一種研究作物根系構型參數與空間分布的分析方法
【專利摘要】本發明涉及一種研究作物根系生長參數與空間分布的分析方法，可直觀分析根系的空間構型。包括以下步驟：1)對作物根系進行精確完整的取樣，根據田間根系的實際原狀分布位置將土壤剖面細分，將每個土塊單元生長的根系進行清洗，低溫保存；2)應用高分辨率掃描儀對根系進行掃描，以圖片形式保存；3)運用WinRhizo軟件對根系圖片進行分析，得到根長、根直徑和根表面積等根系參數，減少人工測量時出現的誤差；4)根據根長、根直徑和根表面積等根系參數，用Surfer軟件繪制根系空間分布三維圖；5)根據根系分布三維圖，清晰精確的分析根系的空間分布及構型。本發明的有益效果為：操作簡便，分析精確，準確分析根系特征參數及其空間分布特征。
【專利說明】一種研究作物根系構型參數與空間分布的分析方法
【技術領域】
[0001]本發明專利涉及一種研究作物根系構型參數與空間分布的分析方法。
【背景技術】
[0002]土壤中根系的形態和分布不僅影響對養分和水分的吸收，而且影響土壤養分有效性。由于植物生長過程的復雜性、其生長環境特別是根系生長環境的高度時空變異性，在很大程度上限制了對植物根系生長過程和土壤過程的研究和了解。在已有的關于作物根系的研究中，很多工作都是用營養液或石英砂培養在控制條件下進行的短期試驗，無法真正了解作物完整生長發育過程中土壤中根系的生長及其與地上部生長發育的關系。由于根系生長在土壤中，無法直接觀察，要研究田間土壤中生長的根系，就要用不同方法獲取根系。常用方法有根鉆法、整根挖取法及Monolith方法等(Bfihm ff.Methods of studying rootsystems[M].New York:Springer,Berlin Heidelberg, 19791)。不同方法的難易程度不同，所獲取的信息也不同。根鉆法相對簡單，能夠了解不同土層的根長密度，但由于所獲取的是局部根系，所以無法了解整個根系在土壤中的空間分布，更適合于根系在土壤中分布均勻的植物種類的根系研究。對于根系在土壤中分布不均勻的植物，必須要有足夠的取樣點和合理的取樣位置才能夠保證結果接近實際情況；整根挖取法能夠了解整個根系的形態，并獲得根重和根長的信息，但工作量大，并且在挖根和洗根過程中可能會損失大量的決定根長的側根。通過整根挖取法獲取根系并在其后的洗根過程中損失了大量側根，這部分損失的側根的生物量很小，但對總根長的貢獻很大。已有的研究指出，破壞性挖根及洗根會導致大量細根損失，損失量可高達 50% (Pallant E, Holmgren R A, Schuler G E et al.Usinga fine root extraction device to quantify small diameter corn roots(>01025mm)in field soils [J].Plant Soil，1993，153:273-2791)。用 Monolith 方法獲取根系能夠了解根系在土壤中的空間分布，并獲得根系在不同土壤空間的根長密度和根重密度，結果最接近實際，但工作量巨大。本發明的方法吸取了 Monolith方法的優點，但有效解決了此方法工作量巨大的弊端。通過原位小立方體分次立體空間采集根系樣本，分土塊對各個立體方位的土樣的根系進行掃描分析，再首次將工程類應用的立體圖像分析軟件應用于根系空間分布研究，來表征根系在土壤空間X，Y，Z方向的水平、垂直空間分布。
【發明內容】
[0003]本發明專利提出一種研究作物根系構型參數與空間分布的分析方法，解決根系空間分布特征的描述比較模糊，多集中于一維整體參數的分析，不能確定根系田間實際分布位置的具體根系參數值的問題，及根系取樣步驟繁瑣，過程比較粗糙，漏根掉根現象嚴重的問題，彌補了現有技術中的不足之處。
[0004]本發明的技術方案是這樣實現的:
[0005]一種研究作物根系構型參數與空間分布的分析方法，包括以下步驟:
[0006]I)利用小立方原位取根器，對作物根系進行精確全面的取樣，保持根系的原狀分布位置。每IOcm的土壤深度為一層，以體積為10cm*10cm*10cm的正方體土塊為單位，將整個植株根系取出，挖取土壤總深度以理論根系長度為準。將每個土塊中的植物根系挑出并進行清洗，裝入自封袋帶回實驗室，低溫保存；。
[0007]2)將清洗后的根系平放在透明玻璃盤中，向玻璃盤中倒入清水，水量剛好漫過根系為準，并保證根系之間無交叉，將透明玻璃盤置于高分辨率掃描儀上，對根系進行掃描，將根系掃描成圖片形式；
[0008]3)運用WinRhizo軟件對根系的圖片進行分析，可將根長、根直徑和根表面積等根系參數一次分析出，省時省力，減少人工測量時出現的誤差；
[0009]4)根據根長、根直徑和根表面積等根系參數，用Surfer軟件繪制根系空間分布三維圖，以X，Y軸代表同一土層水平方向的坐標，以Z軸代表根系參數的大小,準確表不出根系在土壤空間中的分布；
[0010]5)繪制出根系分布三維圖，可清晰精確的分析根系的空間分布特征及其相應根系參數(XY代表根系在土壤中的坐標，Z值的大小表示根系參數的大小)
[0011]本發明的有益效果為:操作簡便，省時、省工，漏根少，可獲得較為準確、全面的根系信息，利用空間圖像分析軟件可模擬，直觀的表征根系在空間中每個土層的空間分布，可得到根系在田間每個空間單位區域的根系生長發育特征參數及其空間分布構型，最終得到根系空間構型圖
【具體實施方式】
[0012]下面對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0013]一種研究作物根系構型參數與空間分布的分析方法，包括以下步驟:
[0014]I)利用取根器，對作物根系進行精確全面的取樣，保持根系的原狀分布位置，將根系進行清洗，低溫保存:取樣時按照預先畫好的取樣點坐標，以lOcmxlOcm xlOcm大小的土塊為單位，使其與空心立方鋼體I的大小一致。每IOcm為一層，按照根系的水平分布大小確定每一層取樣面積的大小及土塊數。按照根系在土壤中的原狀分布特點，以IOcm xlOcmxlOcm體積大小的立方體為單位，能將整個根系分塊取出，最后拼接成整個根系結構。同時能計算出土壤容重、土壤含水量、根長密度、根系表面積密度、根系總長度、根系總表面積及其在土壤中的橫向與縱向分布；
[0015]2)應用高分辨率掃描儀對根系進行掃描，將根系掃描成圖片形式(jpeg格式):將清洗后的根系無重疊的擺放在透明玻璃板上，滴入清水，使其漫過根系(保證微小細根分展開)，然后將根系掃描成分辨率為300dpi的圖片，輸入電腦，以備進行根系分析；
[0016]3)運用WinRhizo根系軟件對根系的圖片進行分析:將根系掃描后的圖片輸入WinRhizo根系分析軟件，可將根長、根直徑和根表面積等根系參數一次分析出，省時省力，減少人工測量時出現的誤差；
[0017]4)用Surfer軟件繪制根系空間分布三維圖:根據根長、根直徑和根表面積等根系參數，以田間取樣時水平方向(X方向與Y方向)為坐標軸，以根系參數值為Z軸，將根系參數繪制成三維等值線圖，準確表示出根系在土壤空間中的分布；
[0018]5)根據繪制出的根系分布三維圖，能準確表示出在土壤空間中某一確定位點的根系參數值，可清晰精確的分析出不同土層及同一土層不同水平方向上根系的空間分布特征。
[0019]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種研究作物根系構型參數與空間分布的分析方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)利用取根器，對作物根系進行精確全面的取樣，保持根系的原狀分布位置，將根系進行清洗，低溫保存； 2)應用高分辨率掃描儀對根系進行掃描，將根系掃描成圖片形式； 3)運用WinRhizo軟件對根系的圖片進行分析，可將根長、根直徑和根表面積等根系參數一次分析出，省時省力，減少人工測量時出現的誤差； 4)根據根長、根直徑和根表面積等根系參數，用Surfer軟件繪制根系空間分布三維圖，準確表示出根系在土壤空間中的分布； 5)繪制出根系分布三維圖，可清晰精確的分析根系的空間分布特征及其相應根系參數。
【文檔編號】G01N1/04GK103728418SQ201310746739
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月31日 優先權日:2013年12月31日
【發明者】馬瑋, 趙明, 王新兵 申請人:馬瑋