一种快速测定田间根系的方法

1.本发明属于根系测定技术领域，具体涉及一种快速测定田间根系分布的方法。


背景技术：

2.为了测定植株的根系，目前普遍做法是采用挖掘、土钻的方式，例如1米深度范围内需要取10层或者更多的土样，获得的土样需要进一步清洗处理，因此，这些传统方法效率低、破坏性大且可重复性差；另一种原位测量方法是设置根管，让根系在管道周围生长，但是，这种方式会导致根系生长环境遭到破坏，不是根系生长的自然状态，而且数据分析效率低。
3.根系电容法是目前在田间作物根系测量中应用较多的原位无损测量方法，一般通过在植物茎中插入正电极和在土壤中插入负电极来测量根系电容，并根据根系电容和根系特征之间的关系来测量根系大小。但是通过在植物茎中插入电极的方式测得的根系电容与根系之间的关系不稳定，且只能反映整个根系的大小，无法反映出根系在不同土壤层次的分布情况，不能有效获取关键根系信息。


技术实现要素：

4.本发明为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种快速测定田间根系分布的方法，能够实现对根系分布的原位无损测量，通过测量土壤的电容可快速确定根系分布情况。
5.本发明采用的具体技术方案是：
6.一种快速测定田间作物根系分布的方法，在土壤剖面中沿垂直方向预埋多组正负配对电极，在预定的土壤水分及植株生育期条件下，采用如下步骤进行测定：
7.步骤a：借助电极在一定时间间隔t下通过电极获得低频下土壤电容的变化量或者获得某一时间点的高频下土壤电容；
8.步骤b：根据现有预测模型将测得的土壤电容转换成植株根系特征参数；
9.步骤c：结合不同土壤层次的深度信息与植株根系特征参数，获得根系特征在土壤中的分布情况。
10.还包括现有预测模型建立方法：
11.步骤1，选定多个植株进行测量，分别在各选定植株旁设置测量剖面，在测量剖面的不同土壤层中设置电极，在一定时间间隔t下通过电极获得低频下土壤电容的变化量或者获得某一时间点的高频下土壤电容；
12.步骤2，对该植株所在的土壤层逐层取样，并取出该土壤层中的植株根系样品并测量根系特征，完成各土壤层中根系特征的获取；
13.步骤3，结合测量得到的土壤电容与对应土壤层中根系特征，建立土壤电容预测根系特征的关系模型。
14.所述步骤1中，低频测量中植株的选择标准为同一土壤上生长的同种作物，利用不
同品种和/或灌溉措施创造不同根系特征，选定在相同生育期的多个植株。
15.所述步骤1中，高频测量中植株的选择标准为同一土壤上生长的同种作物，利用不同品种创造不同根系特征，作物没有经历严重干旱胁迫，即土壤含水量未低于田间持水量的65％，高频测量时土壤含水量达到田间持水量的75％以上，在相同生育期选定多个植株。
16.所述步骤a中，低频下土壤电容的测量时间间隔为t，t的取值范围5-7天；对低频下土壤电容首测获得ec1，经过时间间隔t后测量获得ec2，两者的差值
△
ec＝ec1-ec2，通过现有预测模型确定
△
ec和根系特征的关系，反算出根系特征。
17.所述植株根系特征参数包括根系长度、生物量、表面积或体积特征。
18.土壤层厚度h为10cm，土壤分层总深度为h，其中10h≤h≤20h，取样的开始层为自地面开始深度为1h的土层。
19.所述低频为低于100hz的低频频率，所述高频为高于50khz的高频频率。
20.低频下所述预定的土壤水分条件为土壤含水量低于田间持水量，预定的植株生育期条件为植株开花和灌浆期。
21.高频下所述预定的土壤水分条件为土壤含水量在田间持水量的75％以上，预定的植株生育期条件为植株的全生育期。
22.本发明的有益效果是：
23.本发明采用预埋电极的方式直接测量植株所在土壤的电容，再通过与现有预测模型比对的方式获取到植株根系特征参数，从而通过测量土壤的电容可快速确定根系分布情况，提高了测量效率，可实现对根系分布的原位测量。
附图说明
24.图1为充分和干旱胁迫条件下土壤电容和根系生物的关系
25.图2充分供水条件下土壤电容和根系长度的关系
具体实施方式
26.下面对本发明作进一步说明：本发明通过原位测量的方式，获得了测量效率高、破坏性小以及可重复性高的效果，具体的本发明为一种快速测定田间作物根系分布的方法，在土壤剖面中沿垂直方向预埋多组正负配对电极，在预定的土壤水分及植株生育期条件下，采用如下步骤进行测定：
27.步骤a：借助电极在一定时间间隔t下通过电极获得低频下土壤电容的变化量或者获得某一时间点的高频下土壤电容；
28.步骤b：以现有预测模型将测得的土壤电容转换成植株根系特征参数；
29.步骤c：结合不同土壤层次的深度信息与植株根系特征参数，获得根系特征在土壤中的分布情况。
30.所述电极在竖直方向上呈等间距的阵列式排列，电极水平插放或竖直插放，在植株生长过程中根系生长经过正负配对的电极之间，使得通过电极测得的土壤读数变化，进而反映出该电极之间的根系特征。
31.前期试验表明，低频下土壤电容数值与根系特征负相关，与土壤水分和离子正相关，在无降雨和灌溉情况下，连续测量不同时间的低频土壤电容变化，这些变化就是由根系
生长吸收导致的。
32.基于前期试验可以确定，在一定时间间隔t内低频下测量得到的土壤电容的变化是由待测植株根系吸收土壤水分和离子引起的，当限制测定时期为植株开花后，即在植株开花和灌浆期，此时植株根系停止生长，那么一段时间内的土壤电容变化就是由根系吸收导致的，因此在获取到一定时间间隔t内电容变化量之后，通过与现有预测模型进行比对即可获得该电容变化量所对应的根系特征参数。
33.当土壤水分达到田间持水量的75％以上时，而没有受到干旱胁迫的作物根系特征与湿润条件的高频土壤电容正相关，说明在此条件下土壤电容可直接测量根系特征。
34.当获取到根系特征后，结合电极预埋位置，即可获得在电极布设空间上的根系分布情况。
35.表1：本发明实施测量的条件
[0036][0037]
注：成对设置的正负电极之间为一个测量点位。
[0038]
进一步的，本发明还包括现有预测模型建立方法：
[0039]
步骤1，选定多个植株进行测量，分别在各选定植株旁设置测量剖面，在测量剖面的不同土壤层中设置电极，在一定时间间隔t下通过电极获得低频下土壤电容的变化量或者获得某一时间点的高频下土壤电容；
[0040]
步骤2，对该植株所在的土壤层逐层取样，并取出该土壤层中的植株根系样品并测量根系特征，完成各土壤层中根系特征的获取；
[0041]
步骤3，结合测量得到的土壤电容与对应土壤层中根系特征，建立土壤电容预测根系特征的关系模型。
[0042]
表2：本发明预测模型建立时的测量条件
[0043][0044]
所述植株根系特征参数包括根系长度、生物量、表面积或体积特征。
[0045]
土壤层厚度h为10cm，土壤分层总深度为h，其中10h≤h≤20h，取样的开始层为自
地面开始深度为1h的土层。
[0046]
本发明通过预先建立不同土壤水分条件下不同品种、不同生育期的根系和土壤电容的模型，包括创造不同土壤水分条件，在预测模型建立时，对选定植株测量带有根系的土壤电容30个点以上，收集并测量根系样品，测定植株根系特征参数，从而建立现有预测模型，该预测模型如图1中的重点展示低频电容和根系特征的关系，其中植物的生物量(根系干重)等与土壤电容读数线性相关，图2中展示了不同品种小麦包括冀麦38、冀麦22、晋麦47和石新633的根系特征，其中重点展示了根系长度与高频土壤电容读数之间呈现线性相关。
[0047]
具体实施例：在预测模型建立后，通过实测的土壤电容读数即可获取对应该电容读数的根系特征。以高频下土壤电容测量后反算出根系特征与实测根系特征的比较为例，如下表所示。
[0048]
表3：
[0049]