一种研究作物根系构型参数与空间分布的分析方法
【专利摘要】本发明涉及一种研究作物根系生长参数与空间分布的分析方法，可直观分析根系的空间构型。包括以下步骤：1)对作物根系进行精确完整的取样，根据田间根系的实际原状分布位置将土壤剖面细分，将每个土块单元生长的根系进行清洗，低温保存；2)应用高分辨率扫描仪对根系进行扫描，以图片形式保存；3)运用WinRhizo软件对根系图片进行分析，得到根长、根直径和根表面积等根系参数，减少人工测量时出现的误差；4)根据根长、根直径和根表面积等根系参数，用Surfer软件绘制根系空间分布三维图；5)根据根系分布三维图，清晰精确的分析根系的空间分布及构型。本发明的有益效果为：操作简便，分析精确，准确分析根系特征参数及其空间分布特征。
【专利说明】一种研究作物根系构型参数与空间分布的分析方法
【技术领域】
[0001]本发明专利涉及一种研究作物根系构型参数与空间分布的分析方法。
【背景技术】
[0002]土壤中根系的形态和分布不仅影响对养分和水分的吸收，而且影响土壤养分有效性。由于植物生长过程的复杂性、其生长环境特别是根系生长环境的高度时空变异性，在很大程度上限制了对植物根系生长过程和土壤过程的研究和了解。在已有的关于作物根系的研究中，很多工作都是用营养液或石英砂培养在控制条件下进行的短期试验，无法真正了解作物完整生长发育过程中土壤中根系的生长及其与地上部生长发育的关系。由于根系生长在土壤中，无法直接观察，要研究田间土壤中生长的根系，就要用不同方法获取根系。常用方法有根钻法、整根挖取法及Monolith方法等(Bfihm ff.Methods of studying rootsystems[M].New York:Springer,Berlin Heidelberg, 19791)。不同方法的难易程度不同，所获取的信息也不同。根钻法相对简单，能够了解不同土层的根长密度，但由于所获取的是局部根系，所以无法了解整个根系在土壤中的空间分布，更适合于根系在土壤中分布均匀的植物种类的根系研究。对于根系在土壤中分布不均匀的植物，必须要有足够的取样点和合理的取样位置才能够保证结果接近实际情况；整根挖取法能够了解整个根系的形态，并获得根重和根长的信息，但工作量大，并且在挖根和洗根过程中可能会损失大量的决定根长的侧根。通过整根挖取法获取根系并在其后的洗根过程中损失了大量侧根，这部分损失的侧根的生物量很小，但对总根长的贡献很大。已有的研究指出，破坏性挖根及洗根会导致大量细根损失，损失量可高达 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 方法获取根系能够了解根系在土壤中的空间分布，并获得根系在不同土壤空间的根长密度和根重密度，结果最接近实际，但工作量巨大。本发明的方法吸取了 Monolith方法的优点，但有效解决了此方法工作量巨大的弊端。通过原位小立方体分次立体空间采集根系样本，分土块对各个立体方位的土样的根系进行扫描分析，再首次将工程类应用的立体图像分析软件应用于根系空间分布研究，来表征根系在土壤空间X，Y，Z方向的水平、垂直空间分布。
【发明内容】
[0003]本发明专利提出一种研究作物根系构型参数与空间分布的分析方法，解决根系空间分布特征的描述比较模糊，多集中于一维整体参数的分析，不能确定根系田间实际分布位置的具体根系参数值的问题，及根系取样步骤繁琐，过程比较粗糙，漏根掉根现象严重的问题，弥补了现有技术中的不足之处。
[0004]本发明的技术方案是这样实现的:
[0005]一种研究作物根系构型参数与空间分布的分析方法，包括以下步骤:
[0006]I)利用小立方原位取根器，对作物根系进行精确全面的取样，保持根系的原状分布位置。每IOcm的土壤深度为一层，以体积为10cm*10cm*10cm的正方体土块为单位，将整个植株根系取出，挖取土壤总深度以理论根系长度为准。将每个土块中的植物根系挑出并进行清洗，装入自封袋带回实验室，低温保存；。
[0007]2)将清洗后的根系平放在透明玻璃盘中，向玻璃盘中倒入清水，水量刚好漫过根系为准，并保证根系之间无交叉，将透明玻璃盘置于高分辨率扫描仪上，对根系进行扫描，将根系扫描成图片形式；
[0008]3)运用WinRhizo软件对根系的图片进行分析，可将根长、根直径和根表面积等根系参数一次分析出，省时省力，减少人工测量时出现的误差；
[0009]4)根据根长、根直径和根表面积等根系参数，用Surfer软件绘制根系空间分布三维图，以X，Y轴代表同一土层水平方向的坐标，以Z轴代表根系参数的大小,准确表不出根系在土壤空间中的分布；
[0010]5)绘制出根系分布三维图，可清晰精确的分析根系的空间分布特征及其相应根系参数(XY代表根系在土壤中的坐标，Z值的大小表示根系参数的大小)
[0011]本发明的有益效果为:操作简便，省时、省工，漏根少，可获得较为准确、全面的根系信息，利用空间图像分析软件可模拟，直观的表征根系在空间中每个土层的空间分布，可得到根系在田间每个空间单位区域的根系生长发育特征参数及其空间分布构型，最终得到根系空间构型图
【具体实施方式】
[0012]下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0013]一种研究作物根系构型参数与空间分布的分析方法，包括以下步骤:
[0014]I)利用取根器，对作物根系进行精确全面的取样，保持根系的原状分布位置，将根系进行清洗，低温保存:取样时按照预先画好的取样点坐标，以lOcmxlOcm xlOcm大小的土块为单位，使其与空心立方钢体I的大小一致。每IOcm为一层，按照根系的水平分布大小确定每一层取样面积的大小及土块数。按照根系在土壤中的原状分布特点，以IOcm xlOcmxlOcm体积大小的立方体为单位，能将整个根系分块取出，最后拼接成整个根系结构。同时能计算出土壤容重、土壤含水量、根长密度、根系表面积密度、根系总长度、根系总表面积及其在土壤中的横向与纵向分布；
[0015]2)应用高分辨率扫描仪对根系进行扫描，将根系扫描成图片形式(jpeg格式):将清洗后的根系无重叠的摆放在透明玻璃板上，滴入清水，使其漫过根系(保证微小细根分展开)，然后将根系扫描成分辨率为300dpi的图片，输入电脑，以备进行根系分析；
[0016]3)运用WinRhizo根系软件对根系的图片进行分析:将根系扫描后的图片输入WinRhizo根系分析软件，可将根长、根直径和根表面积等根系参数一次分析出，省时省力，减少人工测量时出现的误差；
[0017]4)用Surfer软件绘制根系空间分布三维图:根据根长、根直径和根表面积等根系参数，以田间取样时水平方向(X方向与Y方向)为坐标轴，以根系参数值为Z轴，将根系参数绘制成三维等值线图，准确表示出根系在土壤空间中的分布；
[0018]5)根据绘制出的根系分布三维图，能准确表示出在土壤空间中某一确定位点的根系参数值，可清晰精确的分析出不同土层及同一土层不同水平方向上根系的空间分布特征。
[0019]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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种研究作物根系构型参数与空间分布的分析方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)利用取根器，对作物根系进行精确全面的取样，保持根系的原状分布位置，将根系进行清洗，低温保存； 2)应用高分辨率扫描仪对根系进行扫描，将根系扫描成图片形式； 3)运用WinRhizo软件对根系的图片进行分析，可将根长、根直径和根表面积等根系参数一次分析出，省时省力，减少人工测量时出现的误差； 4)根据根长、根直径和根表面积等根系参数，用Surfer软件绘制根系空间分布三维图，准确表示出根系在土壤空间中的分布； 5)绘制出根系分布三维图，可清晰精确的分析根系的空间分布特征及其相应根系参数。
【文档编号】G01N1/04GK103728418SQ201310746739
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】马玮, 赵明, 王新兵 申请人:马玮