一种适用于研究土壤-动物-植物界面过程的试验装置的制作方法

一种适用于研究土壤
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动物
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植物界面过程的试验装置
技术领域
1.本实用新型属于土壤生态学试验装置技术领域，尤其涉及一种适用于研究土壤
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动物
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植物界面过程的试验装置。


背景技术：

2.土壤中的生物多样性占地球生物多样性总量的25％以上。大量研究表明，较高的土壤生物多样性对提高土壤肥力、维持土壤健康至关重要，被作为衡量土壤生态健康的关键指标之一。作为土壤生态系统中必不可少的一环，土壤动物通过捕食、排泄以及掘穴等活动能够改善土壤结构，调节土壤微生物以及植物根系的生长环境，显著影响土壤中碳氮磷等养分元素的生物地球化学循环过程，进而显著促进植物生长发育。因此，土壤生态系统中土壤动物的多样性和生物量在维持土壤生态健康、促进植物生长发育中的重要作用正越来越受到人们的广泛关注。
3.植物在生长发育过程中不断地从土壤环境中吸收各种必需养分，同时也会产生大量的根系分泌物、枯枝落叶等有机物质进入土壤环境中，为土壤微生物和土壤动物提供了丰富的食物来源，并最终再次转化成有效养分供植物根系吸收利用。有证据表明，植物能够根据自身需求通过分泌特殊信号物质募集一些特异性的根系促生菌在根系富集，从而显著提高土壤养分有效性和根系养分吸收效率，并且根际微生物在植物抵御病虫害过程中同样发挥重要的作用。另有研究表明，不仅是根际微生物，植物根内生菌、叶内生菌以及叶际微生物群落结构同样也会受到土壤环境的影响，并显著影响植物生长发育过程。目前土壤动物对土壤环境的调控作用以及对土壤微生物群落的影响作用已经得到广泛共识，但土壤动物如何进一步影响植物的生长发育过程有待进一步研究。因此，研究土壤环境中土壤动物
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微生物
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植物三者之间的相互作用关系有助于我们进一步了解土壤生物对调节土壤养分循环、促进植物生长发育的作用机制，对促进土壤生态健康、提高土壤肥力、保障农产品安全具有重要意义。
4.目前在关于土壤
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微生物
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植物界面过程的研究中常使用根箱作为主要的研究工具。根箱一般均会使用多层尼龙隔网，使植物根系能够紧贴尼龙网生长，可以精确的获取根系附近的根际土壤样本。然而由于在根箱中植物根系一般都会密集生长在较为狭小的空间内，并不适用于接种大中型土壤动物，并且由于植物大多数根系紧贴尼龙网壁，极大的限制了土壤动物与根系的接触几率，进而降低试验的准确性。现有的研究多是将土壤动物直接接种到盆栽试验中，但由于土壤动物活动范围较广，这种方法无法精确控制土壤动物的活动范围，削弱了土壤动物对植物的影响作用，也无法进一步探究土壤动物在不接触土壤根系的条件下其对植物界面过程的影响。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种适用于研究土壤
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动物
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植物界面过程的试验装置。本实用新型适用于研究各种土壤大中型无脊椎动物(如蚯蚓、蜣
螂、蜗牛、鼠妇、马陆等)、土壤微生物、植物界面之间生物学、化学等过程；采用本实用新型试验装置能有效的将植物根系和土壤动物的活动范围限制在合适的范围内，大大增加土壤动物与植物的接触机会,并且能够研究在不接触植物的情况下土壤动物对植物界面生物学过程以及植物生长状况的间接影响。
6.本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种适用于研究土壤
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动物
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植物界面过程的试验装置，包括圆形盖板1、圆柱形网桶2、圆柱形桶3、铁签4和定植海绵5。圆柱形网桶2位于圆柱形桶3中。
7.圆形盖板1上开有定植孔103、透气孔104和提手插孔105。圆柱形网桶2包括倒凹字形提手201、圆环形桶上沿202、立方柱条203、桶底204和尼龙网205。桶底204沿外侧圆周边缘开有正方形齿槽，且中间部分还开有长条孔；圆环形桶上沿202沿内侧圆周边缘开有多个正方形齿槽；圆柱形桶3包括圆柱形桶身301和排水孔302。排水孔302位于圆柱形桶身301底部。定植海绵5开有从上至下的切缝。
8.倒凹字形提手201装在圆环形桶上沿202，并插入圆形盖板1上的提手插孔105中；圆环形桶上沿202通过立方柱条203连接桶底204，立方柱条203两端分别卡进圆环形桶上沿202和桶底204的正方形齿槽中；立方柱条203内侧和桶底204上方覆有一层杯状的尼龙网205，圆形盖板1架在圆柱形桶身301上。铁签4两端同时穿过倒凹字形提手201，将圆形盖板1与圆柱形网桶2连接在一起。定植海绵5插入定植孔103。
9.进一步地，圆柱形网桶2和圆柱形桶3之间和圆柱形网桶2内均铺有土壤；其中，圆柱形网桶2中的土壤与圆形盖板1之间至少有1cm的间距，圆柱形网桶2内外两侧土壤的体积或质量相等；根据实验需求将土壤动物接种至两桶之间或圆柱形网桶2内。
10.进一步地，移植植物前，先将植物种子包入定植海绵5内催芽，再将植物和定植海绵5一起插入定植孔103中，空闲的定植孔103也塞上定植海绵5以防止土壤动物逃逸。
11.进一步地，铁签4为不锈钢；除尼龙网205、定植海绵5、铁签4之外，其它部件的材料为亚克力板、硬质塑料或pp板；厚度均在3
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5mm之间。
12.进一步地，定植孔103用于植物生长；透气孔104用于空气流通并防止土壤动物逃逸；相邻立方柱条203间距和排水孔302直径由接种的土壤动物体型大小决定，用于增加透气性和透水性，同时也防止土壤动物进入立方柱条203之间缝隙和排水孔302中；定植海绵5用于防止土壤动物从定植孔103中逃逸和移植植物，下方需与土壤接触。
13.进一步地，圆形盖板1的直径为14
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20cm；透气孔104的直径为2
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3mm；定植孔103的直径为1
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2cm；尼龙网205孔径在200
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400目；桶底204的直径为9.4
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15.6cm；长条孔的宽度为2
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3mm；圆环形桶上沿202的外径为10
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16cm，内径为9
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15cm；立方柱条203的长度为13
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19cm，横截面为边长2
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3mm的正方形；相邻立方柱条203间距为2
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5mm；圆柱形桶3的外径为14
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20cm，高度为14
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20cm，且至少比圆柱形网桶2高1cm；排水孔302的直径为2
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3mm；铁签4的直径为2.5
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3mm，长为15
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20cm；定植海绵5的切缝的截面宽1
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1.5cm。
14.进一步地，圆形盖板1由两个半月形盖101和中间的一个圆角矩形盖102组成。定植孔103开在半月形盖101和圆角矩形盖102之间；提手插孔105开在半月形盖101上。
15.进一步地，圆角矩形盖102的宽度为5
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7cm。圆角矩形盖102同一侧的定植孔103圆心相距4
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6cm；提手插孔105位于半月形盖101中轴线上且距离直线边2
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4cm。
16.进一步地，定植海绵5为直径2
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3cm高2
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3cm的圆柱。定植海绵5的切缝沿半径切开。
17.进一步地，圆柱形桶身301为黑色以模拟适宜土壤动物生长的黑暗环境。
18.本实用新型的有益效果如下：
19.1.装置顶部用盖子全部盖住，并留有通气孔和植物定植孔，能够在确保植物正常生长和空气流通不受限制的同时，有效防止土壤动物逃逸。三个盖子可自由活动的设计也能够方便前期土壤填充、植物定植、接种土壤动物、补水补肥、观察土壤动物生活状况以及后期土壤取样；
20.2.圆柱形网桶上两个倒“凹”字形的提手、铁签以及盖子的设计能够在精确控制网桶位置以确保外侧环形区域宽度一致、防止网桶出现上下位移的同时，还能避免顶层盖子与网桶之间出现缝隙，有效防止土壤动物逃逸至另一侧；
21.3.将土壤分为内侧植株生长区和外侧土壤动物活动区域，能够避免外侧土壤动物与植物根系直接接触，同时两侧土壤之间水分和养分流动不受影响，可以进一步探究在不直接接触的情况下土壤动物活动对植物的间接影响。
附图说明
22.图1是本实用新型的试验装置结构示意图；
23.图2是本实用新型的三个盖子结构示意图；
24.图3是本实用新型的圆柱形网桶的结构示意图；
25.图4是本实用新型的圆柱形桶结构示意图；
26.图5是本发明的试验装置纵截面结构示意图；
27.图中：圆形盖板1、圆柱形网桶2、圆柱形桶3、铁签4、定植海绵5、半月形盖101、圆角矩形盖102、定植孔103、透气孔104、提手插孔105、倒凹字形提手201、圆环形桶上沿202、立方柱条203、桶底204、尼龙网205、圆柱形桶身301、排水孔302。
具体实施方式
28.参照附图，对本实用新型的具体结构以及试验实施方式进行详细说明。
29.如图1所示，本实用新型一种适用于研究土壤
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动物
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植物界面过程的试验装置，包括圆形盖板1、圆柱形网桶2、圆柱形桶3、铁签4以及四个圆柱形定植海绵5。圆柱形网桶2位于圆柱形桶3中。本实用新型中除尼龙网205、定植海绵5、铁签4之外，其余所有配件均是由亚克力板、硬质塑料或pp板等材料定制而成，厚度在3
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5mm之间。
30.如图2所示，圆形盖板1由两个半月形盖101和中间的一个圆角矩形盖102组成，每个半月形盖101和圆角矩形盖102之间开有两个定植孔103；圆形盖板1上均匀开有多个透气孔104，两个半月形盖101上各开有一个提手插孔105。对角线位置的两对定植孔103圆心之间的连线交点为圆形盖板1的圆心，以确保四个定植孔103均匀分布在圆形盖板1圆心周围。其中，植物定植孔103用于植物正常生长，透气孔104用于空气流通并防止土壤动物逃逸，提手插孔105用于固定圆柱形网桶。圆形盖板1的直径为14
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20cm；透气孔104的直径为2
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3mm；定植孔103的直径为1
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2cm；四个定植孔103的圆心横向距离为5
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7cm，纵向距离为4
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6cm；提手插孔105位于半月形盖101中轴线上且距离直线边2
‑
4cm。
31.本实施例中，圆形盖板1主要由直径为14cm的圆形板做成，在圆形板上均匀的钻出168个直径3mm的透气孔104以保持透气性并防止土壤动物逃逸。在圆形盖板1的圆心周围切
出四个直径为1.5cm的定植孔103，四个定植孔103的圆心横向距离为5cm，纵向距离为4cm。沿圆形盖板1相邻的两对定植孔103的圆心连线将圆形盖板1切成三块，分别形成两个半月形盖101和一个圆角矩形盖102，并在两个半月形盖101的中轴线上距离直线边2.5cm的位置切出一个长1cm宽0.5cm的长方形的提手插孔105。
32.如图3所示，圆柱形网桶2主要由两个倒凹字形提手201、圆环形桶上沿202、立方柱条203、桶底204以及尼龙网205粘贴组成。桶底204沿外侧圆周边缘开有多个正方形齿槽，且桶底204中间部分还开有多个长条孔；圆环形桶上沿202沿内侧圆周边缘开有多个正方形齿槽；倒凹字形提手201对称装在圆环形桶上沿202，并插入圆形盖板1上的提手插孔105中；圆环形桶上沿202通过立方柱条203连接桶底204，立方柱条203两端分别卡进圆环形桶上沿202和桶底204的正方形齿槽中；立方柱条203内侧和桶底204上方覆有一层杯状的尼龙网205。每个立方柱条203间距为2
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5mm，具体根据接种的土壤动物体型大小决定，以最大程度增加桶壁的透气性和透水性，同时也防止土壤动物进入立方柱条203之间缝隙；立方柱条203内侧和桶底204上方的尼龙网205连接处用胶水固定或用针线缝合封死，以防止土壤动物和植物根系从缝隙中钻入另一侧。其中，尼龙网205孔径在200
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400目，优选350目；桶底204的直径为9.4
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15.6cm；正方形齿槽的宽为2
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3mm，深为2
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3mm，具体尺寸与立方柱条203的横截面保持一致；长条孔的数量为12
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15个，宽度为2
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3mm；圆环形桶上沿202的外径为10
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16cm，内径为9
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15cm；立方柱条203的长度为13
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19cm，横截面为边长2
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3mm的正方形。
33.本实施例中，圆柱形网桶2的桶底204由直径10cm的圆形板做成，沿圆板边缘均匀切出50个宽3mm，深3mm的正方形齿槽，圆板中间均匀切出12个宽度3mm的长条孔，以最大程度保证桶底204的透气透水性能。圆环形桶上沿202用外径10.5cm、内径9.3cm的圆环做成，并在圆环形桶上沿202内侧边缘切出50个与桶底相同的位置、相同数量和相同大小的正方形齿槽，并在圆环形桶上沿202的上方相对的位置粘有两个倒凹字形提手201，倒凹字形提手201外径为边长9mm的正方形，沿底边中间位置切出一个长6mm宽3mm的长方形，形成倒凹字形，倒凹字形提手201能够刚好穿过提手插孔105。桶底204与圆环形桶上沿202之间由50根长度为13cm、横截面为边长3mm正方形的立方柱条203相互连接，每个立方柱条203均能恰好卡入桶底204与圆环形桶上沿202上预先切出来的正方形齿槽中，并用胶水固定，以确保圆柱形网桶2内根系与圆柱形网桶2外侧土壤动物活动范围之间至少存在3mm的间距。
34.如图4所示，圆柱形桶3包括圆柱形桶身301和排水孔302。圆形盖板1外侧架在圆柱形桶3上；圆柱形桶身301底部开有排水孔302，以便于土壤排水。其中，圆柱形桶3的外径为14
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20cm，含底高度为14
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20cm，且至少比圆柱形网桶2高1cm，以保证网桶底部仍有土壤动物的活动空间；排水孔302的直径为2
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3mm，具体根据接种土壤动物的尺寸大小来决定。
35.本实施例中，圆柱形桶3外径14cm，含底高度14cm，底部均匀开出若干个直径3mm的排水孔302以利于土壤排水，同时防止土壤动物逃逸；若圆柱形桶3材料为透明材质，圆柱形桶3外侧壁应贴上一层黑色遮光贴纸防止外界光线透入，以模拟适宜土壤动物生长的黑暗环境。
36.铁签4同时穿过两个倒凹字形提手201，将圆形盖板1与圆柱形网桶2连接在一起。其中，铁签4的直径为2.5
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3mm，长为15
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20cm。
37.本实施例中，铁签4为直径2.5mm长15cm的不锈钢铁签，盖上圆形盖板1后铁签4能够恰好同时穿过两个倒凹字形提手201。
38.定植海绵5在植物定植时直接插入定植孔103，防止土壤动物从定植孔103中逃逸；将定植海绵5沿轴向以半径切开一个截面得到切缝，用于方便大批量移植植物幼苗；定植海绵5下方能够与土壤充分接触即可。其中，定植海绵5为直径2
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3cm高2
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3cm的圆柱，切缝截面的长为2
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3cm，宽为1
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1.5cm。
39.本实施例中，定植海绵5为直径2cm高2cm的海绵圆柱，并沿半径垂直纵向切开一个长2cm，宽1cm的截面。
40.如图5所示，本实用新型的工作过程具体为：
41.先在圆柱形桶3底部均匀铺上至少1cm厚的土壤，使圆柱形网桶2放在土壤上时，圆环形桶上沿202上表面可以与圆柱形桶身301上沿恰好处于同一水平线；然后圆柱形网桶2盖上两个半月形盖101，使倒凹字形提手201穿过提手插孔105，并用铁签4固定住半月形盖101和圆柱形网桶2，将半月形盖101和圆柱形网桶2一起放入圆柱形桶3中，使两个半月形盖101弧形边可以与圆柱形桶3边缘相切，此时圆柱形网桶2可以恰好位于圆柱形桶3的中央位置，两桶之间存在一定间距。之后在圆柱形网桶2内和两桶之间添加土壤，保证圆柱形网桶2内外两侧土壤的体积和质量相等即可；圆柱形网桶2中的土壤与圆形盖板1之间至少有1cm的间距。根据实验需求将土壤动物接种至两桶之间或圆柱形网桶内，待土壤动物接种完成后，再将圆角矩形盖102从侧面推入即可。
42.移植植物幼苗前可先将植物种子包入定植海绵5内部，放置于水或营养液中催芽，待根系即将伸长到海绵底部时，将幼苗和定植海绵5一起插入定植孔103中，使定植海绵5底部与下方土壤接触或插入土壤内部，使植物幼苗根系能够在土壤中自然生长。本实施例的试验装置最多可以种植四棵植株，具体种植数量可根据植株生理特征和根系形态等决定，空闲的定植孔103应塞上定植海绵5以防止土壤动物逃逸。
43.在取样时期，先将铁签4拔出，将圆形盖板1全部打开，并用小铲子小心松动植物根系周围土壤，将植株取出后，双手小心将圆柱形网桶2提出，去除圆柱形网桶2外侧附着的土壤后，轻轻将圆柱形网桶2内土壤倒入干净的容器中并挑出植物根系以及土壤动物，使用人为抖动法或者磷酸缓冲液离心法收集植物根表附着的土壤作为根际土壤样本；若根系布满整个圆柱形网桶2，也可将圆柱形网桶2内所有土壤视为根际土壤，圆柱形网桶2外侧土壤即可全部视为非根际土壤。
44.本实用新型具有以下特点：
45.1.本试验装置具有可拆卸性，可重复利用。
46.2.本试验内外两侧土壤体积基本相等，以消除内外两侧土壤质量不同引起的试验误差，在食物来源充足的情况下，内外两侧土壤均可以供土壤动物长期正常存活。
47.3.网桶的每条方柱厚度为2
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3mm，每条方柱之间的缝隙可自行调整(2
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5mm)，可根据接种土壤动物的平均体宽而设定，目的是为了防止土壤动物靠近直接接触内层尼龙网，以消除尼龙网袋边缘的少量根际土壤对外侧土壤动物产生影响，同时也可以确保内外两侧的土壤水分和养分交换不受限制。
48.4.上层盖子能够在保证空气流通的同时防止土壤动物逃逸，并可以用铁签将盖子与圆柱形网桶固定在一起，以避免桶体下沉导致底层土壤压实影响外侧土壤动物活动，同时圆柱形网桶的圆环形桶上沿可以扩大桶沿与盖子的接触面积，能够进一步避免网桶与盖子之间出现缝隙导致一侧土壤动物越界进入另一侧。
49.5.可先将植物种子包入定植海绵内部并放置于水或营养液中催芽，待种子萌发后将海绵插入盖子上的定植孔中，使海绵底部与下方土壤接触或插入土壤内部，使根系能够伸入土壤中自然生长。该设计有助于大批量快速定植植物幼苗，并可以有效防止内层土壤动物通过定植孔逃逸。