一种植物临界冻害温度的测试方法及系统技术方案

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种植物临界冻害温度的测试方法及系统
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术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。本专利技术的测试原理。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。本专利技术具有的有益效果。本专利技术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为本专利技术系统结构示意图；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，对本专利技术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。本专利技术的系统组成如图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℃。本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：鹿永宗，胡永光，张西良，刘萍，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32