[发明专利]一种诊断作物缺水程度的指标方法

说明书

技术领域：

本发明属于农业灌溉技术领域，特别是涉及一种诊断作物缺水程度的指标方法。

背景技术：

作物生长发育需要众多环境因子，当这些环境因子变化对作物产生伤害效应时称之为胁迫。作物在生长过程中常遭受多种环境胁迫。研究证实水分亏缺对作物生长发育和产量的影响超过所有其他胁迫的总和。因此水是农业生产的重要基础资源，作物水分的管理是作物生产中最为重要的措施之一。一般来说，适宜作物正常生长发育的根系活动层(0～90cm)，其土壤含水量为田间持水量的60％～80％，如果低于此含水量时应及时进行灌溉。土壤含水量对灌溉有一定参考价值，并在作物节水灌溉中得到广泛应用。但是由于灌溉对象是作物，而不是土壤，没有利用作物本身需水信息作为灌溉的直接依据，因此没有真正达到按照作物的需求供水。

提高自然降水和灌溉水利用效率是节水农业的核心，节水农业技术的研究重点已从工程节水向农艺节水、生物(生理)节水方向倾斜。生物节水的中心思想是：采用科学方法，突破传统的“及时足量”的灌溉模式，根据作物耗水和水分利用规律适时适量供水，即在满足作物生理需要的同时，减少作物的水分奢侈性蒸腾消耗，根据作物各生理过程和各生育阶段对水分的敏感程度，确定作物对土壤水分的需求，提高作物水分生产效率。长期以来，国内外学者在生物节水技术方面进行了大量研究工作。人们直接利用或间接参考作物的生理变化探讨作物的需水信息，先后研究了许多用于作物水分亏缺诊断的方法或指标。但前人的工作主要是：水分亏缺所引起的作物生理的变化规律，且集中于理论分析和实验数据的统计。由于这些作物水分亏缺诊断的方法或指标均存在这样或那样的不足，因而将植物的生理指标作为植物需水信息决策并应用于实际的灌溉控制中尚不多见，除个案外，能够规模应用的产品几乎没有。下面据以往的研究成果，就不同的作物水分亏缺诊断指标、方法的优势和局限性综述如下：

1、作物形态：作物缺水的形态主要表现在两个方面：一是叶面积指数下降；二是叶片发生形态变化，如叶片萎蔫；叶片改变方位；改变叶角和改变叶片颜色等。虽然形态指标可用来判别作物的水分亏缺，但缺水而引起的作物形态变化有一个滞后期，当形态上出现上述缺水症状时，生理上已经受到一定程度的伤害了。另外缺水并非导致作物形态变化的唯一原因，即使监测到了作物形态变化也很难量化其缺水程度。

2、植物水势：植物水势的测定被认为是了解植物水分亏缺程度的最直接方法，但直接测定叶水势需要进行离体检测，对植物体具有破坏性。通过测量植物茎秆直径或叶片厚度微变化可以间接测定植物水势，虽对植物体不具有破坏性，但与植物有实体接触，受植物生长影响，需经常校准，不适宜长期观测。植物器官的动态水力特性随时间的变化将降低测量的可靠性和可行性。测量装置附着在植物体上容易脱落，抗扰动性差，存在检测个体差异。

3、气孔导度：当植物缺水时，水分成为决定气孔开闭的决定性因素，干旱会导致气孔关闭，从而避免因继续大量蒸腾失水而造成伤害。直接测定气孔导度需要手工操作，与植物有实体接触，在实时灌溉决策中难以实现。作物吸收水分的99％用于叶面蒸腾，气孔是植物蒸腾所必需经过的通道。气孔导度大，蒸腾就强；反之就弱。检测叶面蒸腾可以间接测定气孔导度，通过测量植物茎流变化可以间接检测叶面蒸腾进而检测气孔导度变化，但该方法设备昂贵，操作难度大，与植物有实体接触并存在检测个体差异。根据能量守恒原理，叶片温度是环境和植物内部因素共同影响叶片能量平衡的结果，基于叶温变化的作物水分亏缺诊断指标更能全面地反映作物的水分亏缺状况。当作物水分供应减少时，作物蒸腾的潜热减少显热增加，叶片温度相应上升，叶温的变化间接反映了叶面蒸腾的变化。叶温的量测通过接触或非接触方式进行，使用细小的热电偶线插入植物叶脉或贴在叶面上，在作物商业化生产中难以推行。一般使用非接触的红外线温度传感器，采用冠气温差或CWSI(作物水分胁迫指标)作为缺水判断指标。它是迄今为止被认为最有商业化前景的灌溉控制方法。国内已有专利，例如：申请号200710178192一种在线式作物冠气温差灌溉决策监测系统。

4、光合速率：在严重水分肋迫下，植物光合作用受到抑制或完全抑制。但测试光合速率程序过于复杂，仅适合于科学研究。