BTC根系生态监测系统应用.doc

BTC微根窗根系生态监测系统应用
BTC根系生态监测系统是利用微根管(Minirhizotron,又称微根窗)技术用于非破坏性监测分析根系动态的仪器技术,它是一种非破坏性、定点直接观察和研究植物根系的方法,其最大优点是在不干扰细根生长过程的前提下,能连续监测单个细根从出生到死亡的变化过程,也能记录细根乃至根毛和菌根的生长、生产和物候等特征。
BTC系统利用微根管技术,由一个插入土壤中的微根窗管、摄像头、标定手柄、I-CAP系统(由控制器和I-CAP采集器等集成安装于野外工作箱中)组成(白文明,2005)。将摄像头伸入埋设在根系周围的透明管内,通过I-CAP系统进行图像抓取根系照相,然后借助专业根系分析软件系统对混合图像进行分析,从而跟踪了解其生长过程。还可以根据用户需求监测土壤水分状况,从而研究根系所在区域内溶质运移及水分胁迫所引起的生理变化,广泛运用于苗木培养、作物生长模型研究、根系病理分析、昆虫行为生态等领域。
一、根系形态性状及结构分布研究中的应用
BTC微根窗根系生态监测系统结合加拿大Regent公司的WinRHIZO Tron根系分析软件,能够将根系相关数据定量化,包括根的长度、面积、根尖数量、直径分布格局、死亡根及存活根数量等等,从而研究根系在土壤中的形态性状及结构分布状况。中国农科院灌溉研究所李彩霞等人利用微根窗法研究了根系(活/死根)的长度、直径、体积、表面积、根尖数和径级变化及其与土壤水分、土温和水分利用效率(WUE)的相关关系,揭示根系对土壤环境的适应机制,研究了隔沟交替灌溉条件下的玉米根系形态性状及结构分布(李彩霞,2011)。以垄位和坡位的玉米根系为研究对象,结果表明:
对于活根,在坡位非灌水区域复水后根系平均直径减小,而根系日均生长速率、单位面积土壤根系体积密度、根尖数和表面积均增大,并随灌水区域土壤水分的消退逐渐减小;对于死根,在坡位非灌水区域复水后根系日均死亡速率、根系体积密度、根尖数和表面积变化均减小,其中根系死亡速率和死根直径随土壤水分的消退逐渐降低,而死根体积密度、根尖数和表面积分布随土壤水分降低呈增大趋势
;在垄位,根系形态分布趋势与坡位一致,除根系直径与与坡位比较接近外,其他根系形态值均小于坡位。
将根系分成4个径级区间分析根系的形态特征,结果表明在根系长度和体积密度分布中以(-)×10-1mm径级的根系所占比例最大,在根尖数和根系表面积分布中以(-)×10-1mm径级的根系为主。
通过显著性相关分析,死根直径、体积密度、活根表面积等根系形态与土壤含水率、土壤温度和WUE间均存在显著或极显著的正相关关系,部分根系形态指标(如根系的生长速率、活根体积密度)只与坡位土壤含水量、土壤温度具有明显的相关性,表明隔沟交替灌溉对坡位根系形态的调控作用比垄位显著。
二、细根周转研究中的应用
细根是着生在侧根上的细小根,一般将直径小于2mm的根称为细根。细根处于不断的生长、衰老、死亡和再生长的周转过程,其最显著的特点是消耗大量的光合产物。研究表明,在许多陆地生态系统中,因植物细根周转而消耗的碳(C)占净初级生产力的10%,细根的周转已成为生态系统C分配格局与过程研究的核心环节。
细根寿命与细根周转直接相关,是控制细根周转的关键因子。南京林业大学于水强等人采用Minirhizotro