一种土壤水分有效性的判断方法

本发明涉及土壤水分活性检测，特别涉及一种土壤水分有效性的判断方法。

背景技术：

1、一般说来，土壤中的水分可以用土壤含水量和土壤水势来表示。土壤含水量是单位重量土壤中水的重量或单位体积土壤中水分的体积，土壤相对含水量是土壤某一含水量占该土壤最大含水量的百分比。土壤水势是在等温条件下从土壤中提取单位水分所需要的能量，常用的单位是千帕(kpa)，土壤水分饱和时，如果水分含有的渗透物质忽略不计，土壤水势接近零。含水量低于饱和状态，水势为负值，土壤越干旱，水势的绝对值越大。一般植物可以生存的土壤水势在0至-1500kpa(-1.5mpa)。含水量不能准确表示土壤的干旱程度，即不能准确表达对植物的有效性。相同的15％的含水量，沙土已相当湿润，大多植物可以生长，而黏土几乎已经很干，大多植物无法生存。土壤水势与土壤性质关系不大，-1000kpa的土壤都很干旱，-50kpa的土壤都很湿润。人们谈到的干旱，不是土壤本身的含水多少，而是和植物结合起来说的。就拿“旱灾”一词来说，是指土壤缺水对植物造成的伤害。因此，无论是绝对含水量还是相对含水量都无法判断土壤的干旱程度。

技术实现思路

1、本发明为了弥补现有技术的不足，提出了一个土壤和植物密切结合，能够准确表示土壤水分对植物有效性的指标，也就是植物根系和土壤相接触的界面层的水势，简称“土根界面水势”，并提供了一种土壤水分有效性的判断方法。

2、本发明是通过如下技术方案实现的：

3、一种土壤水分有效性的判断方法，包括以下步骤：

4、s100建立植物蒸腾作用的模拟电路图,所述模拟电路图中土壤水势ψsoil到植物的叶片需要先克服土根界面导水阻抗rs-r,来到土根界面层形成土根界面水势ψs-r，如果ψs-r高，水分就会源源不断地进入植物体内，克服植物体内水阻抗rp，一部分水分储存起来形成叶片蓄水容量cs，一部分水通过的木质部的水势ψx，克服气孔抵抗rl，最后通过蒸腾作用排出体外，形成植物总蒸腾量e；

5、s200根据模拟电路得土根界面水势ψs-r＝ψx+erp，式中ψx为植；

6、s300,计算植物蒸腾量计算植物蒸腾量e＝a(es-ea)/r＝ag(es-ea)，式中，r为单位叶面积气体交换时的叶子气孔阻抗；g为单位叶面积气孔导度，是r的倒数；a是叶面积；(es-ea)为叶片蒸腾表面和空气之间的水汽浓度差；则ψs-r＝ψx+(es-ea)garp(3)；

7、s400，令b＝(es-ea)garp，并分别测定充分灌水条件下的土根界面水势ψx[w]和干旱条件下的土根界面水势ψs-r[d]，得

8、ψs-r[d]＝ψx[d]+g[d]b，

9、

10、将b带入计算ψs-r[d]的式中得ψs-r[d]即干旱条件下的ψs-r，

11、

12、所述充分灌水条件为按照植株的常规管理方法充足灌水，所述干旱条件为停止灌水，直至植株叶片发生萎蔫现象，再次适量灌水后停水，直至再次萎蔫。

13、所述植物体水流通道的木质部的水势ψx利用压力箱测定。

14、还包括获取土根界面导水率γs-r的步骤，所述γs-r为土根界面水阻率ρs-r的倒数，根据所述模拟电路有-ψs-r＝ers-r，式中rs-r为土根界面导水阻抗；

15、式中ρs-r为土根界面水阻率，ls-r为土根界面距离，sr为根表面积，将所述rs-r带入-ψs-r＝ers-r可得

16、

17、所述ls-r为土粒球体和根与土粒球体切面之间所夹的空间的平均高度，加上根与根与土粒球体切面之间的空间的平高度。

18、所述土根界面距离ls-r通过以下方法测得，

19、首先利用土粒球体体积外切立方体积的一半与土粒球体体积的一半之差测得土粒球体和根与土粒球体切面之间所夹的空间的平均高度，lp＝(6rp-π)/6，式中rp为土粒球体半径；

20、然后利用根与切面相夹的空间纵向切割面面积s测得根与根与土粒球体切面之间的空间的平高度lr。

21、所述rr用根系扫描仪测得根粗细，求得根系的平均半径。

22、所述sr根据根体积和根长度计算。

23、所述根系体积采用水分置换法测得。

24、本发明具有以下技术效果：

25、现有的一些指标无法准确判断土壤的干旱程度，本发明将土壤、植物、大气看作是一个连续的整体，将其用电路图的形式表达出来并且进行计算，更能准确的表示土壤和植物根系之间的水势关系，即土根界面水势。由于土根界面水势与植物根系的表面积有关，因此将土壤和植物的根模拟为球体和圆柱体，通过公式计算充分体现了土根界面水势与植物根系的表面积之间的关系，即土根界面导水率。

技术特征：

1.一种土壤水分有效性的判断方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的土壤水分有效性的判断方法，其特征在于：所述充分灌水条件为按照植株的常规管理方法充足灌水，所述干旱条件为停止灌水，直至植株叶片发生萎蔫现象，再次适量灌水后停水，直至再次萎蔫。

3.根据权利要求1所述的土壤水分有效性的判断方法，其特征在于：所述植物体水流通道的木质部的水势ψx利用压力箱测定。

4.根据权利要求1所述的土壤水分有效性的判断方法，其特征在于：还包括获取土根界面导水率γs-r的步骤，所述γs-r为土根界面水阻率ρs-r的倒数，根据所述模拟电路有

5.根据权利要求4所述的所述的土壤水分有效性的判断方法，其特征在于：所述土根界面距离ls-r通过以下方法测得，

6.根据权利要求5所述的土壤水分有效性的判断方法，其特征在于：所述rr用根系扫描仪测得根粗细，求得根系的平均半径。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的土壤水分有效性的判断方法，其特征在于：所述sr根据根体积和根长度计算。

8.根据权利要求1至6任意一项所述的土壤水分有效性的判断方法，其特征在于：所述根系体积采用水分置换法测得。

技术总结
本发明公开了一种土壤水分有效性的判断方法，首先绘制植物蒸腾作用的模拟电路图，然后根据模拟电路图，通过测定单位叶面积气体交换时的叶子气孔阻抗、单位叶面积气孔导度、叶面积、木质部的水势，计算土根界面水势表示土壤水分有效性。

技术研发人员：徐会连,王福荔,徐启聪,秦斐斐,常婷婷,贺波,郝博雯,井海荣,蔡瑞涛,杨玉红,孙建东,孔孟孟,张秀君,隋欣,谭晓军,谷劲松,杨欣超,郑晓峰,冯春香
受保护的技术使用者：济南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14