BTC100根系觀測系統(tǒng)在林業(yè)科學研究中的應用
自上世紀八十年代，隨著美國 Bartz 公司研制生產出專業(yè)商業(yè)化微根窗根系生態(tài)觀測儀器，微根窗技術（Minirhizotron）得以廣泛使用并成為目前根系動態(tài)研究的主要技術手段。
BTC-100根系生態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是基于Minirhizotron技術的經典根系監(jiān)測設備，由美國Bartz公司設計生產。國際上 80%以上的利用 Minirhizotron 技術發(fā)表的根系研究論文，都是采用Bartz 公司的 BTC-2 或 BTC-100（BTC-2 的升級版），發(fā)表刊物包括：Agriculture, Ecosystems and Environment；Plant, Cell and Environment；Journal of Arid Environments；Tree Physiology；HortScience；Environmental and ExperimentalBotany；Journal of Ecology；Agricultural and Forest Meteorology；Crop Science；Ecological Monographs；PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America)；Plant Root；Agromomy Journal；Climate Change；Journal of Experimental Botany；Journal of Plant Research；Annals of Botany；New Phytologist；Global Change Biology；Ecosystems；Science；Nature；Plant Soil；Soil Science Society of America Journal；Restoration Ecology；PLOS one等等。中國科學院生態(tài)系統(tǒng)研究網絡（CERN）及農業(yè)部學科群建設項目等，均批量招標采購了 BTC-100，以全面采用國際通用的 BTC-100根系生態(tài)監(jiān)測技術，用于長期監(jiān)測森林、草原、濕地、農業(yè)等不同植被類型根系動態(tài)。易科泰生態(tài)技術公司收集了幾百篇采用 BTC 根系生態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)表的論文，可供大家下載交流。
BTC-100 主要優(yōu)勢特點：
1) 從上世紀八十年代以來一直是根系觀測研究的主要經典儀器技術；
2) 發(fā)表論文最多的根系觀測儀器技術，涉及世界上幾十種頂尖學術刊物，包括《Science》、《Nature》等；
3) 15-100 倍放大顯微視頻鏡頭，精確分辨細根甚至菌根，是目前唯一可用于菌根研究的根系觀測研究儀器，甚至可以對地下土壤動物活動進行觀測分析；
4) 精確定位系統(tǒng)可以確保細根長期跟蹤觀測研究；
5) 防水、防塵、防油污等，可在各種環(huán)境（包括濕地環(huán)境等）條件下使用，是最可靠、免維護、最經久耐用的根系觀測儀器；
6) 可選配紫外光源，除用于幫助鑒別死根和活根外，還可用于量子點熒光標記根系成像觀測研究。
案例 1：Asavanna response to precipitation intensity, PLOS ONE, 2017
隨著全球氣候變暖，降雨頻次降低但強度增大。美國猶他州立大學 Ryan S.Berry 對南非Kruger國家公園稀樹草原木本植物及草本植物對全球變暖降雨強度增大條件下木本植物和草本植物的響應進行了觀測研究，結果表明，降雨強度增大可以提高木本植物的生物量、降低草本植物的生物量。
案例 2：Partitioning CO2 fluxes with isotopologue measurements and modeling to understand mechanisms of forest carbon sequestration, Final Technical Report, Terrestrial Ecosystem Science Program, U.S. Department of Energy,2016
該項目利用同位素技術、BTC-100微根窗根系觀測技術、細根呼吸測量技術等，對不同林地地上與地下物候學、生態(tài)系統(tǒng)光合同化通量與呼吸通量進行了連續(xù)多年的觀測研究，結果表明：生態(tài)系統(tǒng)白天呼吸低于夜間呼吸——第一次從生態(tài)系統(tǒng)水平上提供了 Kok 效應（光對葉片呼吸的抑制作用）的證據(jù)；同時還發(fā)現(xiàn)，落葉林地上地下物候比針葉林更加同步化。該項目研究發(fā)表多篇學術論文并先后獲得波士頓大學、美國地球物理學會、美國大學聯(lián)合會及美國能源部等多個獎項。
案例 3：Variability in root production, phenology, and turnover rate among 12 temperate tree species, Ecology, 2014
本研究由美國賓夕法尼亞州立大學與中國科學院 M.Luke McCormack 及 Thomas S. Adams等，利用美國 Bartz 研制生產的微根窗根系觀測技術，在賓夕法尼亞中部溫帶森林，對12種樹木細根生產力、物候及周轉進行了3年的觀測研究，發(fā)現(xiàn)不同樹種細根生產時間分布格局變異很大，有的樹種每年的生長時間分布格局一致，有些則有年度差異；樹木細根生產力與周轉率相關，快的周轉率則有著高的生產力。
濕地應⽤用案例：
美國橡樹嶺國家實驗室C.M.Iversen等于2011年在《Plant Soil》發(fā)表了綜述性論文“Adancingthe use of minirhizotrons in wetlands”,介紹了 BTC-100 在濕地研究中的應用（需要說明的是，BTC-100具備防水功能，是唯一適合于濕地研究的根系監(jiān)測設備）。右圖是通過 BTC 系統(tǒng)觀測到的濕地常見的泥炭和細根的一些特征。圖像 A，B 是在不同的濕地拍攝下來的照片，A是美國北方明尼蘇達州的一個黑云杉沼澤林，B是加拿大安大略湖的開放沼澤保護區(qū)。圖片顯示了觀測管不同深度下的根系圖，刻度 0-5cm，5-10cm，10-20cm，20-25cm，25-30cm 五個深度，盡管多張圖片中存在多個細根，研究中用箭頭標出了長期定位觀測的一個細根，新生長出來的細根與泥炭基質能夠有明顯的區(qū)分，年老的根色素增多，與泥炭基質較難區(qū)分，如A圖5-10cm層和B圖的25-30cm層。此外，松散的泥炭層會形成較大的疏松缺口層，并且能明顯看到地下水。
下圖為CM.Iversen 等在美國明尼蘇達州北部沼澤森林中對氣候變化包括溫度和CO2升高的生態(tài)系統(tǒng)響應研究結果。
微根窗根系⽣生態(tài)與⼟土壤呼吸監(jiān)測應⽤用案例
土壤中植物細根占地球生態(tài)系統(tǒng)年凈初級生產力的33%（Gill and Jackson，2000），盡管對菌根生產力還缺乏了解，但可以肯定的是，植物細根及菌根 CO2 的排放對全球碳平衡具有非常重要的意義。美國加利福尼亞大學保護生物學研究中心 Rodrigo Vargas 教授（2008），在圣哈辛托山保護區(qū)利用 BTC-100 微根窗根系觀測系統(tǒng)及 SCG 土壤剖面 CO2 梯度觀測系統(tǒng)，組成土壤呼吸與根系觀測站，就土壤水分、細根動態(tài)、土壤呼吸進行綜合觀測研究，結果表明，利用 BTC-100 微根窗技術持續(xù)觀測細根動態(tài)極為重要，觀測到細根長度變化每天每平方米達 40cm，而菌根長度變化每天每平方米超過 100cm；細根和菌根的動態(tài)變化會影響到土壤呼吸的季節(jié)性變化和日變化；土壤 CO2 的生產是根系及微生物的生物量的函數(shù)，但土壤呼吸又依賴于土壤的擴散包括溫度及土壤水分的影響；綜合運用 BTC-100 微根窗技術和土壤呼吸測量技術（包括剖面 CO2 觀測技術和呼吸室測量技術）可以幫助我們全面理解和深入解析植物根系與菌根對全球碳循環(huán)的貢獻（Allen et al., 2007）。
易科泰生態(tài)技術公司提供的 微根窗根系生態(tài)與土壤呼吸監(jiān)測系統(tǒng)為 Rodrigo Vargas教授安裝使用的全套系統(tǒng)配置組成，包括 BTC-100 根系觀測系統(tǒng)、SCG-3 土壤剖面 CO2 觀測系統(tǒng)及 ACE 全自動土壤呼吸監(jiān)測系統(tǒng)，可監(jiān)測記錄根系動態(tài)、TRIME-PICO 土壤剖面水分及溫度、土壤剖面 CO2 濃度、土壤呼吸（CO2 通量），及空氣溫濕度、太陽輻射、降雨量等氣象參數(shù)。
除上述客戶定制配置⽅方案外，易科泰⽣生態(tài)技術公司還可提供如下配置⽅方案：
植物光合⽣生理與地下⽣生態(tài)學研究系統(tǒng)⽅方案：該系統(tǒng)由地上多通道光合作用監(jiān)測、SCG-N 地下多層次 CO2 梯度監(jiān)測及 TRIME-PICO 土壤水分和溫度監(jiān)測、BTC-100 微根窗根際生態(tài)監(jiān)測組成，可全面監(jiān)測植物地上光合作用和呼吸作用、地下根系呼吸及根系動態(tài)和根際生態(tài)，并同步監(jiān)測土壤水分、溫度、光和有效輻射、植物莖流等參數(shù)的動態(tài)變化。
ET-FMS 便攜式根際呼吸測量技術⽅方案：根際呼吸測量技術包括土壤呼吸測量與根系呼吸測量。ET-FMS 便攜式根際呼吸測量系統(tǒng)由主機系統(tǒng)和呼吸室組成，主機系統(tǒng)內置高精度CO2分析儀、O2分析儀、水汽分析儀、氣體抽樣單元、數(shù)據(jù)采集器、Baseline 單元等，呼吸室有原位呼吸測量室（in-situ chamber）和離體呼吸測量室（ex-situ chamber），原位呼吸室用于原位土壤呼吸測量和根際呼吸測量離體呼吸室用于純根系呼吸測量和純土壤呼吸測量等，根系呼吸測量不僅可以反映土壤呼吸和碳排放中根系的貢獻率，還可以反映根系活力。
根系液流監(jiān)測技術⽅方案：水分運輸是根系的重要功能之一，EMS-HB 根系液流監(jiān)測系統(tǒng)采用SHB (Stem heat balance) 加熱技術和 THB (Tissue heat balance) 加熱技術，結合TRIME-PICO 土壤水分溫度智能傳感器，全面監(jiān)測根系液流及其與土壤水分等環(huán)境因素的動態(tài)關系。
