根系生态学、地下生态过程观测系统

根系育种

作物根系

地下生态学过程研究

由于根系生长环境的复杂性及根系研究方法和手段的局限性使根系研究相对滞后。传统的根系取样研究方法对根系易造成损伤，大大影响试验结果的准确性，由于缺乏根际生态因子和动物、微生物活动的同步观测手段，根系营养、逆境、调节等研究难以取得令人满意的结果。

RhizoScope 根系研究平台不仅提供根系形态、生理性状的原位观测功能，还同时提供地上植株的生理生态参数及土壤水温、氧化还原、pH值、微生物呼吸等同步观测能力。也可根据科研需要，布设不同的控制、处理试验，为根系育种提供基础数据，也可以用于研究植物细根周转在陆地生态系统C循环和N循环中的过程和机理。

RhizoScope根系形态观测

AZR-300 复合根系生长观测系统采用微根窗（Minirhizotron）技术，非破坏性监测细根生长动态。传统的微根窗根系观测系统只能提供单一的摄像或扫描功能，摄像技术分辨率高，但存在一次性拍摄图片小的缺陷，扫描技术一次性获取图片区域大但分辨较摄像技术低。

AZR-300复合根系生长动态监测系统集摄像和扫描技术于一体，集合摄像和扫描各自优势，实现在微根窗管中任意切换摄像和扫描两种方式，从而能快速、清晰获取植物根系整体和局部图片。

摄像技术对很小的细根和根毛有良好的分辨率，适合研究根系的动态包括生长、发育、死亡、寿命、数量动态、营养吸收；扫描获取根系图像面积大，很适合研究根系生态、生物量；结合两种技术优势于一体将给原位根系监测带来极大便利

系统功能

●集成拍摄和扫描于一体

●拍摄视野20mm×16mm

●扫描视野22.0cm×21.5cm

●扫描分辨率可选100、300、600、 1200Dpi

●白光和紫外光双光源

●超大图像放大功能，用于观察植物根菌、真菌和土壤动物

根系图像分析软件

专业进口图像分析软件，可多幅图片同时分析。                

软件分析计算细根长度、细根直径、细根面积、细根总长、细根总面积、细根平均直径、细根数量及生物量、细根寿命、细根周转率。

RhizoScope地下动物观测系统

单一的摄像系统采用4800dpi超高清拍摄，实时观测记录10um分辨率下的根毛、真菌和土壤动物的情况。64倍的图像放大功能，用于观察植物根菌、真菌和土壤动物。

技术指标：

u 4800dpi，10um分辨率

u PAL制式彩色摄像头，分辨率3840*2880可调节。      

u 20*16mm拍摄视野

u 紫外光源系统，与测量同步使用

u 根系生长动态监测系统可连续使用8h以上。

RhizoScope根系营养生理观测

根际土壤速效养分的测量可实时监测作物品种本身的肥料利用率。实时监测根际土壤pH值和氧化还原值，可观测根系分泌物的酸化、离子交换和还原过程，为研究根系分泌物在土壤结构形成、土壤养分活化、植物养分吸收、环境胁迫缓解等方面提供基础数据。

AZW-100土壤溶液取样器功能：

u 低残留, 取样管、陶土杯可以更换, pH 范围：4-9。用于硝酸盐、氯化物、硫酸盐、钙、钠、铵、  磷的分析取样。不适于重金属取样。

u 土壤溶液存储在管中，采样时可抽取。

u 便携式真空泵：最大负压85kPa (-0.85bar), 内置电池，当负压与土壤水势持平时，停止抽取土壤溶液。当取样瓶倒空后，继续抽真空。操作简单、方便。

u 真空泵持续工作时间12h；

u 保护箱，可以抽一次真空后持续取水48小时，并在低温下保存，防止温度变化时产生的气化影响瓶子中的负压。

u 取样陶瓷头直径22mm，长度60mm

u 取样管长度 20cm，40cm，50cm，100cm，200cm，可选（标配20cm）

u 便携式真空泵: 压力范围 0～-85kpa，0～100kpa

RhizoScope根系逆境生理观测

植物的抗逆特性大部分与根的形态和生理特性有关，并在植株地上部分表现出来。 地上和地下同步观测为研究植物的抗性机理及根系对叶片光合作用强度、气孔开度、冠层形态的调节过程提供实时观测数据。也为根系的早衰机制研究和跟根信号传导提供观测工具。

测量参数：

土壤水分测量范围：

体积含水量：0～60%（VWC），精度±1%（VWC）

温度范围：-40℃～+80℃，精度±0.2℃

附加输出：原始测量数据，介电常数

pH：-175到+ 175 mV 等于 pH10到pH 4 (pH 7即0 mV)

氧化还原：范围+/- 1250 mV，分辨率0.1 mV，精度3mV

ENVIdata数据传输和管理

该系统直接将数据传送到ENVIdata数据服务器上，服务器软件既可以作为独立的应用软件，运行在用户的服务器上；也可以运行在澳作公司安全的服务器上，为多个用户提供数据接收服务，同时帮助用户监控野外测点硬件系统的运行状态。

ENVIdata系列生态环境监测系统于2010年获得 ISO9001 质量认证书，至今全部通过专家的年度复核，确保系统集成的品质，用户采用用户名和密码登陆，只要能上网，就能浏览实时和历史数据。

基于叶绿素荧光参数的抗性筛选，可检测干旱胁迫、冻害胁迫、热胁迫、光胁迫、营养元素胁迫等。

u 筛选抗旱品种, 特征参数Fv/Fm、Y(II)、ETR、NPQ、qP

u 筛选耐弱光植物，特征参数Fv/Fm、Y(II)、ETR、NPQ、qP、qE、qM、qT、qI、RLC

u 筛选耐高温植物，特征参数Y(II)、叶绿素含量

u 筛选耐低温植物，测量Fv/Fm、Y(II)、ETR、qP、NPQ、qE、qI

u 筛选耐盐碱，土壤肥力差地区生长的植物，以氮缺乏为例，测量叶绿素含量和Y(II)

技术指标

叶绿素荧光探头提供的光强：

蓝光饱和脉冲强度：

Fm’校正，7000 μmols/m²/s，方形顶脉冲，10000 μmols/m²/s

红光饱和脉冲强度：

Fm’校正，7000 μmols/m²/s，方形顶脉冲，10000 μmols/m²/s

调制光源：

Blue 455nm – 半波宽21nm的蓝色光源

Red 640nm - 半波宽17nm的红色光源

光化光源：

蓝光，可达5000 μmols m^-2 s^-1

红光，可达5000 μmols m^-2 s^-1

远红光源：结合暗适应模块用于Fo’测量或者暗适应模式中Fv/Fm测量前的预照射。检测器&滤波器： 具有700 ~ 750带通滤波器的PIN光电二极管 

叶绿素含量探头：

测量参数：CFR或叶绿素荧光比率（F735/F700）,叶绿素含量mg/m²;

测量面积：10cm—1.2m直径

NDVI、NDRE、PPR & CCCI探头：

测量参数：NDVI, NDRE, PPR, CCCI

测量面积：10cm—1.2m直径

PSK植物胁迫测量套件         

Ø 测量叶片实际光吸收率，

Ø 测量叶温和相对湿度

Ø 多相饱和光闪校正Fm’，降低高饱和光强对植物光合系统的损伤

叶绿素含量测量

Ø 精确测量叶片的叶绿素绝对含量（mg/m²）

Ø 不受叶片或样品大小、厚度和形状的影响，非破坏性测量。

Ø 内置GPS

RhizoScope根系调节生理观测系统

采用AZR-300复合根系测量系统实时测量细根长度、细根直径、细根面积的同时，同步采用iFL植物光合荧光复合测量系统获取如下叶片光合生理参数，研究根系对叶片光合强度、叶片衰老进程、气孔开度、叶片受光姿态的调节作用。

Ø 标准的光合参数测量，比如：光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度等，

Ø 可以直接得出叶肉导度、羧化部位CO2浓度、光下呼吸 

Ø 测量实际叶片光吸收率、光透射率，用于准确计算电子传递速率 

Ø 叶绿素荧光测量程序：Fv/Fm，量子产额Yield Y (II)，荧光淬灭测量（包括Kramer Lake、Kughammer简化Lake和Puddle三种模型）

Ø 多相饱和光闪技术，确保准确测量最大荧光值Fm’ 

OS5p+植物叶绿素荧光测量系统 

Ø 可以分别测量叶绿体迁移、叶黄素循环、光抑制和状态转换引起的非光化学淬灭。 

Ø 多相饱和光闪技术，确保测得准确的Fm’。

Ø 自动设置调制光强度 

Ø 多种淬灭测量协议 

OS30p+便携式叶绿素荧光测量仪

Ø 适合暗适应测量，可测 F_V/F_M，F_V/F_O，＆Strasser OJIP协议； 

Ø 彩色图形显示,1GB内存

Ø USB下载数据

植物光合色素对植物生长发育有一定的调节作用，植物光合色素含量的高低直接影响植物根的数量和长度，色素含量越高，根数量越多，根长度越长，越有利于植物对养分以及水分的吸收，也是衡量植物产量的重要指标。光合色素含量同时也可以揭示植物的适应性、生物合成能力以及健康状况等。测量色素含量不仅能够对植株的健康状况进行验证，同时也可以对植物的抗性能力进行评估。

MPM-100原位植物多色素测量仪

同时测量叶绿素含量、花青素含量、黄酮醇含量和NFI（氮-黄酮醇指数，叶绿素与黄酮醇含量比值），原位无损测量，无需样品处理，与化学分析测量的结果匹配度高。

Ø 使用成熟的技术同时测量不同植物的色素

Ø 使用比率荧光测量花青素含量和黄酮醇含量

Ø 使用叶片在远红外和近红外波段的透射光谱来测量叶绿素含量

Ø 使用测量叶绿素含量和黄酮醇含量结果测定氮-黄酮醇指数

Ø 测量模式包含离散单次测量和平均测量(2-8个样品),软件支持平均和中值选择。

Ø 2GB非易失性测量数据内存

Ø 测量面积: 9.5mm直径的圆

Ø 重复性:±1%

Ø 噪声:<±2%

Ø 检测器:固态高灵敏度检测器，支持带限过滤设置

Ø 检测:调制光信号控制减少背景干扰,光源和检测器温度补偿。

Ø 仪器界面:240×320彩色触屏

Ø 输出:USB

Ø 电源:2个AA可充电电池，配备充电器

RhizoScope 根系控制实验系统

小尺度生态系统控制实验是研究全球气候变化与陆地生态系统细根周转过程相互作用的重要平台。

 RhizoScope根系3D观测系统是根系生长和根际生态环境一体化监测系统。采用SoilScope控制型土柱作为种植平台，实现长期、原位测量根系水平、垂直生长，同步观测土壤氧化还原、pH、水分、温度、电导率，用于研究土壤环境对根周转率、根系生长动力学、根系空间分布的影响。

还可同步观测土壤CO₂、CH₄、N₂O、NO及¹³C、¹⁵N、¹⁸O，研究根系与土壤微生物的交互影响，是研究植物根域和根际的重要工具。

SoilScope 控制型土柱1平米、高2米，配置地下水连通模块，自动或手动控制水势或水位，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。  

Rhizoscope原位根系3D观测系统可原位、连续观测深度0.2、0.4、0.65、1.45、1.8cm处的根系，获取水平、垂直方向的3D根系结构。

同步可采集测量土壤溶液，测量土壤水分、温度、电导率、pH、氧化还原、CO₂、CH₄、NH₃、N₂O等土壤气体及¹³C、¹⁵N、¹⁸O气体同位素。

系统采用人工滴灌及模拟降雨，上部构建大棚以防降雨且满足植物光合作用，在系统底部设计有排水系统。

RhizoScope细根周转与地下碳格局与过程观测系统

RhizoScope根系3D观测系统提供小尺度生态控制实验平台，用于观测细根周转和地下CO₂、CH₄的实时排放，用于研究植物和土壤中碳通量的关系，及全球气候变化背景下陆地生态系统的物质流动。

AZG-300 CO₂ CH₄ 在线监测仪 采用红外吸收法测量CO₂ 、红外激光吸收法测量CH₄ 。内置高精度恒温检测器使零点及校准点保持不变。系统自带大屏幕彩屏显示、触摸控制、海量数据存储、联机通讯、自动标定等功能。

测量范围：CO₂：0～2000ppm,可选0-5000ppm、0-10000ppm、0-80000ppm（适用于湿地、工厂或垃圾厂）

CH₄：0～100ppm，可选0-100%

分辨率： CO₂：0.01ppm   CH₄ ：0.1ppm

完成测量，恢复初始状态下的iChamber

AZG-300 在线监测仪与iChamber 多功能自动箱连用，可在线、实时测量土壤温室气体通量。iChamber多功能自动箱 由澳作公司自主研发、设计，升降可控，无边框和立柱，对测量点降雨、风速等小气候无影响，抗风12级。

高度可随植物高度调整，满足植物不同生长期的研究需要，多种尺寸可选。

同一个自动箱还可用于不同高度的地表植被，大大提高了自动箱的利用率。iChamber既可用于土壤温室气体通量测量，也可用作群落光合室。

iChamber-G 土壤采气矛可埋设在不同深度，在线、连续采集土壤气体，采气腔70ml，气体交换速率180s，和AZG-300分析仪连用，在线测量土壤CO₂、CH₄等气体，是研究土壤微生物活性、碳氮转换过程的重要工具。

RhizoScope地下生态学过程观测系统

系统用于文献：Soil gas probes for monitoring trace gas messengers of microbial activity

Joseph R. Roscioli Laura K. Meredith, Joanne H. Shorter, JulianaGilLoaiza & Till H. M.Volkmann  Scientifc Reports | (2021) 11:8327 htts://doi.org/10.1038/s41598-021-86930-8    .nature.cm/scientificreports

土壤微生物产生和消耗能表征土壤生物地球化学过程的气体。因此土壤气体的测量是揭示微生物活动的重要工具。然而，大部分土壤气体测量缺少与微生物过程和土壤结构尺度对应的、非破坏性方法。

采用扩散型土壤气体采集系统和样气传送技术，用于高分辨率从地下样点采气。采集的土壤气体送到地上分析仪中测量气体浓度和同位素。灵活的采集系统，配置了控制阀，减少了样气量，展示了在控制型土柱中监测地下N₂O及其同位素、CH₄、CO₂、NO的地球化学循环过程。

采样系统可重复获得主导土壤养分和还原过程的气体浓度，为揭示微生物应对主要环境胁迫提供了新的视野。采用N₂O 同位素位嗜值SP作为微生物过程的指示值锁定了原位微生物活动的动力学过程。揭示微生物活动的痕量气体信息将补充组学方法、助力地下模型、完善土壤异质性对地下交互过程影响的理解。

同步观测地下廓线：

u NO₂、NO、CO、COS、H₂O、VOCs

u ¹H¹⁶O¹H、¹H¹⁶O²H、¹H¹⁸O¹H、 ¹²C¹⁶O¹⁶O、¹³C¹⁶O¹⁶O、¹²C¹⁶O¹⁷O、¹²C¹⁶O¹⁸O

u ¹²CH₄、¹³CH₄

u ¹⁴N¹⁴N¹⁶O、¹⁴N¹⁵N¹⁶O、¹⁵N¹⁴N¹⁶O、¹⁴N¹⁴N¹⁸O

(a) 三个柱体中的N₂O浓度 (绿色阴影) vs δ¹⁵Nbulk (红), δ¹⁸O-N₂O (蓝), and δ¹⁵NSP (紫) (b) N₂O中的δ¹⁵Nbulk (x轴), δ¹⁸O-N₂O (y轴), and SP AOA氨氧化古菌 (绿框) and AOB (紫框) 氧化菌,灰色代表真菌反硝化，δ¹⁵Nbulk, δ¹⁵NSP, and δ¹⁸O-N₂O不确定漂移占比5.0‰, 1.6‰, and 2.5‰