作物叶片栓塞脆弱性测量系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种作物叶片栓塞脆弱性测量系统及方法，包括图像采集装置，用于对失水叶片进行连续性拍照，以获取叶片的连续性图像序列；水势监测装置，用于对叶片进行连续性水势监测，以获取叶片的连续性水势参数；数据处理装置，用于对叶片的连续性图像序列进行处理以获取对应的连续性栓塞参数，并建立叶片的栓塞脆弱性数据集。本发明专利技术通过数据处理装置计算叶片的栓塞面积，并结合水势时间序列的拟合，利用脱水过程中的叶片栓塞像素的百分比与所得水势序列构建叶片栓塞脆弱性曲线，可通过叶片栓塞脆弱性曲线得到相应的叶片水力导度和水势信息，调整作物的灌溉策略，实现了在无需大规模破坏性取样的基础上自动、连续、精准地明确植物的抗旱特性。确植物的抗旱特性。确植物的抗旱特性。

【技术实现步骤摘要】
作物叶片栓塞脆弱性测量系统及方法


[0001]本专利技术涉及农业灌溉
，尤其涉及一种作物叶片栓塞脆弱性测量系统及方法。

技术介绍

[0002]干旱缺水正加剧威胁农业生产，严重威胁世界粮食安全。而据预测，气候变化也将增加全球生态系统干旱的发生频率和严重程度。描述不同物种的耐旱性是改进生态系统对全球变化响应预测方法的关键。植物的耐旱性是由多个性状共同决定的，明确植物面对水分胁迫时所产生的一系列生理响应机制，是提高干旱逆境下作物节水抗旱能力的关键。植物的光合作用与生长都依赖于有效供水，因此在水分胁迫条件下，水力功能障碍对植物功能有严重影响。叶片水力导度(Kleaf)衡量了水在叶片中的传输效率，定义为通过叶片的水流速与叶片水势差的比值，通常被划分为叶脉内及叶脉外水力导度。测量Kleaf的传统方法包括蒸腾法、高压法、真空法、吸水法，由于几种方法的不确定性，不同观点一直持续存在。而测量叶片水力脆弱性曲线往往需要通过台式干燥法制造不同的初始水势，并且每0.5MPa之间可能需要6
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12个Kleaf值来确保曲线的精度，因此需要大量取样，也不能区分叶脉内和叶脉外的作用。
[0003]在植物的水力功能测试中，通常用P50或P80评估植物水力功能的脆弱性，即植物水力导度下降50％或80％对应的水势，由脆弱性曲线得到。而叶片相对茎来说具有更高的水力阻力，对最大气孔导度和光合能力有显著限制，叶片的P50通常被认为很大程度上决定了植物的存活率，在植物对水分胁迫的短期响应中起着重要作用，并且也很好地反映了植物的耐旱能力，因此测量叶片脆弱性方法的改进也有利于对植物抗旱性的快速、精准评估。而对于种植者而言，需要保持最佳的植物水分水平以促进生产和提高产量，气孔导度的P50是受到广泛认可的作为灌溉依据的指标，基于大量研究表明植物叶片的气孔导度与水力导度之间具有相关关系，因此利用水力导度与叶水势之间的关系，能简单快速地确定植物何时需要灌溉。
[0004]因此，为了简单高效的制定作物的灌溉策略，需要对作物水力脆弱性参数进行有效的测量，而对传统的作物水力脆弱性参数测量方法存在着破坏性大，规模取样、测量耗时较长的问题，测量有效性有待进一步改善。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种作物叶片栓塞脆弱性测量系统及方法，用以解决现有技术中传统的作物水力脆弱性参数测量方法存在着破坏性大，规模取样、测量耗时较长的缺陷，实现对作物水力脆弱性参数的有效测量。
[0006]本专利技术提供一种作物叶片栓塞脆弱性测量系统，包括：
[0007]图像采集装置，包括拍照模块，所述拍照模块用于对失水叶片进行连续性拍照，以获取所述叶片的连续性图像序列；
[0008]水势监测装置，用于对所述叶片进行连续性水势监测，以获取所述叶片的连续性水势参数；
[0009]数据处理装置，与所述图像采集装置和所述水势监测装置电连接，用于对所述叶片的连续性图像序列进行处理以获取对应的连续性栓塞参数，并根据所述连续性栓塞参数和所述连续性水势参数建立所述叶片的栓塞脆弱性数据集。
[0010]根据本专利技术提供的作物叶片栓塞脆弱性测量系统，所述图像采集装置还包括用于固定所述叶片的固定模块，所述拍照模块可移动地设于所述固定模块上，从而对所述固定模块上的多个所述叶片进行连续性拍照。
[0011]根据本专利技术提供的作物叶片栓塞脆弱性测量系统，所述固定模块包括载物台和设于所述载物台上方的支撑架，所述拍照模块移动设于所述支撑架上，所述支撑架的一侧设有驱动组件，所述驱动组件连接所述拍照模块并驱动所述拍照模块在所述支撑架上往复移动。
[0012]根据本专利技术提供的作物叶片栓塞脆弱性测量系统，所述水势监测装置包括依次连接的水势探头、切换模块和采集器，所述采集器与所述数据处理装置连接。
[0013]本专利技术还提供一种作物叶片栓塞脆弱性测量方法，包括：
[0014]获取所述失水叶片的连续性图像序列；
[0015]对所述叶片的连续性图像序列进行处理以获取对应的连续性栓塞参数；
[0016]获取所述叶片的连续性水势参数；
[0017]根据所述连续性栓塞参数和所述连续性水势参数建立所述叶片的栓塞脆弱性数据集。
[0018]根据本专利技术提供的作物叶片栓塞脆弱性测量方法，所述获取所述叶片的连续性图像序列的步骤包括：
[0019]以固定时间间隔的方式对多个所述叶片进行拍照，以获取指定时间范围内所述叶片失水过程的图像序列。
[0020]根据本专利技术提供的作物叶片栓塞脆弱性测量方法，所述对所述叶片的连续性图像序列进行处理的步骤包括：
[0021]基于所述连续性图像序列的前后栓塞面积差异获取每张图像的累积栓塞百分比。
[0022]根据本专利技术提供的作物叶片栓塞脆弱性测量方法，所述基于所述连续性图像序列的前后栓塞面积差异获取每张图像的累积栓塞百分比的步骤包括：
[0023]将所述连续性图像序列转化为多位灰度图像序列，分析所述灰度图像序列中前后两张图像的像素差，获取目标像素差的图像序列，设定像素阈值范围；
[0024]将所述目标像素差的图像序列转化为二值图像，所述像素阈值范围内的像素点设为第一预设值，所述像素阈值范围外的像素点设为第二预设值，将所述第二预设值求和，得到每个图片的栓塞面积。
[0025]根据本专利技术提供的作物叶片栓塞脆弱性测量方法，所述获取所述叶片的连续性水势参数的步骤包括：
[0026]利用所述连续性水势参数计算每个回归参数，将所述回归参数与所述连续性图像序列的时间信息一一对应，以获取所述连续性图像序列对应的水势序列。
[0027]根据本专利技术提供的作物叶片栓塞脆弱性测量方法，所述叶片的栓塞脆弱性数据集
为根据所述连续性栓塞参数和所述连续性水势参数建立的栓塞脆弱性曲线图。
[0028]本专利技术提供的作物叶片栓塞脆弱性测量系统及方法，通过图像采集装置固定时间间隔对批量失水叶片进行拍照，以获取指定区域内叶片失水过程的图像序列，水势监测装置可实现叶片水势的长期连续监测；图像采集装置和水势监测装置将数据传输给数据处理装置，数据处理装置将获得的连续图像序列计算每张图片中叶片的栓塞面积，并结合水势时间序列的拟合，利用脱水过程中的叶片栓塞像素的百分比与所得水势序列构建叶片栓塞脆弱性曲线，可通过叶片栓塞脆弱性曲线得到相应的叶片水力导度和叶水势信息，以此判断作物的耐旱能力，作为确定灌溉下限的主要依据，调整当前基因型或环境胁迫下作物的灌溉策略。整个系统能够自动、连续、精确地同时建立多个植物的叶片图像序列和水势序列，并持续实时采集并通过数据处理装置实时构建、计算、判断作物抗旱性进行灌溉策略的调整，实现了在无需大规模破坏性取样的基础上自动、连续、精准地明确植物的抗旱特性。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种作物叶片栓塞脆弱性测量系统，其特征在于，包括：图像采集装置，包括拍照模块，所述拍照模块用于对失水叶片进行连续性拍照，以获取所述叶片的连续性图像序列；水势监测装置，用于对所述叶片进行连续性水势监测，以获取所述叶片的连续性水势参数；数据处理装置，与所述图像采集装置和所述水势监测装置电连接，用于对所述叶片的连续性图像序列进行处理以获取对应的连续性栓塞参数，并根据所述连续性栓塞参数和所述连续性水势参数建立所述叶片的栓塞脆弱性数据集。2.根据权利要求1所述的作物叶片栓塞脆弱性测量系统，其特征在于，所述图像采集装置还包括用于固定所述叶片的固定模块，所述拍照模块可移动地设于所述固定模块上，从而对所述固定模块上的多个所述叶片进行连续性拍照。3.根据权利要求2所述的作物叶片栓塞脆弱性测量系统，其特征在于，所述固定模块包括载物台和设于所述载物台上方的支撑架，所述拍照模块移动设于所述支撑架上，所述支撑架的一侧设有驱动组件，所述驱动组件连接所述拍照模块并驱动所述拍照模块在所述支撑架上往复移动。4.根据权利要求1所述的作物叶片栓塞脆弱性测量系统，其特征在于，所述水势监测装置包括依次连接的水势探头、切换模块和采集器，所述采集器与所述数据处理装置连接。5.根据权利要求1
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4任一项所述的作物叶片栓塞脆弱性测量方法，其特征在于，包括：获取所述失水叶片的连续性图像序列；对所述叶片的连续性图像序列进行处理以获取对应的连续性栓塞参数；获取所述叶片的连续性水势参数；根据所述连续性栓塞参数和所述连...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁日升，曹荷莉，康绍忠，杜太生，佟玲，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：