专利名称：一种适用于根系研究的立体取样方法
技术领域：
本发明涉及取样方法，实现了对棉花根系的全方位研究；该立体取样方法与计算 机模拟相结合，以指导生产实践更具有重要的实用价值。
背景技术：
棉花是新疆经济的重要的支柱产业，开展棉花的研究也是对该产业高效、优质、可 持续发展的有力科技支撑。棉花根系是棉花吸收水分和养分的主要器官，根系形态和分布对土壤中养分的吸 收有重要影响，因此，研究根系构型的差异，对选育棉花氮高效的品种，提高作物对土壤氮 素的利用十分重要，但由于根系生长在土壤中，无法直接观察，给研究者造成了很大困难。 同时由于干旱区水分条件所限，棉花大多采用滴灌种植，由于滴灌带的设置和地膜的使用， 使得棉花生长特性都有别于常规大水漫灌，例如地上部茎干变细，根系集中分布在0-40厘 米浅层，须根增多，根的生长方向也具有向滴灌带方向伸展的趋势；养分的分布也由于滴灌 水在土壤的扩散湿润的面积呈现出不同的养分梯度；这些特性就决定了滴灌棉花的根分布 不仅与普通灌溉的植物根分布有差异，滴灌内外两侧的棉花生长也存在差异。这就要求内 外两侧的棉花样品的取样都必须有代表性，而常规研究根系的方法，即整根取样和土钻打 洞点取样都不能真实的反应出滴灌棉田根的分布规律。检索信息披露有彭云峰等在《中国农业科学》2009年42期(3) :843_853发表的 《不同氮吸收效率与玉米品种的根系构型差异比较模拟与应用》论文，以长度为参数，可以 利用根系功能_结构模型实现不同生长发育阶段的玉米根系构型的差异开展可视化研究 等。本发明的方法以模型研究为需求，针对棉花栽培方式和根系的特点，通过田间试验，对 棉花在不同生长阶段根系的形态差异，采用新的取样方法获取实验数据，达到对棉花根部 研究的科学准确度，实现评价棉花根系对土壤氮素吸收的影响等，并利用实测根长数据，建 立可靠的根系功能_结构模型并实施有效的计算机模拟研究等。

发明内容
本发明的目的在于采用棉植株的立体取样方法，为计算机功能_结构模型的建 立所适宜，既科学又合理，必将对研究指导棉花产业的发展产生深远的影响。本发明的目的是这样实现的一种适用于根系研究的立体取样方法，在布设有滴 灌或微灌或喷灌设施的立地条件下，以棉株+滴灌带+棉株的种植方式，在保持水分的条件 下，分期对生长的苗期、蕾期、花铃期、铃期、吐絮期的植株实施立体取样；其整株取样选择灌溉带一侧内外行的相邻植株，挖取长55-65cm、宽45-50cm、深 度为65-75cm的整株土体，其最佳挖取土体尺寸长60cm、宽48cm、深度为70cm ；经土体分 离，植株冲洗，即可获取整株的样本；其根系取样选择灌溉带一侧内外行的相邻植株，选挖长55-65cm、高65-75cm、深 度为16-22cm的根系土体剖面，其最佳剖面长60cm、高70cm、深度为20cm ；在上述范围内，
3以5-lOcm的深度实施剖面分割，可获取土样700-350块，装袋封口，以空间坐标x、y、z的方 式标记；其棉株的行间距为20-22厘米，棉行中的空带行间距为40-50厘米；滴灌带布设在 空带内并铺设地膜，地膜幅宽为110-120cm。所述的立体取样方法，取样需适时的控制土壤水分，苗期的持水量为55-60% ；蕾 期的持水量为60-70% ；花铃期的持水量为70-80% ；铃期的持水量为55-70% ；吐絮期的持 水量为55-60%。所述的立体取样方法，分割取样的深度控制在5-lOcm，小于5cm使上层土块松散， 导致范围不精确；大于10厘米，取样范围无代表性。所述的立体取样方法，对取样的处置，地上部分剪切后直接测定或烘干或冷冻测 定；地下的根系部分清洗干净或冷冻或干燥测定；土体需分层保藏，或干燥或冷冻测定。该取样方法具有极强的代表性，能充分代表各个部位根系的分布规律，可以反映 出根分布的立体空间分布，取得的样品无论是土样还是植物样品都比较充足；能根据研究 需求，一次性获取研究植物和土壤的所需的实验数据，满足对地下部根的生长特性、土壤养 分和生态环境的空间分布科学研究的需求，同时可 根据立体采样的结果，将生物量的分配 与植物的生长过程联系起来，做出分布模型来研究根系在特定环境下的生长。本发明构思以计算机模拟研究的需求所设定，将实际操作与模拟的生物量的分配 与植物的生长过程联系起来，对指导生产实践有重大的现实意义。该取样方法科学合理，操 作简单，彰显技术进步。


附图为棉花根系取样方法的实施进一步的说明。附图1为整株取样方法的示意图；如图所示1_管外侧的棉株行；2-管内侧的棉株行；3-滴灌管；样方4-宽度、 5-长度、6-深度。附图2为根系取样方法的示意图；如图所示1_滴灌管；2-分割小样方；剖面样方3-深度、4-高度、5-长度；6-管外 侧的棉株行。
具体实施例方式实施例在布设有滴灌或微灌或喷灌设施的立地条件下，以棉株+滴灌带+棉株的种植方 式，其棉株的行间距为22厘米，棉行的空带行间距为45厘米；空行带内布设滴灌带并铺设 地膜，地膜幅宽为115cm ；在保持水分的条件下，分期对生长的苗期、蕾期、花铃期、铃期、吐 絮期的植株实施立体取样。土壤水分控制苗期为60% ；蕾期为60% ；花铃期为75% ；铃期 为60% ；吐絮期为55%。整株取样选择地膜中位于滴灌带一侧内外两株(即内一株、外一株)相邻的棉株 体实施取样，将所选的株体在长60cm、宽45cm、深为70cm的范围内将土体和棉花根一起挖 取，将土、株体分离，即得整根、整株的样本。
根系取样选择地膜中位于滴灌带一侧连续的内外四株(即内两株、外两株)相 邻的棉株实施取样，在距需要采样的棉株约20cm处，选挖一高70cm、长60cm、深为20cm 的土壤剖面，在控制取样深度为8cm范围内对此剖面实施切割，即得根系取样。以切割为 5CmX5CmX5Cm为例，一个取样时期的立体剖面可以取到672块的小样，分别装入封口袋， 并以空间坐标x、y、z的方式标记，五个时期共取样3360个样方。取样需控制深度，土块小于5厘米，因土块松散不易精确范围，大于10cm，取样范 围无代表性。对取样方的处置地上部分剪切后直接测定或烘干或冷冻测定；地下的根系部分 清洗或冷冻或干燥测定；土体需分层保藏，或干燥或冷冻测定。样品测定整株取样的测定整株整根取样，实验常规分析可以获得植物的全氮、全磷、全钾 数据；检测根际土壤PH值，从而计算出植物各个生长部位的养分含量，生物量积累和PH值。 可分析植物生长过程和土壤养分吸收积累和生态环境的关系。根系取样的测定将洗净根系，用扫描仪(Epson 1680，Indonesia)扫描，并经分 析程序(WinRhizo Pro Vision 5. 0，Canada)分析，可以获得不同土壤空间中根长和根重结 果或植株烘干样品测干重，测定样品氮浓度。氮浓度和根长的散点图用Microsoft Excel 2003软件制作，用Surfer 7. 0 (Golden Software Inc. 2000)绘制根系在土壤剖面分布的等 高线图，从而可以构建模拟棉花根系功能-结构模型。结合整株、整根的养分实验数据、土 壤根际PH值、土壤含水量、土壤硝态氮、铵态氮的值，对试验影响因子的分析提供依据。
权利要求
一种适用于根系研究的立体取样方法，其特征在于在布设有滴灌或微灌或喷灌设施的立地条件下，以棉株+滴灌带+棉株的种植方式，在保持水分的条件下，分期对生长的苗期、蕾期、花铃期、铃期、吐絮期的植株实施立体取样；其整株取样选择灌溉带一侧内外行的相邻植株，挖取长55 65cm、宽45 50cm、深度为65 75cm的整株土体，其最佳挖取土体尺寸长60cm、宽48cm、深度为70cm；经土体分离，植株冲洗，即可获取整株的样本；其根系取样选择灌溉带一侧内外行的相邻植株，选挖长55 65cm、高65 75cm、深度为16 22cm的根系土体剖面，其最佳剖面长60cm、高70cm、深度为20cm；在上述范围内，以5 10cm的深度实施剖面分割，可获取土样700 350块，装袋封口，以空间坐标x、y、z的方式标记；其棉株的行间距为20 22厘米，棉行中的空带行间距为40 50厘米；滴灌带布设在空带内并铺设地膜，地膜幅宽为110 120cm。
2.按照权利要求1所述的立体取样方法，其特征在于取样需适时的控制土壤水分，苗 期的持水量为55-60% ；蕾期的持水量为60-70% ；花铃期的持水量为70-80% ；铃期的持水 量为55-70% ；吐絮期的持水量为55-60%。
3.按照权利要求1所述的立体取样方法，其特征在于分割取样的深度控制在5-lOcm， 小于5cm使上层土块松散，导致范围不精确；大于10厘米，取样范围无代表性。
4.按照权利要求1所述的立体取样方法，其特征在于对取样的处置，地上部分剪切后 直接测定或烘干或冷冻测定；地下的根系部分清洗干净或冷冻或干燥测定；土体需分层保 藏，或干燥或冷冻测定。
全文摘要
本发明提供的一种适用于根系研究的立体取样方法，在布设有灌溉设施的立地条件下，确定棉株的行间距为20-22cm，滴灌带行间距为40-50cm，并铺设有110-120cm地膜。整株取样，选灌溉带一侧内外行的相邻植株，挖取长55-65cm、宽45-50cm、深度为65-75cm的整株土体，经植株冲洗得整株样本。根系取样，选灌溉带一侧内外行的相邻植株，选挖高65-75cm、长55-65cm、深度为16-22cm的根系土体剖面，以5-10cm的深度实施剖面分割取样，装袋，以空间坐标x、y、z的方式标记。分割取样的深度控制在5-10cm，小于5cm使上层土块松散，导致范围不精确；大于10cm，取样范围无代表性。取样时务必保持土壤的持水量苗期为55-60％、蕾期60-70％、花铃期70-80％、铃期55-70％、吐絮期55-60％。
文档编号G01N1/04GK101923011SQ20101021173
公开日2010年12月22日 申请日期2010年6月29日 优先权日2010年6月29日
发明者李莉, 田长彦 申请人:中国科学院新疆生态与地理研究所