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一、植物根系原位監(jiān)測意義

糧食安全

固沙工程

土壤污染

這些都與植物的根系研究有著密切的關(guān)系!

根系對植物起著支撐作用，是植物的吸水器官，吸鹽器官，在生態(tài)系統(tǒng)的生物地球化學循環(huán)中扮演著重要角色。但是，由于根系是大多數(shù)陸地生態(tài)系統(tǒng)“隱藏的一半”，對它進行準確取樣、測定、觀察存在一定困難。長期以來，對根系的研究主要還是采用挖掘法、土鉆法、土柱法、容器法、剖面法等傳統(tǒng)方法，采樣破壞性大、工作量大，嚴重阻礙了根系研究的深入開展?！?/span>Nature》雜志于2004年6月出版了一本專輯認為“人類對自己腳下土壤的了解遠遠不及對宇宙的了解”，更是佐證了地下生態(tài)學的研究難度之大。所以，根系研究方法的選擇，相對于對地上部分而言對研究結(jié)果具有更大的影響。

當前，關(guān)于植物地上部分的研究已經(jīng)開展了很長的時間，而且在各個領(lǐng)域均有一定得研究成果，可是地下部分的研究缺相對少之又少，亟待人們?nèi)ヌ剿靼l(fā)現(xiàn)科。以果樹研究為例，自2000年以來，發(fā)表的有關(guān)果樹的文獻總共有119765篇，其中有119250篇是研究果樹地上部分的，而僅有515篇文獻是研究果樹地下部分的?？梢?，地下部分的研究，如同一面大幕剛剛被掀開一角，其中的精彩與奧秘還鮮為人知。隨著科技的進步，這一領(lǐng)域必將吸引越來越多的研究人員參與進來，并探究挖掘其無限的魅力。

一切與植物有關(guān)的研究都離不開對根系的研究。包括種子的萌發(fā)過程中根系的生長情況，資源植物根系與環(huán)境的適應的關(guān)系，脅迫情況下植物根系的調(diào)控、響應機制，花卉、藥材的根系表型等研究。

1.根系研究意義

植物根系不但起著固定植株的作用，承擔著吸收水分和養(yǎng)分的重要功能，還能合成某些重要的生命物質(zhì)，對植物根系的研究一直是學者們的研究熱點。

如何加強根系吸水強度、提高根系水分傳導能力，為發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)、解決水資源供需矛盾提供科學依據(jù)，是當前和未來實現(xiàn)節(jié)水農(nóng)業(yè)的基礎。植物根系從土壤吸收養(yǎng)分離子的過程，是一個既復雜又重要的問題。它受許多土壤因素的影響，也受植物生理活動的制約以及環(huán)境條件的控制。只有了解它們之間的關(guān)系，進行一定的調(diào)節(jié)，才能有效地促進植物生長發(fā)育。因此，了解植物根系結(jié)構(gòu)，研究植物根系分布特征，明確土壤水分。養(yǎng)分狀況對植物根系水分、養(yǎng)分傳導的影響，掌握植物根系吸收水分、養(yǎng)分特性，從而為不同類型的農(nóng)田、草地林地等選擇**的灌水時期和灌水方式、提高植物根系水分利用效率提供依據(jù)。

但是，由于根系生長在地下，一旦離開土壤必然造成根系損失，這是當前學者們對根系開展研究面臨的**障礙。根系原位檢測系統(tǒng)是經(jīng)典根系研究方法的重要突破，也是開展長期生態(tài)定位研究的理想方法。根系原位檢測系統(tǒng)能夠在自然狀態(tài)下，獲得植物根系的動態(tài)信息，為研究者提供可信賴的研究資料。進而，為科學研究提供更加精確的數(shù)據(jù)支持，推動科研項目的順利展開。

2.測量方法綜述

1）挖掘法，這種方法簡單易行，直觀性強，應用廣泛但是對根系的損傷特別大，據(jù)統(tǒng)計約30%的根系在清洗過程中脫落，降低了實際測量的精度和可靠性，而且使同一作物生長全程觀測無法實現(xiàn)。

2）鉆土芯法，取樣迅速簡便、覆蓋面積大，對土壤和環(huán)境破壞性相對較輕，但是取樣后需進行各種處理，且過程繁雜。

3）網(wǎng)袋法，優(yōu)點是可以直接在大田里進行試驗操作，所獲取的根系樣本具有較好的普遍性和代表性，但是采樣過程比較復雜，需要消耗的人力物力較大。

4）分根移位法，便于清楚地觀察分離出的根系，能分期分時研究根系的數(shù)量變化，可以獲得準確的根系信息。但是缺乏自然環(huán)境的試驗條件，對水肥等條件依賴較大，操作費時費力。

5）同位素研究根系，靈敏度高，測定方便，可以區(qū)分活根與死根，但是根系在顯影板上平放時分布不均、交叉過多會降低測量的準確性。

6）植株注射法，通常適用于一年生作物，但是不能反映根系在特定時間內(nèi)從土壤剖面吸取營養(yǎng)物質(zhì)的能力，而且應用不當會對環(huán)境造成污染。

7）容器法，生長條件易于控制，能迅速獲得相關(guān)的特殊研究資料，是禾本科作物的重要研究手段，但是缺乏自然環(huán)境的試驗條件，容器壁處根系密集，影響根系生長。

8）霧培法，既可得到完整根系又可充分利用營養(yǎng)液，但是目前使用范圍不大。

9）水培法，可用于進行各種元素不同濃度或缺素試驗，但是適宜水生作物如水稻的研究，其他作物不是特別適合。

10）微根管系統(tǒng)，微根管是一種破壞性較小，定點原位野外觀察細根生長動態(tài)狀況的方法，利用微根管方法可以在多個時段對根系進行原位重復觀測，克服了僅依靠對根系進行物理取樣所帶來的諸多缺陷。其**優(yōu)點是對根系的觀測研究是非破壞性的，在不影響根系生長過程的前提下，長期監(jiān)測某個根系片斷或單個根系生長發(fā)育的變化趨勢；實時追蹤記錄同一根系的生長、死亡動態(tài)和物候等特征，而且省時、省工、省力。

3.主要應用

1）農(nóng)作物，如小麥根系與土壤水分的關(guān)系；物候觀測；產(chǎn)量與根系的關(guān)系；合理施肥；根系與營養(yǎng)脅迫等。

2）草地，如草地的生產(chǎn)力研究；如何科學進行草地管理；可持續(xù)牧業(yè)；草坪的管理；牧草根系特征與地理氣候因子的關(guān)系等。

3）森林生態(tài)系統(tǒng)，如樹木的根系形態(tài)；根系發(fā)生、生長、衰老和死亡的動態(tài)監(jiān)測；生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)與能量流動；根系呼吸及其影響因子等。

4）菌根，如菌根對根系構(gòu)型的影響；對根際土壤的生態(tài)效應；根系分泌物的作用；菌根對植物根系的影響等。

5）根系病害，如蔬菜根系病害的預防與防治；煙草根系與土壤病害的關(guān)系；煙草中煙堿的合成與根系的關(guān)系等。

6）園林，如園林植物的栽培；**樹木的保護；植物的引種馴化；植物生長調(diào)節(jié)劑對樹木根系的影響等。

7）環(huán)境保護，如荒漠植物的根系構(gòu)型；生態(tài)適應策略；護坡灌木的根系力學特征；植物根系的護坡抗蝕效應等。

此外，在植物生理、生態(tài)、環(huán)境、地學、病蟲害防治等學科中，做根系的相關(guān)研究均會涉及根系監(jiān)測的應用。

二、儀器介紹

1.系統(tǒng)介紹

植物根系原位檢測系統(tǒng)摒棄了傳統(tǒng)挖掘清洗根系的研究方法，而采用觀察窗，在原位利用光電原理進行監(jiān)測，實現(xiàn)了無損獲取真實根系參數(shù)的目的，為科學研究工作帶來極大便利。

使用方式是在野外或溫室中，在被研究的植物或作物周圍用根鉆打下直徑70mm的探孔，將透明的防水根管伸入到土壤中，將儀器放入根管中，就可以掃描獲取根管管壁上的根系圖像。掃描完成后儀器可以取出帶走，根管保留留在野外，以供下次采集圖像，用來對比分析植物根系的動態(tài)生長情況。根管為一端密封一端開口的透明防水抗紫外線紅口管，型號為RootTube-70。根管開口端有防水密封膠冒，在不采集圖像時可以有效防止雨淋和浸泡時根管進水。根管埋設好后不會對植物根系的生長和土壤的水勢造成影響，不影響其他參數(shù)的測試，例如測量土壤蒸騰、水勢、溫度、水分等參數(shù)。油松根圖像和放大200倍的海沙圖像依然很清晰。

2.技術(shù)指標

儀器用途：在植物自然生長狀態(tài)下，獲取植物根系原位的高清圖片信息，輔助以專業(yè)分析軟件獲取植物根系重要參數(shù)，提供給植物根系生態(tài)、抗逆性、脅迫等研究者地下根系生長的研究資料。

2.1★分辨率： 1200DPI；

2.2★透明觀察管尺寸：內(nèi)徑4-6cm可定制，長度可定制；

2.3★掃描速度：在1200DPI模式下，掃描速度為5～10s；

2.4 軟件放大分辨率：19200*19200像素；

2.5 圖像像素：9600*9600像素（1200DPI）；

2.6 工作環(huán)境：-5℃～55℃，相對濕度0～100%RH（沒有水汽凝結(jié)）；

2.7 掃描角度：360度無死角；

2.8 圖像色彩模式：彩色；

2.9 數(shù)據(jù)傳輸：USB；

2.10 數(shù)據(jù)存儲：存儲在筆記本電腦、平板電腦、MUPC；

2.11 工作方式：連接筆記本電腦（或平板電腦等）工作；

2.12 測量方式：可定點、定位連續(xù)監(jiān)測；

2.13 畫面尺寸：360°高分辨率圖像，非拼接圖像；

2.14 數(shù)據(jù)瀏覽載體：掌上筆記本、臺式機等有USB接口的設備；

2.15 充電電壓：筆記本電壓；

2.16 供電電源：筆記本USB端口供電或外接蓄電池或交流電源適配器；

3.軟件分析

根系原位監(jiān)測系統(tǒng)摒棄了傳統(tǒng)挖掘清洗根系的研究方法，而采用觀察窗，在原位利用光電原理進行監(jiān)測，實現(xiàn)了無損獲取真實根系參數(shù)的目的，為科學研究工作帶來極大便利。

RootAnalysis是一款真正意義上為科研人員服務的功能強大的專業(yè)根系分析軟件，可以對根系成像結(jié)果進行分析，其主要特性如下：

3.1★可進行Pregizer\Topology拓撲結(jié)構(gòu)分析，進行根直徑、RHS\UCL顏色分級分析；有根系生物量快速測量，12種單根系參數(shù)、30種活根死根統(tǒng)計學參數(shù)、30種拓撲統(tǒng)計學參數(shù)、5種根系節(jié)點趨勢和顏色參數(shù)，使得數(shù)據(jù)分析更全面可靠

3.2★豐富的快捷鍵功能，繪制根系輕松且迅速?？烧迟N復制根系，多節(jié)點框選，整體拖拽平移，尤其適合根系時空對比分析；對導入的圖像進行旋轉(zhuǎn)、更改圖像分辨率(DPI)、更改圖像尺寸、圖像增強、調(diào)整圖像對比度、對圖像進行銳化處理

3.3★多文檔操作，便于不同時間采集的同類數(shù)據(jù)或同一時間采集的不同數(shù)據(jù)進行對比分析，進行時空動力學變化分析；能對每條根進行命名，定義是否活根；對根系采集的時間地點進行管理，對圖像進行角度偏移校正，進行注釋以便進行數(shù)據(jù)的管理；

3.4★能對每條根進行命名，定義是否活根，通過拖拽關(guān)鍵節(jié)點以**擬合曲折根系，指定根系父子拓撲關(guān)系；對根系采集的時間地點進行管理，對圖像進行角度偏移校正，進行注釋以便進行數(shù)據(jù)的管理

3.5 支持多國語言，支持英文、中文；支持Windows的32位和64位操作系統(tǒng)

3.6 導出Excel表格數(shù)據(jù)，便于后期Excel、MatLab、SPASS等軟件的處理與分析

4.配置清單

4.1 主機1套

4.2 專業(yè)根系分析軟件圖像抓取系統(tǒng) 1套

4.3 延長桿 1套

4.4 數(shù)據(jù)線 1根

4.5 電子版材料 1份

4.6 儀器箱 1個

4.7 1米長內(nèi)徑4-6cm可定制微根管20根；

4.8 安裝工具1套；

5.服務

（1）我公司組建有一批過硬的維修服務人員，對出現(xiàn)的任何問題都能在*快的時間內(nèi)進行響應，進行維修和更換。

（2）產(chǎn)品交付一周內(nèi)，我公司售后服務部的工作人員會根據(jù)客戶的聯(lián)系方式，進行電話跟蹤咨詢，直到客戶滿意為止。

（3）所有有關(guān)于產(chǎn)品質(zhì)量投訴，在24小時內(nèi)經(jīng)予答復，并根據(jù)投訴的情況確定處理措施，進行維修和更換。

（4）產(chǎn)品設備及所有配套產(chǎn)品保證期1年，保質(zhì)期內(nèi)有關(guān)于產(chǎn)品質(zhì)量引發(fā)的費用，由我公司承擔。

（5）保質(zhì)期內(nèi)由于貴方的使用不當，或者是自然環(huán)境造成的我方免費提供維修，維修所用的材料和配件均只收成本價。

（6）保修期內(nèi)上門免費服務，保修期外，終身維修，用戶只按出廠價承擔維修所需配件費用。超出保修期的產(chǎn)品，我終身檢測和維護。

（7）售后服務更有7×24小時隨時響應服務和免費電話技術(shù)支持，保證買方能及時與賣方技術(shù)支持人員取得聯(lián)系?，F(xiàn)場支持時，當設備發(fā)生故障時，我公司技術(shù)人員在事發(fā)48小時內(nèi)趕到項目現(xiàn)場進行技術(shù)支持，及時將設備恢復正常功能運行。

（8）產(chǎn)品驗收時，我們會組織培訓人員現(xiàn)場培訓（操作、維護等）。每年定期舉辦根系研究方面的培訓，保證老師您的學生始終可以熟練操作和分析，即使每年有新學生參與到項目中，但您的項目不會因為人員的變化而受到影響。除了培訓，軟件的使用還有視頻教程，確保您項目能如期保質(zhì)保量的進行。

6.更多服務

培訓：免費上門培訓。

技術(shù)咨詢：隨時免費提供。

維護或維修：長期提供校準和檢修服務。

三、客戶群體

1.典型用戶

已在中國科學院、中國農(nóng)業(yè)科學院、東北林業(yè)大學、中國林業(yè)科學研究院、西北農(nóng)林科技大學、西南大學、成都師范學院、福建農(nóng)科院、華中農(nóng)業(yè)大學等多所高校和研究所的農(nóng)業(yè)生態(tài)學、濕地保護、植物保護、植物科學等多個專業(yè)的科學研究和學生培養(yǎng)教育中應用。

部分用戶名單：

中國科學院地理所

北京園林科學研究院

西南大學

吉林省農(nóng)業(yè)科學院

中國科學院大學

中國農(nóng)業(yè)科學院

中國農(nóng)業(yè)大學

山東農(nóng)業(yè)大學

河南省農(nóng)業(yè)科學院

南京林業(yè)大學

中國林業(yè)科學研究院

華中農(nóng)業(yè)大學

安徽農(nóng)業(yè)大學

福建省農(nóng)業(yè)科學院

長春師范大學

北京市農(nóng)林科學院

東北林業(yè)大學

成都師范學院

西藏那曲草原站

長江師范學院

北京植物園

西北農(nóng)林科技大學

呼倫貝爾市林業(yè)科學研究所

福建鼎天農(nóng)業(yè)科技有限公司

新疆農(nóng)墾科學院

……

隨著根系研究的不斷延伸，我們的客戶也在持續(xù)增加中。

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