CN110736809A - 一种日光温室作物水分胁迫诊断系统 - Google Patents

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赵晶晶
姚名泽
王铁良
李波
王永刚
宁小峰
郑思宇
葛东
付诗宁
吴琳琳
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Abstract

本发明涉及水分胁迫诊断系统技术领域，尤其涉及一种日光温室作物水分胁迫诊断系统，包括：冠层温度计，用于检测作物冠层温度；空气温度计，用于检测日光温室内空气温度；植物表型监测设备，用于观察叶片形态，获取叶片萎蔫指数；土壤水分传感器，埋在土壤内部，用于获取土壤剖面的水分信息；计算机，用于对冠层温度计、空气温度计、植物表型监测设备和土壤水分传感器采集的数据进行收集，并进行分析处理，得到诊断结果，该系统采用土壤水分、冠气温差和叶片萎蔫指数3个指标综合判断作物水分状况，对作物亏水状况进行胁迫诊断,有效地提高了水分利用效率，降低了灌水时间与温室内湿度，为日光温室作物水分管理提供了新途径。

Description

一种日光温室作物水分胁迫诊断系统
技术领域
本发明涉及水分胁迫诊断系统技术领域，尤其涉及一种日光温室作物水分胁迫诊断系统。
背景技术
我国水资源匮乏严重，人均水资源量仅为世界平均水平的28％，且随着工业和生活用水量的增加，农业用水形势日益严峻。东北地区不仅是我国的农业大粮仓，也是我国设施农业的主要分布区域。辽宁是东北设施农业的核心分布区域，截止2018年，全省日光温室种植面积达39.94×104hm2。如何对日光温室作物进行科学、合理的灌溉以达到节水、丰产、优质、高效的目的，是日光温室作物生产中迫切需要解决的科学问题。本系统对多个诊断参数进行实时采集和综合评估，实现了日光温室葡萄水分胁迫诊断，为东北地区日光温室作物精准灌溉提供决策依据。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种日光温室作物水分胁迫诊断系统。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种日光温室作物水分胁迫诊断系统，包括：
冠层温度计，用于检测作物冠层温度；
空气温度计，用于检测日光温室内空气温度；
植物表型监测设备，用于观察叶片形态，获取叶片萎蔫指数；
土壤水分传感器，埋在土壤内部，用于获取土壤剖面的水分信息；
计算机，用于对冠层温度计、空气温度计、植物表型监测设备和土壤水分传感器采集的数据进行收集，并进行分析处理，得到诊断结果。
优选的，同一竖直方向的土壤水分传感器的数量至少为3个，相邻土壤水分传感器之间的间距为10cm-20cm，根据土壤水分传感器的测量结果获得土壤剖面的水分信息，得到土壤含水率。
优选的，获取作物根系在对应的土壤水分传感器土层中的占比，根据占比设定权重值，以各土壤水分传感器加权平均结果作为土壤含水率。
优选的，所述土壤含水率需进行全天动态监测。
优选的，所述冠层温度计为红外冠层温度计。
优选的，将冠层温度与空气温度的差值作为日光温室内的冠气温差，冠气温差的获取时间为每天的12点-14点。
优选的，所述植物表型监测设备包括摄像机，植物表型监测设备检测时间为每天的6点-9点以及15点-16点。
本发明的有益效果是：
该系统采用土壤水分、冠气温差和叶片萎蔫指数3个指标综合判断作物水分状况，其中土壤水分指标作为主要判断指标，植株叶片萎蔫指数及冠气温差作为2个辅助指标，对作物亏水状况进行胁迫诊断,有效地提高了水分利用效率，降低了灌水时间与温室内湿度，减少了植株病虫害发生几率，为日光温室作物水分管理提供了新途径。
附图说明
图1为本发明提出的一种日光温室作物水分胁迫诊断系统的原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1，一种日光温室作物水分胁迫诊断系统，包括：
冠层温度计，用于检测作物冠层温度；
空气温度计，用于检测日光温室内空气温度；
植物表型监测设备，用于观察叶片形态，获取叶片萎蔫指数；
土壤水分传感器，埋在土壤内部，用于获取土壤剖面的水分信息；
计算机，用于对冠层温度计、空气温度计、植物表型监测设备和土壤水分传感器采集的数据进行收集，并进行分析处理，得到诊断结果。
同一竖直方向的土壤水分传感器的数量至少为3个，相邻土壤水分传感器之间的间距为10cm-20cm，根据土壤水分传感器的测量结果获得土壤剖面的水分信息，得到土壤含水率。
获取作物根系在对应的土壤水分传感器土层中的占比，根据占比设定权重值，以各土壤水分传感器加权平均结果作为土壤含水率。
所述土壤含水率需进行全天动态监测。
所述冠层温度计为红外冠层温度计。
将冠层温度与空气温度的差值作为日光温室内的冠气温差，冠气温差的获取时间为每天的12点-14点。
所述植物表型监测设备包括摄像机，植物表型监测设备检测时间为每天的6点-9点以及15点-16点。
本实施例中，日光温室的作物为葡萄，本系统根据所设传感器采集的葡萄植株冠层温度、空气温度、叶片萎蔫形态及土壤剖面的水分信息，对温室葡萄的冠气温差、叶片萎蔫指数及土壤含水率进行综合评判。根据前期预试验结果，葡萄根系在0-20cm、20-40cm和40-60cm土层中占比大约为60％、30％和10％，因此将15cm、30cm、50cm处土壤水分测定值的权重分别设定为0.6、0.3和0.1，将各深度土壤水分传感器加权平均结果作为该日光温室灌水判断指标，由于土壤水分指标对于植株生长尤为重要，因此对此指标进行24小时动态监测。
将葡萄植株的冠层温度与环境温度的差值作为温室内的冠气温差。对表型监测仪观测到的叶片群体图像进行分割，得到的叶面积平均正投影作为叶片的萎蔫指数。其中每日12—14点间的冠气温差与作物水分状态关系最密切，而萎蔫指数则是在清晨6—9点以及下午15—16点间最能反映植株的水分状况，因此本系统对植株进行水分评估时，土壤水分作为主要评价指标，而其他两个指标仅选择上述时间段内数据参与评估。当植株出现不同程度水分亏缺时，土壤水分、冠气温差及萎蔫指数3个指标所对应的阈值如表1所示。
表1三种诊断指标状态阈值
Figure BDA0002249825180000051
注：θf表示田间持水率
本研究将土壤水分指标作为主要判断指标，植株叶片萎蔫指数及冠气温差作为两个辅助指标。
该系统采用土壤水分、冠气温差和叶片萎蔫指数3个指标综合判断作物水分状况，其中土壤水分指标作为主要判断指标，植株叶片萎蔫指数及冠气温差作为2个辅助指标，对作物亏水状况进行胁迫诊断,有效地提高了水分利用效率，降低了灌水时间与温室内湿度，减少了植株病虫害发生几率，为日光温室作物水分管理提供了新途径。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种日光温室作物水分胁迫诊断系统，其特征在于，包括：
冠层温度计，用于检测作物冠层温度；
空气温度计，用于检测日光温室内空气温度；
植物表型监测设备，用于观察叶片形态，获取叶片萎蔫指数；
土壤水分传感器，埋在土壤内部，用于获取土壤剖面的水分信息；
计算机，用于对冠层温度计、空气温度计、植物表型监测设备和土壤水分传感器采集的数据进行收集，并进行分析处理，得到诊断结果。
2.根据权利要求1所述的一种日光温室作物水分胁迫诊断系统，其特征在于，同一竖直方向的土壤水分传感器的数量至少为3个，相邻土壤水分传感器之间的间距为10cm-20cm，根据土壤水分传感器的测量结果获得土壤剖面的水分信息，得到土壤含水率。
3.根据权利要求2所述的一种日光温室作物水分胁迫诊断系统，其特征在于，获取作物根系在对应的土壤水分传感器土层中的占比，根据占比设定权重值，以各土壤水分传感器加权平均结果作为土壤含水率。
4.根据权利要求1或3所述的一种日光温室作物水分胁迫诊断系统，其特征在于，所述土壤含水率需进行全天动态监测。
5.根据权利要求1所述的一种日光温室作物水分胁迫诊断系统，其特征在于，所述冠层温度计为红外冠层温度计。
6.根据权利要求1所述的一种日光温室作物水分胁迫诊断系统，其特征在于，将冠层温度与空气温度的差值作为日光温室内的冠气温差，冠气温差的获取时间为每天的12点-14点。
7.根据权利要求1所述的一种日光温室作物水分胁迫诊断系统，其特征在于，所述植物表型监测设备包括摄像机，植物表型监测设备检测时间为每天的6点-9点以及15点-16点。
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