一种提高高粱耐涝性的试验测试方法

技术领域

本发明涉及农作物涝害技术领域，具体涉及一种提高高粱耐涝性的试验测试方法。

背景技术

我国地域广阔、易涝农田较多，由于抗涝的品种有限，对抗涝的研究不够深入，现有的种植资源抗涝性比较差，使得许多易涝土地无法保证稳产。高粱作为我国重要的杂粮作物，具有较强的抗逆性，常被安排种在一些低洼地或者沿海滩涂地，遇到短时间的强降雨，高粱也经常受到涝害的影响。高粱虽然具有一定的耐涝性，但是不同高粱的品种之间，抗涝性又存在差异。

活性氧胁迫是涝害影响高粱生长发育的一个重要因子。涝害后，高粱叶片中活性氧含量增加，叶绿体结构遭受破坏，严重影响高粱的光合作用及正常的生理进程。涝害后及时清除活性的含量，降低活性氧对高粱植株的伤害，有助于提高高粱的耐涝性。褪黑素是一种新型激素，具有一定的抗氧化能力。褪黑素可以有效减少植物在干旱胁迫、盐胁迫、低温胁迫等逆境胁迫下的活性氧积累，减轻活性氧对叶片的伤害。涝害后，高粱叶片活性氧含量增加，氧化胁迫加重是涝害影响植株正常生长发育的一个重要原因。

前期研究发现，涝害后高粱地上部氮素积累量和含量都显著下降。氮素是叶绿素的重要组成元素，涝害后叶片含氮量降低，导致叶绿素降解，直接影响植株的光合作用。前人研究发现，涝害后增施氮肥可显著缓解涝害对植物的影响，然而，涝害后根系功能受损，造成根系吸收利用率低，而且土壤泥泞造成地面施肥的可操作性差。叶面施氮是植物补充氮肥的重要措施，叶面喷施氮肥对植物氮素的补充具有快速、方便、利用率高等特点。当前无人机的快速普及，为植物叶面施肥提供了便捷途径。

然而，在现有技术中，常规的试验往往是建立是盆栽环境中的，并没有在实际的试验田中进行对比试验来验证氮肥和褪黑素对高粱耐涝性的影响，因此，现有技术中的对照试验缺乏可信度。现有技术中之所以没有在试验田中直接进行比照试验，最关键的原因即在于无法建立广域的试验环境和相应的检测机制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高高粱耐涝性的试验测试方法，以解决现有技术中无法基于实际的试验田进行比对试验来验证氮肥和褪黑素对高粱耐涝性能的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：

一种提高高粱耐涝性的试验测试方法，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、利用无人机按照设定规则对试验田中的高梁定量喷施褪黑素和尿素；

步骤400、基于无人机定向巡航监控观测涝害并标定取样点进行取样做指标检测。

进一步地，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。

进一步地，将所述对照组记为CK组，所述涝害范围区内圈定试验田区通过完全随机分区分为四组：

WL组，涝害；

WL-N组，涝害后喷施氮肥；

WL-MT组，涝害后喷施褪黑素；

WL-N-MT组，涝害后喷施氮肥和褪黑素。

进一步地，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。

进一步地，在步骤300中，所述设定规则具体为：

喷施时间为涝害当日以及涝害后第七日，且在涝害十四日后进行指标检测；

尿素浓度为1g/L，褪黑素浓度为100μmol/L，每株高梁喷施尿素或褪黑色各50mL，当同一株高梁需要同时喷施尿素和褪黑色时，先喷施50mL氮肥待叶片干燥后再喷施50mL褪黑色。

进一步地，在步骤300中，通过无人机对每株高梁进行定量喷施尿素或褪黑素的具体方法为：

步骤301、根据试验田区的范围划定网格，并根据网格的分布选择无人机巡航路线，并根据无人机的飞行高度以及喷施范围设定相邻无人机巡航路线之间的初始距离；

步骤302、测定相对风速和相对风向，根据相对风速和相对风向计算风对无人机喷施的影响矢量值，并根据影响矢量值调整所述初始距离；

步骤303、采用非均匀脉冲方式对每株高梁定向喷施尿素或褪黑素雾化溶液。

进一步地，在步骤400中，基于无人机定向巡航监控观测涝害并标定取样点的具体方法为：

步骤401、根据试验田区的范围划定网格，并根据每个网格所占面积与整个试验田区所占面积的比值确定每个所述网格的权重；

步骤402、基于整个试验田区的投影面建立平面坐标系；

步骤403、建立随机数模型，并根据随机数模型生成两组随机数组成所述平面坐标系的平面坐标，通过随机加权抽样方式从生成的平面坐标中抽取多个平面坐标作为取样点。

进一步地，将随机模型生成的多个平面坐标集合起来形成坐标集，并基于每个网格的权重进行加权随机抽样。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

本发明通过建立胁迫分布图和对照实验，在广域分布的基础上结合随机取样等方式来试验不同涝害后处理后高粱的耐涝性，从而实现了在实际试验田的基础上来验证氮肥和褪黑素对高粱耐涝性的影响。

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。

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褪黑素和氮肥对涝害下高粱氮的含量与积累量的影响示意图；

图3为本发明实施方式中褪黑素和氮肥对涝害下高粱光响应曲线的影响示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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，本发明提供了一种提高高粱耐涝性的试验测试方法，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。

进一步地，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。

将所述对照组记为CK组，所述涝害范围区内圈定试验田区通过完全随机分区分为四组：

WL组，涝害；

WL-N组，涝害后喷施氮肥；

WL-MT组，涝害后喷施褪黑素；

WL-N-MT组，涝害后喷施氮肥和褪黑素。

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、利用无人机按照设定规则对试验田中的高梁定量喷施褪黑素和尿素。

在步骤300中，所述设定规则具体为：

喷施时间为涝害当日以及涝害后第七日，且在涝害十四日后进行指标检测；

尿素浓度为1g/L，褪黑素浓度为100μmol/L，每株高梁喷施尿素或褪黑色各50mL，当同一株高梁需要同时喷施尿素和褪黑色时，先喷施50mL氮肥待叶片干燥后再喷施50mL褪黑色。

在步骤300中，通过无人机对每株高梁进行定量喷施尿素或褪黑素的具体方法为：

步骤301、根据试验田区的范围划定网格，并根据网格的分布选择无人机巡航路线，并根据无人机的飞行高度以及喷施范围设定相邻无人机巡航路线之间的初始距离；

步骤302、测定相对风速和相对风向，根据相对风速和相对风向计算风对无人机喷施的影响矢量值，并根据影响矢量值调整所述初始距离；

步骤303、采用非均匀脉冲方式对每株高梁定向喷施尿素或褪黑素雾化溶液。

在本发明中通过上述方式可以保证无论在什么样的情况下均可以实现对高粱植株的准确喷药，从而使其控制氮肥和褪黑素的量，避免人为因素导致的实验误差。

步骤400、基于无人机定向巡航监控观测涝害并标定取样点进行取样做指标检测。

在步骤400中，基于无人机定向巡航监控观测涝害并标定取样点的具体方法为：

步骤401、根据试验田区的范围划定网格，并根据每个网格所占面积与整个试验田区所占面积的比值确定每个所述网格的权重；

步骤402、基于整个试验田区的投影面建立平面坐标系；

步骤403、建立随机数模型，并根据随机数模型生成两组随机数组成所述平面坐标系的平面坐标，通过随机加权抽样方式从生成的平面坐标中抽取多个平面坐标作为取样点。

进一步地，将随机模型生成的多个平面坐标集合起来形成坐标集，并基于每个网格的权重进行加权随机抽样。

通过随机抽取以及加权的方式在试验田中抽取取样点，从而使其能够在涵盖所有网格的同时还能够依据每个网格的大小进行抽样的加权，从而使得抽样过程更加可靠。

另外，在本发明中，以具体的实施例进一步说明后续的指标测定以验证氮肥和褪黑素对高粱耐涝性的影响。指标的测定包括以下方面：

光响应曲线的测定：涝害结束后，用LI-6400(LI-COR Inc，美国)测定1800、1600、1400、1200、1000、800、600、400、200、100、50和0μmol·m 2·s 1下高粱叶片净光合速率，参照李义博等(2017)的方法，使用直角双曲线修正模型拟合光响应曲线，得到光响应曲线参数。

叶绿素荧光参数的测定：测定光响应曲线之后，取相同叶片，参照Hashida等(2016)的方法，用开放式Fluor Cam叶绿素荧光成像系统(Plant Phenotyping Reasearchcenter，捷克)进行叶绿素荧光参数的测定和拍照。

植株形态指标的测定：涝害结束后，将植株用流动的水冲洗干净，按地上部和地下部进行分类测定其干物质积累，同时将每个处理的不定根的数量和长度进行统计，每个处理测定5次。

另外还包括叶绿素含量的测定；叶片可溶性糖、可溶性蛋白的测定；抗氧化酶活性及MDA含量的测定。

涝害显著地抑制了高粱的生长发育(表1)，涝害后，叶面喷施氮肥或者褪黑素均能改善涝害对高粱生长发育的影响，WL-N处理后JN01的地上部干重、地下部干重、株高和不定根的平均长度分别比WL提高了38.80％、18.75％、10.33％和22.36％，JZ31分别提高了51.93％、102.45％、17.71％和174.54％；JN01的WL-MT处理与WL处理未有显著差异，JZ31的WL-MT处理与WL相比，地上部干重提高了23.66％，地下部干重提高了55.28％。WL-N-MT处理后JN01的地上部干重、地下部干重、株高和新生不定根的平均长度分别比WL提高了45.16％、45.79％、13.64％和64.17％，JZ31地上部干重、地下部干重、株高、新生不定根数量和不定根的平均长度分别比WL提高了86.14％、159.45％、23.96％、29.69％和265.28％。

表1叶面喷施褪黑素和氮素对涝害后高粱形态指标的影响

涝害处理后，高粱地上部的N含量显著下降，JN01和JZ31地上部N含量分别比对照下降38.83％和47.68％，差异均达到显著水平，WL-N和WL-N-MT处理显著提高了涝害下高粱地上部的N含量，JN01地上部N含量分别提高了27.76％和57.65％，JZ31地上部N含量分别提高了38.98％和68.71％(图2A)。高粱地下部N含量在WL、WL-N、WL-MT和WL-N-MT处理下，差异均未达到显著水平(图2B)。

涝害和外源物质处理后，N的积累量在地上部和地下部均有显著差异。WL处理下，JN01和JZ31地上部N的积累量较对照下降65.92％和76.69％，JN01的WL-N和WL-N-MT地上部N的积累量分别比WL提高了75.93％和128.89％，JZ31的WL-N、WL-MT和WL-N-MT分别比WL提高了111.16％、49.06％和213.97％，差异均达到显著水平(图2C)。地下部N的积累量变化与地上部相似，WL处理下，JN01和JZ31地下部N的积累量分别较对照下降42.76％和65.60％，JN01的WL-N和WL-N-MT分别比WL提高了20.42％和49.50％，JZ31的WL-N、WL-MT和WL-N-MT分别比WL提高了105.05％、55.50％和165.10％(图2D)。

由图3可知，涝害后高粱的净光合速率受到显著影响，尤其是在有效辐射较高的情况下，涝害下高粱净光合速率显著地低于对照处理。通过对高粱光响应曲线进行拟合，得到光响应曲线的拟合参数(表2)，从参数上看，涝害显著地降低了高粱最大光合速率、光补偿点和光饱和点，但是增加了叶片的表观暗呼吸速率。而叶面喷施氮肥和褪黑素有利于改善涝害对叶片光合曲线参数的影响，JN01和JZ31的光响应曲线的拟合参数均表现为CK＞WL-N-MT＞WL-N＞WL-MT＞WL，表明叶面喷施氮肥和褪黑素均可以提高涝害下高粱的净光合速率，而且叶面喷施氮肥与叶面喷施褪黑素混合施用对光合作用的改善要优于单独施用。

表2叶面喷施褪黑素和氮素对涝害后高粱光响应曲线模拟参数的影响

在本发明中，涝害发生后，叶面喷施氮肥和褪黑素后使得高粱的指标均有所改善，能够显著提高涝害后高粱的株高和干物质积累。叶面喷施氮肥的效果要优于喷施褪黑素，而且氮肥和褪黑素的配合使用效果优于单独使用。

以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。