一种植物临界冻害温度的测试方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明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。
【专利说明】一种植物临界冻害温度的测试方法及系统
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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】
[0003] 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。
[0004] 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) -端接触待测植物，工作电极（5)另一端连接高精度LCR测试 仪⑵；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。
[0005] 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⑴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。
[0006] 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。
[0007] 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= ε S/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。
[0008] 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 植物临界冻咅温度。
[0009] 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。
【专利附图】
【附图说明】
[0010] 图1为本发明系统结构示意图； 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。
[0011] 图2为空气湿度709Γ90%时不同风速条件下茶树样本临界冻害温度。
【具体实施方式】
[0012] 下结合附图，对本发明的技术方案做进一步详细说明。
[0013] 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。
[0014] 在该实施例中，供试茶树品种为福鼎大白。
[0015] 本发明的系统组成如图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。
[0016] 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 -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。
[0017] 图2表示根据所测量的空气湿度为709Γ90%的不同风速条件下茶树样本临界冻害 温度；风速为〇m/时，茶树样本临界冻害温度为-5. 6°C;风速为1. 5m/s时，茶树样本临界冻 害温度为-4. 9°C ;风速为2. 5m/s时，茶树样本临界冻害温度为-4. 4°C。
【权利要求】
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) -端接触待测植物，工作电极（5)另一端连接高精度LCR测试 仪⑵；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。
2. 根据权利要求1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 ⑷、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⑴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。
3. 根据权利要求2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。
【文档编号】G01N27/02GK104155346SQ201410405693
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月18日 优先权日:2014年8月18日
【发明者】鹿永宗, 胡永光, 张西良, 刘萍 申请人:江苏大学