一种荒漠植物幼苗根系生长的潜水埋深诱导技术方法

摘要

本发明提供的一种荒漠植物幼苗根系生长的潜水埋深诱导技术方法，所构建网片试验池，由池壁、柱墩、钢丝网，注水管组成并添充石子与土方；其中池壁确保不透水；池底布设柱墩，以保证地下水的流动；柱墩的上面铺设钢丝网；钢丝网的上面先铺设石子并逐层填入土方；布设土层厚度分别为100cm、150cm、200cm、250cm和300cm的潜水位控制试验区，使潜水位始终保持在45－55cm。上述的技术方法，验证了不同潜水埋深条件下幼苗垂直根的扎根深度和垂直根生长速度的关系；验证了幼苗根系形态随地下潜水和土壤水分的变化特征；验证了幼苗根系质量和表面积在土壤空间上的分布规律；验证了幼苗在不同潜水埋深条件下的生物量分配趋势。该技术方法设计合理、可操作性强。试验池的制作，可采用混凝土浇灌成型或水泥砖混结构铺设防水材料。

说明书

技术领域

本发明涉及植物根系生态学的研究，特别是潜水埋深技术，尤其适应一种荒漠植物幼苗根系生长的潜水埋深诱导技术方法。

背景技术

随着生态学的探索与研究的深入，生态学家越来越强烈地认识到，在生态系统结构、功能与过程的研究中，不确定的要素就是根系，由于根系研究的滞后，制约了对生态系统理论与实践研究的拓展。众所周知，根系是植物吸收水分和养分的重要功能器官，干旱区植物在适应环境过程中形成的重要特征就是具有庞大的根系，由于根系生长在地下，研究起来比较困难，所以对于大部分植物的根系研究尚属空白。目前已有专利号为2006101340701的根深性的评价方法和2005800497884的根系水分提升作用测定，都揭示了对本研究的不同与技术方法的差异。

骆驼刺作为塔克拉玛干沙漠南缘荒漠-绿洲过渡带上的重要的防风固沙植物及天然优质牧草，由于自然和人类活动的双重压力，骆驼刺的生长正在呈现衰退的趋势，因此对骆驼刺的保护与恢复重建已成了干旱区生态环境建设的重大战略措施之一。然而，在自然环境条件下进行骆驼刺根系生态学特性的研究十分困难，因为一株骆驼刺植物的地下部分包围有100-500立方米的土壤，它的根能扎到12米甚至30米的深处，试验只能以幼苗为试验材料。但是怎样形成不同的地下潜水埋深，并对其潜水水位进行动态控制，又成为试验成败的关键，本发明正是基于这些问题探索和生产实践的需求出发展开的。

本发明的构思就是模拟构建一套既科学又实用的技术设施和方法，在自然条件与人为干预都达到和谐状态时所产生的试验效果，成功地研究了荒漠植物幼苗根系的生长规律和分布动态及其与潜水埋深的关系，采用不同的地下潜水埋深并对其潜水水位进行动态控制，把握试验的关键环节，获得了有价值的科学数据及应用技术。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种荒漠植物幼苗根系生长的潜水埋深诱导技术方法，并利用该技术方法对荒漠植物幼苗根系的生长规律和分布动态及其与潜水埋深的关系进行研究。采用不同的地下潜水埋深并对其潜水水位进行动态控制，把握试验的关键环节，获得了有价值的科学数据。该技术方法设计合理、可操作性强，并验证了恢复自然生态的可能性与科学实践的创新性。

本发明的目的是这样实现的：潜水埋深诱导技术方法所构建网片试验池，由池壁、柱墩、钢丝网，注水管组成并添充石子与土方；其中池壁厚度25-35cm，确保不透水；池底布设高度为45-55cm的柱墩，以保证地下水的流动；柱墩的上面铺设孔径为1-2cm的钢丝网；钢丝网的上面先铺设石子并逐层填入土方，填入20-30cm时，需机械紧压塌实，添埋至地平面；监测试验：网片试验池设置土层厚度分别为100cm、150cm、200cm、250cm和300cm的潜水位控制试验区，内设地下水相连通的注水管，及时补充地下水，使潜水位始终保持在45-55cm；幼苗经过种子选育、播种、苗木管理和潜水补充，土壤基本保持自然状态。

上述的技术方法，铺设石子直径为2.1-3.0cm，厚度5-6cm；为防止石子和土壤颗粒滑落入水，小石子铺设在上。

上述的技术方法，验证不同潜水埋深条件下幼苗垂直根的扎根深度和垂直根生长速度，量化垂直根生长与土壤含水量的关系。

上述的技术方法，验证幼苗根系形态随地下潜水和土壤水分的变化特征，即具有验证幼苗根系的形态可塑性。

所述的技术方法，验证其幼苗根系质量和表面积在土壤空间上的分布特征：同时构建不同潜水埋深条件下的生物量垂直分布模型。

所述的技术方法，验证幼苗在不同潜水埋深条件下的生物量分配特征，即根冠比的动态；幼苗通过改变地上/地下部分的生物量分配来应对地下潜水和土壤水分的变化。

所述的技术方法，试验池的制作可采用混凝土浇灌成型或水泥砖混结构铺设防水材料。

本发明的潜水埋深诱导技术方法，模拟了植物最真实的水分来源方式，尤其是地下潜水位控制的试验设施与技术方法，获得的实验观测数据，验证了不同潜水埋深条件下骆驼刺幼苗根系生长、形态、分布、生物量分配、根冠生长的动态特征，以期在人工促进缩短骆驼刺根系达到地下水的周期的理论方法与技术途径方面取得突破，目的是为此后的骆驼刺植被生存与生长不再依靠人工，而是依赖于自然资源---地下水，在这种情况下只要保证区域地下水资源的稳定性，则骆驼刺植被的生存和生长稳定性亦得到了保证。本发明具有原始创新意义，彰显技术进步。

附图说明

下面将结合附图对本发明作进一步的描述。

图1潜水埋深试验控制设施结构示意图

图2潜水埋深试验控制设施结构示意图剖视图

其中：1-池壁

      2-柱墩

      3-钢丝网

      4-注水管

图3潜水埋深土壤中的根系形态剖视示意图

图4潜水埋深土壤中幼苗扎根深度示意图

图5a、5b不同条件下的根系分株示意图

如图1、图2所示，潜水埋深诱导技术方法所构建网片试验池，由池壁1、柱墩2、钢丝网3，注水管4组成；其中池壁1厚度25-35cm，确保不透水；池底布设高度为45-55cm的柱墩2，以保证地下水的流动；柱墩2的上面铺设孔径为1-2cm的钢丝网3；钢丝网3的上面先铺设石子并逐层填入土方，填入20-30cm时，需机械紧压塌实，添埋至地平面；池内布设注水管4与地下水相通。

如图3所示，潜水埋深土壤中的根系形态剖视示意图，验证了在整个生长季中，不同潜水埋深条件下骆驼刺幼苗垂直根的平均生长速度为：100cm潜水埋深为0.3-0.4cm/天，150cm潜水埋深为0.5-0.6cm/天，200cm潜水埋深为0.8-0.9cm/天，250cm潜水埋深为1.0-1.2cm/天；骆驼刺幼苗垂直根生长速度与地下潜水埋深的增加呈现正相关的递增规律。

如图4所示，潜水埋深土壤中幼苗扎根深度示意图，验证了不同潜水埋深条件下土壤含水量与垂直根生长的量化关系，250cm潜水埋深的骆驼刺幼苗平均扎根深度为160-175cm，其对应的土壤质量含水率为30-35％；200cm潜水埋深的骆驼刺幼苗平均扎根深度为120-140cm，其对应的土壤质量含水率为25-35％；150cm潜水埋深的骆驼刺幼苗平均扎根深度为80-95cm，其对应的土壤质量含水率为25-35％；100cm潜水埋深的骆驼刺幼苗平均扎根深度为45-60cm，其对应的土壤质量含水率为25-35％；说明25-35％的土壤含水率是骆驼刺幼苗垂直根停止生长的临界值，即根系停止向下生长。

如图5a5b所示，不同条件下的根系分株示意图，验证了100cm潜水埋深、150cm潜水埋深的骆驼刺幼苗在播种后90-110天，根系均出现了根系分蘖和水平根系分株现象；200cm潜水埋深、250cm潜水埋深的骆驼刺幼苗根系调查均没有出现根系分株现象；其中，150cm潜水埋深的分株现象最明显；100cm潜水埋深蒸发强烈导致土壤盐渍化，幼苗枯死现象明显。

本发明的技术方法验证了骆驼刺幼苗地上、地下生物量的生长关系：150cm潜水埋深最有利于地下根系生物量的积累，200cm潜水埋深最有利于地上生物量的积累。

具体实施方式

实施例

将120平方米试验场，分割成两组试验区；构建池壁1厚度为30厘米不透水的砖混试验池；底面布设柱墩2，以保证地下水的流动，在高度为50厘米柱墩2上面铺设孔径为1厘米的优质钢丝网3；在钢丝网3的上面铺设直径为2厘米的小石子，厚度为3厘米；在第一层石子的上面再铺设直径为1厘米的石子，厚度为2厘米。以确保石子不会掉入水中；该层一方面要确保地下水能够被土壤吸附，缓慢进入土壤内，另一方面要确保土壤颗粒不会落入水中，以尽可能地模拟自然环境中的潜水位；在石子的上面逐层填入所需要的试验用土壤，即每填入20厘米的土壤，要用机械装置压紧塌实，直到将土填到与小区的上表面持平为止。这样共设置了10个相互独立且又连成一体的潜水位控制试验小区，潜水埋深均为50厘米，土层厚度分别为100厘米、150厘米、200厘米、250厘米和300厘米，即分别设置了100cm、150cm、200cm、250cm、300cm五个潜水埋深梯度，每一个潜水埋深梯度设置有两个重复小区；在每一个小区内设有与地下水相连通的进水管道，以便对地下潜水埋深控制试验系统的300cm、250cm、200cm、150cm、100cm五个潜水位梯度的水位变化进行每天测定，并及时补充地下水，保证潜水位始终保持在50cm使土壤与水面保持接触状态，以保持潜水位的动态平衡。经过种子播种、苗木管理和潜水补充，土壤基本恢复到土壤自然状态。

实施例

根系验证：在潜水埋深控制试验池内种植骆驼刺幼苗，并进行正常管理；待幼苗生长稳定后，随机选取8株生长良好的标准样株，分别测定其地径、株高、冠幅、叶片数、分支数、小枝数，然后对所选植株的根系进行分层挖掘。挖掘时以植株根茎为圆心，每20cm为一层分层取土挖掘，挖掘过程中采用根系追踪法和过筛法把每层的根系全部取出，截取下来的根系按照直径≤1mm、1-3mm、≥3mm分类放置。根系用水冲洗干净后用游标卡尺分别测定其直径，直径测定时在不同部位测定3个重复值；长度粗根用钢卷尺测定，细根长度测量困难的用“质量换算长度”的方法测定，即测定某一平均直径下一段10cm长根系的质量，然后把要测定的根系称重换算成该直径的根系总长度。根系经过分层分级测定后分装，标记好，连同地上部分一起带回实验室用烘箱在80℃下烘干至恒重。烘干后的地上部分和根系分别称重，然后计算地上生物量干重、根系分层生物量干重、地下生物量干重、根系分层根系表面积等指标。