一种高粱涝害的检测方法

技术领域

本发明实施例涉及植物检测技术领域，具体涉及一种高粱涝害的检测方法。

背景技术

水分是作物体内最为重要的组成部分，植株体内的水分一方面为作物代谢提供了原料，另一方面也为细胞提供膨压。涝害后根系吸收功能受阻，影响植株对水分的吸收。Kumutheat等(2008)和An等(2016)分别在木豆和无花果上研究发现，涝害后植株叶片的水分含量显著下降。叶片细胞内的水分含量与叶片结构密切相关，涝害造成的水分含量减少也会影响叶片的形态结构。Yin等(2009)报道涝害后菊花的叶肉细胞中存在大量间隙，上表层蜡质层加厚。叶片含水量的下降也会影响叶片的蒸腾作用，而蒸腾作用与叶片表面的物理特性(比如叶温)密切相关，作物叶片气体交换与叶片热力调节能力的互适性对于作物适宜逆境环境具有重要的积极意义。目前，关于涝害后高粱叶片的水分含量、叶片结构及叶片温度的变化未见报道。

氮、磷、钾是作物生长发育所需要的重要营养元素，主要通过根系的主动吸收获取。涝害后根系有氧呼吸受阻，能量减少是限制根系对营养元素吸收的一个重要因素。此外，涝害也会导致土壤中的矿质营养元素发生改变，前人研究表明涝害会加剧土壤中氮素的淋溶和反硝化，降低钾的有效性，最终导致土壤中有效氮和有效钾含量减少，但土壤在淹水胁迫下，土壤中的固定态磷会被释放，增加土壤中有效磷含量。然而，关于涝害对高粱营养元素的积累和分配的影响还研究较少。因此，研究涝害后高粱植株内水分含量和养分含量的变化，明确高粱应对涝害的水分生理和营养生理，对高粱的耐涝研究具有重要意义。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种高粱涝害的检测方法，以解决现有技术中的问题。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

一种高粱涝害的检测方法，包括如下步骤：

步骤100、参考涝期预测趋势标定试验田，选定与试验田中相同的高梁试验品种，并以相同的条件以盆栽方式种植形成对照组，当涝害发生时转移对照组，并在涝害结束后搬回原位；

步骤200、记录涝害时期不同区域的涝害情况，并据此形成涝害对高梁胁迫分布图；

步骤300、利用无人机和热红外遥感技术监测试验田中全部高梁的叶片温度和环境温度，并测量对照组的叶片温度和环境温度，分别计算试验田和对照组的叶温差；

步骤400、以涝害对高梁胁迫分布图为基础划定采样区，并对应温度取样点在采样区和对照组内采样并测量高梁参数；

步骤500、将测量获得的高梁参数与叶温差进行一一对应以分析涝害对高粱的影响程度。

作为本发明的一种优选方案，在步骤100中，参考涝期预测趋势标定试验田的具体方法为：

步骤101、根据涝期预测趋势标定涝害范围区，并在所述涝害范围区内圈定试验田区；

步骤102、在所述试验田区种植相同试验品种的高粱，并将所述试验田区范围的高粱按照试验田区的高程顺序编制形成涝害序列，其中，在所述试验田区范围至少形成两组涝害序列。

作为本发明的一种优选方案，当涝害发生后根据涝害的时间以及波及程度圈定每个时间段内的胁迫等高线；

依据每个时间的记录长度划分界定区间，并根据界定区间划分胁迫等高线以确定涝害对高梁胁迫分布图。作为本发明的一种优选方案，在步骤300中利用无人机和热红外遥感技术监测试验田中全部高粱的叶片温度和环境温度的具体方法为：

步骤301、选择多个统一型号的无人机和热红外遥感监测装置，并将热红外遥感监测装置均固定安装在无人机上形成一体化的测温机构，对照涝害序列对所述测温机构进行编号，使得测温机构与所述涝害序列形成一一对应关系；

步骤302、在指定时间范围内同步使用所述测温机构对每个试验田和对照组内的高粱测量叶片温度和环境温度，并计算叶温差；

步骤303、将涝害序列与所述叶温差一一对应。

作为本发明的一种优选方案，在测量高粱叶片温度和环境温度之前将对照组搬运至每一个试验田中至少保存1天，且通过同一测温机构的同一热红外遥感监测装置同时测量试验田和对照组中高粱的叶片温度和环境温度。

作为本发明的一种优选方案，将所述测温机构中的热红外遥感监测装置悬停在高粱叶片上方1米处拍摄高粱的红外成像，同时记录拍摄时的空气温度，将空气温度记为T

计算高粱叶片的叶温差，记为△T，△T＝T

作为本发明的一种优选方案，在步骤400中，在采样区内根据温度检测时间段进行定点取样，并基于定点取样获得的样品进行高粱参数分析，所述高粱参数包括叶片含水量、叶片解剖结构、叶片温度、叶片气体交换参数、根系伤流、植株干物质积累量和植株养分含量。

本发明的实施方式具有如下优点：

本发明通过建立胁迫分布图和对照实验，从而从广域分布的角度以叶温差为基础分析涝害胁迫对高粱的伤害，以叶温差为基础进而结合高粱参数进行深入分析，整个分析过程所获得的数据更加真实可靠，更具有说服力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施方式中的结构示意图；

图2为本发明实施方式中涝胁迫对根系伤流的影响示意图；

图3为本发明实施方式中涝胁迫前后热红外图像图；

图4为本发明实施方式中叶温差比较示意图；

图5为本发明实施方式中高粱参数线性关系示意图；

图6为本发明实施方式中涝胁迫对高粱地上和地下干物质积累的影响示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供了一种高粱涝害的检测方法，包括如下步骤：

步骤100、参考涝期预测趋势标定试验田，选定与试验田中相同的高梁试验品种，并以相同的条件以盆栽方式种植形成对照组，当涝害发生时转移对照组，并在涝害结束后搬回原位。

其中，在本实施方式中选择两个品种：机糯粱1号，记为JN01以及晋杂31，记为JZ31。

在步骤100中，参考涝期预测趋势标定试验田的具体方法为：

步骤101、根据涝期预测趋势标定涝害范围区，并在所述涝害范围区内圈定试验田区；

步骤102、在所述试验田区种植相同试验品种的高粱，并将所述试验田区范围的高粱按照试验田区的高程顺序编制形成涝害序列，其中，在所述试验田区范围至少形成两组涝害序列。

步骤200、记录涝害时期不同区域的涝害情况，并据此形成涝害对高梁胁迫分布图。

当涝害发生后根据涝害的时间以及波及程度圈定每个时间段内的胁迫等高线；

依据每个时间的记录长度划分界定区间，并根据界定区间划分胁迫等高线以确定涝害对高梁胁迫分布图。

步骤300、利用无人机和热红外遥感技术监测试验田中全部高梁的叶片温度和环境温度，并测量对照组的叶片温度和环境温度，分别计算试验田和对照组的叶温差。

在步骤300中利用无人机和热红外遥感技术监测试验田中全部高粱的叶片温度和环境温度的具体方法为：

步骤301、选择多个统一型号的无人机和热红外遥感监测装置，并将热红外遥感监测装置均固定安装在无人机上形成一体化的测温机构，对照涝害序列对所述测温机构进行编号，使得测温机构与所述涝害序列形成一一对应关系；

步骤302、在指定时间范围内同步使用所述测温机构对每个试验田和对照组内的高粱测量叶片温度和环境温度，并计算叶温差；

步骤303、将涝害序列与所述叶温差一一对应。

在测量高粱叶片温度和环境温度之前将对照组搬运至每一个试验田中至少保存1天，且通过同一测温机构的同一热红外遥感监测装置同时测量试验田和对照组中高粱的叶片温度和环境温度。

作为本发明的一种优选方案，将所述测温机构中的热红外遥感监测装置悬停在高粱叶片上方1米处拍摄高粱的红外成像，同时记录拍摄时的空气温度，将空气温度记为T

计算高粱叶片的叶温差，记为△T，△T＝T

步骤400、以涝害对高梁胁迫分布图为基础划定采样区，并对应温度取样点在采样区和对照组内采样并测量高梁参数。

在步骤400中，在采样区内根据温度检测时间段进行定点取样，并基于定点取样获得的样品进行高粱参数分析，所述高粱参数包括叶片含水量、叶片解剖结构、叶片温度、叶片气体交换参数、根系伤流、植株干物质积累量和植株养分含量。

所述叶片含水量、叶片解剖结构、叶片温度、叶片气体交换参数和根系伤流在涝胁迫后即进行测量，所述植株干物质积累量和植株养分含量在涝胁迫后的第0天、3天、6天、9天、12天分别进行测定。

所述叶片含水量包括相对含水量、水分饱和亏缺、叶片净含水量、比叶重，具体测定方法包括如下步骤：

选取多株长势相同或相近的高粱为测定对象，通过打孔器从测定对象的最新完全展开叶片上避开叶脉进行多次取样获得取样片，从取样片中随机选择一定数量进行称量获得鲜重，即为FW；

将取样片在蒸馏水中浸泡后通过吸水纸吸干表面水分称重获得饱和重，即为TW，将称量饱和重后的取样片烘干后称重获得干重，即为DW；

基于上述计算：

相对含水量＝(FW-DW)/(TW-DW)，记为RWC；

水分饱和亏缺＝100-RWC，记为WSD；

叶片净含水量＝(FW-DW)/DW，记为LWC；

比叶重＝叶片重/叶面积，单位为g/m

所述叶片含水量还包括自由水含量和束缚水含量，具体测定方法包括如下步骤：

选择多个带盖铝盒并依次顺序编号，准确称量每个所述带盖铝盒的质量，记为M

在每个所述带盖铝盒内放置固定数量的取样片，称量质量记为M

将装有取样片的所述带盖铝盒置于暗处一定时间后，测定所述取样片的糖浓度记为C；

基于上述计算：

自由水含量＝(M3-M2)×(60％-C))/([(M2-M1)×C]，记为FWC；

束缚水含量＝LWC-FWC，记为BWC。

涝害处理显著地降低了高粱植株叶片水分含量(表1)。在涝害处理后，JN01和JZ31叶片相对含水量分别比对照降低2.64％和7.57％，JN01和JZ31的最大水分亏缺分别为4.87％和9.47％。涝害后，植株水分含量的减少主要是植株自由水含量的减少，JN01和JZ31的自由水含量分别比对照下降11.60％和19.10％。自由水和束缚水的比值分别下降了15.15％和22.8％。

表1涝害对高粱叶片水分含量的影响

步骤500、将测量获得的高梁参数与叶温差进行一一对应以分析涝害对高粱的影响程度。

叶片通过气孔水分蒸发带走热量的方式调节植物叶片温度。获取涝害后高粱的热红外成像(图3)，从图上可以看出，涝害处理后由于叶片含水量和蒸腾速率下降，导致涝害后高粱的叶片温度显著高于对照，JZ31整株高粱的叶片温度均呈上升趋势，而JN01仅有植株下部叶片的温度有所上升。

高粱的叶片温度不仅与植株水分状况有关，环境温度也对植株的叶片温度有一定影响。为了消除环境因素，更好地量化涝害后高粱叶片温度的变化，本研究对高粱叶片的叶温差(△T)进行统计，由图4可知，高粱在涝害后，两个高粱品种的叶片温度均呈上升趋势，JZ31的叶温差上升更加明显，在涝害后JZ31和JN01的叶温差分别比对照增加了7.31℃和2.40℃。

高粱叶片的相对含水量、净光合速率、蒸腾速率和叶温差之间呈显著的线性相关(图5)。叶片蒸腾速率与叶片相对含水量之间的相关方程为y＝25.29x-18.94(R

气体交换参数的测定：在上午的9:00～11:00，采用LI-6400光合仪(LI-COR，美国)测定不同处理高粱最新完全展开叶的气体交换参数，净光合速率(Pn)、蒸腾速率(E)和气孔导度(gs)。水分利用效率(WUE)为光合速率与蒸腾速率的比值。

涝害的影响，高粱叶片气体交换参数有不同程度的下降(表23)，JN01的Pn、Tr、gs分别比对照下降33.17％、9.88％、34.48％；而JZ31的Pn、Tr、gs分别比对照下降51.92％、37.80％、53.33％。WUE涝害后也表现出下降的趋势，在涝害后JN01和JZ31的WUE分别比对照下降16.45％和22.67％。

表2涝害对高粱叶片气体交换参数的影响

所述根系伤流的具体测定方法：

在塑料袋中装适量烘干过的脱脂棉，用分析天平称其重量，记为M

伤流速率＝(M

所述植株干物质积累量和植株养分含量的具体测定方法为：

在涝胁迫后的第0天、3天、6天、9天、12天，将不同处理的高粱植株从盆中取出，用流动的水清洗干净，将植株分为地上部分和地下部分，分别标号置于纸袋中放于烘箱，经过105℃杀青和80℃烘干至恒重，用分析天平称量其重量。

从图6可以看出，涝害对高粱生物量的积累和分配均产生不同程度的影响，根部对涝害的响应比地上部早，从涝害后第3天开始，高粱根系的干物质积累就显著的低于对照，而地上部分干重和植株生物量在涝害后6天才与对照有显著差异。两个高粱品种在涝害后也存在一定的差异响应，在涝害后的第6天、9天和12天，JN01和JZ31的植株生物量分别比对照下降17.03％、23.47％、24.754％和31.80％、33.97％、48.78％(P＜0.05)；JN01和JZ31的地上部分干重分别比对照下降19.32％、25.38％、26.89％和25.86％、29.44％、44.24％(P＜0.05)。在涝害后的第3天、6天、9天和12天，JN01的根部分干物质重分别比对照下降25.99％、6.42％、15.07％和16.57％；而JZ31的根部分干物质分别比对照下降53.09％、59.40％、51.86％和65.04％(P＜0.05)。JZ31和JN01的根冠比在涝害后表现出不同的响应，在涝害初期(第3天)，JZ31和JN01的根冠比分别比对照下降了53.66％和25.08％，在涝害的第6天、9天和12天，JZ31的根冠比分别比对照下降44.35％、32.50％和37.58％，而JN01的根冠比与对照的差异不显著。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。