一种基于示踪技术检测作物根系水分来源的方法与流程

一种基于示踪技术检测作物根系水分来源的方法
1.技术领域
2.本发明涉及一种基于示踪技术检测作物根系水分来源的方法，属于水利测量技术领域。
3.

背景技术：

4.植物茎干组织中的水分来自于植物所能利用的各种水分来源，如土壤水、降水、地下水等，其中土壤水是植物最重要的水分来源。由于地质构造的差异性、水文地质结构的复杂性和生境的异质性，不同植物的水分来源在时空上相差悬殊。土壤水分受降雨入渗、灌溉、蒸发、地下水补给等共同作用，变化复杂。入渗是在降雨或灌溉条件下，水分通过土壤表面垂直或水平进入土壤的过程。地下水补给是地下水在土层下部沿土壤毛细管进入土壤的过程。
5.根系对植物的生长及产量的形成至关重要，植物通过根系吸收土壤中的水分和养分以满足生长发育的需求，尤其在水分亏缺条件下根系的生长更是植物吸水和获得高产的关键。干旱和涝胁迫均会影响根系的生长发育、改变根系吸收水分和养分的能力。由于土壤水文系统的复杂性以及植物根系吸水过程中的时空变异性，量化各种水源对植物的贡献比例，对于认识多个水源对植物水分利用的贡献率具有重要意义。
6.采用示踪剂可以较好地示踪水分在作物、土壤中的运移路径，对作物与土壤中水分的运移路径进行示踪研究，可以在不扰动土壤的前提下对水分的运移进行示踪。
7.以往研究主要集中在利用稳定同位素技术研究作物根系吸水深度、水分利用来源及利用比例，而没有关于利用其他示踪剂对作物根系水分利用的研究，进而提供一种基于示踪技术检测作物根系水分来源的方法。
8.

技术实现要素：

9.本发明的目的是提供一种基于示踪技术检测作物根系水分来源的方法，通过模拟降水入渗补给、地下水毛管上升补给土壤水与作物生长的过程，利用示踪技术进一步推导出作物根系水分来源类型及比例，其推算结果误差小，且便于操作。
10.本发明针对现有技术存在的不足，提供了一种基于示踪技术检测作物根系水分来源的方法，具体包括以下步骤：步骤一、从采样地点采集原状土样做成试验原状土柱；步骤二、取至少三种示踪剂分别加入水中，分别制成等浓度溶液；步骤三、将第1种示踪剂溶液以人工降雨的形式使其入渗到土柱中，模拟降水积水入渗补给土壤水，用第2种示踪剂溶液模拟地下水系统，通过毛管上升补给土壤水，直至试验原状土柱中的土壤水达到饱和状态，然后静置使其处于近自然状态；
步骤四、在试验原状土柱中种植作物，构建作物生长模型；步骤五、将第3种示踪剂溶液同样以人工降雨的形式灌溉作物，并采集作物茎干水样；步骤六、重复步骤五直至将第n种示踪剂溶液同样以人工降雨的形式灌溉作物，通过测定采集水样中示踪剂的含量与种类，解析作物根系水分的来源与比例。
11.优选的是，本发明步骤一得到的试验原状土柱为一种近自然状态的土壤形态。
12.优选的是，本发明步骤二的示踪剂不被土壤颗粒吸附。
13.优选的是，本发明步骤三的试验原状土柱中的土壤水达到饱和状态，然后静置使其处于近自然状态为作物适宜生长的土壤含水量范围。
14.优选的是，本发明步骤四的作物生长模型包括人工降雨系统、实验土柱、作物、地下水模拟系统。
15.优选的是，本发明每次人工模拟降雨投放1种同一浓度的不同示踪剂，其中，第1次模拟降雨投放示踪剂t1，第2次模拟降雨投放示踪剂t2，第n次模拟降雨投放示踪剂tn。
16.优选的是，本发明作物根系水分来源类型及比例的具体计算方法为：pi=[ci/(c1 c2
…
ci)]
×
100%；其中，pi为水样中第i种水源的比例，ci为第i种示踪剂在水样中的浓度，i=3，4，
……
，n。
[0017]
优选的是，本发明水分来源的类型包括地下水、土壤水、第i次人工降水。
[0018]
本发明的有益效果为：本发明通过模拟降水入渗补给、地下水毛管上升补给土壤水与作物生长的过程，通过检测水样中示踪剂的含量与种类，解析出作物根系水分的来源类型及比例。根据本方法得出的作物根系对各个水源利用比例准确性高，局限性小。
[0019]
附图说明
[0020]
图1为本发明一种基于示踪技术检测作物根系水分来源的方法实验模拟装置结构示意图。
[0021]
其中，1：降雨模拟装置；2：土柱模拟装置；2-1：原状土；2-2：有机玻璃圆柱体；2-3：土工布；2-4：砂砾石；3：地下水模拟装置；3-1：马氏瓶；3-2：导管；4：采集孔；5：作物。
[0022]
具体实施方式
[0023]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0024]
一种基于示踪技术检测作物根系水分来源的方法，包括以下步骤：步骤一、从采样地点采集原状土样做成试验原状土柱；得到的试验原状土柱为一种近自然状态的土壤形态。
[0025]
步骤二、取至少三种示踪剂分别加入水中，分别制成等浓度溶液；本发明选取的示踪剂不被土壤颗粒吸附。
[0026]
步骤三、将第1种示踪剂溶液以人工降雨的形式使其入渗到土柱中，模拟降水积水入渗补给土壤水，用第2种示踪剂溶液模拟地下水系统，通过毛管上升补给土壤水，直至试验原状土柱中的土壤水达到饱和状态，然后静置使其处于近自然状态为作物适宜生长的土壤含水量范围。
[0027]
步骤四、在试验原状土柱中种植作物，构建作物生长模型；本发明的作物生长模型包括人工降雨系统、实验土柱、作物、地下水模拟系统。
[0028]
步骤五、将第3种示踪剂溶液同样以人工降雨的形式灌溉作物，并采集作物茎干水样；步骤六、重复步骤五直至将第n种示踪剂溶液同样以人工降雨的形式灌溉作物，通过测定采集水样中示踪剂的含量与种类，解析作物根系水分的来源与比例。
[0029]
本发明每次人工模拟降雨投放1种同一浓度的不同示踪剂，其中，第1次模拟降雨投放示踪剂t1，第2次模拟降雨投放示踪剂t2，第n次模拟降雨投放示踪剂tn。
[0030]
本发明作物根系水分来源类型及比例的具体计算方法为：pi=[ci/(c1 c2
…
ci)]
×
100%；其中，pi为水样中第i种水源的比例，ci为第i种示踪剂在水样中的浓度，i=3，4，
……
，n。
[0031]
本发明水分来源的类型包括地下水、土壤水、第i次人工降水。
[0032]
如图1所示，在有机玻璃圆柱体2-2内填充原状土2-1得到土柱模拟装置2，原状土2-1的上部栽培作物5，原状土2-1的下部布设土工布2-3，土工布2-3的下部布设砂砾石2-4，有机玻璃圆柱体2-2的侧壁通过导管3-2与马氏瓶3-1连接，马氏瓶3-1、导管3-2构成了地下水模拟装置3，位于填充有原状土2-1的土柱模拟装置2的侧壁上设置有若干个采集孔4，土柱模拟装置2的上部设置降雨模拟装置1。
[0033]
在上述实施例中，本发明通过构建作物生长模型，采用示踪技术，探讨了作物根系的水分来源类型、并定量计算作物根系对不同水源的利用比例，对于阐明作物水分利用机理具有重要作用，制定合理的灌溉制度，提高作物水分利用效率和节水灌溉等均有重要意义。
[0034]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。