一、應(yīng)用
根際是植物、土壤和微生物相互作用的重要界面，也是物質(zhì)和能量交換的結(jié)點(diǎn)，根系生產(chǎn)和周轉(zhuǎn)直接影響陸地生態(tài)系統(tǒng)碳和氮的生物地球化學(xué)循環(huán)。自1904年德國(guó)科學(xué)家Lorenz Hiltner提出根際這一概念后，相關(guān)研究方興未艾。但由于受土壤不可觀測(cè)性的限制，傳統(tǒng)的研究方法如挖掘法、剖面法、盆栽法及土柱法仍在大量使用，陸地生態(tài)系統(tǒng)根際微生態(tài)學(xué)的研究進(jìn)展緩慢，因此尋找并建立新的根際微生態(tài)研究方法就顯得至關(guān)重要。
近年來(lái)隨著光學(xué)和電子學(xué)技術(shù)的提升，特別是微根窗法(Minirhizo tron)的應(yīng)用，使根際微生態(tài)研究得到了較快的發(fā)展。當(dāng)前，這是唯壹可多個(gè)時(shí)間段內(nèi)原位重復(fù)觀測(cè)根系的方法，其*大優(yōu)點(diǎn)是在不干擾細(xì)根生長(zhǎng)過(guò)程的前提下，原位長(zhǎng)期連續(xù)觀測(cè)并記錄細(xì)根從出生到死亡的消長(zhǎng)變化動(dòng)態(tài)。這種測(cè)量方法是非破壞性的，是傳統(tǒng)的研究方法不可替代的。因此，在國(guó)外，微根窗技術(shù)目前被廣泛應(yīng)用于森林、果園、草地、沙漠和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)等植物根系動(dòng)態(tài)及其功能的研究中。
二、原理
AZR-100利用微根管技術(shù)，由一個(gè)插入土壤中的微根窗管、攝像頭、標(biāo)定手柄、圖像采集系統(tǒng)等組成。將攝像頭伸入埋設(shè)在根系周?chē)耐该鞴軆?nèi)，通過(guò)圖像采集系統(tǒng)進(jìn)行圖像抓取根系照相，然后借助專業(yè)根系分析軟件系統(tǒng)對(duì)混合圖像進(jìn)行分析，從而跟蹤了解其生長(zhǎng)過(guò)程。
三、特點(diǎn)
四、基本系統(tǒng)組成
高精度照相系統(tǒng)
圖像捕獲系統(tǒng)（包括：攝像頭控制軟件，圖片管理軟件，安裝在便攜式手提箱中的野外控制系統(tǒng)）
紫外光源系統(tǒng)(內(nèi)置)
定位手柄系統(tǒng)
便攜式儀器箱
根管(含防水蓋)及安裝工具
標(biāo)尺系統(tǒng)及打孔工具
專用圖像分析軟件
蓄電池和充電器
五、技術(shù)指標(biāo)
1. I-CAP圖像抓取系統(tǒng)：采集器，12英寸顯示屏，控制器可以遙控?cái)z像頭白光水平及聚焦，控制平臺(tái)含電源開(kāi)關(guān)，控制攝像頭的光學(xué)放大縮小開(kāi)關(guān)，UV紫外光源的開(kāi)關(guān)，成像焦距的微調(diào)開(kāi)關(guān)；圖像抓取系統(tǒng)集成于野外工作箱上，整套系統(tǒng)可配備背帶箱，攝像頭配備圓筒便攜箱；圖像采集軟件（帶加密狗）；
2. NTSC制式彩色攝像頭，分辨率800*600；20*16mm拍照視野，防水性能設(shè)計(jì)，超高解析度，放大倍數(shù)可達(dá)100倍，帶可調(diào)節(jié)強(qiáng)度白光系統(tǒng)可以使攝像頭深入土壤深層, 具管道清潔器, UV紫外光源系統(tǒng)照明系統(tǒng)，從而在白光和UV光之間切換，可辨別死根和活根，UV光源與測(cè)量同步使用；
3. 電源：12伏便攜充電電池可使用20小時(shí)；4.5米連接線：除攝像頭與控制器連接線外，可根據(jù)需求加長(zhǎng)；
4. 2.2米套筒式標(biāo)定手柄：通過(guò)控制攝像頭深度和轉(zhuǎn)動(dòng)以準(zhǔn)確定位圖片；
5. 紫外光源系統(tǒng)：紫外光源的為雙側(cè)照明模式，以提高光源的穩(wěn)定性, 以辨別活體和死體的組成部分, 與主系統(tǒng)同步測(cè)量使用；
6.定位手柄：2.2米套筒式，帶定位孔，定位孔位于微根管上，可以將定位手柄固定在微根管上，定位孔的直徑可任意定制大小，每個(gè)定位孔標(biāo)有刻度，以13.5mm為步進(jìn),通過(guò)引索桿定位，將攝像頭準(zhǔn)確定位在同一位置，拍攝不同時(shí)間下的根系圖片，研究細(xì)根生長(zhǎng)及周轉(zhuǎn)；
7. 專業(yè)植物根系數(shù)據(jù)分析軟件。可監(jiān)測(cè)分析參數(shù)：細(xì)根長(zhǎng)、細(xì)根直徑、細(xì)根面積、細(xì)根總長(zhǎng)、細(xì)根總面積、細(xì)根平均直徑、細(xì)根數(shù)量及生物量、細(xì)根壽命、細(xì)根周轉(zhuǎn)率等，其100倍高倍放大功能，可用于監(jiān)測(cè)分析根毛及菌根生理生態(tài)和動(dòng)態(tài)等; 可以以交互方式方便地分析根系，該軟件一次分析一幀圖像;操作者需要在不同圖像間手動(dòng)跟蹤所需分析的根，軟件在屏幕上顯示根的形態(tài)信息;用于可以根據(jù)需要編輯各個(gè)根部;在屏幕上通過(guò)圖形方式顯示根長(zhǎng)度分布、面積、體積、根尖數(shù)量等，將它們作為根直徑的函數(shù);軟件可以提供根長(zhǎng)度、平均直徑、投影面積、表面積、根體積、分類(lèi)數(shù)量、每個(gè)直徑類(lèi)的根尖數(shù)量等;測(cè)量結(jié)果可以顯示在屏幕上，同時(shí)提供分析數(shù)據(jù)的文件;程序可以自動(dòng)檢索并分析此前在相同地點(diǎn)拍攝的圖像;除了以上分析功能，該軟件能夠使用戶處理時(shí)間-空間上的連續(xù)性，將多幅圖像拼接;對(duì)于不同時(shí)間相同位置的圖像進(jìn)行分析時(shí)，同時(shí)加載以前的分析信息;拼接的多幀圖像中的內(nèi)容可以一起分析;對(duì)于一幀圖像進(jìn)行分析所得的信息，可以復(fù)制到與其連續(xù)的圖像上從而節(jié)約分析時(shí)間等多種功能；
8. 測(cè)管：測(cè)管直徑50mm，長(zhǎng)1800mm，可根據(jù)實(shí)際需求定制。
9. 環(huán)境溫度: 3?40℃; 相對(duì)濕度: 5%-95%；
10. 工作電壓: 充電電池：7 Ahr/12V 鉛酸電池；充電器：220 V AC @ 4.5 A。
六、數(shù)據(jù)處理
6.1 根系根長(zhǎng)密度和根系面積密度
在微根管圖像中測(cè)量根的長(zhǎng)度，通過(guò)總根長(zhǎng)除以觀察的整個(gè)管面積獲得根系單位面積根長(zhǎng)密度RLD（mm?cm-2或cm?cm-2）。根系表面積的計(jì)算可用觀察到的根長(zhǎng)乘以根直徑。同樣，以單位面積圖片中觀察到的根系表面積可得到單位面積根面積密度（mm2?cm-2或 cm2?cm-2）。
6.2 細(xì)根生長(zhǎng)與死亡
RLDP和RLDM分別表示細(xì)根生長(zhǎng)量和細(xì)根死亡量。假設(shè)根系在兩次相鄰采樣間隔期內(nèi)的生長(zhǎng)與死亡速率一致的前提下，以單位管面積上根系根長(zhǎng)的增加與減少來(lái)表示相鄰兩次采樣間隔期內(nèi)根系的生長(zhǎng)與死亡，然后除以間隔時(shí)間，得到細(xì)根生長(zhǎng)RLDP和死亡RLDM。
式中：RLDP ——間隔期內(nèi)根系生長(zhǎng)量，mm?cm-2?d-1；
RLDM ——間隔期內(nèi)根系死亡量，mm?cm-2?d-1；
RLDn ——第n次觀測(cè)到的根系根長(zhǎng)密度值，mm?cm-2；
RLDn+1 ——第（n+1）次觀測(cè)到的根系根長(zhǎng)密度值，mm?cm-2；
T ——相鄰兩次采樣間隔時(shí)間，d。
6.3 根系生長(zhǎng)死亡量、現(xiàn)存量和周轉(zhuǎn)計(jì)算
1）根系年生長(zhǎng)量為一年內(nèi)所有次采樣得到的根系根長(zhǎng)凈增加值（包括所有出現(xiàn)的新根長(zhǎng)與以前存在的根系長(zhǎng)度凈增加值）；根系年死亡量為一年內(nèi)所有次采樣中根系長(zhǎng)度的消失（包括存在根的死亡以及由于根系的脫落或昆蟲(chóng)的取食引起根長(zhǎng)的減少值）；根系年生長(zhǎng)量與年死亡量的單位也以每年單位管面積內(nèi)的單位根長(zhǎng)來(lái)表示（mm?cm-2?a-1）。
2）根系現(xiàn)存量以每次觀測(cè)到的單位面積活根系長(zhǎng)度來(lái)表示。
3）根系周轉(zhuǎn)估計(jì)采用以下3種方法進(jìn)行估計(jì)。
① 年根系生長(zhǎng)量與年根系平均現(xiàn)存量之比。
② 年根系死亡量與年根系平均現(xiàn)存量之比。
③ 年根系生長(zhǎng)量與年根系*大現(xiàn)存量之比。
6.4 土壤水分溫度鹽分及土壤溶液中養(yǎng)分離子等環(huán)境因子
土壤水溫鹽、土壤溶液中養(yǎng)分離子等環(huán)境因子的數(shù)據(jù)可導(dǎo)入到生態(tài)參數(shù)科學(xué)計(jì)算軟件中。此軟件是北京華益瑞科技有限公司集合近十年服務(wù)生態(tài)研究領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)，自行研發(fā)設(shè)計(jì)的專業(yè)生態(tài)環(huán)境采集、計(jì)算軟件。該軟件可采集全球*先進(jìn)的水、土、氣、生物觀測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)，計(jì)算生態(tài)環(huán)境研究的專業(yè)參數(shù), 并有多種計(jì)算功能可選，用戶也可輸入自制模型或計(jì)算公式。
