CN104155346A - 一种植物临界冻害温度的测试方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种植物临界冻害温度的测试方法及系统,属于农业气象灾害监测与控制领域。把待测植物放入低温恒温培养箱,使用低温恒温培养箱、调速风扇、加湿器模拟自然界霜冻条件,使待测植物受到冻害胁迫,工作电极一端接触待测植物,工作电极另一端连接高精度LCR测试仪,向工作电极施加交流激励电压信号,工作电极采集到植物的电信号,并传输至高精度LCR测试仪后转换成数字信号,在数据分析用的计算机中进行显示、存储和处理,通过分析植物的电信号的变化特征,得到植物临界冻害温度。本发明能准确的测量植物冻害临界温度,可用于气流扰动防霜控制中,为其提供重要控制参数。
Description
技术领域
本发明属于农业气象灾害测量与控制领域,具体涉及一种植物临界冻害温度的测试方法及系统。
背景技术
早春时节的低温产生的晚霜冻害会致使名优茶产量大幅降低,茶叶品质下降,从而造成茶叶产业的巨大经济损失。近年来国内外开发了基于气流扰动的防霜装备与技术,专利号为:JP2007000096的日本专利,公开了用于茶果园防霜的高架防霜扇;专利号为200810124434.7的中国专利,公开了一种防除植物霜冻害的风扇系统控制方法及装置;专利号为US20110247263的美国专利,提出了基于临界低温逆温差控制和反逆温延停控制,这两种控制方式都是以茶树发生冻害的临界温度为必要条件;气流扰动控制至关重要的是临界冻害温度这一参数,但这一参数目前仍不能准确定量给出。所以在防霜控制中,往往采用粗放型、经验型估计作物的临界冻害温度,这种方式存在着加重霜冻害、浪费电力和燃料。目前植物临界冻害温度没有简单方便地测量方法与系统,只能通过人眼观测植物受冻后的形状与颜色的改变,通过种植者的经验才能判别植物是否受冻。但是此种方法不能有效准确地测量植物临界冻害温度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种植物临界冻害温度的测试方法及系统,实现植物临界冻害温度的有效准确测量,为气流扰动防霜控制提供重要控制参数。
为了解决以上技术问题,本发明采用的具体技术方案如下:
一种植物临界冻害温度的测试方法,其特征在于:通过测试与分析低温胁迫下植物的电信号,确定植物临界冻害温度,具体包括以下步骤:
第一步,把待测植物放入低温恒温培养箱(1);
第二步,使用低温恒温培养箱(1)、调速风扇(6)和加湿器(7)在低温恒温培养箱(1)中模拟自然界霜冻条件,使待测植物受到冻害胁迫;温湿度记录仪(3)监测低温恒温培养箱(1)内温度和湿度变化;
第三步,将工作电极(5)一端接触待测植物,工作电极(5)另一端连接高精度LCR测试仪(2);向工作电极(5)施加交流激励电压信号,工作电极(5)采集到待测植物的电信号,并传输至高精度LCR测试仪(2)后转换成数字信号,在数据分析用的计算机(4)中进行显示、存储和处理;所述电信号包括植物电容信号、植物电阻信号、植物阻抗信号和植物电感信号;
第四步,分析所述待测植物的电信号的变化特征,植物电容信号出现峰值突变时对应的温度,即为植物临界冻害温度。
根据所述的一种植物临界冻害温度的测试方法的系统,其特征在于包括:低温恒温培养箱(1)、高精度LCR测试仪(2)、温湿度记录仪(3)、数据分析用的计算机(4)、工作电极(5)、调速风扇(6)、加湿器(7);
调速风扇(6)与加湿器(7)放置在低温恒温培养箱(1)中;工作电极(5)通过连接测试电缆与高精度LCR测试仪(2)相连;温湿度记录仪(3)放置在低温恒温箱培养箱(1)内;高精度LCR测试仪(2)通过RS232串口与数据分析用的计算机(4)相连。
工作电极(5)为一种导电的细针,用于插入植物叶片或茎部的内部,或为四端开尔文测试探头,用于夹持植物叶片或茎部。
本发明的测试原理。当植物受到低温胁迫时,植物细胞内部会发生细胞会失水浓缩、化学键破裂结冰等变化,其生物膜会从液晶态变成凝胶态;工作电极(5)所测得植物电容信号,其计算公式如下所示:
C=εS/d
式中ε——介电常数,
S——叶片的面积,
d——植物叶片上下表面距离。
忽略植物叶片在经受冻害胁迫后d的变化,由以上公式可知,内部细胞的改变会导致介电常数ε的变化,因此植物的电容信号会发生变化。当植物达到临界冻害温度时,植物开始经受冻害胁迫,电容信号会出现一个峰值;当温度继续降低,植物细胞会被冻结,其细胞液结冰,冰的介电常数ε远小于植物细胞液的介电常数,植物的电容信号会减小,其电容信号的峰值会出现回落;当温度持续降低,介电常数ε基本保持不变,电容信号的值会在一个范围内波动,但是不会出现峰值。电容信号出现峰值突变时对应的温度点,即为植物临界冻害温度。
本发明具有的有益效果。本发明通过测量植物的电信号,分析植物的电信号变化特征,从而实现植物临界冻害温度的快速准确测量,为气流扰动防霜控制提供重要控制参数。
附图说明
图1为本发明系统结构示意图;
图中:1低温恒温培养箱,2 高精度LCR测试仪,3温湿度记录仪,4数据分析用的计算机,5 工作电极,6 调速风扇,7 加湿器。
图2为空气湿度70%~90%时不同风速条件下茶树样本临界冻害温度。
具体实施方式
下结合附图,对本发明的技术方案做进一步详细说明。
本实施例植物以茶树为例,测试茶树叶片临界冻害温度作为茶树临界冻害温度。
在该实施例中,供试茶树品种为福鼎大白。
本发明的系统组成如图1所示,包括:低温恒温培养箱1、高精度LCR测试仪2、温湿度记录仪3、数据分析用的计算机4、工作电极5、调速风扇6、加湿器7;温湿度记录仪3监测低温恒温培养箱1内温湿度变化;通过加湿器7可以改变测量环境湿度,通过调速风扇6可以改变测量环境风速;通过以上系统,可以模拟茶树经受低温胁迫的复杂环境;工作电极5采用的是四端开尔文测试探头,用于夹持茶树叶片。
具体测试方法如下:第一步,把茶树样本放入低温恒温培养箱1;第二步,使用低温恒温培养箱1、调速风扇6和加湿器7在低温恒温培养箱1中模拟自然界霜冻条件,使茶树样本受冻胁迫,温湿度记录仪3监测低温恒温培养箱1内温湿度变化;第三步:将工作电极5一端夹持待测茶树叶片,工作电极5另一端连接高精度LCR测试仪2;工作电极5采集到茶树叶片的模拟电信号,并传输至高精度LCR测试仪2后转换成数字信号,在数据分析用的计算机4中进行显示、存储和处理;第四步,通过比较分析茶树叶片电容信号出现峰值响应的温度点,得到茶树样本临界冻害温度。
图2表示根据所测量的空气湿度为70%~90%的不同风速条件下茶树样本临界冻害温度;风速为0m/时,茶树样本临界冻害温度为-5.6℃;风速为1.5m/s时,茶树样本临界冻害温度为-4.9℃;风速为2.5m/s时,茶树样本临界冻害温度为-4.4℃。
Claims (3)
1.一种植物临界冻害温度的测试方法,其特征在于:通过测试与分析低温胁迫下植物的电信号,确定植物临界冻害温度,具体包括以下步骤:
第一步,把待测植物放入低温恒温培养箱(1);
第二步,使用低温恒温培养箱(1)、调速风扇(6)和加湿器(7)在低温恒温培养箱(1)中模拟自然界霜冻条件,使待测植物受到冻害胁迫;温湿度记录仪(3)监测低温恒温培养箱(1)内温度和湿度变化;
第三步,将工作电极(5)一端接触待测植物,工作电极(5)另一端连接高精度LCR测试仪(2);向工作电极(5)施加交流激励电压信号,工作电极(5)采集到待测植物的电信号,并传输至高精度LCR测试仪(2)后转换成数字信号,在数据分析用的计算机(4)中进行显示、存储和处理;所述电信号包括植物电容信号、植物电阻信号、植物阻抗信号和植物电感信号;
第四步,分析所述待测植物的电信号的变化特征,植物电容信号出现峰值突变时对应的温度,即为植物临界冻害温度。
2.根据权利要求1所述的一种植物临界冻害温度的测试方法的系统,其特征在于包括:低温恒温培养箱(1)、高精度LCR测试仪(2)、温湿度记录仪(3)、数据分析用的计算机(4)、工作电极(5)、调速风扇(6)、加湿器(7);
调速风扇(6)与加湿器(7)放置在低温恒温培养箱(1)中;工作电极(5)通过连接测试电缆与高精度LCR测试仪(2)相连;温湿度记录仪(3)放置在低温恒温箱培养箱(1)内;高精度LCR测试仪(2)通过RS232串口与数据分析用的计算机(4)相连。
3.根据权利要求2所述的一种植物临界冻害温度的测试方法的系统,其特征在于工作电极(5)为一种导电的细针,用于插入植物叶片或茎部的内部,或为四端开尔文测试探头,用于夹持植物叶片或茎部。
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