[发明专利]一种基于高通量气孔导度诊断植物水分胁迫的方法及系统

说明书

本发明公开了属于农业灌溉技术领域的一种基于高通量气孔导度诊断植物水分胁迫的方法及系统。通过高通量茎流、气象数据、净辐射测定设备以及植物株高叶面积参数辅助测定组成的植物水分胁迫诊断系统，结合P‑M公式连续输出高通量的气孔导度，从而利用气孔导度计算的水分胁迫指数，实现对植物水分胁迫长时间准确、高通连续地监测、量化及诊断；将无水分胁迫条件下生长的参考植物置于与待测植物同一生长气候环境，根据植物气孔导度对水分胁迫十分敏感的特点，本发明提出了诊断植物水分胁迫的指标，该指标可由高通量自动测定的待测植株与参考植株茎流、净辐射以及气象数据计算得到，从而实现对待测植株水分胁迫程度的高通量化和诊断。本发明综合考虑植物生理响应和环境影响，在诊断植物水分胁迫应用中具有生理基础、数据可靠、长时间准确、高通连续的特点。

技术领域

本发明属于农业灌溉技术领域，特别涉及一种基于高通量气孔导度诊断植物水分胁迫的方法及系统。

背景技术：

近年来，随着其他行业对农业用水的挤占，农业灌溉用水量比例在逐步下降。在供水的不确定性和灌溉用水量减少的形势下，调亏灌溉(RDI)模式得到广泛应用。一些学者指出，调亏灌溉可能是实现更高水分生产率(即单位用水量的产量)的一种方式，在保证稳产的同时实现节水。调亏灌溉的核心思想是对作物整个生育期进行精准、差异化的灌溉，该灌溉模式依据作物在不同生育阶段的耗水规律，在作物生长发育的非敏感时期施加一定程度的有益亏水，可以利用作物气孔调节作用来减少奢侈蒸腾量进而提高水分利用效率，同时对作物进行抗旱锻炼，提高作物的后期抗旱能力以及改变光合产物在营养器官和生殖器官之间的分配比例，实现作物稳产从而提高作物水分生产率。

在调亏灌溉模式下，需要了解不同生育阶段作物对水分胁迫的响应并据此优化灌溉制度，从而达到灌溉用水与产量收益的最佳平衡。若要获取关于作物水分胁迫的准确信息，就需寻找能够有效监测及诊断作物水分胁迫的工具。水分胁迫的信息主要来源于对土壤水分的直接测量或是基于土壤水分平衡计算或是基于植物对干旱的生理响应。土壤水分测量会受到土壤异质性的影响，且土壤水分和植物水分状况的关系比较复杂，会受到作物品种及其他非生物胁迫如盐分胁迫的影响；耗水估算需要对作物系数进行良好的估算，这取决于作物生长如冠层覆盖度的变化；利用植物对干旱的生理响应诊断植物水分胁迫是比较精准的方法，也是多数研究人员都会考虑使用的方法，如使用株高、茎粗、叶面积等形态指标，其在长期水分胁迫中比较敏感，但植物初次受到水分胁迫时形态指标并不能快速响应。而光合速率可以较迅速的响应水分胁迫，但仪器操作较为复杂，技术要求高。能够较好指示作物对水分胁迫的敏感性的指标如叶水势、茎水势，也被认为是最直接反应植物水分状态的指标，然而实现过程会对植物产生损伤，也存在长期监测费时费力不易实现植物茎流是监测植物水分状况的一个重要生理指标，茎流值可以代表作物单株尺度的耗水量，如申请号为201010262481.5的发明专利，公开了一种基于多数据的作物需水检测系统，利用观测的作物茎流、作物水分含量和土壤水分含量等作物生长信息，对作物需水耗水动态监测并做出准确判断。测定植物茎流的液流计法可分为：热脉冲法、热扩散法和热平衡法，包裹式茎流计通过对植物茎秆加热，基于热平衡方法推算测量处的植物茎流且连续地监测，该方法具有无伤测定的优点，不会对植物正常的生理活动产生影响和破坏；适用于灌木及农作物等直径较小的植物茎流测定；精度较高，可获得长时间连续高通的茎流数据。茎流计的方法已经被广泛用于通过各种模型评估模拟作物的蒸腾量以及水分胁迫。