技术领域
本发明属于甘蔗根系研究技术领域，具体涉及一种用于监测甘蔗根系生长动态的方法。
背景技术
根系对植物的生长和发育具有重要的影响，科学的了解、研究和掌握甘蔗根系的生长动态和形态分布，对甘蔗生产的发展和品种选育具有重要的科学指导意义。
目前，我国对大田作物根系的研究主要采用挖掘法。微根管是一种非破坏田间试验观测根系生长动态的方法，近年来，我国多家单位从国外引进微根管技术，但是如何精确运用该技术尤其是在甘蔗上运用该技术还存在很多困难，尤其是微根管的安装方法、安装数量和监测周期对甘蔗根系的监测影响较大，微根管安装常用方法是用钢钻挖一个与微根管直径接近的管洞(通常大于管径1-2mm)，并达到确定深度，然后将微根管插入洞中，此方法很难选到合适的钻洞工具，且此方法管壁与土壤的接触存在空隙，微根管容易松动，影响根系生长，根系容易在空隙生长或者是沿着管壁生长，另一方面，钻洞受土壤质地影响较大，如果土壤质地坚硬且含有石块、干粘土壤或松散无结构的土壤对安装微根管存在很多问题，在湿粘土壤中钻洞，当湿粘土变干后形成裂缝，光会进入土壤中或者是微根管中，在有石头的土壤中，管壁容易被刮划或刮破，另一方面微根管安装的角度和位置、监测时间间隔以及甘蔗种植方法也影响根系生长监测的质量和数据的准确性。因此如何克服现有技术的不足，提供一种能够提高甘蔗根系生长监测准确性的方法是目前甘蔗根系研究技术领域亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种用于监测甘蔗根系生长动态的方法，该方法包括微根管的安装、甘蔗的种植和甘蔗根系原位观测，实现了对甘蔗根系生长形态参数的动态观测与分析。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种用于监测甘蔗根系生长动态的方法，包括如下步骤：
步骤（1），微根管的安装：
在试验地块挖深1-1.5 m，宽10-30 cm的沟，将长0.8-3 m的微根管呈30°或45°放入沟中，微根管底端用橡皮帽封死，微根管上端20-40 cm露出地面，之后，用原地挖出的土回填，夯实；其中，微根管周围用细土回填；
接着，将微根管露出地面的部分先用黑色胶布缠绕至少一层再用锡箔纸包裹至少一层，同时微根管顶端加盖密封；
步骤（2），微根管与土壤的平衡：
在甘蔗种植前6个月及以上的时间将微根管按照步骤（1）的方法安装，同时用水漫灌试验地块，之后闲置；
步骤（3），甘蔗的种植：
种植时，将甘蔗砍成单芽种植，要求种植同一品种或者是同一处理的甘蔗的正下方安装至少8根微根管，距离甘蔗30-60 cm的左右两侧也至少分别安装8根微根管；
步骤（4），根系图片采集：
甘蔗出苗时利用根系扫描系统扫描微根管，监测到甘蔗长出根系时，每隔1-2周扫描一次，获得的根系图片并记录生根时间，同时观察不同土层根系分布状况及根系生长动态；
步骤（5），图片分析：
将获得的根系图片利用根系分析软件分析，得到甘蔗根系生长动态。
进一步，优选的是，相邻两根微根管的距离为100-150 cm。
进一步，优选的是，步骤（2）中，在甘蔗种植前12个月时，将微根管按照步骤（1）的方法安装。
进一步，优选的是，步骤（3）中，将甘蔗砍成5-10 cm的单芽种植。
进一步，优选的是，甘蔗种植在距离微根管10 cm以上的位置，避免距离太近影响甘蔗生长。
进一步，优选的是，步骤（4）中，同一品种或同一处理的甘蔗正下方安装有8-20根微根管。
进一步，优选的是，步骤（4）中，同一品种或同一处理的甘蔗距离30-60 cm的左右两侧也各安装有8-20根微根管。
进一步，优选的是，步骤（5）中，将获得的根系图片利用根系分析软件分析不同土层根系总根长、根系总表面积、根系直径、根系总体积、根点数和根分枝数，并计算根长密度、根系生长速率和根系周转速率。
进一步，优选的是，甘蔗正下方的微根管和两侧边的微根管以同一角度倾斜设置，且甘蔗正下方的微根管和两侧边的微根管分别在同一直线上。
本发明所述的细土为通常意义上的细粒土，没有特殊限制。
本发明中微根管底端用橡皮帽封死是为了防止地下水进入微根管影响测量。
将土壤开沟后埋入微根管是为了防止管壁与土壤的接触存在空隙，避免管壁被刮划或刮破，影响根系生长和监测。
将微根管露出地面的部分先用黑色胶布缠绕至少一层再用锡箔纸包裹至少一层，是为了防光线进入影响根系生长；并在顶端加盖密封，避免灰尘和水分进入管中。
正下方的微根管方便观测甘蔗植株正下方根系生长情况，两侧微根管方便观测植株横向根系生长的情况。
为了尽可能减少微根管对土壤的干扰，保证微根管与土壤接触良好，需在甘蔗种植前6个月及以上的时间将微根管与土壤的平衡，待微根管与土壤平衡后栽种甘蔗。
本发明采用的根系扫描系统与根系分析软件均为现有的产品。
本发明在甘蔗种植的过程中，按照常规的管理方式进行管理，并及时除草。
本发明对于同一品种或同一处理的甘蔗的种植面积没有要求，只要求微根管的数量即可。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
目前根系研究常用观测方法为田间直接取样方法：挖掘法，据统计有30%的根系在清洗的过程中脱落，这样就降低了实际测量的精度和可靠性，而且在每次测量时都必须将根系挖出，既损伤了作物，又限定了研究内容和范围，使得同一作物生长全过程观测无法成为现实；近年来引进的微根管技术在甘蔗上运用较少，尤其是微根管的安装方法、安装数量和监测周期对甘蔗根系的监测影响较大，常用的安装方法是用钢钻挖一个与微根管直径接近的洞，并钻到需要的深度后，然后将微根管插入洞中。本发明中微根管同时位于甘蔗的正下方和左右两侧，且安装数量在8根以上，微根管安装方法采用在试验地块挖深1-1.5 m，宽10-30 cm的沟，将长80-300 cm的微根管呈30°或45°放入沟中（与水平面的夹角），避免了根管受土壤质地的影响导致根系测量准确性。因甘蔗根系垂直深度深，横向分布广泛，因此本发明根管的安装方法能保证监测到纵向和横向生长的根系，可在不同时间段对甘蔗根系进行原位观测，为甘蔗根系生长动态的研究及开展甘蔗根系育种研究提供一种可靠的研究手段。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例技术描述中所需要使用的附图做介绍。
图1为ROC22在24-48cm土层中的分布图；
图2为云蔗05-194在24-48cm土层中的分布图；
图3为云蔗05-51在24-48cm土层中的分布图；
图4为云蔗04-241在24-48cm土层中的分布图；
图5为本发明实施例中根系监测系统的结构示意图；
图6为本发明实施例中微根管安装示意平面图；
其中，1.微根管顶盖；2.甘蔗；3.地表：4.扫描头；5.微根管；6.数据采集装置。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。
本发明实施例中所采用的根系监测系统为现有结构，如图5所示，包括微根管5、数据采集装置6和扫描头4，微根管5上安装有扫描头4，所有的扫描头4均与数据采集装置6相连，可以是有线连接也可以是无线连接，数据采集装置6用于控制并接受扫描头4采集的根系图片数据进行处理，扫描头4可在微根管中360度转动，提高根系数据采集的准确性和完整性。在本发明中主要研究微根管5的安装方法及安装数量，对于数据采集装置6和扫描头4，按照现有方法设置即可。
本发明实施例中，所采用的微根管1为透明的硬质管，具有透明度高，抗高压特性，所用的数据采集装置为CI-600。
实施例1
一种用于监测甘蔗根系生长动态的方法，包括如下步骤：
步骤（1），微根管的安装：
在试验地块挖深1 m，宽10 cm的沟，将长0.8 m的微根管呈30°放入沟中，微根管底端用橡皮帽封死，微根管上端20 cm露出地面，之后，用原地挖出的土回填，夯实；其中，微根管周围用细土回填；接着，将微根管露出地面的部分先用黑色胶布缠绕至少一层再用锡箔纸包裹至少一层，同时微根管顶端加盖密封；
步骤（2），微根管与土壤的平衡：
在甘蔗种植前6个月及以上的时间将微根管按照步骤（1）的方法安装，同时用水漫灌试验地块，之后闲置；
步骤（3），甘蔗的种植：
种植时，将甘蔗砍成单芽种植，要求种植同一品种或者是同一处理的甘蔗的正下方安装至少8根微根管，距离甘蔗30 cm的左右两侧也至少分别安装8根微根管；
步骤（4），根系图片采集：
甘蔗出苗时利用根系扫描系统扫描微根管，监测到甘蔗长出根系时，每隔1.5周扫描一次，获得的根系图片并记录生根时间，同时观察不同土层根系分布状况及根系生长动态；
步骤（5），图片分析：
将获得的根系图片利用根系分析软件分析，得到甘蔗根系生长动态。
实施例2
一种用于监测甘蔗根系生长动态的方法，包括如下步骤：
步骤（1），微根管的安装：
在试验地块挖深1.2 m，宽30 cm的沟，将长1.5 m的微根管呈45°放入沟中，微根管底端用橡皮帽封死，微根管上端40 cm露出地面，之后，用原地挖出的土回填，夯实；其中，微根管周围用细土回填；
接着，将微根管露出地面的部分先用黑色胶布缠绕至少一层再用锡箔纸包裹至少一层，同时微根管顶端加盖密封；
步骤（2），微根管与土壤的平衡：
在甘蔗种植前12个月及以上的时间将微根管按照步骤（1）的方法安装，同时用水漫灌试验地块，之后闲置；
步骤（3），甘蔗的种植：
种植时，将甘蔗砍成10 cm的单芽种植，要求种植同一品种或者是同一处理的甘蔗的正下方安装20根微根管，距离甘蔗60 cm的左右两侧也分别安装8-20根微根管；
步骤（4），根系图片采集：
甘蔗出苗时利用根系扫描系统扫描微根管，监测到甘蔗长出根系时，每隔2周扫描一次，获得的根系图片并记录生根时间，同时观察不同土层根系分布状况及根系生长动态；
步骤（5），图片分析：
将获得的根系图片利用根系分析软件分析不同土层根系总根长、根系总表面积、根系直径、根系总体积、根点数和根分枝数，并计算根长密度、根系生长速率和根系周转速率。
其中，相邻两根微根管的距离为100 cm。
甘蔗种植在距离微根管10 cm以上的位置，避免距离太近影响甘蔗生长。
甘蔗正下方的微根管和两侧边的微根管以同一角度倾斜设置，且甘蔗正下方的微根管和两侧边的微根管分别在同一直线上。
实施例3
一种用于监测甘蔗根系生长动态的方法，包括如下步骤：
步骤（1），微根管的安装：
在试验地块挖深1.3m，宽20 cm的沟，将长2 m的微根管呈30°或45°放入沟中，微根管底端用橡皮帽封死，微根管上端30 cm露出地面，之后，用原地挖出的土回填，夯实；其中，微根管周围用细土回填；
接着，将微根管露出地面的部分先用黑色胶布缠绕至少一层再用锡箔纸包裹至少一层，同时微根管顶端加盖密封；
步骤（2），微根管与土壤的平衡：
在甘蔗种植前12个月及以上的时间将微根管按照步骤（1）的方法安装，同时用水漫灌试验地块，之后闲置；
步骤（3），甘蔗的种植：
种植时，将甘蔗砍成8 cm的单芽种植，要求种植同一品种或者是同一处理的甘蔗的正下方安装15根微根管，距离甘蔗40 cm的左右两侧也分别安装15根微根管；
步骤（4），根系图片采集：
甘蔗出苗时利用根系扫描系统扫描微根管，监测到甘蔗长出根系时，每隔1周扫描一次，获得的根系图片并记录生根时间，同时观察不同土层根系分布状况及根系生长动态；
步骤（5），图片分析：
将获得的根系图片利用根系分析软件分析不同土层根系总根长、根系总表面积、根系直径、根系总体积、根点数和根分枝数，并计算根长密度、根系生长速率和根系周转速率。
其中，相邻两根微根管的距离为150 cm。
甘蔗种植在距离微根管10 cm以上的位置，避免距离太近影响甘蔗生长。
实施例4
一种用于监测甘蔗根系生长动态的方法，包括如下步骤：
步骤（1），微根管的安装：
在试验地块挖深1.5 m，宽25 cm的沟，将长3.0m的微根管呈30°放入沟中，微根管底端用橡皮帽封死，微根管上端30 cm露出地面，之后，用原地挖出的土回填，夯实；其中，微根管周围用细土回填；
接着，将微根管露出地面的部分先用黑色胶布缠绕至少一层再用锡箔纸包裹至少一层，同时微根管顶端加盖密封；
步骤（2），微根管与土壤的平衡：
在甘蔗种植前12个月将微根管按照步骤（1）的方法安装，同时用水漫灌试验地块，之后闲置；
步骤（3），甘蔗的种植：
种植时，将甘蔗砍成7-8 cm的单芽种植，要求种植同一品种或者是同一处理的甘蔗的正下方安装18根微根管，距离甘蔗40-45 cm的左右两侧也分别安装16根微根管；
步骤（4），根系图片采集：
甘蔗出苗时利用根系扫描系统扫描微根管，监测到甘蔗长出根系时，每隔1-2周扫描一次，获得的根系图片并记录生根时间，同时观察不同土层根系分布状况及根系生长动态；
步骤（5），图片分析：
将获得的根系图片利用根系分析软件分析不同土层根系总根长、根系总表面积、根系直径、根系总体积、根点数和根分枝数，并计算根长密度、根系生长速率和根系周转速率。
其中，相邻两根微根管的距离为130 cm。
甘蔗种植在距离微根管10 cm以上的位置，避免距离太近影响甘蔗生长。
对比例1
对比例1与实施例4的区别在于：将长1.5 m的微根管呈60°放入沟中，其余皆相同。
对比例2
对比例2与实施例4的区别在于：将长0.5 m的微根管呈30°放入沟中，其余皆相同，其余皆相同。
对比例3
对比例3与实施例4的区别在于：在甘蔗种植前3个月将微根管按照步骤（1）的方法安装，同时用水漫灌试验地块，之后闲置；其余皆相同。
对比例4
对比例4与实施例4的区别在于：种植时，将甘蔗砍成7-8 cm的单芽种植，要求种植同一品种或者是同一处理的甘蔗的正下方安装5根微根管，距离甘蔗40-45 cm的左右两侧也分别安装5根微根管，其余皆相同。
应用实例1
采用本发明实施例4方法进行了不同基因型甘蔗根系监测，能直接反映不同基因型甘蔗根系在土壤介质中的生长、根系性状及分布状况。申请人在甘蔗种植68天后对不同基因型甘蔗根系进行监测，不同基因型甘蔗根系生长、根系性状及分布差异显著，如图1~图4所示。同时，申请人进行了不同甘蔗品种根系特性评价，结果见表1，表明不同甘蔗品种在根系性状方面差异显著。
表1
注：表1中的数值为均值。
应用实例2
采用本发明实施例4、对比例1-4的方法进行了甘蔗ROC22根系监测，结果如表2。其中，空白对照为现有的土钻法。
表2
从表2中我们可以看出，微根管的安装的角度过大，会引起观察不完全，导致RMSE增大。微根管的长度或数量不足，会严重影响所采集到数据的全面性，导致RMSE过大。另外，微根管与土壤的平衡时间不足，会影响甘蔗根系的发育，导致结果不准确。同时，经空白对照发现，土钻法因钻头直径较小，在田间所代表的图样也小，且重复量大，严重影响甘蔗根系生长动态的研究。也由此，我们可以看出本发明各步骤和参数具有良好的协同作用。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。