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用Minirhizotrons观测柠条根系生长动态 被引量:47
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作者 张志山 李新荣 +3 位作者 张景光 王新平 赵金龙 陈应武 《植物生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2006年第3期457-464,共8页
Minirhizotrons是一种非破坏性、定点直接观察和研究植物根系的新方法。该文介绍了用Minirhizotrons测定植物根系的方法,并同根钻取原状土样法进行了比较;探讨了根系生长动态同土壤含水量间的关系。试验于2004年植物生长季在沙坡头沙漠... Minirhizotrons是一种非破坏性、定点直接观察和研究植物根系的新方法。该文介绍了用Minirhizotrons测定植物根系的方法,并同根钻取原状土样法进行了比较;探讨了根系生长动态同土壤含水量间的关系。试验于2004年植物生长季在沙坡头沙漠试验研究站的水分平衡观测场的人工柠条(Caraganakorshinskii)林进行,结果表明:Minirhizotrons管埋入土壤后需要10个月时间允许柠条根系在其周围定居,其观测图片中的根系代表了管子周围2.6mm土层的根系。柠条根系生长动态和土壤水分变化相关,含水量的升高导致根系的大量繁殖,而根系吸水及蒸发散又导致含水量的减少;在2004年植物生长季,土壤水分和根系的这种相互作用出现了两次,但根系生长高峰比土壤含水量高峰滞后20d左右。 展开更多
关键词 柠条 根系生长动态 minirhizotronS 根钻 土壤含水量
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植物根系研究新技术Minirhizotron的起源、发展和应用 被引量:52
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作者 周本智 张守攻 傅懋毅 《生态学杂志》 CAS CSCD 北大核心 2007年第2期253-260,共8页
根系是土壤和植物的动态界面,对植物和土壤均具有重要意义。但由于根系深处地下,观测研究十分不便,导致根系研究在广度、深度上均落后于地上部分。随着对根系在生态系统以及全球碳平衡中重要作用的认识,根系渐渐成为国际相关领域的研究... 根系是土壤和植物的动态界面,对植物和土壤均具有重要意义。但由于根系深处地下,观测研究十分不便,导致根系研究在广度、深度上均落后于地上部分。随着对根系在生态系统以及全球碳平衡中重要作用的认识,根系渐渐成为国际相关领域的研究热点之一。Minirhizotron(微根区管或小观察窗)技术的诞生和应用,使根系研究手段得到了进一步发展,成为根系研究技术发展的重要里程碑。Minirhizotron技术主要由透明观察管、观测设备和记录设备组成,观测设备曾先后使用了普通镜子、观察镜和相机(或摄像机),记录设备也相应地经历了手工绘制、传统黑白、彩色相片或录像带以及高清晰数字图像。同时,还开发了多种图像自动分析系统,使该项技术日臻完善。Minirhizotron技术可以以非破坏方式,定期对同一根系的出现、生长、衰老、死亡和消失进行连续观察,对根系伸长、根系密度、扎根深度、侧根伸展、分枝特性、菌根特性以及细根动态、根系生命周期和分解等进行观测研究,同时,也可开展根系对不同处理响应的研究。因此,Minirhizotron技术必将在农业、林业和环境等科学领域得到越来越广泛的应用。 展开更多
关键词 minirhizotron 根系 生态系统
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利用Minirhizotron技术监测火炬松新根生长动态 被引量:9
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作者 周本智 Mary Anne Sword +1 位作者 JimL Chambers CDan Andries 《林业科学研究》 CSCD 北大核心 2002年第3期276-284,共9页
利用Minirhizotron技术 ,研究了位于美国路易斯安那州的 19年生的火炬松新根生长动态。结果表明 ,火炬松新根的根量密度随时间呈增长趋势 ,在生长季末的 1、2月份达到最大。经过林地土壤干旱处理 (通过建立穿透雨隔离系统 ,阻止雨水到... 利用Minirhizotron技术 ,研究了位于美国路易斯安那州的 19年生的火炬松新根生长动态。结果表明 ,火炬松新根的根量密度随时间呈增长趋势 ,在生长季末的 1、2月份达到最大。经过林地土壤干旱处理 (通过建立穿透雨隔离系统 ,阻止雨水到达地面 )的树木的根量密度自 9.3cm处 ,随土壤深度增加呈下降趋势 ,未经干旱处理的树木在离土表 80  10 0cm深处仍有较高的根量密度 ,达 3.4 8 5 .12条·m- 1,是经干旱处理树木对应土壤层次中根量密度的 10多倍。火炬松从 3月份开始发生新根 ,随后迅速增加 ,至 6月份发生最多 ,然后缓慢减少 ,5  7月的新根发生数占总量的 4 1.8% ,大部分新根发生在离土表 30cm以内的土壤中。 11个月的干旱处理显著地降低火炬松的根量密度 (1 1条·m- 1,未经干旱处理的为 3 2 7条·m- 1)和新根发生数 (5 7条·株- 1,未经干旱处理的为 15 6条·株 - 1) ,干旱处理还可导致新根推迟 1 0  1.5个月发生。 展开更多
关键词 minirhizotron技术 火炬松 新根生长 根量密度 动态监测
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Estimating the production and mortality of fine roots using minirhizotrons in a Pinus densiflora forest in Gwangneung,Korea 被引量:3
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作者 Seung Hyun Han Soonjin Yun +3 位作者 Jongyeol Lee Seongjun Kim Hanna Chang Yowhan Son 《Journal of Forestry Research》 SCIE CAS CSCD 2016年第5期1029-1035,共7页
The aim of this study was to estimate fine root production (FP) and fine root mortality (FM) at 0-10, 10-20, and 20-30 cm soil depths using minirhizotrons in a 75-year-old Pinus densiflora Sieb. et Zucc. forest lo... The aim of this study was to estimate fine root production (FP) and fine root mortality (FM) at 0-10, 10-20, and 20-30 cm soil depths using minirhizotrons in a 75-year-old Pinus densiflora Sieb. et Zucc. forest located in Gwangneung, Korea. We developed the conversion factors (frame cm-2) of three soil depths (0.158 for 0-10 cm, 0.120 for 10-20 cm, and 0.131 for 20-30 cm) based on soil coring and minirhizotron data. FP and FM were estimated using conversion factors from March 26, 2013 to March 2, 2014. The annual FP and FM values at the 0-30 cm soil depth were 3200.2 and 2271.5 kg ha-1 yr -1, respectively. The FP estimate accounted for approximately 17 % of the total net primary production at the study site. FP was highest in summer (July 31-September 26), and FM was highest in autumn (September 27-November 29). FP was positively correlated with seasonal change in soil temperature, while FM was not related to that change. The sea- sonality of FP and FM might be linked to above-ground photosynthetic activity. Both FP and FM at the 0-10 cm depth were significantly higher than at 10-20 and 20-30 cm depths, and this resulted from the decrease in nutrient availability with increasing soil depth. The minirhizotron approach and conversion factors developed in this study will enable fast and accurate estimation of the fine root dynamics in P. densiflora forest ecosystems. 展开更多
关键词 Conversion factor Fine root minirhizotron MORTALITY PRODUCTION
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基于改进U-Net的根系表型参数测量系统
5
作者 赵亚凤 刘晓璐 +3 位作者 王冬冬 王孟雪 宋文华 胡峻峰 《森林工程》 北大核心 2024年第4期127-136,共10页
为解决背景噪声干扰下,从微根管采集的原位根系图像中难以直接提取准确的表型参数问题,提出一种基于改进U-Net的微根管根系表型参数测量系统。在U-Net网络中引入优化后的空洞空间金字塔池化模块(Atrous Spatial Pyramid Pooling,ASPP)... 为解决背景噪声干扰下,从微根管采集的原位根系图像中难以直接提取准确的表型参数问题,提出一种基于改进U-Net的微根管根系表型参数测量系统。在U-Net网络中引入优化后的空洞空间金字塔池化模块(Atrous Spatial Pyramid Pooling,ASPP)和高效通道注意力模块(Efficient Channel Attention,ECA),增大感受野,提升模型捕捉根系细节特征的能力,获取精确的根系分割图像。结果表明,改进的U-Net模型平均交并比和平均像素精度分别为87.07%和91.85%,相较原始U-Net分别提高了2.49%和2.3%。与WinRHIZO根系分析软件测量值相比,根长度和面积决定系数分别为0.951 8和0.984 9,Spearman相关系数分别为0.972 5和0.975 7,可以实现根系长度和面积的准确测量。 展开更多
关键词 根系表型 微根管 图像分割 参数测量 U-Net
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基于微根管图像的作物根系分割和表型信息提取
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作者 郑一力 张振翔 +1 位作者 邢达 刘卫平 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第18期110-119,共10页
微根管法采集的作物根系图像具有复杂的土壤背景和较小的根系占比,当深度学习的感受野较小或多尺度特征融合不充分时,会导致根系边缘处的像素被错分为土壤。同时,微根管法的图像采集周期长且在初期很难采集到大量有效样本,限制了根系提... 微根管法采集的作物根系图像具有复杂的土壤背景和较小的根系占比,当深度学习的感受野较小或多尺度特征融合不充分时,会导致根系边缘处的像素被错分为土壤。同时,微根管法的图像采集周期长且在初期很难采集到大量有效样本,限制了根系提取模型的快速部署。为提升根系表型测算精度和优化提取模型部署策略,该研究设计了一种原位自动根系成像系统以实时获取作物的微根管图像,构建全尺度跳跃特征融合机制,使用感受野丰富的U^(2)-Net模型对微根管图像中的根系像素进行有效分类。结合数据增强以及迁移学习微调训练,实现对目标种类根系提取模型的快速部署。试验结果表明,使用加入全尺度跳跃特征融合机制的改进U^(2)-Net模型对蒜苗根系分割的F1得分和交并比IoU分别为86.54%和76.28%,相比改进前、U-Net、SegNet和DeeplabV3+_Resnet50模型,F1得分分别提高0.66、5.51、8.67和2.84个百分点;交并比分别提高1.02、8.18、12.52和4.31个百分点。迁移学习微调训练相比混合训练,模型的F1得分和交并比分别提高了2.89和4.45个百分点。改进U^(2)-Net模型分割图像的根系长度、面积和平均直径与手动标注结果的决定系数R^(2)分别为0.965、0.966、0.830。研究结果可为提升基于微根管图像的根系表型测算精度和根系提取模型的快速部署提供参考。 展开更多
关键词 图像分割 迁移学习 微根管 U2-Net 蒜苗 根系表型
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微根管和根箱法在亚热带细根寿命研究中的应用
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作者 熊德成 黄锦学 +1 位作者 陈仕东 杨智杰 《亚热带资源与环境学报》 2024年第2期9-14,共6页
由于研究方法的限制,植物细根寿命的准确估算仍较为困难,因此寻求一种准确的研究方法对细根寿命进行研究显得十分重要。微根管法和根箱法能够在不干扰细根生命过程的前提下连续观测植物细根动态,是一种非破坏性观测方法,被较多地应用于... 由于研究方法的限制,植物细根寿命的准确估算仍较为困难,因此寻求一种准确的研究方法对细根寿命进行研究显得十分重要。微根管法和根箱法能够在不干扰细根生命过程的前提下连续观测植物细根动态,是一种非破坏性观测方法,被较多地应用于野外观测。结合课题组多年来运用微根管技术和根箱技术研究中亚热带代表性植物细根寿命的实例,对微根管法和根箱法的具体应用进行了介绍和分析,主要包括两种方法的具体实验设计、图片采集及分析、数据处理等,以期为促进对森林生产力和碳源汇控制机理的理解提供借鉴。 展开更多
关键词 细根寿命 微根管法 根箱法 延时摄影 高频自动观测
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基于改进的PSPNet网络的毛白杨根系自动分割量化系统
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作者 张鹏翀 韩巧玲 +2 位作者 席本野 郑秋燕 赵玥 《浙江农业学报》 CSCD 北大核心 2024年第2期424-431,共8页
针对毛白杨微根管图像中根系颜色不均匀、形态不一致、目标背景差异小的特点,以及现有根系图像处理软件无法批量分割的问题,提出一个基于深度学习网络的毛白杨根系自动分割量化系统。该系统包括根系图像自动分割和根系特征量化两个部分... 针对毛白杨微根管图像中根系颜色不均匀、形态不一致、目标背景差异小的特点,以及现有根系图像处理软件无法批量分割的问题,提出一个基于深度学习网络的毛白杨根系自动分割量化系统。该系统包括根系图像自动分割和根系特征量化两个部分。首先,提出以EPSANet50为骨架的PSEPNet网络(pyramid scene efficient parsing network, PSEPNet)实现毛白杨根系图像的自动高精度分割;其次,使用骨架细化法提取根系中心像素轮廓;最后,运用数学统计方法提取根系数量、根系长度等多特征参数,实现对毛白杨根系特征的量化表达。结果表明:PSEPNet网络对毛白杨微根管根系图像具有良好的分割效果,其准确率为0.981 9,召回率为0.884 9,精确率为0.830 9,F1值为0.851 2,能够实现对根系数量、根系长度、根系投影面积等特征的量化,可为基于微根管技术对林木生长规律的研究提供技术支持和数据基础。 展开更多
关键词 微根管 毛白杨根系 语义分割 特征量化
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扫描根窗法在落叶松人工林细根动态研究中的应用
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作者 赵晓敏 孙桂琳 +2 位作者 霍常富 于立忠 王朋 《东北林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期70-74,共5页
植物根系深藏于地下,由于缺乏有效的观测方法,制约了对根系的了解。以落叶松人工林为研究对象,根据扫描根窗法对落叶松人工林细根长期观测案例,介绍扫描根窗法在野外原位观测细根动态的过程。结果表明:在深秋季节安装根窗,根窗安装扰动... 植物根系深藏于地下,由于缺乏有效的观测方法,制约了对根系的了解。以落叶松人工林为研究对象,根据扫描根窗法对落叶松人工林细根长期观测案例,介绍扫描根窗法在野外原位观测细根动态的过程。结果表明:在深秋季节安装根窗,根窗安装扰动后恢复期为1 a,经过冻融交替和一个生长季后,细根现存量迅速恢复且趋于稳定;通过观察发现吸收根现存量峰值多出现在春季和初夏,而运输根峰值多出现在秋季;野外根窗法与微根管法相比可清晰的观测到细根的完整分枝结构,将高度异质性的细根群体细分为不同根序或功能类型,为区分不同细根功能和分枝等级提供了手段。 展开更多
关键词 微根管 细根周转 细根寿命 根序 细根构型
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基于微根管技术的不同耕作方式下玉米根系生长动态监测
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作者 彭伟 富美玲 +1 位作者 冉恩华 朱向明 《中国农学通报》 2024年第10期1-11,共11页
为探究东北黑土区从传统耕作转变为保护性耕作后玉米根系的变化特征,评价保护性耕作的适宜性及微根管技术的可靠性,采用微根管技术对免耕(NT)、旋耕(RT)和条耕(ST)等3种耕作方式下玉米根系进行原位监测,并与传统土钻法进行比较。结果表... 为探究东北黑土区从传统耕作转变为保护性耕作后玉米根系的变化特征,评价保护性耕作的适宜性及微根管技术的可靠性,采用微根管技术对免耕(NT)、旋耕(RT)和条耕(ST)等3种耕作方式下玉米根系进行原位监测,并与传统土钻法进行比较。结果表明,耕作方式对根系形态指标的影响随生育期进行逐渐由表层向深层土壤延伸,影响指标也由少到多。不同耕作方式下超过65%的玉米根系集中分布在0~30 cm土层。苗期以后,ST处理总根长、根长密度明显高于其他处理,但仅在成熟期时差异显著(P<0.05)。耕作方式对根系构型与分布的调控主要通过影响土壤剖面含水量和穿透阻力等来实现。整个土壤剖面ST处理平均含水量最高。0~15 cm土层NT处理土壤穿透阻力显著高于ST和RT处理,最高为1558.20 kPa,15~45 cm土层各处理土壤穿透阻力较为接近。微根管法与土钻法测得的根长密度相对误差基本在10.0%以内。本试验条件下,耕作方式转变可以显著影响根表面积、体积、直径、根长密度等根系特征,土壤水分状况和穿透阻力对作物根系生长具有较大影响。利用微根管法获得的根长密度与土钻法所得结果具有较好的相关性,2种方法相结合在今后作物根系生长动态监测中具有重要推广应用价值。 展开更多
关键词 微根管技术 耕作方式 玉米 根长 形态特征
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Estimation of fine root production, mortality and turnover with Minirhizotron in Larix gmelinii and Fraxinus mandshurica plantations
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作者 Jianwei SHI Zhengquan WANG +4 位作者 Shuiqiang YU Xiankui QUAN Yue SUN Shuxia JIA Li MEI 《Frontiers in Biology》 CSCD 2008年第4期496-506,共11页
Fine root turnover is a major pathway for carbon and nutrient cycling in forest ecosystems.However,to estimate fine root turnover,it is important to first understand the fine root dynamic processes associated with soi... Fine root turnover is a major pathway for carbon and nutrient cycling in forest ecosystems.However,to estimate fine root turnover,it is important to first understand the fine root dynamic processes associated with soil resource availability and climate factors.The objectives of this study were:(1)to examine patterns of fine root production and mortality in different seasons and soil depths in the Larix gmelinii and Fraxinus mandshurica plantations,(2)to analyze the correlation of fine root production and mortality with environmental factors such as air temperature,precipitation,soil temperature and available nitrogen,and(3)to estimate fine root turnover.We installed 36 Minirhizotron tubes in six monospecific plots of each species in September 2003 in the Mao’ershan Experimental Forest Station.Minirhizotron sampling was conducted every two weeks from April 2004 to April 2005.We calculated the average fine root length,annual fine root length production and mortality using image data of Minirhizotrons,and estimated fine root turnover using three approaches.Results show that the average growth rate and mortality rate in L.melinii were markedly smaller than in F.mandshurica,and were highest in the surface soil and lowest at the bottom among all the four soil layers.The annual fine root production and mortality in F.mandshurica were significantly higher than in L.gmelinii.The fine root production in spring and summer accounted for 41.7% and 39.7% of the total annual production in F.mandshurica and 24.0% and 51.2% in L.gmelinii.The majority of fine root mortality occurred in spring and summer for F.mandshurica and in summer and autumn for L.gmelinii.The turnover rate was 3.1 a^(-1) for L.gmelinii and 2.7 a^(-1) for F.mandshurica.Multiple regression analysis indicates that climate and soil resource factors together could explain 80% of the variations of the fine root seasonal growth and 95%of the seasonal mortality.In conclusion,fine root production and mortality in L.gmelinii and F.mandshurica have different patterns in different seasons and at different soil depths.Air temperature,precipitation,soil temperature and soil available nitrogen integratively control the dynamics of fine root production,mortality and turnover in both species. 展开更多
关键词 Larix gmelinii Fraxinus mandshurica fine root production fine root mortality fine root turnover minirhizotron
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春玉米根系图像语义分割最佳分辨率和概率阈值研究 被引量:1
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作者 赵先丽 蔡福 +4 位作者 李荣平 王笑影 谢艳兵 温日红 贾庆宇 《核农学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第8期1690-1699,共10页
为了探究根系图像不同概率阈值和分辨率对根系形态参数的影响,以微根管法观测的春玉米(Zea mays L.)抽雄期40 cm深度根系为例,采用降分辨率方法模拟扫描仪获取不同分辨率图像,基于深度学习U-Net语义分割方法建立的iRoot⁃V02根系自动识... 为了探究根系图像不同概率阈值和分辨率对根系形态参数的影响,以微根管法观测的春玉米(Zea mays L.)抽雄期40 cm深度根系为例,采用降分辨率方法模拟扫描仪获取不同分辨率图像,基于深度学习U-Net语义分割方法建立的iRoot⁃V02根系自动识别软件对不同分辨率根系图像的根长、表面积、体积、直径、根尖数等形态参数进行识别,采用二阶导数方法获取根系与背景的分割阈值拐点,并探讨不同概率阈值对春玉米根系形态参数的影响。结果表明,春玉米抽雄期40 cm深度总根系形态参数(根总长、根总表面积、根总体积、根平均直径、根尖数)和分级根系形态参数(根长、根表面积、根体积)随概率阈值增大呈逐渐减小的趋势,根系形态参数在概率阈值5~20之间的变化幅度较大,在概率阈值25之后趋于稳定;通过曲线拐点方法分析确定,根总长曲线拐点出现在概率阈值25或30处。随着根系图像分辨率的减小,根总长和根尖数呈减小的趋势,而根总表面积和根总体积呈先增大后减小的趋势,根平均直径呈增大的趋势。通过对春玉米抽雄期40 cm深度不同概率阈值根系总的和分级形态参数分析,确定春玉米根系图像识别适宜的概率阈值为25或30;在图像数量较少时采用图像原始分辨率300 dpi分析为宜,图像数量较多时采用215 dpi分辨率为宜。本研究可为春玉米和其他作物根系形态参数的定量研究提供参考。 展开更多
关键词 春玉米 语义分割 微根管法 二值化 根系形态参数
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黄河三角洲不同林龄刺槐细根形态的时空动态 被引量:1
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作者 谭春霞 刘广芳 +8 位作者 王梦瑶 庞元湘 郭龙梅 刘炜 曹帮华 郝木征 王甜甜 毛培利 卢小军 《东北林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第7期51-60,67,共11页
为了揭示黄河三角洲地区刺槐细根形态随林龄增加的时空动态,以黄河三角洲滨海盐碱地不同林龄(2、13、24、33 a)刺槐为研究对象,应用微根管法于2019年3—12月每间隔15 d左右跟踪观测不同土层深度的刺槐细根形态(总根尖数、细根总根表面... 为了揭示黄河三角洲地区刺槐细根形态随林龄增加的时空动态,以黄河三角洲滨海盐碱地不同林龄(2、13、24、33 a)刺槐为研究对象,应用微根管法于2019年3—12月每间隔15 d左右跟踪观测不同土层深度的刺槐细根形态(总根尖数、细根总根表面积、平均细根直径、细根根长密度)的动态变化,并比较不同林龄刺槐细根形态的差异。结果表明:随着林龄递增,细根总根尖数、总表面积以及细根根长密度呈先增大后减小的趋势;林龄13 a刺槐的细根总根尖数、总表面积以及细根根长密度最大,且呈双峰型;林龄2、24、33 a刺槐的总根尖数、总表面积以及根长密度7—9月份最大,且呈单峰型。随土层深度(h)增加,各个林龄刺槐的总根尖数、平均细根直径、总表面积以及根长密度先增加后减小,土层深度20 cm<h≤40 cm达到最大值;随林龄增加细根分布深度增加,细根各指标的可塑性指数先增加后降低。林龄与月份、林龄与土层深度、月份与土层深度的两两交互作用影响刺槐细根的生长动态,林龄13和24 a刺槐细根适应能力最强。 展开更多
关键词 刺槐 黄河三角洲 细根形态 微根管 土壤深度
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基于微根管观测的盐渍农田向日葵根系三维结构模拟 被引量:1
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作者 言巍鹏 何良伟 +1 位作者 雷国庆 曾文治 《中国农村水利水电》 北大核心 2023年第12期248-257,共10页
根系作为作物汲取水分、养分的重要器官,其形态结构量化对于田间水肥管理具有重要意义。然而相比于地上部分,当前关于根系形态结构的研究十分有限,特别是在盐渍土壤。以内蒙古河套灌区开展的盐渍农田向日葵田间实验为背景,利用微根管法... 根系作为作物汲取水分、养分的重要器官,其形态结构量化对于田间水肥管理具有重要意义。然而相比于地上部分,当前关于根系形态结构的研究十分有限,特别是在盐渍土壤。以内蒙古河套灌区开展的盐渍农田向日葵田间实验为背景,利用微根管法对不同盐分田块(低盐S1,高盐S2)的向日葵根长密度(RLD)动态变化进行了观测,并结合RootBox根系结构模型(RSA)对各田块作物根系三维结构进行模拟。结果显示,RootBox模型能够较好地模拟不同盐分下大田向日葵的根系形态,其微根管观测点的RLD模拟值与实测值接近,R2超过0.73,RRMSE小于0.28,但S2田块RLD模拟精度相对较低,RMSE比S1田块的高0.31 cm/cm^(3)。并且,S1田块平均RLD模拟分布与微根管RLD观测值分布接近,而在S2田块,二者差异较为显著,特别是在60~90 cm土层。上述结果表明,微根管观测法和根系结构模型可为盐渍农田作物根系形态结构量化提供工具支持,并且高盐田块作物根系量化效果受土壤盐分影响更为显著。 展开更多
关键词 盐渍农田 向日葵 根系 微根管 根系结构模型
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作物根系生长监测微根管装置设计与试验
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作者 黄祺成 杨佳昊 +3 位作者 左昊轩 孟繁佳 李思恩 李莉 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第S02期286-293,共8页
为实现不同深度下作物根系的实时监测与图像采集,设计开发了作物根系生长监测微根管装置,图像采集后可以通过上位机软件进行实时显示与存储。装置由监测管与控制箱组成,监测管使用亚克力材料制作透明外壳,同时在管内通过丝杠和导杆架设... 为实现不同深度下作物根系的实时监测与图像采集,设计开发了作物根系生长监测微根管装置,图像采集后可以通过上位机软件进行实时显示与存储。装置由监测管与控制箱组成,监测管使用亚克力材料制作透明外壳,同时在管内通过丝杠和导杆架设滑动轨道,利用步进电机实现摄像头在导轨上的运动控制;控制箱以STM32单片机为核心控制板,并根据实际需求选取了相应外设模块。以番茄根系为研究对象进行持续98 d的图像采集,借助软件RhizoVision Explore对根系图像进行分析,试验结果表明,前70 d番茄根系整体生长速度较快,后28 d逐渐趋于稳定,在深度6~10 cm处分布较为密集,根长密度在深度10 cm处于第91天达到最大值(1.22 cm/cm^(3)),分析结果与番茄根系生长规律一致,表明本根系生长监测微根管装置能在不影响根系持续生长的情况下完成对作物根系的长期在线监测,满足作物根系监测要求。 展开更多
关键词 根系 微根管 实时监测 嵌入式系统
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氮磷配施对高寒草甸植物根系特征的影响 被引量:3
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作者 廖小琴 王长庭 +2 位作者 刘丹 唐国 毛军 《草业学报》 CSCD 北大核心 2023年第7期160-174,共15页
植物根系是固定和支撑植物体的重要器官,是草地生态系统重要的碳库之一。分析植物不同直径大小根系在不同浓度氮磷配施下的形态特征和生理功能,有利于了解高寒草甸植物根系生长特征、碳分配格局和养分循环。本研究在川西北高寒草甸采用... 植物根系是固定和支撑植物体的重要器官,是草地生态系统重要的碳库之一。分析植物不同直径大小根系在不同浓度氮磷配施下的形态特征和生理功能,有利于了解高寒草甸植物根系生长特征、碳分配格局和养分循环。本研究在川西北高寒草甸采用微根管技术原位监测4个氮(N)、磷(P)梯度(CK:0 g·m^(-2);NP10:N 5 g·m^(-2)+P 5 g·m^(-2);NP_(2)0:N 10 g·m^(-2)+P 10 g·m^(-2);NP_(30):N 15 g·m^(-2)+P 15 g·m^(-2))根系动态(现存量、生产量、死亡量和周转率)的变化特征及其与环境因子间的相互关系。结果表明:1)土层间根系总现存量差异显著,0~10 cm土层施肥(NP10、NP20、NP30)显著降低了直径≤0.3 mm根系现存量,且NP30显著降低了总根系和直径>0.3 mm根系现存量;10~20cm土层NP20总根系和直径>0.3 mm根系现存量显著高于其他处理(P<0.05)。2)土层间根系总生产量和死亡量差异显著,0~10 cm土层,直径≤0.3 mm根系生产量和死亡量在处理间无显著差异,直径>0.3 mm根系在NP30死亡量显著增加;10~20 cm土层,直径≤0.3 mm根系生产量和死亡量在施肥处理下显著低于CK,直径>0.3 mm根系生产量和死亡量均在NP20、NP30显著高于CK(P<0.05)。3)土层及处理间根系周转速率无显著差异,但整体上直径≤0.3 mm根系周转速率高于直径>0.3 mm根系。4)结构方程模型进一步表明:根系现存量和生产量受土壤养分[全碳(TC);全氮(TN)]和根系直径大小的直接影响,土壤养分对根系周转率有正效应。综上:氮磷配施梯度对地下总根系现存量和死亡量影响显著,低、中氮磷(NP10、NP20)配施会降低植物对直径≤0.3 mm根系生物量的分配,投入更多的资源促进直径>0.3 mm根系的生长;高施肥(NP30)会使植物减少各直径大小根系生物量的分配,增加其死亡量,从而降低根系碳的积累。 展开更多
关键词 氮磷配施 根系直径大小 根系特征 微根管法 高寒草甸
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隔沟交替灌溉条件下玉米根系形态性状及结构分布 被引量:31
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作者 李彩霞 孙景生 +4 位作者 周新国 邱新强 刘祖贵 强小嫚 郭冬冬 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第14期3956-3963,共8页
为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玉米根系形态性状及结构分布。以垄位和坡位的玉米根系为研究对象,利用Minirhizotrons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、... 为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玉米根系形态性状及结构分布。以垄位和坡位的玉米根系为研究对象,利用Minirhizotrons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。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(2.5-4.5)×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(0.0-2.5)×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。 展开更多
关键词 隔沟交替灌溉 根系形态 minirhizotronS 径级 土壤含水量
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柠条细根的分布和动态及其与土壤资源有效性的关系 被引量:19
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作者 史建伟 王孟本 +1 位作者 陈建文 张国明 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第14期3990-3998,共9页
受土壤资源有效性时空异质性的影响,植物细根会表现出明显的垂直分布和季节变化特征。揭示这些特征对认识细根的养分和水分吸收规律,预测C在地下的分配特点具有重要意义。运用Minirhizotron技术对晋西北黄土丘陵区30a生柠条(Caragana ko... 受土壤资源有效性时空异质性的影响,植物细根会表现出明显的垂直分布和季节变化特征。揭示这些特征对认识细根的养分和水分吸收规律,预测C在地下的分配特点具有重要意义。运用Minirhizotron技术对晋西北黄土丘陵区30a生柠条(Caragana korshinskiiKom.)人工灌木林0—100 cm土层深度范围内细根的根数密度(FRD,根/cm2)、根长密度(FRLD,根/cm2)、平均直径(FRDi,mm)和根面积指数(FRAI,mm2/cm2)的垂直分布特征和季节动态进行了一个生长季的观测,分析了这些参数与土壤温度、水分和有效氮的关系。结果表明:(1)FRD、FRLD和FRAI均表现随土层深度增加而先增大后减小,且最大值均出现在40—80 cm土层,而表层0—20 cm最小;FRDi表现随土层深度增加而减小(除80—100 cm土层外),其中表层0—20 cm最大,而60—80 cm土层最小;(2)受土壤资源有效性季节变化的影响,FRD、FRLD和FRAI在不同土层(除0—20 cm外)表现相似的季节动态,即随季节变化而先增大后减小,春季小而秋季大;FRDi则表现随季节变化由粗逐渐变细的过程,春季最粗而秋季最细;(3)各细根参数与土壤温度、水分和有效氮在各土层存在不同程度的相关性。简单相关分析表明,细根的季节性变化主要受土壤温度和水分的影响,有效氮的影响不明显。表层(0—20 cm)主要受土壤水分影响,而在中下层(20—100cm)则主要受土壤温度的影响。各土层细根与土壤有效资源间的相关性反映了细根功能的季节性差异。综合分析表明,细根各参数季节变化的54.0%—98.6%是由土壤温度和水分的相互作用引起的。 展开更多
关键词 柠条 细根 分布 minirhizotron技术 土壤有效资源
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柠条细根的空间分布特征及其季节动态 被引量:24
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作者 史建伟 王孟本 +1 位作者 陈建文 曹建庭 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第3期726-733,共8页
以晋西北黄土区30年生柠条(Caragana korshinskii Kom.)人工林为研究对象,2007年应用Minirhizotron技术,分别在距茎干水平距离0、50、100 cm处设点,对林地0-100 cm土层深度范围内的柠条细根空间分布及其生长季的动态进行了研究。结果表... 以晋西北黄土区30年生柠条(Caragana korshinskii Kom.)人工林为研究对象,2007年应用Minirhizotron技术,分别在距茎干水平距离0、50、100 cm处设点,对林地0-100 cm土层深度范围内的柠条细根空间分布及其生长季的动态进行了研究。结果表明:(1)生长季柠条细根根长密度(RLD)总平均值为1.3423 mm/cm2。在水平方向上,距茎干水平距离50 cm处分布最多(1.5369 mm/cm2),其次为0 cm处(1.3855 mm/cm2),100cm处分布最少(1.1044 mm/cm2)。在垂直深度上,各土层RLD平均值大小顺序为40-60 cm>60-80 cm>20-40 cm>0-20 cm>80-100 cm;(2)在0-100 cm土层范围内,月平均RLD在生长季的波动范围为0.4405-2.1040 mm/cm2,其中9月份最多,4月份最少;RLD在5个土层深度3个水平距离处随季节变化均表现先增加后减少的趋势,且不同空间位置RLD峰值变化均在秋季(8-10月份)波动。细根的这种时空分布差异,可能主要受林下土壤资源空间异质性及其季节性变化的影响,但也不排除其它因素的影响(如真菌,植食性昆虫)。 展开更多
关键词 细根 空间分布 季节动态 minirhizotron技术
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微根管在细根研究中的应用 被引量:53
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作者 史建伟 于水强 +3 位作者 于立忠 韩有志 王政权 郭大立 《应用生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2006年第4期715-719,共5页
细根(直径≤2 mm)的周转在植物生态系统碳分配过程中具有重要意义.已往细根周转研究主要采用根钻法、分室模型法和内生长法等.这些方法由于不能直接观测到细根生长动态,导致细根周转估计不准确.微根管法是一种非破坏性野外观察细根动态... 细根(直径≤2 mm)的周转在植物生态系统碳分配过程中具有重要意义.已往细根周转研究主要采用根钻法、分室模型法和内生长法等.这些方法由于不能直接观测到细根生长动态,导致细根周转估计不准确.微根管法是一种非破坏性野外观察细根动态的方法.本文从微根管的发展、功能、安装步骤、图像采集、参数计算、影响观测因素和存在问题等方面逐一进行介绍,并通过水曲柳和落叶松微根管细根观测实例介绍在细根周转过程研究中的应用.结果表明,微根管可以比较精确地估计出细根长度、单位面积上根长密度、单位体积上根长密度、细根生长量、细根死亡量和细根周转等.微根管是一个观察细根生长、衰老、死亡和分解过程的有效工具.微根管观测精度主要取决于微根管安装的质量和数量、微根管取样间隔期和取样数量、微根管图像分析技术等.此外,土壤质地、石砾多少、微根管材料选择、减少光系统对根系的干扰等也是影响微根管测定精度的因素.如何提高微根管测定精度将成为今后微根管在细根研究中的主要问题. 展开更多
关键词 微根管 细根 根系参数 影响因素 测定精度
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