Способ определения водного дефицита у растений

(55 А 01 6 7/00 ТЕН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АНИЕ ИЗОБР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Украинский научно-исследовательский институт лесного хозяйства и агролесомелиорации им, Г,Н,Высоцкого(56) Авторское свидетельство СССР М 1496704, кл. А 01 6 7/00, 1988.Авторское свидетельство СССР М 1496703, кл. А 01 6 7/00, 1988,(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВОДНОГО ДЕ ф И ЦИТА У РАСТЕ Н ИЙ(57) Изобретение относится к сельскому и лесному хозяйству и может быть применено для оценки физиологического состояния растений в зависимости от величины почвенных влагозапасов. Целью изобретения является повышение точности определения при наступлении почвенной засухи при одновременном снижении трудозатрат, Предварительно определяют заИзобретение относится к сельскому и лесному хозяйству и может быть применено для оценки физиологического состояния растений в зависимости от величины почвенных влагозапасов,Особенно необходима такая оценка состояния растений в аридных условиях, так как при кратковременном недостатке влаги у них замедляются ростовые процессы; снижаются темпы накопления органического вещества, а при длительном - начинается завядание, которое в конечном итоге ведет к их гибели,пас продуктивнои влаги в слое почвы, занимаемом корневой системой растения (исходя из размера проекции кроны растения по среднему радиусу и глубины залегания в почве основной массы корней растения), количество влаги, испаряющейся из почвы естественным путем, и количество продуктивной влаги, транспирируемой фитомассой растений в течение суток. После этого физиологическое состояние определяют по показателю, вычисляемому по формулеЧф,с= ХВп- ХВи/ХВт, где Чф,с - показатель физиологического состояния; ХВП - запас продуктивной влаги в слое почвы, занимаемом корневой системой растения; ХВ, - количество влаги, испарившейся из почвы естественным путем; ХВт - количество влаги, транспирируемое продуцирующей фитомассой растения в течение суток. Если величина Чф,с 1,.у растений констатируют наступление критического водного дефицита, при Чф.с =1 напряженного, и Чф,с,1 - его отсутствие, 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл. Известен способ определения засухоустойчивости древесных растений, включающий определение величины водного потенциала листьев при максимальной относительной скорости потока пасоки в древесине растений, которая служит основанием для установления степени засухоустойчивости растений.Однако при указанном способе у растений нельзя диагностировать водный дефицит, так как, например, у деревьев водный потенциал листьев значительно выше чем древесины. Следовательно, этот показатель510 15 20 ХВ - ХВиЧфл = не характеризует водообеспеченность растений в целом,Известен способ диагностики функционального состояния растений, включающий непрерывное измерение транспирации и разности температуо между листьями и окружающей средой, оценку по стационарному уровню тепловых потерь функционального состояния растений и по динамике изменения тепловых потерь - его адаптацию к изменению условий произрастания,Недостаток этого способа заключается в том, что физиологическое состояние растений определяется без учета фактической величины по венных запасов продуктивной влаги, которая, собственно, определяет из жизнедеятельность. Более того, указанный способ основывается на двух процессах (транспирации и температуре окружающей среды), не имеющих между собой прямой функциональной связи. Как известно, между этими процессами существует только корреляционная зависимость, т,е, при одной и той же температуре воздуха величина интенсивности транспирации у растений варьирует в значительных пределах, Поэтому получить достоверные данные о физиологическом состоянии растений с помощью указанного способа весьма проблематично.Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому способу является известный способ определения критического водного дефицита в древесных растениях, включающий непрерывное или дискретное измерение относительной скорости потока пасоки на протяжении нескольких часов до восхода и после захода Солнца, расчет численной величины отношения минимального показателя скорости потока пасоки к максимальному, и при величине этого отношения не менее 1 судят от наступлении водного дефицита у растений,Существенный недостаток этого способа заключается в том, что он не учитывает ресурсы почвенн ых влагозапасов. Более того, в основу его положен косвенный показатель, а именно - скорость потока пасоки, которая, как известно, зависит от многих факторов и прежде всего от химического состава самой пасоки, времени года и даже дня, когда выполняются замеры, а также вида изучаемого растения, Поэтому, при кажущейся простоте указанного способа, для получения достоверных данных, необходимо иметь целый ряд дополнительных характеристик, отражающих особенности протекания физиологических процессов в 25 30 35 40 45 50 55 том или другом виде растения, Следовательно, получение вспомогательной информации потребует и, соответственно, дополнительныхых трудозатрат.Целью изобретения является повышение точности определения физиологического состояния растений при наступлении почвенной засухи при одновременном снижении трудозатрат,Предварительно определяют запас продуктивной влаги в слое почвы, занимаемом корневой системой растения, количество влаги, испаряющейся из почвы естественным путем, и количество продуктивной влаги, транспирируемой фитомассой растений в течение суток, а физиологическое состояние определяют по показателю, вычисляемому по формуле где Чф.с - показатель физиологического состояния;ХВ - запас продуктивной влаги в слое почвы, занимаемом корневой системой растения;ХВи - количество влаги, испарившейся из почвы естественным путем;ХВт - количество влаги, транспирируемое продуцирующей фитомассой растений в течение суток,При этом при определении запаса продуктивной влаги в слое почвы учитывают размеры проекции кроны растения по среднему радиусу и глубине залегания в почве основной массы корней растений.Если величина физиологического показателя оказывается меньше 1, у растений констатируют наступление критического водного дефицита, когда он равен 1 - напряженного и больше 1 - его отсутствие.Принципиальное отличие предлагаемого способа от известного заключается в том, что он позволяет оценивать физиологическое состояние растений в зависимости от почвенных влагозапасов, величина которых фактически и определяет жизнеспособность растений при наступлении засушливого периода, Кроме того, предлагаемый способ не только дает объективную характеристику физиологического состояния растений в момент наблюдений, но и позволяет прогнозировать ее изменение в перспективе, с учетом динамики расходов почвенных влагозапасов,На фиг. 1 - 3 изображена последовательность проведения работ при использо 1738152вании предлагаемого способа для констатации водного дефицита у растений.Определяют размеры радиуса 2 проекции кроны 4 на почву 1 и глубину залегания в ней корней 3 (фиг. 1 - 3), Вычисляют объем слоя почвы 1, в котором размещена корневая система растения (фиг. 1), по формулеЧ=жй й,где Ч - объем слоя почвы;В - радиус проекции кроны на почву; и - глубина залегания корней.Рассчитывают в слое почвы 1 запасы продуктивной влаги, устанавливают величину продуцирующей фитомассы (листьев или хвои) в кроне 4, Определяют расходы продуктивной влаги на транспирацию подуцирующей фитомассой кроны за конкретный временной промежуток, исходя из суточного баланса времени,. Устанавливают количество влаги, испаряющейся из почвы естественным путем одновременно с процессом жизнедеятельности растений. Рассчитывают величину показателя физиологического состояния по формулеХВп - ХВиЧф,где Чф,с - показатель физиологического состояния;ХВп - запас продуктивной влаги в слое почвы, занимаемой корнЕвой системой растений;ХВи - количество влаги, испарившейся из почвы естественным путем;ХВт - количество влаги, транспирируемое продуцирующей фитомассой растений в течение суток.При величине физиологического показателя меньше 1 - у растений констатируют наступление критического водного дефицита, когда он равен 1 - напряженного, и если больше 1 - его отсутствие.Оценку физиологического состояния деревьев сосны крымской 22-летнего возраста проводили в зависимости от величины почвенных запасов продуктивной влаги в следующем порядке,Определяли средний радиус проекции кроны дерева и глубину залегания в почве его корневой системы. Эти параметры, соответственно, равны: К=0,95 м; й=0,7 м.Рассчитывали объем слоя почвы, занимаемый корневой системой растения, по формулеЧ=лй й=1,97 м .Определяли запас продуктивной влаги (в миллиметрах водного слоя) по 10-сантиметровым почвенным слоям (см, таблицу) на всю глубину залегания корней в почве(0,7 м) по формулебхвхгх 105 100где а - общий запас влаги, мм, в слое почвы,для которого делается расчет;б - процент влажности почвы в этом10 слое;в - объемный вес почвы, г/см;г - мощность слоя, см;10 - коэффициент для перевода запасоввлаги из сантиметров в миллиметры;15 100 - коэффициент для перевода процентов влажности в граммы воды,Вычисленные послойно запасы продуктивной влаги суммировали и пересчитывалииз миллиметров в весовые показатели (кг)20 с помощью переводного коэффициента,равного 1, так как 1 мм водного слоя на 1 гасоответствует 10 м или 10000 кг(см. таблизцу)В таблице приведены расчетные запасы25 продуктивной влаги, которые в момент наблюдений в слое почвы объемом 0,7 м(1 х 1 х 0,7 м) составляли: весной 1988 г. -85,75 кг, летом 1986 г. они оказались сознаком минус (-16,52 кг) и осенью того же30 года - 22,01 кг.Запас продуктивной влаги в объеме почвы (1,97 мз), в котором размещается корневая система дерева, рассчитывали исходя,из пропорции: если 0,7 м почвы вмещаетз35 85,75 кг воды, то в 1,97 м - Х:Х=241,3 (весна 1988 г.);Х 1=46,49 (лето 1986 г.);Х 2=61,94 (осень 1986 г,);Потерю влаги на испарение принимали40 в размере 20% от величины влагозапасов,имеющихся в почве в момент наблюдений,и количество ее определяли обычным математическим приемом, т.е, путем нахождения процента от числа. Этот показатель45 (20 о ) определен для условий леса эмпирически.Остаточные запасы продуктивной влаги(кг) в объеме почвы, занимаемом корневойсистемой дерева (1,97 м ), определяли путем50 уменьшения первоначальных запасов на величину расходов ее на испарение:весной = 241,3-48,3=193летом = -46,49-9,29=55,78осенью =61,94-12,39=49,5555 Величину продуцирующей фитомассыкроны дерева находили с помощью модельных ветвей, В итоге вес хвои в воздушно-сухом состоянии у одного 22-летнего деревасосны крымской составил 5300 г.Суточный расход влаги (кг) на транспирацию по сезонам года продуцирующей фитомассой одного дерева устанавливали по формулеХВт=ИхМх(,где Ит - интенсивность транспирации, которую определяли методом быстрого взвешивания по Иванову Л.А. Величина ее по сезонам года составляет в расчете на 1 г сухого вещества хвои: весной 201, летом 157, осенью 179 мг воды в 1 ч;М - масса хвои дерева в воздушно-сухом состоянии - 5300 г;т - продолжительность транспирационного процесса (часы) в суточным балансе времени по сезонам года определялась эмпирически и составляет: весной 13, летом 14, осенью 11 ч.Вычисленные данные по суточному расходу влаги на транспирацию по сезонам года приведены в таблице,Величину показателя физиологического состояния рассчитывали по формулеЧ., = -ХВтгде ХВл - запас продуктивной влаги в 1,97 м почвы, занимаемой корневой системой дерева;ХВ, - количество влаги, испарившейся из почвы (20 О от запаса продуктивной влаги в 1,97 м почвы);зХВ - количество влаги, транспирируемое продуцирующей фитомассой дерева за 1 сут.Чф.с весна 1988 = 13,9Чф.с лето 1986 = -4,6Чф.с осень 1986 = 4,8,При величине Чф,с = 13,9 (весна 1988) и 4,8 (осень 1986), т.е. больше 1, констатировали, что в эти периоды у деревьев сосны крымской водного дефицита не наблюдалось; при величине Чф.с меньше 1 (в данном случае -4,6) зафиксировали наступление критического водного дефицита у деревьев сосны крымской,Таким образом, летом 1986 г продуктивная влага в слое почвы 0-70 см практически отсутствовала и существование деревьев, включая процесс транспирации, обеспечивалось исключительно за счет внутренних влагозапасов, которые они накопили до наступления засухи, Поэтому те насаждения, у которых корневая система располагаясь в слое почвы 0-70 см, находились в состоянии,"стресса", вызванного критическим воднымдефицитом,В результате, как показало специально проведенное обследование насаждений, зимой и весной 1987 г в Крыму погибло более 1000 га лесных культур сосны крымской. Приведенные данные подтверждают реальную возможность использования предлагаемого способа для прогноза физиологического состояния растений при наступлении засухи.Предлагаемый способ гарантирует получение более надежной характеристики физиологического состояния растений при засухе, так как в основе его заложена причинно-следственная связь, отражающая зависимость расходов продуктивной влаги от ее запасов в почве, позволяет прогнозировать физиологическое состояние растений на перспективу в зависимости от природной динамики накопления влагозапасов в почве и их расходов в процессе роста и развития растений, Кроме того, уменьшаются, примерно на 1/3, трудозатраты, связанные с проведением оценки физиологического состояния растений, так как дополнительных данных, кроме величины почвенных влагозапасов, расходов их на транспирацию и испарение, не требуется, Для применения предлагаемого способа на практике используется обычное оборудование, имеющееся в любой лаборатории,Формула изобретения 1. Способ определения водногодефицита у растений, включающий определение физиологического состояния растений, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности определения при наступлении почвенной засухи при одновременном снижении трудозатрат, предварительно определяют запас продуктивной влаги в слое почвы, занимаемой корневой системой растения, количество влаги, испаряющейся из почвы естественным путем, и количество продуктивной влаги, транспортируемой фитомассой растений в течение суток, после чего физиологическое состояние определяют по показателю, вычисляемому по формуле где Чф, - показатель физиологического состояния;ХВп - запас продуктивной влаги в слое почвы, занимаемом корневой системой растения;1738152 10 2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что при определении запаса продуктивной влаги в слое почвы учитывают размеры проекции кроны растения по среднему ра диусу и глубине залегания в почве основноймассы корней растений. Запасы влаги по сезонам, мм Влажность почвы по сезонам,Почвенные константы Вели- чина и о ктивной Лето Осень об ей Весна1988 недо- ступной во поч- венного слоя 1986 1988 1986 1996 Влажность эааядания,Объемныйвес, г/см 1988 весна осень весна лето осень лето всех сезо- нах 6,313,110,69,310,78,29,1 9,1 12,3 14,7 15,9 14,7 14,7 14,7 28,16 28,65 28 Я 4 25,72 23,89 28,21 27,4 190,57 8,74 8,68 11,50 12,66 12,6 12,6 12,6 22,9 23,3 21,3 19,2 17,7 20,9 20,3 1,23 1,23 1,34 1,34 1,35 1,35 1,35 0 - 10 10 - 20 20 - 30 30-40 40 - 50 50 - 60 60 - 70 Итого влагозапасов, мм Запасы продуктивной влаги, кг в расчетном объеме почвы 1,97 мРасходы влаги, 20 оь, на естественное испарение, кгОстаточные запасы продуктивной влаги, кгСуточный расход влаги, к г продуцирующей фитомассойВеличина соотношения запасов и расходовСоразмерность величины соотношения в сравнении с единицей 5 ХВи - количество продуктивной влаги, испаряющейся из почвы естественным путем;ХВт - количество продуктивной влаги, транспирируемое продуцирующей фито- массой растений в течение суток. 7,75 16,1 1 14,2 12,46 14,44 11,07 12,28 88,31 11,19 15,13 19,7 21,30 19,84 19,84 19,84 126,84 10,76.10,68 15,41 19,96 17,01 17,01 17.01 104,82 17,4 .17,98 13,13 8,76 6.88 1 1,2 10,39 85,75 85,75 241,3 48,3 193 13,85 13,9 11738152 СоставительТехред М.Моргент Реда Ту орректор О. Кундрик оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина,аз 4 И 3 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5