深根和浅根作物根须中对土壤硝酸盐淋失的影响检测方案(根系监测系统)

智能文字提取功能测试中

硝酸盐(NO3-) 的淋失已被公认为一个世界性问题，而NO3-是地下水和地表水中的主要污染物。残留 NO3- 逐渐淋失到根区以下的土壤层是作物生态系统中氮 (N) 损失的主要方式。 地下根系截留 NO3-对作物或蔬菜利用N至关重要。然而，很少有研究在深根和浅根植物间作下NO3-淋失的机制。 浙江大学的科研人员以蒸渗仪作为种植平台，在温室中，选择深根和浅根植物进行单季间作种植试验，并利用土壤溶液采样器收集渗滤液。通过比较 NO3- 、N利用效率和参与硝化作用的微生物，揭示了单一栽培和间作系统之间的N转化过程。详细内容请参考文献：Nitrate leaching losses mitigated with intercropping of deep-rooted and shallow-rooted plantsYu Ding ,Xing Huang ,Yong Li ,Haiyang Liu ,Qichun Zhang ,Xingmei Liu ,Jianming Xu ,Hongjie Di.Journal of Soils and Sediments(2020). https://doi.org/10.1007/s11368-020-02733-w  蒸渗仪采用回填方式，保持与田间容重相同。然后将土壤溶液采样器横向插入25、40 和55cm深度，用于收集每个土壤层的土壤溶液。将填好的土柱置于温室中，保持60%的灌水孔隙空间（WFPS），预培养15天。选择辣椒单作（MP），辣椒与苜蓿间作（IPA），辣椒与玉米间作（IPM）的种植方式，植物的施肥率为 N 300 kg ha−1、P135 kg ha−1 和 K 180 kg ha−1。实验持续4个月，每15天收集一次土壤溶液进行化学分析。根据以下等式计算每个土壤层中的NO3-浓度（Nc）：式中，Hn、Dn、Cn分别表示土壤中单个土层的高度（cm）、容重（gcm-3）和NO3-浓度（mg N kg-1），n为土层 ，即分别为0-10、10–25、25–40 和40–55cm。使用土壤螺旋钻获得了每株植物周围不同土壤层的根和土壤的混合样本，挑出可见根做生物量计算。结果表明，浅根辣椒与深根苜蓿、玉米间作形成的茂盛的植物根系固定了深层土壤中的氮，从而提高了氮的利用效率，减少了间作系统中 NO3- 的淋失。Fig. 4 Nitrogen turnover and fate before and after harvest. The setting of the three processes (MP, IPA, IPM) .可见以蒸渗仪（面积、高度已知）作为种植平台可以对作物系统中硝酸盐的淋失精确定量。在土壤的不同深度进行土壤溶液取样，从而分析不同土壤质地和根系结构对溶质运移的影响。然而，采用人工采样，耗时耗力，且无法实现定时采样。RhizoScope根系生态仓为进行这样的课题研究提供了完美的解决方案。它以控制型蒸渗系统作为种植平台，可取原状土，土柱面积1平方米，高2米。分层安装土壤溶液取样装置，配置自动采样泵，可以定时、连续自动采集土壤溶液样品。根系生态仓原状取土根系生态仓，溶液自动取样利用蒸渗仪测量蒸散量和渗漏量是基本需求，为了使测量更精确，配置了高精度称重单元，测量的分辨率可达0.01mm 。配置地下水连通模块，自动控制水势或水位，既可用于控制实验，也可实时调控与大田水力学梯度一致，作物生长环境与大田同步。实现土壤热通量、土壤水势梯度等控制。同时RhizoScope根系生态仓使用结合摄像和扫描模式于一体的AZR-300活体根系监测系统采用微根窗技术可以原位快速对土壤剖面上根系生物量进行连续性监测，避免土钻取根对根系的扰动和破坏。扫描模式下，一次扫描可以观察20cm深土层内根系生物量，1200dpi的分辨率完全可以满足观察大部分根系的需求。其摄像模式分辨率高达4800dpi，可对小至10um的根毛、菌丝做到清晰观察。这样就可以把直径小于2mm的细根也纳入测量范围内。两种模式相结合大大提高了对根系生物量监测的准确性。该系统可以测量根长度、根直径、根面积、根总长、根总面积、根平均直径、根数量，统计根系生物量、细根寿命、细根周转率等。64倍图像放大功能，用于观察植物根菌、真菌和土壤动物活动等。还配有紫外光源，用于区分活根和死根。     配置土壤水分、温度、水势、电导率、氧化还原电位和pH传感器，用于研究土壤环境对根系生长动态、根系空间分布和根周转率的影响。1END1