心的蓄根际土容器和包围在蓄根际土容器外周，并组合形成环形的多个边缘蓄土室。通过利用蓄根际土容器与边缘蓄土室之间网格膜上不同通径的网孔，形成仅允许细菌侵入；仅允许细菌和AM真菌侵入；仅允许细菌、AM真菌和植物细根系侵入；以及允许细菌、AM真菌和植物所有根系（包括结构根系和细根系）侵入的四个研究区，从而解决在同一生长背景中土壤生物对周围环境的响应的问题，研究植物根系和微生物在不同环境中对土壤结构和功能的影响，并利用差减算法可获得根系独立效应、对应AM真菌和细菌的微生物独立效应，以及根系微生物耦合效应对土壤结构和生态功能影响的研究成果，对于揭示土壤生物在土壤中的作用及其响应机制具有重要意义。其中，网孔通径是指网孔允许通过的物质最大直径，不同区域的网格膜由于网孔通径不同，可通过在同一薄膜材料上的不同区域加工出不同通径的网孔，也可采用网孔通径规格不同的材料，制作成多幅独立的网格分膜，也可将多幅独立的网格分膜缝合在一起。在网格分膜采用热熔性材料时，可通过热熔焊接方式缝合在一起。
优选的，所述敞口蓄土容器包括刚性的容器底板，容器底板上固定连接有固定所述网格膜的骨架。以方便网格膜设置；其中，为确保网格膜强度，最好，网格膜采用尼龙材质制成。
进一步优选的，所述骨架由多个竖立的支撑条组成，支撑条下端固定在所述容器底板上；所述网格膜由多幅网格分膜组成，每一幅网格分膜对应一边缘蓄土室，每一幅网格分膜的幅宽两端分别与一所述支撑条固定连接。以提高制作方便性，其中，支撑条可采用粘接方式与容器底板固定。
进一步优选的，所述骨架由多个门框形分骨架组成，门框形分骨架的两个门柱下端固定在所述容器底板上；所述网格膜由多幅网格分膜组成，每一幅网格分膜对应一边缘蓄土室，网格分膜的两侧分别与门框形分骨架的两个门柱固定连接，网格分膜的上端与门框形分骨架的横梁固定连接。以提高骨架的结构稳定性。
更进一步优选的，所述门框形分骨架的横梁呈圆弧形。以使蓄根际土容器形成圆筒形结构，增大容积。
进一步优选的，所述容器底板上设有多个透气孔。以通过透气孔使土壤内外气压平衡，确保水向深部运移，便于植物根系吸收。
进一步优选的，所述圆筒形的敞口蓄土容器的筒壁、隔板和所述容器底板均由无色透明的亚克力板制成。亚克力板俗称有机玻璃，属于高分子材料，具有较好的强度和韧性，能满足容器的强度要求，同时，可利用无色透明亚克力板的透明特性，方便试验研究过程中的观察。
优选的，所述蓄根际土容器呈圆筒形，且其直径为敞口蓄土容器直径的一半。以兼顾植物生长空间和根系观察空间需求，确保植物生长正常，并获得全面的观察效果。
优选的，所述敞口蓄土容器下方设有圆形托盘，圆形托盘外周通过围边形成容器形结构，圆形托盘与所述敞口蓄土容器的筒底之间设有多个支腿。以通过托盘储蓄水，避免多余水污染地面。
进一步优选的，所述支腿呈圆柱形；所述圆形托盘和由容器底板构成的筒底上均设有与所述支腿紧配合的盲孔。以通过支腿使容器底板与托盘盘底具有适当空间，确保透气孔与外部环境连通。
本实用新型的有益效果是，通过利用蓄根际土容器与边缘蓄土室之间网格膜上不同通径的网孔，形成能够仅侵入细菌、AM真菌、细根及结构根中的一种、两种或三种，以及四种的多个研究区，从而解决在同一生长背景中土壤生物对周围环境的响应的问题，研究植物根系和微生物在不同环境中对土壤结构和功能的影响，并利用差减算法可获得根系独立效应、对应AM真菌和细菌的微生物独立效应，以及根系微生物耦合效应对土壤结构和生态功能影响的研究成果，对于揭示土壤生物在土壤中的作用及其响应机制具有重要意义。
附图说明
图1是本实用新型中敞口蓄土容器的结构示意轴测图。
图2是本实用新型中蓄根际土容器的俯视图。
图3是本实用新型中容器底板的结构示意俯视图。
图4是本实用新型中容器底板的结构示意仰视图。
图5是本实用新型中圆形托盘的俯视图。
图6是本实用新型中圆形托盘的剖视图。
图7是本实用新型中支腿的轴测示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明，但并不因此将本实用新型限制在的实施例范围之中。
参见图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7，一种用于研究植物根系和微生物对土壤作用的根箱试验装置，包括圆筒形的敞口蓄土容器1，敞口蓄土容器1由位于中心的蓄根际土容器3和四个边缘蓄土室2组成，四个边缘蓄土室2组合成环形包围在蓄根际土容器3外周；每个边缘蓄土室2与蓄根际土容器3之间通过网格膜隔离，相邻边缘蓄土室2之间通过隔板隔离；所述网格膜上具有四种不同通径的网孔，且位于同一边缘蓄土室2的网孔通径相同；不同通径的所述网孔分别用于，仅允许细菌通过的网孔；仅允许细菌和AM真菌通过的网孔；仅允许细菌、AM真菌和植物细根系通过的网孔；允许细菌、AM真菌和植物结构根系通过的网孔。
其中，所述敞口蓄土容器1包括构成筒底的刚性容器底板4，容器底板4上固定连接有固定所述网格膜的骨架；骨架由多个竖立的支撑条10组成，支撑条10下端固定在所述容器底板4上；所述网格膜由多幅网格分膜组成，每一幅网格分膜对应一边缘蓄土室2，每一幅网格分膜的幅宽两端分别与一所述支撑条10固定连接；容器底板4上设有多个透气孔11，具体是，容器底板4共设有8个透气孔11，边缘蓄土室2占有2个透气孔11。
蓄根际土容器3呈圆筒形，且其直径为敞口蓄土容器1直径的一半。圆筒形的敞口蓄土容器1的筒壁、隔板和所述容器底板4均由无色透明的亚克力板制成。
另外，敞口蓄土容器1下方设有圆形托盘5，圆形托盘5外周通过围边形成容器形结构，圆形托盘5与所述敞口蓄土容器1的筒底之间设有多个支腿14。所述支腿14呈圆柱形；所述圆形托盘5和由容器底板4构成的筒底上均设有与所述支腿14紧配合的盲孔，具体是，容器底板4底面设有开口朝下，并与支腿14上端紧配的第一盲孔12，圆形托盘5设有开口朝上，并与支腿14下端紧配的第二盲孔13。
其中，网格膜上四种不同通径的网孔包括5mm、2mm、38μm和1μm四个规格；网格膜具体由第一网格分膜6、第二网格分膜7、第三网格分膜8和第四网格分膜9共四幅网格分膜组成；其中，第一网格分膜6上的网孔通径为5mm，允许细菌、AM真菌和植物结构根系通过；第二网格分膜7上的网孔通径为2mm，仅允许细菌、AM真菌和植物细根系通过；第三网格分膜8上的网孔通径为38μm，仅允许细菌和AM真菌通过；第四网格分膜9上的网孔通径为1μm，仅允许细菌通过。
本实施例中，骨架由多个门框形分骨架组成，门框形分骨架的两个门柱下端固定在所述容器底板4上；所述网格膜由多幅网格分膜组成，每一幅网格分膜对应一边缘蓄土室2，网格分膜的两侧分别与门框形分骨架的两个门柱固定连接，网格分膜的上端与门框形分骨架的横梁固定连接。
其中，门框形分骨架的横梁可呈直线形，也可呈圆弧形。通过直线形横梁的门框骨架形成的蓄根际土容器3为四棱柱形；通过圆弧形横梁的门框骨架形成的蓄根际土容器3为圆柱形。
本实施例用于研究植物根系和微生物对土壤作用的根箱试验装置的工作过程如下：
首先，将土壤样品和AM真菌接种剂按比例混匀后均匀地装入蓄根际土容器3中，将已做不同处理的土壤样品分别装入边缘蓄土室2中。
其次，在蓄根际土容器3中种植植物。
最后，植物、AM真菌和细菌在本实用新型的根箱试验装置中生长发育，可以及时获得根际土壤和非根际土壤中植物根系、AM真菌和细菌对环境因素响应的相关信息资料或数据，从而推动土壤生物在土壤形成和功能维持中的作用及其响应机制的相关研究的正常开展。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种用于研究植物根系和微生物对土壤作用的根箱试验装置，包括圆筒形的敞口蓄土容器（1），敞口蓄土容器（1）由位于中心的蓄根际土容器（3）和四个边缘蓄土室（2）组成，四个边缘蓄土室（2）组合成环形包围在蓄根际土容器（3）外周；每个边缘蓄土室（2）与蓄根际土容器（3）之间通过网格膜隔离，相邻边缘蓄土室（2）之间通过隔板隔离；其特征在于，所述网格膜上具有四种不同通径的网孔，且位于同一边缘蓄土室（2）的网孔通径相同；不同通径的所述网孔分别用于，仅允许细菌通过；仅允许细菌和AM真菌通过；仅允许细菌、AM真菌和植物细根系通过；允许细菌、AM真菌和植物所有的根系通过。
2.根据权利要求1所述的用于研究植物根系和微生物对土壤作用的根箱试验装置，其特征在于，所述敞口蓄土容器（1）包括刚性的容器底板（4），容器底板（4）上固定连接有固定所述网格膜的骨架。
3.根据权利要求2所述的用于研究植物根系和微生物对土壤作用的根箱试验装置，其特征在于，所述骨架由多个竖立的支撑条（10）组成，支撑条（10）下端固定在所述容器底板（4）上；所述网格膜由多幅网格分膜组成，每一幅网格分膜对应一边缘蓄土室（2），每一幅网格分膜的幅宽两端分别与一所述支撑条（10）固定连接。
4.根据权利要求2所述的用于研究植物根系和微生物对土壤作用的根箱试验装置，其特征在于，所述骨架由多个门框形分骨架组成，门框形分骨架的两个门柱下端固定在所述容器底板（4）上；所述网格膜由多幅网格分膜组成，每一幅网格分膜对应一边缘蓄土室（2），网格分膜的两侧分别与门框形分骨架的两个门柱固定连接，网格分膜的上端与门框形分骨架的横梁固定连接。
5.根据权利要求4所述的用于研究植物根系和微生物对土壤作用的根箱试验装置，其特征在于，所述门框形分骨架的横梁呈圆弧形。
6.根据权利要求2所述的用于研究植物根系和微生物对土壤作用的根箱试验装置，其特征在于，所述容器底板（4）上设有多个透气孔。
7.根据权利要求2所述的用于研究植物根系和微生物对土壤作用的根箱试验装置，其特征在于，所述圆筒形的敞口蓄土容器（1）的筒壁、隔板和所述容器底板（4）均由亚克力板制成。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的用于研究植物根系和微生物对土壤作用的根箱试验装置，其特征在于，所述蓄根际土容器（3）呈圆筒形，且其直径为敞口蓄土容器（1）直径的一半。
9.根据权利要求1～7中任意一项所述的用于研究植物根系和微生物对土壤作用的根箱试验装置，其特征在于，所述敞口蓄土容器（1）下方设有圆形托盘（5），圆形托盘（5）外周通过围边形成容器形结构，圆形托盘（5）与所述敞口蓄土容器（1）的筒底之间设有多个支腿（14）。
10.根据权利要求9所述的用于研究植物根系和微生物对土壤作用的根箱试验装置，其特征在于，所述支腿（14）呈圆柱形；所述圆形托盘（5）和由容器底板（4）构成的筒底上均设有与所述支腿（14）紧配合的盲孔。
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