CN107996186A - 一种基于暴露环境和工频电场的农作物种植实验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于暴露环境和工频电场的农作物种植实验装置及方法，所述装置包括：两个极板、工频电源单元、支撑悬吊单元以及控制单元，设置在农作物下方的下极板以及与下极板平行的设置在农作物上方的上极板；所述上级板和下极板间通过工频电压单元形成工频电场；支撑悬吊单元用于将上极板悬吊在农作物的上方；控制单元用于控制工频电场的电场强度；所述装置还包括用于模拟雨水灌溉的喷水单元以及用于补充光照的补光单元；所述方法包括在农作物下方设置下极板，并在农作物上方设置与下极板平行的上极板；通过工频高压源在上极板和下极板间形成工频电场；通过控制单元对工频高压源的输出电压进行控制以调节工频电场强度。

Description

一种基于暴露环境和工频电场的农作物种植实验装置及方法

技术领域

本发明涉及生物电磁技术领域，更具体地，涉及一种基于暴露环境和工频电场的农作物种植实验装置及方法。

背景技术

特高压输电是一种远距离、大容量输电技术，由于特高压输电线路电压高、跨度大，所以人们十分关注输电线路的工频电磁场对线下生物是否存在生物效应。20世纪70年代，美国邦维尔电力管理局(BPA)在特高压交流实验线路下方种植了20多种农作物，未发现大豆、小麦等农作物生长及产量的异常，后来日本、巴西等国家开展的类似大型实验也验证了这一结论。我国输电线路下方电场最大不超过10kV/m，在植物机体感应的能量不足以破坏植物的分子键和DNA，目前许多学者研究植物体内的生化物质在工频电场暴露下的应激反应。同时30kV/m以上工频电场对植物则存在生物效应，目前人们常常利用静电场或工频电场来处理农作物种子，以提高种子活性、发芽率并促进生长，但这样的实验方式并不能完全代表整株农作物长期暴露生长在工频电场和自然环境下农作物的状态，无法确认工频电场是否会改变农作物的生长形态、营养成分和保护酶活性；随着特高压输电技术的日益成熟，在30kV/m以上工频电场下生长的农作物如何布局和选取显得越来越重要。

发明内容

为了解决背景技术存在的目前对种子的处理实验无法代表在长期暴露在工频电场和自然环境下农作物的状态的问题，本发明提供了一种基于暴露环境和工频电场的农作物种植实验装置及方法，所述装置及方法提供了在工频电场和自然环境下的生长环境，可以使农作物保持长期自然生存状态、全株在均匀电场中暴露，进而有效提高实验精确度，所述一种基于暴露环境和工频电场的农作物种植实验装置包括：

两个极板，所述两个极板分别为上极板以及下极板；所述上极板通过绝缘悬吊机构固定在农作物上方，所述下极板布置于农作物下方，两极板相互平行；所述上极板为网孔极板；所述上极板与工频高压源连接，所述下极板接地，上极板与下极板间形成工频电场；

工频电源单元，所述工频电源单元包括工频高压源；所述工频高压源与上极板连接，向上极板输出工频电压；

支撑悬吊单元，所述支撑悬吊单元包括支撑机构和绝缘悬吊机构；所述支撑悬吊单元用于将上极板固定在农作物上方，所述绝缘悬吊机构为绝缘材质，绝缘悬吊机构一端与上极板相连，另一端与支撑机构相连；

控制单元，所述控制单元包括电源控制器，通过所述电源控制器的人机交互界面设定参数，所述参数包括电场强度；

进一步的，所述装置包括喷水单元，所述喷水单元包括水泵以及一个或多个喷头，所述喷水单元用于模拟雨水对作物进行灌溉；所述喷头包括360度喷头以及旋转喷头；所述喷水单元由控制单元进行控制；

进一步的，所述装置包括补光单元，所述补光单元包括多个光源，所述补光单元用于根据农作物光照需求进行补光，所述补光单元由控制单元进行控制；所述光源包括LED灯，所述光源包括多种颜色，控制单元根据农作物光照需求选择光源颜色；

进一步的，所述喷水单元包括垂直水管，所述垂直水管的一端与喷头连接；所述垂直水管的长度可调节；

进一步的，所述控制单元包括定时鸣响器，所述定时鸣响器用于根据设置的暴实验时间进行鸣响提示；

进一步的，所述上极板四周靠近边缘部分极板向上弯曲，下极板四周靠近边缘部分与上极板对称的向下弯曲，以保证极板间场强均匀；

所述一种基于暴露环境和工频电场的农作物种植实验方法包括：

在农作物下方设置下极板，并在农作物上方设置与下极板平行的上极板；

通过工频高压源在上极板和下极板间形成工频电场；

通过控制单元对工频高压源的输出电压进行控制以调节工频电场强度；

进一步的，通过喷水单元模拟雨水对作物进行灌溉；所述灌溉的方式为360度灌溉或旋转灌溉；通过调节喷水单元水管的长度，适应各种农作物的灌溉作业；

进一步的，根据农作物的光照需求通过补光单元对农作物进行补光；所述补光根据农作物光照需求选择不同颜色的光源进行补光；

进一步的，根据设置的实验时间通过定时鸣响器进行鸣响提示。

本发明的有益效果为：本发明的技术方案，给出了一种基于暴露环境和工频电场的农作物种植实验装置及方法，所述装置及方法通过设置在农作物上方及下方的两个水平的极板形成高压工频电场，并设置上极板为网孔极板，不遮挡雨水和阳光，以使农作物完全暴露在自然环境和工频电场之中，以达到最接近预期的试验效果；所述装置及方法克服了目前只对农作物种子进行研究而无法类比推广到农作物种植上的问题，具备研究30kV/m以上工频电场下生长的农作物的生长形态、营养成分等的分析基础，为后续在特高压输电线路附近布局和选取农作物以带来最大收益奠定了基础。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为本发明具体实施方式的一种基于暴露环境和工频电场的农作物种植实验装置的结构图；

图2为本发明具体实施方式的一种基于暴露环境和工频电场的农作物种植实验方法的流程图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为本发明具体实施方式的一种基于暴露环境和工频电场的农作物种植实验装置的结构图，如图1所示，所示装置100提供了在工频电场和自然环境下的生长环境，可以使农作物保持长期自然生存状态、全株在均匀电场中暴露，进而有效提高实验精确度，所示装置包括：

两个极板，所述两个极板分别为上极板111以及下极板112；所述上极板111通过绝缘悬吊机构132固定在农作物上方，所述下极板112布置于农作物下方，两极板相互平行；所述上极板111与工频高压源连接，所述下极板112接地，上极板与下极板间形成工频电场；

同样的，所示也可将上极板111接地，而下极板112与工频高压源连接，使上极板和下极板间形成工频电场；

所述上极板为网孔极板，在农作物生长过程中，上极板不会遮挡住自然环境下的雨水和阳光，以保证农作物生长在自然环境中；

进一步的，下极板可以为网孔极板或金属极板，以便与上极板形成均匀的工频电场；

进一步的，所述上极板四周靠近边缘部分极板向上弯曲，下极板四周靠近边缘部分与上极板对称的向下弯曲，以保证极板间场强均匀；

在本实施例中，选取上极板网孔极板的网孔为20mm-50mm；选取下极板极板的网孔为30mm-80mm；

工频电源单元120，所述工频电源单元120包括工频高压源；

进一步的，所述工频高压源可以分区域向上极板供电，以形成所需的工频电场；工频高压源的多个电压输出端与网孔极板的多个区域输入端相连，工频高压源通过控制各电压输出端的输出电压大小以达到控制工频电场的效果；可选的，所述工频高压源分区域向上极板供电用于模拟真实输电线路下的工频电场；

支撑悬吊单元130，所述支撑悬吊单元包括支撑机构131和绝缘悬吊机构132；所述支撑悬吊单元130用于将上极板固定在农作物上方，所述绝缘悬吊机构132为绝缘材质，绝缘悬吊机构132一端与上极板111相连，另一端与支撑机构131相连；

所述上极板111通过绝缘悬吊机构吊在支撑机构131上，所述绝缘悬吊机构132包括多个绝缘子，所述绝缘子用于连接上极板111和支撑机构131，多个绝缘子共同作用以达到使上极板稳定且保持与下极板水平；所述多个绝缘子的长度可以调节，根据农作物的高度，调节上极板的位置，以保证所有农作物均可在工频电场内；

所述支撑机构为金属材质，所述支撑机构需接地，且接地电阻不大于1Ω；

控制单元140，所述控制单元140包括电源控制器，通过所述电源控制器的人机交互界面设定参数，所述参数包括电场强度、控制喷水单元的参数、控制补光单元的参数以及控制定时鸣响器的参数；

所述装置包括喷水单元150，所述喷水单元150包括水泵以及一个或多个喷头，所述喷水单元用于模拟雨水对作物进行灌溉；所述喷头包括360度喷头以及旋转喷头；所述喷水单元150由控制单元140进行控制；当自然雨水不足需要人工补水时，控制单元控制喷水单元进行灌溉作业，所述控制单元控制喷水单元的参数包括单位时间内的喷水量、喷水起始时间以及喷水结束时间；

所述喷水单元包括垂直水管，所述垂直水管的一端与喷头连接；所述垂直水管的长度可调节；

根据试验空间的大小，设置一组或多组垂直水管和喷头，并根据作物高度调节水管的高度；所述垂直水管可以固定在地面上，也可以规定在支撑机构的任意位置上；

所述装置包括补光单元160，所述补光单元160包括多个光源，所述补光单元用于根据农作物光照需求进行补光，所述补光单元160由控制单元进行控制；所述光源包括LED灯，所述光源包括多种颜色，控制单元根据农作物光照需求选择光源颜色；当自然光不足时，可以选择人工补光的方式促进作物生长，所述控制单元140控制补光单元160的参数包括光源的光强，光源颜色的选择、光照区域以及光照时间；

进一步的，所述控制单元包括定时鸣响器，所述定时鸣响器用于根据设置的暴实验时间进行鸣响提示；当按照需求需要定时确认农作物状态或需定时进行暴露等情况时，使用定时鸣响器作为提示信号。

所述一种基于暴露环境和工频电场的农作物种植实验装置，所述装置使用设置在农作物上方及下方的两个水平的极板形成高压工频电场，并设置上极板为网孔极板，不遮挡雨水和阳光，以使农作物完全暴露在自然环境和工频电场之中，以达到最接近预期的试验效果；所述装置及方法克服了目前只对农作物种子进行研究而无法类比推广到农作物种植上的问题，具备研究30kV/m以上工频电场下生长的农作物的生长形态、营养成分等的分析基础，为后续在特高压输电线路附近布局和选取农作物以带来最大收益奠定了基础；同时，所述装置可以在确定对农作物最有利的工频电场等参数后进行量产话和扩大化使用，作为一种可应用于实际农业生产中的促进农作物生长形态、营养成分以及产量的装置。

图2为本发明具体实施方式的一种基于暴露环境和工频电场的农作物种植实验方法的流程图。如图2所示，所述方法包括：

步骤201，在农作物下方设置下极板，并在农作物上方设置与下极板平行的上极板；

所述上极板为网孔极板，在农作物生长过程中，上极板不会遮挡住自然环境下的雨水和阳光，以保证农作物生长在自然环境中；

进一步的，下极板可以为网孔极板或金属极板，以便与上极板形成均匀的工频电场；

进一步的，所述上极板四周靠近边缘部分极板向上弯曲，下极板四周靠近边缘部分与上极板对称的向下弯曲，以保证极板间场强均匀；

步骤202，通过工频高压源在上极板和下极板间形成工频电场；

所述上极板与工频高压源连接，所述下极板接地，上极板与下极板间形成工频电场；

同样的，所示也可将上极板接地，而下极板与工频高压源连接，使上极板和下极板间形成工频电场；

步骤203，通过控制单元对工频高压源的输出电压进行控制以调节工频电场强度；

进一步的，所述工频高压源可以分区域向上极板供电，以形成所需的工频电场；工频高压源的多个电压输出端与网孔极板的多个区域输入端相连，工频高压源通过控制各电压输出端的输出电压大小以达到控制工频电场的效果；可选的，所述工频高压源分区域向上极板供电用于模拟真实输电线路下的工频电场；

进一步的，通过喷水单元模拟雨水对作物进行灌溉；所述灌溉的方式为360度灌溉或旋转灌溉；通过调节喷水单元水管的长度，适应各种农作物的灌溉作业；

进一步的，根据农作物的光照需求通过补光单元对农作物进行补光；所述补光根据农作物光照需求选择不同颜色的光源进行补光；

进一步的，根据设置的实验时间通过定时鸣响器进行鸣响提示。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本公开的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。本说明书中涉及到的步骤编号仅用于区别各步骤，而并不用于限制各步骤之间的时间或逻辑的关系，除非文中有明确的限定，否则各个步骤之间的关系包括各种可能的情况。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本公开的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

应该注意的是上述实施例对本公开进行说明而不是对本公开进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本公开可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干系统的单元权利要求中，这些系统中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

以上所述仅是本公开的具体实施方式，应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开精神的前提下，可以作出若干改进、修改、和变形，这些改进、修改、和变形都应视为落在本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于暴露环境和工频电场的农作物种植实验装置，所述装置包括：

两个极板，所述两个极板分别为上极板以及下极板；所述上极板通过绝缘悬吊机构固定在农作物上方，所述下极板布置于农作物下方，两极板相互平行；所述上极板为网孔极板；所述上极板与工频高压源连接，所述下极板接地，上极板与下极板间形成工频电场；

工频电源单元，所述工频电源单元包括工频高压源；所述工频高压源与上极板连接，向上极板输出工频电压；

支撑悬吊单元，所述支撑悬吊单元包括支撑机构和绝缘悬吊机构；所述支撑悬吊单元用于将上极板固定在农作物上方，所述绝缘悬吊机构为绝缘材质，绝缘悬吊机构一端与上极板相连，另一端与支撑机构相连；

控制单元，所述控制单元包括电源控制器，通过所述电源控制器的人机交互界面设定参数，所述参数包括电场强度。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述装置包括喷水单元，所述喷水单元包括水泵以及一个或多个喷头，所述喷水单元用于模拟雨水对作物进行灌溉；所述喷头包括360度喷头以及旋转喷头；所述喷水单元由控制单元进行控制。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述装置包括补光单元，所述补光单元包括多个光源，所述补光单元用于根据农作物光照需求进行补光，所述补光单元由控制单元进行控制；所述光源包括LED灯，所述光源包括多种颜色，控制单元根据农作物光照需求选择光源颜色。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述喷水单元包括垂直水管，所述垂直水管的一端与喷头连接；所述垂直水管的长度可调节。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述控制单元包括定时鸣响器，所述定时鸣响器用于根据设置的暴实验时间进行鸣响提示。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述上极板四周靠近边缘部分极板向上弯曲，下极板四周靠近边缘部分与上极板对称的向下弯曲，以保证极板间场强均匀。

7.一种基于暴露环境和工频电场的农作物种植实验方法，所述方法包括：

在农作物下方设置下极板，并在农作物上方设置与下极板平行的上极板；

通过工频高压源在上极板和下极板间形成工频电场；

通过控制单元对工频高压源的输出电压进行控制以调节工频电场强度。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：通过喷水单元模拟雨水对作物进行灌溉；所述灌溉的方式为360度灌溉或旋转灌溉；通过调节喷水单元水管的长度，适应各种农作物的灌溉作业。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：根据农作物的光照需求通过补光单元对农作物进行补光；所述补光根据农作物光照需求选择不同颜色的光源进行补光。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：根据设置的实验时间通过定时鸣响器进行鸣响提示。