CN111311428B - 一种温室番茄根系密度空间分布的计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于根长密度计算方法，具体涉及一种温室番茄根长密度计算方法。该方法通过对不同水分处理组的不同土层深度的番茄植株的根系空间分布特征进行分析，并将拟合值与实测值进行比较从而建立起根长密度与土层深度的拟合模型，可以有效预测根系的生长情况，进而调整灌溉机制对土壤墒情进行合理的调控，以期达到根系生长的最优土壤环境状态，实现节水高产的目的。
Description
技术领域
本发明属于根系密度计算方法技术领域，具体涉及一种温室番茄根系密度空间分布的计算方法。
背景技术
作物根系的养分吸收与作物的根系构型有很大关系，研究作物根系密度空间分布能够预测作物的生长情况，有利于及时调控作物的生长环境以保证作物的良好生长。而土壤作为作物根系生长的直系环境，土壤的含水量影响根系的空间分布情况。目前使用的根系密度空间分布的计算方法是通过根系吸水模型反求根系密度分布，然而这种反求法计算根系密度分布的计算方法涉及的参数较多，计算过程复杂，计算结果误差较大，而且适用范围小，通用性不强。
发明内容
针对目前根系密度空间分布计算方法存在计算复杂、误差大的缺陷和问题，本发明提供一种温室番茄根系密度空间分布的计算方法。
本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种温室番茄根系密度空间分布的计算方法，包括以下步骤：
第一步、选取采用膜下滴灌种植番茄的日光温室，设置日光温室中番茄植株的行距和棵距，根据日光温室土壤的田间持水量高低分别设置不旱、中旱和重旱3个水分处理组，3个水分处理组的灌水上限分别为田间持水量的90%、70%和50%，并根据每个水分处理组的灌水量上限对温室土壤进行膜下滴灌灌水处理；
第二步、在温室滴灌番茄的生育末期，分别对不旱、中旱和重旱水分处理组的行间和棵间番茄植株的不同深度土壤的根系进行取样，清洗，分组标记，并分别进行扫描，扫描后用LA-S分析不同组别根系的根长和表面积，并计算不同组别的根长密度；
第三步、根据不同组别的番茄植株根系分布情况建立根长密度与土层深度的二次回归模型，并将二次回归模型计算所得值与实测值进行拟合建立根系与土层深度的拟合模型；
第四步、将土层深度代入第三步得到的拟合模型中计算得到不同土层深度的根长密度。
上述的一种温室番茄根系密度空间分布的计算方法，所述根长密度为体积参数设置为1m3所得到的根长。
上述的一种温室番茄根系密度空间分布的计算方法，所述番茄植株的行距为55cm，株距为30cm。
上述的一种温室番茄根系密度空间分布的计算方法，不旱水分处理组棵间根长密度与土层深度的二次回归模型为y = 53.923x2 - 476.46x + 1111.8，R² = 0.9615；不旱水分处理组行间根长密度与土层深度的二次回归模型为y = 28.698x2 - 246.95x +644.23，R² = 0.7545；中旱水分处理组棵间根长密度与土层深度的二次回归模型为y =51.737x2 - 492.04x + 1218.7，R² = 0.7486；中旱水分处理组行间根长密度与土层深度的二次回归模型为y = 61.111x2 - 531.36x + 1156.3，R² = 0.7978；重旱水分处理组棵间根长密度与土层深度的二次回归模型为y = 52.83x2 - 484.25x + 1165.3，R² =0.8702；重旱水分处理组行间根长密度与土层深度的二次回归模型为y = 44.905x2 -389.16x + 900.25，R² = 0.7940。
本发明的有益效果：本发明通过研究不同田间持水量的作物根系密度空间分布与土层深度的关系，得到作物根系密度空间分布与土层深度的拟合模型，通过拟合函数来估算不同土层深度的根系分布状况，只需测算不同水分条件下的土层深度即可根据拟合模型从而模拟出作物的根系密度空间分布情况，计算简便，准确率高，以便于预测根系的生长情况，进而调整灌溉机制对土壤墒情进行合理调控，达到作物根系生长的最优土壤环境状态，实现节水高产的目的。
附图说明
图1为本发明不同水分处理下根长随土壤深度的变化曲线。
图2为不旱水分处理组棵间和行间根长拟合函数曲线。
图3为中旱水分处理组棵间和行间根长拟合函数曲线。
图4为重旱水分处理组棵间和行间根长拟合函数曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1：本实施例提供一种温室番茄根系密度空间分布的拟合方法，为了便于理解本发明技术方案，本实施例于2018年在日光温室中进行，试验对象为温室膜下滴灌番茄，番茄种植的行距为55cm，株距为30cm。
根据温室的田间持水量将温室土壤分别分为不旱（T1）、中旱（T2）和重旱（T3）3种水分处理组，3种水分处理组的灌水上限分别为田间持水量的90%、70%和50%。根据温室番茄的生长特征，试验分为3个生育阶段，即苗期（3月10日~ 4月1日）、开花坐果期（4月1日~5月12日）和成熟采摘期（5月12日~ 6月23日），试验通风窗正常开启时间为8:00~18:00，若遇极端天气（如降雨、大风等），可灵活改变开启时间。
在番茄的成熟采摘期末期，使用根钻对每个水分处理组行间和棵间番茄植株各取根一次，分别取10cm、20cm、30cm、40cm、50cm、60cm处的根系于网袋中，洗净后分别采用分辨率为4800（H）× 9600（V）dpi（MRS-9600TFU2L，万深）扫描仪扫描成图片，用LA-S分析根系的长度和表面积形态特征指标；3种水分处理组的棵间和行间不同深度的根系分布趋势如图1所示，图中a为不同土层深度的棵间根长变化曲线，b为不同土层深度的行间根长变化曲线。
由图1可以看出，随着土壤深度的增加，总根长减小，且不同深度棵间番茄根长和行间根长有较为明显的差异，0-10cm深度根长均为T2>T3>T1，但棵间根长较行间根长大；棵间番茄根长在10-20cm深度为T1>T3>T2，20-40cm深度为T2>T3>T1，40-60cm深度为T1>T3>T2，而行间番茄总根长20-60cm深度均为T1>T3>T2。可见，不同的灌水量对不同深度根系的生长有较大的影响，而且较高的灌水量对较深土壤根系的生长发育影响显著，相对较低的灌水量对表层土壤的根系生长发育影响显著，然而T3的灌水量对不同深度的番茄根系的影响性处于T1和T2之间，这可能由于较低的供水不能满足番茄正常的生长发育，为满足这一条件，番茄根系经受了一定的干旱锻炼，需加强吸水补偿，从而促进了根系生长，而较高的供水有充足的水分供作物吸收，从而促进根系发育。
根据不同组别的番茄植株根系分布情况建立根长密度与土层深度的二次回归模型，并将二次回归模型计算所得值与实测值进行拟合建立根系与土层深度的拟合模型。不旱、中旱和重旱3个水分处理组棵间和行间根长密度及拟合函数曲线分别如图2、图3和图4所示。
由图2、图3和图4可以看出，3个水分处理组的根长实测值与二次回归模型拟合度较高， R2均在0.74以上，可以较好的估算不同土层深度的根系生长和分布状况，不同水分处理组棵间和行间的拟合函数具体如下。
（1）T1处理下棵间根长密度与土壤深度的拟合函数：
y = 53.923x2 - 476.46x + 1111.8 R² = 0.9615；
（2）T1处理下行间根长密度与土壤深度的拟合函数：
y = 28.698x2 - 246.95x + 644.23 R² = 0.7545 ；
（3）T2处理下棵间根长密度与土壤深度的拟合函数：
y = 51.737x2 - 492.04x + 1218.7 R² = 0.7486 ；
（4）T2处理下行间根长密度与土壤深度的拟合函数：
y = 61.111x2 - 531.36x + 1156.3 R² = 0.7978 ；
（5）T3处理下棵间根长密度与土壤深度的拟合函数：
y = 52.83x2 - 484.25x + 1165.3 R² = 0.8702 ；
（6）T3处理下行间根长密度与土壤深度的拟合函数：
y = 44.905x2 - 389.16x + 900.25 R² = 0.7940 。
不旱水分处理组（T1）棵间根长拟合曲线的相关系数R2高达0.9615；重旱水分处理组（T3）次之，为0.8702；中旱水分处理组（T2）最小，为0.7486。而行间根长，中旱水分处理组（T2）的R2最大，为0.7978；重旱水分处理组（T3）次之，为0.7940；不旱水分处理组（T1）最小，为0.7545。可见，不同水分处理下不同位置的根长拟合值与实测值有一定的差异，根系的空间分布状况受土壤环境的影响很大，且根长密度谷值出现在40-50cm深处，这说明40-50cm的土壤环境不宜于促进根系的生长。因此可通过拟合函数来估算不同深度的根系分布状况，并且可以预测根系的生长情况，进而调整灌溉机制对土壤墒情进行合理的调控，以期达到根系生长的最优土壤环境状态，实现节水高产的目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不限制本发明，凡在本发明的精神和原则范围内所做的任何修改、等同替换和改进，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种温室番茄根系密度空间分布的计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步、选取采用膜下滴灌种植的日光温室，设置日光温室番茄植株的行距和株距，所述番茄植株的行距为55cm，株距为30cm；将日光温室的土壤按照土壤含水量高低分别设置不旱、中旱和重旱3个水分处理组，3个水分处理组的灌水上限分别为田间持水量的90%、70%和50%，并根据每组的灌水量上限对温室土壤进行膜下滴灌灌水处理；
第二步、在温室滴灌番茄的生育末期，分别对不旱、中旱和重旱水分处理组的行间和棵间番茄植株的不同深度土壤的根系进行取样，清洗，分组标记，并分别进行扫描，扫描后用LA-S分析不同组别根系的根长和表面积，并计算不同组别的根长密度；
第三步、根据不同组别的番茄植株根系分布情况建立根长密度与土层深度的二次回归模型，所述根长密度为体积参数设置为1m3所得到的根长，其中：
不旱水分处理组棵间根长密度与土层深度的二次回归模型为y = 53.923x2 - 476.46x+ 1111.8，R² = 0.9615；
不旱水分处理组行间根长密度与土层深度的二次回归模型为y = 28.698x2 - 246.95x+ 644.23，R² = 0.7545；
中旱水分处理组棵间根长密度与土层深度的二次回归模型为y = 51.737x2-492.04x +1218.7，R² = 0.7486；
中旱水分处理组行间根长密度与土层深度的二次回归模型为y = 61.111x2 - 531.36x+ 1156.3，R² = 0.7978；
重旱水分处理组棵间根长密度与土层深度的二次回归模型为y = 52.83x2 - 484.25x+ 1165.3，R² = 0.8702；
重旱水分处理组行间根长密度与土层深度的二次回归模型为y = 44.905x2 - 389.16x+ 900.25，R² = 0.7940；
并将二次回归模型计算所得值与实测值进行拟合建立根系与土层深度的拟合模型；
第四步、将土层深度代入第三步得到的拟合模型中计算得到不同土层深度的根长密度。
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