[发明专利]一种植物临界冻害温度的测试方法及系统

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。 

发明内容

本发明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，本发明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。

本发明的测试原理。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。

本发明具有的有益效果。本发明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为本发明系统结构示意图；