一种适用于高寒草地植物根系物候的划分方法

专利2025-07-01  2


本发明涉及植物根系物候期划分,具体涉及一种适用于高寒草地植物根系物候的划分方法,具体应用于气候变暖对高寒草地植物根系的影响。


背景技术:

1、物候是植物为适应气候条件变化相应形成的生长发育节律,根系是植物吸收利用土壤中养分资源的重要组成器官,尤其是对生产力主要集中在地下部分的高寒草甸来说。目前关于气候变暖下和人为干扰对草地生态系统物候的影响的研究多集中于地上部分,但是根系作为高寒草甸植物的主要碳源存储,由于地下根系的不可直接观测性以及复杂脆弱性,对地下根系生长动态及物候却很少受到关注,地下物候的研究也相对较少,特别是在青藏高原这一特殊高寒区域。因此,根系物候的研究能更全面的掌握草地生态系统生产力对气候变暖的响应机制,为地上-地下物候同步性方面的研究提供思路和参考,更好的预测和掌握未来全球变化背景下高寒草地植被适应对策研究和退化草地的恢复治理提供理论支持。

2、目前,多数研究只关注了植物地上部分的物候特征,而草地生态系统植物的资源获取有一大部分是在地下完成的,仅仅依靠地上物候变化趋势难以完全掌握植物群落物候在气候变化和人为干扰下的变化规律。因此,根系物候的研究对根系生态学的发展具有重要的理论和应用价值。现有的研究多数采用根系生长速率划分地下物候的方式,且多应用用于森林生态系统,并不适用于青藏高原草地生态系统根系的研究。因此,本专利结合微根窗根系观测系统,制定了一种根系物候的划分方法。

3、微根窗技术是一种非破坏性、定点直接观察和研究植物根系的方法,是活体根系监测,根系动态生长监测最主要的方法。其最大优点是在不干扰细根生长过程的前提下,能连续监测单个细根从出生到死亡的变化过程,也能记录细根乃至根毛和菌根的生长、生产和物候等特征,是估计生态系统地下c分配和n平衡研究的有效方法,结合所提供根系分析软件(微根窗根系观测系统),能够将根系相关数据定量化,包括根的长度、面积、根尖数量、直径分布格局、死亡根及存活根数量等等。还可以根据用户需求监测土壤水分状况,从而研究根系所在区域内溶质运移及水分胁迫所引起的生理变化,广泛运用于苗木培养、作物生长模型研究、根系病理分析、昆虫行为生态等领域。btc-100根系生长动态监测系统就是这一技术的具体应用。

4、综上所述,基于微根窗根系观测系统,追踪根系生长获取的数据,介绍一种适用于高寒草地植物根系物候的划分方法。


技术实现思路

1、为了解决上述技术问题,本发明基于微根窗根系观测系统,追踪根系生长获取的数据,以监测到的根系长度及根系生长的累积量在生长季(4-10月)的变化为依据,并结合植物地上部分常规观测的物候期(萌发期(返青期),生长期(现蕾期、开花期和结实期),休眠期(枯黄期))。其目的是提供一种适用于高寒草地植物根系物候的划分方法。

2、本发明保护一种适用于高寒草地植物根系物候的划分方法,具体包括如下步骤:

3、步骤1,试验样地设计:选取植物群落及生长良好的高寒天然草地,进行样地布置,设计5个处理,每个处理10个重复,共计50个试验样地,每个试验样地通过土钻及其配套固定工具,钻取1个与水平面夹角45°,深度70~75cm,直径7cm的孔洞,备用;

4、步骤2,微根管的安装:将50套,长100cm,直径6.4cm的微根管安装于上述孔洞中,备用;

5、步骤3,植物根系观测:待根系微根管周围的空间定植及营养水平,尽可能地恢复到扰动前的水平时进行植物根系观测;观测为按照每月一次全年连续观测的形式进行,冬季适当减少观测频率,并同时获取0-55cm土层根系在全年的生长动态;

6、步骤4,土层根系生长动态采集:首先将包裹在微根管地上部分的锡箔纸打开,取下微根管顶部黑色扣盖,等待10~15min,使得微根管内的温湿度与外界环境充分交换,达到微根管内外环境的平衡,然后用配备的探测杆深入微根管底部检测是否有积水,并将微根管内壁的水汽擦拭干净以保证扫描图片的清晰度,将扫描仪对准标记取样的固定初始位置后,将探头滑入微根管底部,电脑连接ci-600根系观测系统(ci-600root scanningsystem,cid bio-science inc,camas,wa,usa)配备的根系扫描仪软件进行图像采集,每根微根管采集4个斜坡深的图像;

7、步骤5,图像分析:在微根窗采集图像后应用根系分析软件winrhzio tron mf(cidbio-science inc,camas,wa,usa)分析图像,分别得到根系长度、根系直径、根系表面积和根系投影面积根系生长特征信息,并计算获得根系的生长变化量;每月采集一次图像,5个处理*每个处理5次重复*每次重复4个扫描图片,可以获取100幅扫描图像,连续取样共计获取800多幅根系扫描图像;

8、步骤6,根系生长变化量的计算:

9、(1)根系生长量rg

10、根系生长量为每根管两次取样之间的增加间隔期内现有根的伸长和新根出现的根系长度,单位取cm;

11、(2)根系生长量百分比rgp

12、每个阶段根系生长量占比计算为该阶段的根系生长量占整个生长季观测到的根系生长量的百分比(%),计算公式如下:

13、

14、式中,rgi为第i次观测到的根系生长量;∑rgi…n为所有观测阶段观测到的根系生长量总和;

15、(3)累积根系生长量百分比crgp

16、

17、式中,crgpi为截止第i次观测到的累积根系生长量百分比,rgpi为第i次观测到的根系生长量百分比;

18、计算获得crgp在0~20%间为根系萌发期,20~80%间为根系生长期,80~100%间为根系休眠期。

19、进一步的,所述试验样地设计,选取面积大小为50m×50m的天然样地,采用随机区组设计4个模拟梯度增温处理,按增温幅度由小到大分别是a红色、b黄色、c黑色和d绿色,每个处理10个重复;采用全随机设计1个对照处理ck,共计10个重复,每个重复用pvc管围成面积为2m2的对照试验样地,并用围栏作保护,上述50个重复之间间距保持2m。

20、优化的,所述模拟梯度增温处理,采用相同高度,不同顶直径和底直径的圆锥形聚酯纤维塑料圈扣于地面,增加区域内部的温度;其中,a处理顶直径为1.6m,底直径为2.05m,高度为4m;b处理顶直径为1.3m,底直径为1.75m,高度为4m;c处理顶直径为1m,底直径为1.45m,高度为4m;d处理顶直径为0.7m,底直径为1.15m,高度为4m。

21、进一步的,所述土钻为钻头为螺旋叶片的螺旋土钻,总长120cm,螺旋叶片直径7cm的螺旋;所述配套固定工具为公开号cn217543026u,名称为一种用于草地生态系统微根管辅助安装的固定工具”中所述的固定工具。

22、进一步的,所述微根管的具体安装为:将底部管口密封的微根管缓慢放入孔洞,地下部分为70~75cm,露出地面的管口部分为25~30cm,先用黑色胶带包裹之后再裹一层锡箔纸,同时盖上不透光的黑色扣盖;然后,将钻出的土填充在微根管周围,使得微根管与土壤紧密接触,通过光度测试显示微根管内基本没有光线的影响。

23、进一步的,所述微根管采用聚碳酸酯材料。

24、进一步的,所述步骤3中,观测取样时间分别为第一年的11月至第二年的10月份,按儒略历记时,1月1日为第1天,其余取样日期分别为:第85天、第116天、第150天、第182天、第215天、第248天、第273天、第302天。

25、进一步的,所述步骤4中,微根管的地下部分为70-75cm,可以观测到等量土壤垂直坡面0-55cm土层深度的根系,扫描获得的每幅图像大小为21.59cm×19.56cm,数据精度为600dpi,以jpg的格式保存在便携式笔记本电脑上。

26、相比于现有的技术,本发明具有如下有益效果:

27、本发明方法以监测到的根系长度及根系生长的累积量在生长季(4-10月)的变化为依据,并结合植物地上部分常规观测的物候期(萌发期(返青期),生长期(现蕾期、开花期和结实期),休眠期(枯黄期)),将高寒草甸的根系物候划分为3个阶段,即萌发期,生长期和休眠期,旨在为国内外科研工作者研究草地生态系统地上-地下物候同步性方面的研究提供理论依据和技术支撑。


技术特征:

1.一种适用于高寒草地植物根系物候的划分方法,其特征在于,具体包括如下步骤:

2.根据权利要求1所述的一种适用于高寒草地植物根系物候的划分方法,其特征在于,所述试验样地设计,选取面积大小为50m×50m的天然样地,采用随机区组设计4个模拟梯度增温处理,按增温幅度由小到大分别是a红色、b黄色、c黑色和d绿色,每个处理10个重复;采用全随机设计1个对照处理ck,共计10个重复,每个重复用pvc管围成面积为2m2的对照试验样地,并用围栏作保护,上述50个重复之间间距保持2m。

3.根据权利要求2所述的一种适用于高寒草地植物根系物候的划分方法,其特征在于,所述模拟梯度增温处理,采用相同高度,不同顶直径和底直径的圆锥形聚酯纤维塑料圈扣于地面,增加区域内部的温度;其中,a处理顶直径为1.6m,底直径为2.05m,高度为4m;b处理顶直径为1.3m,底直径为1.75m,高度为4m;c处理顶直径为1m,底直径为1.45m,高度为4m;d处理顶直径为0.7m,底直径为1.15m,高度为4m。

4.根据权利要求1所述的一种适用于高寒草地植物根系物候的划分方法,其特征在于,所述土钻为钻头为螺旋叶片的螺旋土钻,总长120cm,螺旋叶片直径7cm的螺旋;所述配套固定工具为公开号cn217543026u,名称为一种用于草地生态系统微根管辅助安装的固定工具”中所述的固定工具。

5.根据权利要求1所述的一种适用于高寒草地植物根系物候的划分方法,其特征在于,所述微根管的具体安装为:将底部管口密封的微根管缓慢放入孔洞,地下部分为70~75cm,露出地面的管口部分为25~30cm,先用黑色胶带包裹之后再裹一层锡箔纸,同时盖上不透光的黑色扣盖;然后,将钻出的土填充在微根管周围,使得微根管与土壤紧密接触,通过光度测试显示微根管内基本没有光线的影响。

6.根据权利要求5所述的一种适用于高寒草地植物根系物候的划分方法,其特征在于,所述微根管采用聚碳酸酯材料。

7.根据权利要求1所述的一种适用于高寒草地植物根系物候的划分方法,其特征在于,所述步骤3中,观测取样时间分别为第一年的11月至第二年的10月份,按儒略历记时,1月1日为第1天,其余取样日期分别为:第85天、第116天、第150天、第182天、第215天、第248天、第273天、第302天。

8.根据权利要求1所述的一种适用于高寒草地植物根系物候的划分方法,其特征在于,所述步骤4中,微根管的地下部分为70-75cm,可以观测到等量土壤垂直坡面0-55cm土层深度的根系,扫描获得的每幅图像大小为21.59cm×19.56cm,数据精度为600dpi,以jpg的格式保存在便携式笔记本电脑上。


技术总结
本发明公开了一种适用于高寒草地植物根系物候的划分方法,包括试验样地设计、微根管的安装、植物根系观测、土层根系生长动态采集煅烧、图像分析及根系生长变化量的计算。本发明方法以监测到的根系长度及根系生长的累积量在生长季(4‑10月)的变化为依据,并结合植物地上部分常规观测的物候期(萌发期(返青期),生长期(现蕾期、开花期和结实期),休眠期(枯黄期)),将高寒草甸的根系物候划分为3个阶段,即萌发期,生长期和休眠期,旨在为国内外科研工作者研究草地生态系统地上‑地下物候同步性方面的研究提供理论依据和技术支撑。

技术研发人员:马丽,周华坤,张中华,苏洪烨,魏晶晶,张强,李珊,胡雪,阿的哈则,史正晨
受保护的技术使用者:中国科学院西北高原生物研究所
技术研发日:
技术公布日:2024/12/17
转载请注明原文地址:https://xbbs.6miu.com/read-25832.html