本發明屬于根系?土壤水分互作檢測技術領域，具體涉及一種基于生物炭還田根系與土壤水分互作的光合速率檢測方法及其應用。本發明使用負壓灌溉的方法確保保水區域邊界水分振動周期與植物吸水周期一致；使用頻率分析的方法對根系保水區域邊界的水分振動特性進行解析；使用彈簧?質量系統的振動模型建立該水分振動頻率與植物光合速率之間的關系。使得光合速率的檢測方法操作簡單、受環境干擾小、且可以及時估算植物光合速率，預防作物水分脅迫；同時，本發明可以削減根系?土壤水分互作數據獲取難、解析成本高等問題。

技術領域

本發明屬于根系-土壤水分互作檢測技術領域，具體涉及一種基于生物炭還田根系與土壤水分互作的光合速率檢測方法及其應用，尤其涉及一種基于根系-土壤水分互作的光合速率檢測方法及其應用。

背景技術

生物炭是通過生物質熱解產生的多孔質含碳的固體，將生物炭還田可以增加土壤碳匯，改善土壤保水、保肥能力，是農業與環境可持續發展的重要措施之一。將生物炭應用于節水灌溉技術，可以提高水資源的利用效率，保障干旱地區的糧食生產。在節水灌溉技術中，地下滴灌技術通過毛細管原理將水分緩慢輸送到作物根區，在作物根區形成有限的保水區域。在地下灌溉技術中，檢測土壤-根系水分互作，解析根系吸水特征及作物的光合作用特征，對地下滴灌技術中的精細水分管理具有重要意義。

由于水分在土壤中具有時空變異性，解析根系吸水活動一直是研究的熱點和難點。傳統根系吸水解析法通常采用模型反演法，根據單點測量的土壤水分數據反演Richards模型參數，從而估算作物的吸水活動。傳統方法的問題是無法實時監測作物吸水活動的時空變異。解析作物吸水需要高時空分辨率的數據，層析成像技術，如：X射線成像、核磁共振成像（MRI）和電阻率成像（ERT）可以獲取作物根區的高時空分辨率數據，被廣泛用于表征由根系吸水引起的土壤水分變化。然而，目前的圖像處理技術難以區分由根系吸水和土壤水分再分布引起的土壤水分變化。并且，層析成像技術很難在實際應用中普及推廣。

過往研究也開發了植物生理脅迫的無損檢測方法，如：基于熱紅外圖像的光合速率、氣孔導度和葉片溫度等生理脅迫指標的檢測方法；基于植物整體或局部器官的力學特征變化預測植物水分脅迫的檢測方法。然而，基于葉片的檢測方法易受環境干擾，為后期數據處理帶來困難。同時，這類方法需要昂貴的檢測設備，且難以及時檢測到作物的生理脅迫信號。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于生物炭還田根系與土壤水分互作的光合速率一種基于生物炭還田根系與土壤水分互作的光合速率檢測方法及其應用，所述光合速率檢測方法可以及時估算植物光合速率，操作簡單，受環境干擾小；且數據獲取較容易，成本較低。

本發明提供了一種基于根系-土壤水分互作的光合速率檢測方法，包括如下步驟：

1）對植物進行負壓灌溉，依據所述負壓灌溉的負壓，估算獲得植物根系的保水區域的大小和濕潤峰的位置；

2）對所述保水區域垂直方向的濕潤峰位置和植物根系中心位置的土壤水分含量進行監測，分別得到保水區域的濕潤區內和干濕邊界處的土壤水分含量-時間t變化數據；

3）對所述保水區域的濕潤區內和干濕邊界處的土壤水分含量-時間t變化數據分別進行快速傅里葉變換，分別得到濕潤區內和干濕邊界處的土壤水分頻譜數據；

4）依據所述干濕邊界處的土壤水分頻譜數據分析得到由植物吸水活動引起的固有頻率ω_n；

對所述濕潤區內土壤水分頻譜數據中的根系吸水頻率進行傅里葉逆變換，恢復植物吸水引起的振動波形，得到振動振幅A；

5）以預定的關系式Ⅰ得到光合速率；

，關系式Ⅰ；其中，和由初始條件決定，在估算某一區間的光合速率時可以取值為0。

優選的，進行所述負壓灌溉前還包括，向土壤中施加生物炭。