[發明專利]一種基于高通量氣孔導度診斷植物水分脅迫的方法及系統

在審

• 申請號: 202110270346.3
• 申請日: 2021-03-12
• 公開（公告）號: CN113049750A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 丁日升;谷書杰;廖祺;康紹忠
• 申請（專利權）人: 中國農業大學
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

本發明公開了屬于農業灌溉技術領域的一種基于高通量氣孔導度診斷植物水分脅迫的方法及系統。通過高通量莖流、氣象數據、凈輻射測定設備以及植物株高葉面積參數輔助測定組成的植物水分脅迫診斷系統，結合P?M公式連續輸出高通量的氣孔導度，從而利用氣孔導度計算的水分脅迫指數，實現對植物水分脅迫長時間準確、高通連續地監測、量化及診斷；將無水分脅迫條件下生長的參考植物置于與待測植物同一生長氣候環境，根據植物氣孔導度對水分脅迫十分敏感的特點，本發明提出了診斷植物水分脅迫的指標，該指標可由高通量自動測定的待測植株與參考植株莖流、凈輻射以及氣象數據計算得到，從而實現對待測植株水分脅迫程度的高通量化和診斷。本發明綜合考慮植物生理響應和環境影響，在診斷植物水分脅迫應用中具有生理基礎、數據可靠、長時間準確、高通連續的特點。

技術領域

本發明屬于農業灌溉技術領域，特別涉及一種基于高通量氣孔導度診斷植物水分脅迫的方法及系統。

背景技術：

近年來，隨著其他行業對農業用水的擠占，農業灌溉用水量比例在逐步下降。在供水的不確定性和灌溉用水量減少的形勢下，調虧灌溉(RDI)模式得到廣泛應用。一些學者指出，調虧灌溉可能是實現更高水分生產率(即單位用水量的產量)的一種方式，在保證穩產的同時實現節水。調虧灌溉的核心思想是對作物整個生育期進行精準、差異化的灌溉，該灌溉模式依據作物在不同生育階段的耗水規律，在作物生長發育的非敏感時期施加一定程度的有益虧水，可以利用作物氣孔調節作用來減少奢侈蒸騰量進而提高水分利用效率，同時對作物進行抗旱鍛煉，提高作物的后期抗旱能力以及改變光合產物在營養器官和生殖器官之間的分配比例，實現作物穩產從而提高作物水分生產率。

在調虧灌溉模式下，需要了解不同生育階段作物對水分脅迫的響應并據此優化灌溉制度，從而達到灌溉用水與產量收益的最佳平衡。若要獲取關于作物水分脅迫的準確信息，就需尋找能夠有效監測及診斷作物水分脅迫的工具。水分脅迫的信息主要來源于對土壤水分的直接測量或是基于土壤水分平衡計算或是基于植物對干旱的生理響應。土壤水分測量會受到土壤異質性的影響，且土壤水分和植物水分狀況的關系比較復雜，會受到作物品種及其他非生物脅迫如鹽分脅迫的影響；耗水估算需要對作物系數進行良好的估算，這取決于作物生長如冠層覆蓋度的變化；利用植物對干旱的生理響應診斷植物水分脅迫是比較精準的方法，也是多數研究人員都會考慮使用的方法，如使用株高、莖粗、葉面積等形態指標，其在長期水分脅迫中比較敏感，但植物初次受到水分脅迫時形態指標并不能快速響應。而光合速率可以較迅速的響應水分脅迫，但儀器操作較為復雜，技術要求高。能夠較好指示作物對水分脅迫的敏感性的指標如葉水勢、莖水勢，也被認為是最直接反應植物水分狀態的指標，然而實現過程會對植物產生損傷，也存在長期監測費時費力不易實現植物莖流是監測植物水分狀況的一個重要生理指標，莖流值可以代表作物單株尺度的耗水量，如申請號為201010262481.5的發明專利，公開了一種基于多數據的作物需水檢測系統，利用觀測的作物莖流、作物水分含量和土壤水分含量等作物生長信息，對作物需水耗水動態監測并做出準確判斷。測定植物莖流的液流計法可分為：熱脈沖法、熱擴散法和熱平衡法，包裹式莖流計通過對植物莖稈加熱，基于熱平衡方法推算測量處的植物莖流且連續地監測，該方法具有無傷測定的優點，不會對植物正常的生理活動產生影響和破壞；適用于灌木及農作物等直徑較小的植物莖流測定；精度較高，可獲得長時間連續高通的莖流數據。莖流計的方法已經被廣泛用于通過各種模型評估模擬作物的蒸騰量以及水分脅迫。