河海大學的科研人員為了解不同土壤電導率（EC）和施氮量對向日葵生根深度、根系動態分布及其產量的影響，在河套灌區進行了為期三年的田間試驗。該實驗由三個初始鹽度 (IS) 水平和五種N比率組成。向日葵根系生長的動態由微型根管原位監測，并揭示了其在不同處理中分布的靈活性。本研究的主要目的是:(1)了解向日葵根系深度、細根和產量對不同土壤鹽分水平和施氮量的響應;(2)建立鹽田細根分布動態模型(DRD-SF)，以描述在土壤鹽分和施氮量相互作用的影響下細根長度的動態變化。該模型所提供的信息將有助于從作物根系發育和產量生產潛力的角度優化鹽田氮素管理。
 

文中根系生物量及根系動態研究方案：在 2015 年的田間研究中，在每個向日葵生長階段進行了破壞性測量：（i）苗期，（ii）芽期；(iii) 開花期；(iv) 收獲 。每塊地隨機選取三株向日葵，用螺旋鉆獲取所選植物在0-60厘米深度內的根部（圖1b），在實驗室從土壤顆粒中仔細分離并用自來水沖洗后，用 Epson 掃描儀掃描根部，并使用 WinRHIZO Pro軟件進行分析。
 

2016年和2017年，使用微根窗測量系統原位測量向日葵根系的動態生長。在每個地塊中，以100厘米的間隔安裝四個長200厘米、內徑6.4厘米的微型根管，與播種線平行（圖 1a），與地面成45度角，達到100厘米的垂直深度。2016年在苗期、花蕾和開花期期間每隔 7 天連續觀察一次，而2017年每隔10天觀察一次。在這兩年中，最后一次觀察分別在收獲時進行。
 

微根窗掃描儀以600dpi 生成360°、22cm×20cm的管-土壤界面圖像，用于分析。使用 WinRHIZO Tron軟件分析所有捕獲的圖像，該軟件提供不同直徑等級內的根長度。本研究僅考慮細根的長度（直徑≤2 mm），采用Johnson等人的方法將其轉化為FRLD。
 

Fig. 1. (a) Schematic diagram of the longitudinal soil profile with four minirhizotron tubes paralleled with the sowing line in 2016 and 2017, (b) the in-situ images captured by minirhizotron showing the dynamic root process of sunflower within 30-35 cm depth under S1N3 treatment in 2016.

研究結果：

圖 7 鹽田動態根分布模型 (DRD-SF) 在 (a-c)S0N4 下三個不同標準化發育階段 (DVS = 0.51, 0.65 和 2.00) 觀察和模擬的細根長度密度 (FRLD) 分布, (d-f) 2017 年的 S1N4 和 (g-i) S2N4 處理。觀察結果是通過微型根管原位獲得的，模擬是使用 DRD-SF 模型計算的。
 

結果表明，連續的原位觀察表明，向日葵細根生長的動態與土壤鹽分密切相關。縱向分析表明，鹽脅迫顯著降低了萌芽前的根系滲透率。根據 FRLD 觀察，隨著土壤鹽分的增加，衰老速率也降低。這可以看作是向日葵植物在鹽堿地生存的一種適應。同時，雖然N3在S2水平上明顯加重了鹽脅迫，加速了向日葵根系衰老，但在生殖生長期可刺激耐鹽性增強，促進根系垂直發育。利用2015年破壞性采樣數據和2017年原位數據進行驗證，結果表明，鹽田動態根分布模型 (DRD-SF)對不同IS水平和施氮量下向日葵FRLD的柔性分布具有良好的模擬性能。
 

文中利用微根窗技術原位觀察了根系的生長動態，減少了對植物根系生長的擾動，同時和根鉆法相比也有很好的相關性。這種方法已經越來越多的應用到根系的原位觀察實驗中。由澳作公司自主研發的AZR-300復合根系生長動態監測系統就是一款的利用微根窗技術的根系原位觀測系統。
 

該系統集掃描和攝像技術于一體，掃描模式下，一次掃描可以觀察20cm深土層內根系生物量，1200dpi的分辨率完全可以滿足觀察大部分根系的需求。其攝像模式分辨率高達4800dpi，可對小至10um的根毛、菌絲做到清晰觀察。這樣就可以把直徑小于2mm的細根也納入測量范圍內。
 

兩種模式相結合大大提高了對根系生物量監測的準確性。該系統可以測量根長度、根直徑、根面積、根總長、根總面積、根平均直徑、根數量，統計根系生物量、細根壽命、細根周轉率等。
 

同時，64 倍圖像放大功能，用于觀察植物根菌、真菌和土壤動物活動等。還配有紫外光源，用于區分活根和死根。