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汉诺威莱布尼茨大学:利用 ZwickRoell 机器进行关于植物根尖生长的力测量和研究

案例学习

  • 客户: 汉诺威莱布尼茨大学,地球系统科学研究所,土壤研究所,土壤生物物理学协会主席
  • 地点:德国汉诺威
  • 行业: 研究所和学术领域
  • 主题: 土壤抗穿透性取决于根系分泌物和土壤湿度

2025年1月

汉诺威莱布尼茨大学的地球系统科学研究所对植物根系在土壤中的生长进行了模拟。植物根尖会向土壤中释放一种被称为黏胶层的物质,影响到根系的后续生长。在 ZwickRoell 的帮助下,该机构研究了土壤含水量对这一过程的影响以及根系生长所产生的力。

任务 竞争优势 解决方案 成果 产品

汉诺威莱布尼茨大学的地球系统科学研究所

汉诺威莱布尼茨大学的地球系统科学研究所 (Institute of Earth System Sciences, IESW) 于 2024 年成立,是一个非常重要的跨学科机构,由之前的多个学院共同组成,包括土壤科学、植物地理学、地质学、矿物学、自然地理学和景观生态学。学院重组的目的在于加强不同专业领域之间的合作并推动关于人和自然之间复杂互动的研究。

IESW 重点关注的一个问题是全球变化所带来的影响,尤其是与气候变化、生物多样性下降和资源可持续使用相关的方面。该机构从科学和社会角度进行综合考量,以制定解决方案来应对日益严峻的环境问题。除此之外,IESW 还致力于创建本地联合校园,促进学生和研究人员之间的交流并改善跨学科教学。该机构通过开设创新研究项目和以实践为导向的学习课程,为期望解决当前挑战的科学家们提供了一个实现雄心壮志的平台。

ZwickRoell顶级竞争力

  • 个性化的试验机定制和使用方式
  • 软件评估方法定义清晰,操作简单方便
  • 高度精确的力传感器能够保证测量结果有价值
  • 试验速度可精准调节

任务

模拟根系生长过程中的力测量

土壤湿度会影响到植物的黏胶层,进而改变根系生长所需的力,但这种影响在很大程度上还是一个未解之谜。因此,如何设计全新的试验来模拟根系生长成为了研究人员所面临的一大难题。他们需要开展速度可调节的压缩试验,在短时间内对位置和试验力进行高精度测量。

ZwickRoell解决方案

使用不锈钢针入度测定仪进行压缩试验

根系生长模拟需要按既定速度将不锈钢针入度测定仪压入准备好的土壤试样中。特制的不锈钢针尖(基于植物根系的几何形状)会以既定速度压入具有不同黏胶层和含水量的同质土壤试样中。研究人员使用了 ZwickRoell AllroundLine (Z100) 材料试验机,根据得到的力值结果计算根系生长对抗穿透性和能量的要求,并量化了黏胶层和含水量的影响。由于试验速度范围很广,因此可以通过初步测试选择最佳值,从而在优化试验时长的情况下获得真实结果,并基于测出的力来计算和分析相关因素。

“通过使用 ZwickRoell 试验机,我们发现当生长环境十分恶劣时,植物的黏胶层对根系生长尤为有益,特别是在干燥的黏土土壤中。简单来说,我们模拟了植物根系在土壤中的生长,并测量了由此产生的力。”

MSc Ulla Rosskopf,汉诺威莱布尼茨大学土壤研究所博士生

结果

土壤湿度至关重要

黏胶层对于根系生长所需力值的影响取决于当时的土壤湿度。就细粒土壤(黏土)而言,黏胶层在干燥环境下会减少根系生长所需的能量,在潮湿环境下则会使之略微增加。而在粗粒土壤(沙土)中,这种影响则不怎么明显。

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