[发明专利]作物生物量检测装置及检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及作物生长检测技术，特别是涉及一种作物生物量检测装置及方法。

背景技术

在作物田间观测的农艺参数中，生物量（biomass），或对植物专称植物量（phytomass），是反映作物生长状况的重要指标，与植株的抗逆性、抗病性、最终产量相关。所谓生物量是指某一时刻单位面积内实存生活的有机物质重量，狭义的生物量仅指以重量表示的，可以是鲜重或干重，通常用kg/m²或t/ha表示。作物生物量包括地上部分茎、叶、花、果实、种子和地下部分的根或茎。在作物精细育种中，单株作物的生物量值可帮助育种家了解作物的生长状况和光合作用效率，以获得优势作物类型；在作物栽培过程中，通过作物的生物量测量，可推断作物的长势，及时做出施肥、灌溉等决策。此外，对正常生长的作物群体干物质生产与产量形成的关系而言，其生物产量和经济产量呈显著正相关，即生物量越大，其经济产量越大。因此，生物量的快速无损测量对精准作业、筛选种质资源、优化品种具有重要意义。目前作物生物量测定主要有以下方法：

1、传统一般采用收割法来测定作物生物量，经挖苗、收割、去除土进行称重（干重或鲜重）来判断作物在不同生育阶段的生物量变化。这种传统的作物生物量测定方法准确可靠，但需要种植大量的作物以便满足作物在不同生育期的实验需求，且具有破坏性，不能在育种过程中使用。

2、通过对位于平行板电容器中的被测作物样品施加扫频电场，测量作物在一定温度、湿度条件下的介电特性，并通过建立介电常数、衰减系数与作物生物量的相关模型，来完成对作物生物量的检测；该测定方法主要用于室内或田间的实验研究，对被测作物施加扫频电场，通过测量作物的介电特性来检测单株作物或小群体作物的生物量，但是该测量装置需要保证一定的测量温度与湿度条件，因此该装置及方法难以满足田间自然生长状态的作物生物量的检测需求。

3、作物活体生物量测定方法，是将待测样本种植在特制的容器中，容器置于称量设备上，可达到连续跟踪研究作物生物量动态变化的目的，该方法主要适用于室内科学实验研究，将待测样本人工种植在特定容器中作连续监测研究，且用于检测单株作物生物量的生长变化；因此，该测定装置不能用在田间、大范围生长作物的生物量测定。

4、基于力矩的生物量活体检测方法，通过扭矩传感器，获取待测样本受到外力时的回弹特性来预测生物量，可进行连续测量，具有便携性，特别适于育种过程中对小块地的作物生物量测量；该方法采用推杆获取作物受力产生的力矩，主要用于群体作物的生物量测量，用其进行单株作物生物量测量时，容易因受力不均导致误差。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是针对小麦、水稻等由多个茎杆构成的单株（单束）作物，如何提供一种便携、活体、无损、快速的单株作物生物量检测装置及方法。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种作物生物量检测装置，包括承载容器及分别设于所述承载容器上的电源模块、株高采集模块、茎径采集模块、夹持模块和数据采集及分析模块；所述电源模块为整个装置供电，所述夹持模块用于抱紧待测样本，所述茎径采集模块和株高采集模块分别用于采集抱紧后的待测样本的茎径信息和株高信息并输送给数据采集及分析模块，所述数据采集及分析模块进行数据处理和分析后建立理论体积和生物量预测模型。

其中，所述茎径采集模块、夹持模块和株高采集模块分别设于所述承载容器的下端，所述茎径采集模块通过连接杆与所述承载容器连接，所述夹持模块设于所述茎径采集模块上。

其中，所述株高采集模块采用激光测距传感器，所述茎径采集模块采用位移传感器。

其中，所述夹持模块包括两块夹板和连接所述两块夹板的夹持机构。

其中，所述连接杆采用可伸缩式支杆。

其中，还包括定位板，所述定位板设于所述株高采集模块下方的测量地面上。

其中，所述承载容器为手持式，所述承载容器上设有把手。

本发明还提供一种上述的作物生物量检测装置的检测方法，包括以下步骤：

S1、标定具有代表性的作物作为建模样本，并划分多个测量区域，每个测量区域内随机选择多个待测样本，将待测样本分为两组，其中一组用于理论体积和生物量预测模型的建立，另一组用于该理论体积和生物量预测模型的验证评估；

S2、将作物生物量检测装置移入所标定的测量区域内，夹持模块抱紧待测样本，茎径采集模块和株高采集模块同时采集抱紧后的待测样本的茎径信息和株高信息并发送给数据采集及分析模块；