一種荒漠植物幼苗根系生長的潛水埋深誘導技術方法
2023-05-15 02:38:36
專利名稱：一種荒漠植物幼苗根系生長的潛水埋深誘導技術方法
技術領域：
本發明涉及植物根系生態學的研究，特別是潛水埋深技術，尤其適應一種 荒漠植物幼苗根系生長的潛水埋深誘導技術方法。
背景技術：
隨著生態學的探索與研究的深入，生態學家越來越強烈地認識到，在生態 系統結構、功能與過程的研究中，不確定的要素就是根系，由於根系研究的滯 後，制約了對生態系統理論與實踐研究的拓展。眾所周知，根系是植物吸收水 分和養分的重要功能器官，乾旱區植物在適應環境過程中形成的重要特徵就是 具有龐大的根系，由於根系生長在地下，研究起來比較困難，所以對於大部分
植物的根系研究尚屬空白。目前已有專利號為2006101340701的根深性的評價方 法和2005800497884的根系水分提升作用測定，都揭示了對本研究的不同與技術 方法的差異。
駱駝刺作為塔克拉瑪幹沙漠南緣荒漠-綠洲過渡帶上的重要的防風固沙植 物及天然優質牧草，由於自然和人類活動的雙重壓力，駱駝刺的生長正在呈現 衰退的趨勢，因此對駱駝刺的保護與恢復重建已成了乾旱區生態環境建設的重 大戰略措施之一。然而，在自然環境條件下進行駱駝刺根系生態學特性的研究 十分困難，因為一株駱駝刺植物的地下部分包圍有100-500立方米的土壤，它的 根能扎到12米甚至30米的深處，試驗只能以幼苗為試驗材料。但是怎樣形成不 同的地下潛水埋深，並對其潛水水位進行動態控制，又成為試驗成敗的關鍵， 本發明正是基於這些問題探索和生產實踐的需求出發展開的。
本發明的構思就是模擬構建一套既科學又實用的技術設施和方法，在自然 條件與人為幹預都達到和諧狀態時所產生的試驗效果，成功地研究了荒漠植物 幼苗根系的生長規律和分布動態及其與潛水埋深的關係，採用不同的地下潛水 埋深並對其潛水水位進行動態控制，把握試驗的關鍵環節，獲得了有價值的科 學數據及應用技術。
發明內容
本發明的目的在於提供一種荒漠植物幼苗根系生長的潛水埋深誘導技術 方法，並利用該技術方法對荒漠植物幼苗根系的生長規律和分布動態及其與潛
水埋深的關係進行研究。採用不同的地下潛水埋深並對其潛水水位進行動態控 制，把握試驗的關鍵環節，獲得了有價值的科學數據。該技術方法設計合理、 可操作性強，並驗證了恢復自然生態的可能性與科學實踐的創新性。
本發明的目的是這樣實現的潛水埋深誘導技術方法所構建網片試驗池，
由池壁、柱墩、鋼絲網，注水管組成並添充石子與土方；其中池壁厚度25-35 cm， 確保不透水；池底布設高度為45-55 cm的柱墩，以保證地下水的流動；柱墩的 上面鋪設孔徑為1-2 cm的鋼絲網；鋼絲網的上面先鋪設石子並逐層填入土方， 填入20-30 cffl時，需機械緊壓塌實，添埋至地平面；監測試驗網片試驗池設置 土層厚度分別為100 cm、 150 cm、 200 cm、 250 cm和300 cm的潛水位控制試 驗區，內設地下水相連通的注水管，及時補充地下水，使潛水位始終保持在 45-55cm;幼苗經過種子選育、播種、苗木管理和潛水補充，土壤基本保持自然 狀態。
上述的技術方法，鋪設石子直徑為2. 1-3. Ocm，厚度5-6 cm;為防止石子 和土壤顆粒滑落入水，小石子鋪設在上。
上述的技術方法，驗證不同潛水埋深條件下幼苗垂直根的紮根深度和垂直 根生長速度，量化垂直根生長與土壤含水量的關係。
上述的技術方法，驗證幼苗根系形態隨地下潛水和土壤水分的變化特徵， 即具有驗證幼苗根系的形態可塑性。
所述的技術方法，驗證其幼苗根系質量和表面積在土壤空間上的分布特徵 同時構建不同潛水埋深條件下的生物量垂直分布模型。
所述的技術方法，驗證幼苗在不同潛水埋深條件下的生物量分配特徵，即 根冠比的動態；幼苗通過改變地上/地下部分的生物量分配來應對地下潛水和土 壤水分的變化。
所述的技術方法，試驗池的製作可釆用混凝土澆灌成型或水泥磚混結構鋪 設防水材料。
本發明的潛水埋深誘導技術方法，模擬了植物最真實的水分來源方式，尤 其是地下潛水位控制的試驗設施與技術方法，獲得的實驗觀測數據，驗證了不 同潛水埋深條件下駱駝刺幼苗根系生長、形態、分布、生物量分配、根冠生長 的動態特徵，以期在人工促進縮短駱駝刺根系達到地下水的周期的理論方法與 技術途徑方面取得突破，目的是為此後的駱駝刺植被生存與生長不再依靠人工, 而是依賴於自然資源-一地下水，在這種情況下只要保證區域地下水資源的穩定 性，則駱駝刺植被的生存和生長穩定性亦得到了保證。本發明具有原始創新意 義，彰顯技術進步。
下面將結合附屈對本發明作進一步的描述。 圖1潛水埋深試驗控制設施結構示意圖 圖2潛水埋深試驗控制設施結構示意圖剖視圖 其中1-池壁
2- 柱墩
3- 鋼絲網
4- 注水管
圖3潛水埋深土壤中的根系形態剖視示意圖 圖4潛水埋深土壤中幼苗紮根深度示意圖 圖5a、 5b不同條件下的根系分株示意圖
如圖l、圖2所示，潛水埋深誘導技術方法所構建網片試驗池，由池壁l、 柱墩2、鋼絲網3,注水管4組成；其中池壁1厚度25-35 cm,確保不透水；池 底布設高度為45-55 cm的柱墩2，以保證地下水的流動；柱墩2的上面鋪設孔 徑為1-2 cm的鋼絲網3;鋼絲網3的上面先鋪設石子並逐層填入土方，填入20-30 cm時，需機械緊壓塌實，添埋至地平面；池內布設注水管4與地下水相通。
如圖3所示，潛水埋深土壤中的根系形態剖視示意圖，驗證了在整個生長 季中，不同潛水埋深條件下駱駝刺幼苗垂直根的平均生長速度為100cra潛水埋 深為0.3-0.4cm/天,150cm潛水埋深為0.5-0.6cm/天,200cm潛水埋深為 0.8-0. 9cm/天，250cm潛水埋深為1. 0-1. 2cm/天；駱駝刺幼苗垂直根生長速度 與地下潛水埋深的增加呈現正相關的遞增規律。
如圖4所示，潛水埋深土壤中幼苗紮根深度示意圖，驗證了不同潛水埋深 條件下土壤含水量與垂直根生長的量化關係，250cm潛水埋深的駱駝刺幼苗平均 紮根深度為160-175cm,其對應的土壤質量含水率為30-35%; 200cm潛水埋深的 駱駝刺幼苗平均紮根深度為120-140cm,其對應的土壤質量含水率為25-35%; 150cm潛水埋深的駱鴕刺幼苗平均紮根深度為80-95cm,其對應的土壤質量含水 率為25-35%; 100cm潛水埋深的駱鴕刺幼苗平均紮根深度為60cm,其對應的 土壤質量含水率為25-35%;說明25-35%的土壤含水率是駱駝刺幼苗垂直根停止 生長的臨界值，即根系停止向下生長。
如圖5a5b所示，不同條件下的根系分株示意圖，驗證了 100cm潛水埋深、 150cni潛水埋深的駱駝刺幼苗在播種後90-110天，根系均出現了根系分櫱和水 平根系分株現象；200cm潛水埋深、250cm潛水埋深的駱駝刺幼苗根系調查均沒有出現根系分株現象；其中，150cm潛水埋深的分株現象最明顯；100cm潛 水埋深蒸發強烈導致土壤鹽漬化，幼苗枯死現象明顯。
本發明的技術方法驗證了駱駝刺幼苗地上、地下生物量的生長關係150cm 潛水埋深最有利於地下根系生物量的積累，200cm潛水埋深最有利於地上生物量 的積累。
具體實施方式
實施例
將120平方米試驗場，分割成兩組試驗區；構建池壁l厚度為30釐米不透 水的磚混試驗池；底面布設柱墩2，以保證地下水的流動，在高度為50釐米柱 墩2上面鋪設孔徑為l釐米的優質鋼絲網3;在鋼絲網3的上面鋪設直徑為2釐 米的小石子，厚度為3釐米；在第一層石子的上面再鋪設直徑為l釐米的石子， 厚度為2釐米。以確保石子不會掉入水中；該層一方面要確保地下水能夠被土 壤吸附，緩慢進入土壤內，另一方面要確保土壤顆粒不會落入水中，以儘可能 地模擬自然環境中的潛水位；在石子的上面逐層填入所需要的試驗用土壤，即 每填入20釐米的土壤，要用機械裝置壓緊塌實，直到將土填到與小區的上表面 持平為止。這樣共設置了 IO個相互獨立且又連成一體的潛水位控制試驗小區， 潛水埋深均為50釐米，土層厚度分別為IOO釐米、150釐米、200釐米、250釐 米和300釐米，即分別設置了 100cm 、 150cm、 200cm、 250cm、 300cm五個潛水 埋深梯度，每一個潛水埋深梯度設置有兩個重複小區；在每一個小區內設有與 地下水相連通的進水管道，以便對地下潛水埋深控制試驗系統的300 cm、 250cm、 200cm、 150cm、 100cm五個潛水位梯度的水位變化進行每天測定，並及時補充地 下水，保證潛水位始終保持在50cm使土壤與水面保持接觸狀態，以保持潛水位 的動態平衡。經過種子播種、苗木管理和潛水補充，土壤基本恢復到土壤自然 狀態。
實施例
根系驗證:在潛水埋深控制試驗池內種植駱駝刺幼苗，並進行正常管理；待 幼苗生長穩定後，隨機選取8株生長良好的標準樣株，分別測定其地徑、株高、 冠幅、葉片數、分支數、小技數，然後對所選植株的根系進行分層挖掘。挖掘 時以植株根莖為圓心，每20cm為一層分層取土挖掘，挖掘過程中採用根系追蹤 法和過篩法把每層的根系全部取出，截取下來的根系按照直徑《lmm、 1-3mm、 》3mm分類放置。根系用水衝洗乾淨後用遊標卡尺分別測定其直徑，直徑測定時 在不同部位測定3個重複值；長度粗根用鋼捲尺測定，細根長度測量困難的
"質量換算長度"的方法測定，即測定某一平均直徑下一段10cm長根系的質量，
然後把要測定的根系稱重換算成該直徑的根系總長度。根系經過分層分級測定
後分裝，標記好，連同地上部分一起帶回實驗室用烘箱在8(TC下烘乾至恆重。 烘乾後的地上部分和根系分別稱重，然後計算地上生物量乾重、根系分層生物 量乾重、地下生物量乾重、根系分層根系表面積等指標。
權利要求
1、本發明提供一種荒漠植物幼苗根系生長的潛水埋深誘導技術方法，其特徵在於構建網片試驗池，由池壁、柱墩、鋼絲網，注水管組成並添充石子與土方；其中池壁厚度25-35cm，確保不透水；池底布設高度為45-55cm的柱墩，以保證地下水的流動；柱墩的上面鋪設孔徑為1-2cm的鋼絲網；鋼絲網的上面先鋪設石子並逐層填入土方，填入20-30cm時，需機械緊壓塌實，添埋至地平面；監測試驗試驗池設置土層厚度分別為100cm、150cm、200cm、250cm和300cm的潛水位控制試驗區，內設地下水相連通的注水管，及時補充地下水，使潛水位始終保持在45-55cm；幼苗經過種子選育、播種、苗木管理和潛水補充，土壤基本保持自然狀態。
2、 根據權利要求1所述的技術方法，其特徵在於鋪設石子直徑為 2.1-3.0 cm,厚度5-6 cm;為防止石子和土壤顆粒滑落入水，小石子鋪設在上。
3、 根據權利要求l所述的技術方法，其特徵在於驗證不同潛水埋深條件下幼苗垂直根的紮根深度和垂直根生長速度，量化垂直根生長與土壤含水量的關係。
4、 根據權利要求l所述的技術方法，其特徵在於驗證幼苗根系形態隨地下潛水和土壤水分的變化特徵，即具有驗證幼苗根系的形態可塑性。
5、 根據權利要求l所述的技術方法，其特徵在於驗證其幼苗根系質量和表面積在土壤空間上的分布特徵同時構建不同潛水埋深條件下的生物量垂直分布模型。
6、 根據權利要求l所述的技術方法，其特徵在於驗證幼苗在不同潛水埋深條件下的生物量分配特徵，即根冠比的動態；幼苗通過改變地上/地下部分的生物量分配來應對地下潛水和土壤水分的變化。
7、 根據權利要求l所述的技術方法，其特徵在於試驗池製作可釆用混凝土澆灌成型或水泥磚混結構鋪設防水材料。
全文摘要
本發明提供的一種荒漠植物幼苗根系生長的潛水埋深誘導技術方法，所構建網片試驗池，由池壁、柱墩、鋼絲網，注水管組成並添充石子與土方；其中池壁確保不透水；池底布設柱墩，以保證地下水的流動；柱墩的上面鋪設鋼絲網；鋼絲網的上面先鋪設石子並逐層填入土方；布設土層厚度分別為100cm、150cm、200cm、250cm和300cm的潛水位控制試驗區，使潛水位始終保持在45-55cm。上述的技術方法，驗證了不同潛水埋深條件下幼苗垂直根的紮根深度和垂直根生長速度的關係；驗證了幼苗根系形態隨地下潛水和土壤水分的變化特徵；驗證了幼苗根系質量和表面積在土壤空間上的分布規律；驗證了幼苗在不同潛水埋深條件下的生物量分配趨勢。該技術方法設計合理、可操作性強。試驗池的製作，可採用混凝土澆灌成型或水泥磚混結構鋪設防水材料。
文檔編號A01G7/06GK101385433SQ20081007295
公開日2009年3月18日 申請日期2008年9月19日 優先權日2008年9月19日
發明者波 劉, 張希明, 傑 曾, 曾凡江, 利 李, 李向義, 邢文娟, 郭海峰, 雷加強 申請人:中國科學院新疆生態與地理研究所