Способ диагностики функционального состояния растений Советский патент 1989 года по МПК A01G7/00 

. Изобретение относится к физиологии растений и может быть использовано в сельском хозяйстве при оценке физиологического состояния растений и их адаптации к неблагоприятным условиям среды, а также решении смежных задач.

Целью изобретения является повышение точности диагностики и снижение трудоемкости.

На чертеже представлены графики изменения тепловых энергетических

потерь (а) и изменения отношения сырой биомассы к сухой (б) в ответ на насьш1ение почвы водой до полной вла-, гоемкости.

Способ осуществляют следующим образом.

На растения, находящиеся в данных условиях окружающей среды, прикрепляют датчики, с помощью которых измеряют скорость транспирации воды с единицы .листовой поверхности расте3 . 149 НИИ (Е) и разности температур между листьями и окружающей средой, по которым определяют разность температур между растением и средой, как сред- няя для всех листьев (Д Т). Тепловые потери определяются в единицах мощности по формуле

Q LE + 6i.fiiT,

где L - удельная теплота парообра- зования, являкицаяся линейной функцией, от температуры; об - коэффициент теплопередачи, которьй определяется предварительно опытным путем с по- мощью листовой модели. При изменении условий окружающей среды по динамике тепловых потерь оценивается изменение функционального состояния растений.

Пример 1. Необходимо рассчитать тепловые потери с единицы площади растений кукурузы на фазе 3-х листьев, находящихся при ZS C.

Пусть текущее значение тран- спирации растений. В таком случае скорость транспирации воды с единицы листовой поверхности B;-BJ.,

Е

/itNZS

i

J

где ut -.промежуток времени мелду

измерениями В к В - ; N - количество растений.в измерительной камере; S - площадь j-ro листа. В данном примере Л t 1 ч, j 3,так как растения находятся в фазе 3-х листьев N-5 растений кукурузы т.е. полученное значение транспирации среднее по 5 растениям.

Значения Sj определяются планиметрически, как средние для всех растений, находящихся в измерительной камере. S 5,3 см; S 7,1

. 5,3 см; 52 7,1 СМ} 5, 1,5 см ; 2l Sj 13,9 см.

Текупще значения транспирации соответственно равны В 74,3 г;

В

Ч

73,1.

- Е . .

- 0,.017 ---г. ч см

o 5 0

5

0

сти листовой пластины и растения при этом не повреждаются. В данном примере

ЛТ, 1,4 С; Ы 1,8 С; ДТ- 0,8°С.

При этом доверительньш интервал при уровне значимости 95% не превышает 0,2 С, Уровень доверительного ;интервала + 0,2 С выбран исходя из :Того, что погрешность датчика изме- рения разности температур лист-воздух лежит, в этих пределах. Например, для каждого 2-го листа растений кукурузы, для которых взят данный пример, в данном интервале времени значения измерений ДТ второго листа составили 1,80°С; 1, 1,7б с. Результат математической обработки дает величину ЛТ, 1,81 +. 0,12 с, т.е. доверительнь:й интервал входит в указанный предел О,.

Среднюю температуру растения определяют как среднюю по его листьям. Это допущение принято по причине того, что теплообмен растений со средой в основном определяется теплообменом между листьями и окружающим воздухом. Таким образом, в нашем примере

ЛТ

ГUTj STs

,13 + 7j.1i1j,,

Тз79

1,.

Скорость -тепловых потерь

Q LE + ctAT,

где Ь - удельная теплота парообразования воды - линейная функция от температуры; tL - коэффициент теплопередачи. Для температуры - L 2532 Дж/г. Коэффициент оС определен экспериментально с помощью листовой модели, на которую подавалась электрическая мощность Р. При этом фиксировалось измерение разности температур между моделью и воздухом ЛТм.

Изобретение относится к физиологии растений и может быть использовано в сельском хозяйстве при оценке физиологического состояния растений и их адаптации к неблагоприятным условиям среды. Цель изобретения - повышение точности диагностики и снижение трудоемкости. Для осуществления способа на растения прикрепляют датчики, с помощью которых измеряют скорость транспирации воды с единицы листовой поверхности (Е) и разность температур между листьями и окружающей средой, по которым определяется разность температур между растением и средой как средняя для всех листьев, после чего определяют тепловые потери в единицах мощности по соотношению Q =LE + ΑΔТ, где L - удельная теплота парообразования

α - коэффициент теплопередачи

ΔТ - средняя температура растения. После измерения стационарного уровня тепловых потерь на растения воздействуют стрессовым фактором, что приводит к "всплеску" тепловых потерь и последующей стабилизации этих значений на новом стационарном уровне. Таким образом, определение тепловых потерь растительного организма как суммы потерь на транспирацию и теплопередачу позволяет по стационарному уровню тепловых потерь оценивать физиологическое состояние организма в данных условиях среды, а по динамике тепловых потерь оценивать адаптацию к изменению условий произрастания. 1 ил.

Разность температур между листья- ми и воздухом uTj определяют для каждого уровня листьев как среднюю по 3-4 измерениям, причем измерение температуры осуществляют с поверхноoi

Р

Тт7

4,0 мВс/см град.

Татсим образом, тепловые потери растений кукурузы с единицы листовой поверхности составляют

Q 2532 Дж/r . 0,017 г/ч см + +4,0 мВт/см2. град ,5°С 11,9 + + 6,0 17,9 мВт/см,

Измерение предлагаемым способом проводят в условиях контролируемого климата.

Пример 2. Необходимо оценить динамику физиологического состояния растений кукурузы (гибрид М 257) на фазе трех листьев в процессе их адаптации к переувлажнению почвы.

Оценку осуществляют по традиционным физиологическим параметрам: удельной скорости прироста сухой био- массы (в пересчете на 1 г сухой биомассы) ; содержанию воды в тканях; а также предлагаемым способом - по изменению тепловых потерь растений. Растения в вегетационных сосудах выращивают в установке искусственно

го климата в нормальных для кукурузы условиях (температура воздуха +22 с, фотопериод 16 ч, влажность почвы 60% от ПВ) . По достижении растениями фазы трех листьев вегетационные сосуды насьщают водой до полной влаго- емкостй. За трое суток до начала действия стресса и вплоть до окончания испытаний с интервалом в 1 сут берут пробы на определение сухой биомассы Wg и содержание воды в тканях, о котором судят по отнощению сьфой биомассы W к сухой W(j. Тепловые потери растений определяют по непрерывным измерениям транспирации и разности температур между листьями всех ярусов и окружающей средой (см. чертеж).

Как видно из чертежа, всплеск тепловых потерь после залива сопровождается соответствующими изменениями других физиологических параметров, характеризующих адаптивную реакцию растений на залив. Стабилизация всех параметрбв наступает через 5 сут после залива, что свидетельствует об адаптации растений к изменившимся условиям произрастания. Новый стационарный уровень тепловых потерь характеризует новое (адаптированное) физи- 50 адапта1 ию к изменению условий произологическое состояние растительного

5/

о7) ю .

о- 15 20 49670.3 6

организма. Поскольку тепловые потери являются интегральным параметром, зависящим от всей совокупности процессов, протекающих в растении, их изменение (Д Q) может служить количественной мерой при оценке функционального состояния растительного организма.

Примеры, а также проверка способа на других видах стресса (низкие и высокие температуры) позволяют прийти к заключению, что тепловые энергетические потери могут количественно характеризовать. физиологическое состояние растительного организма в изменяющихся условиях окружающей среды и адаптацию растений к ним.

Формула

изобретения

15 20

Способ диагностики функционального состояния растений, включающий измерение физиологического показате- 25 ля растений, по значению которого оценивают функциональное состояние до и после воздействия неблагоприят- ньм фактором, отличающий- с я тем, что, с целью повьшгения точности диагностики и снижения трудоемкости, в качестве физиологического показателя непрерывно измеряют транспирацию растений Е, дополнительно измеряют разность температур между листьями и окружающей средой

Л Т, определяют тепловые потери Q по формуле

30

35

Q LE + oi. Д Т,

где

т,

удельная теплота парообразования воды; oi - .коэффициент теплопередачи,

определяемый предварительно. опытным путем,

при этом по стационарному уровню тепловых потерь оценивают функциональ-. мое состояние растения в данных условиях среды, а по динамике изменения тепловых потерь оценивают его

растания,

ВО

I

&Q

, t

1 2 3 if 5 В 78 3 Ю S

&Q

утки

, t.cymnu