CN104155346B - 一种植物临界冻害温度的测试方法及系统 - Google Patents

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

一种植物临界冻害温度的测试方法及系统

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。