專利名稱：一種活體水稻籽粒灌漿充實的無損監(jiān)測系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種針對水稻籽粒灌漿充實的活體、實時、無損監(jiān)測系統(tǒng)和方法，屬于 作物生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，專用于水稻生育后期田間生產(chǎn)的實時監(jiān)測和調(diào)控管理。
背景技術(shù)：
水稻是我國最主要的糧食作物，全國有60%以上的人口以稻米為主食。從20世紀(jì) 80年代開始，水稻單產(chǎn)一直處于徘徊狀態(tài)，雖然培育出了一大批超級水稻品種(組合)，但 這些超級稻的品種或組合均普遍存在籽粒充實度差的間題，籽粒充實度差已成為制約現(xiàn)代 水稻品種產(chǎn)量潛力進(jìn)一步發(fā)揮的瓶頸。圍繞水稻籽粒灌漿充實，國內(nèi)外水稻科研工作者開展了大量研究工作。朱慶森 等(1988)較早的對粒重增重過程用Richards模型進(jìn)行了擬合，目前已普遍為學(xué)者們所采 用。Richards生長方程為W = A(l+Be-Kt)/-1/N，方程以開花后的天數(shù)t為自變量，以水 稻粒重W為因變量。對Richards方程求一階導(dǎo)數(shù)，得灌漿速率方程GR = dW/dt =ABe-Kt/ [N(l+Be-Kt)] (N+l)/N，即為籽粒整個灌漿過程中灌漿速率的動態(tài)變化。Richards方程有4 個待擬合參數(shù)A，B, K，N,由這些參數(shù)可確定強(qiáng)弱勢粒的相對起始生長勢、灌漿持續(xù)期、最大 灌漿速率、平均灌漿速率、最大粒重、前中后三期灌漿速率和灌漿時間對產(chǎn)量貢獻(xiàn)大小等階 段灌漿特征參數(shù)用以比較不同品種的灌漿特性。長期以來，水稻(包括禾谷類作物的小麥、玉米等)籽粒灌漿充實的測定均是采用 破壞性的方法進(jìn)行測定，就是在籽粒灌漿的不同時期破壞性取樣，根據(jù)前后取樣時期籽粒 重量的差除以時間得出灌漿速率，即便是通過Richards擬合出相關(guān)參數(shù)，也均是先采用破 壞性的取樣方法得到有關(guān)數(shù)據(jù)。但是，由于植株的生長狀態(tài)、籽粒的大小、粒位、灌漿時間早 晚以及氣候生態(tài)條件等不可能完全相同，每次取樣的籽粒間存在很大差異，導(dǎo)致籽粒灌漿 速率和充實度的測定存在一定的誤差。為了消除這種誤差，一般采用大樣本取樣的方法，不 僅增加了成本，同樣由于破壞性取樣導(dǎo)致植株受到一定的傷害而存在誤差。采用同位素示蹤是進(jìn)行物質(zhì)運轉(zhuǎn)和籽粒灌漿充實標(biāo)記的一種方法，但采用同位素 示蹤不僅成本昂貴，而且同樣要進(jìn)行破壞性取樣進(jìn)行測定分析。因此，建立一套活體的無損 監(jiān)測籽粒灌漿充實的系統(tǒng)和方法，實現(xiàn)對水稻籽粒灌漿充實過程的全天候?qū)崟r、無損監(jiān)測， 不僅可以減少誤差，而且可以實現(xiàn)非破壞性，增加科學(xué)準(zhǔn)確性。綜上所述，針對水稻籽粒灌漿速率、充實度等生長指標(biāo)，目前還沒有一個簡便、快 捷而令人滿意的活體無損監(jiān)測裝置，并用于指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。本發(fā)明裝置不需要破壞性取樣， 具有便捷、快速、實時和非破壞性的優(yōu)點，特別適合田間實時監(jiān)測和田間管理指導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有水稻籽粒灌漿充實測定的缺陷，研制出一種便攜式活 體無損監(jiān)測裝置和方法，具備適用農(nóng)業(yè)科研人員田間一線操作、實時無損監(jiān)測和田間實時 管理指導(dǎo)的特點。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種活體水稻籽粒灌漿充實的無損監(jiān)測系統(tǒng)，包括支架、Flow32包裹式莖流儀主 機(jī)、裝有主機(jī)工作程序軟件Flow32、數(shù)據(jù)采集軟件PC208W和無損監(jiān)測方程的計算機(jī)、傳感 器SGA2或SGA3 ；Flow32包裹式莖流儀主機(jī)通過信號線路與所述計算機(jī)、所述傳感器相連； 所述傳感器由測量計和密封固定裝置組成所述測量計通過電纜與所述Flow32包裹式莖 流儀相連；所述監(jiān)測方程為Y = O. 0066X-0. 2465 或 Y = 0. 0246X-1· 9427式中Y為穗頸節(jié)間液流強(qiáng)度，X為籽粒充實度。所述的無損監(jiān)測系統(tǒng)，所述密封固定裝置由絕緣套、0-型圈、自粘膠帶、橡皮泥和 鋁箔紙組成，用于減少所述測量計的熱量損失。所述的無損監(jiān)測系統(tǒng)，所述支架為可調(diào)伸縮支撐桿。一種水稻籽粒灌漿充實的無損監(jiān)測方法，在水稻抽穗開花10-20天的籽粒灌漿中 期，選擇生長均一且長勢健壯的水稻單莖，小心從頂一鞘中剝出15cm左右的頂一莖，用紙 巾清理干凈莖稈上的雜物，測量并記錄穗頸節(jié)間下方2. 5cm處的莖稈直徑，然后按照測量 的直徑大小選擇合適的傳感器類型；將傳感器連接在水稻穗頸節(jié)間下方2. 5cm處，并固定 在支撐桿上，然后啟動莖流儀和計算機(jī)，所述計算機(jī)裝有軟件Flow32、PC208W和無損監(jiān)測 方程，所述監(jiān)測方程為Y = O. 0066X-0. 2465 或 Y = 0. 0246X-1· 9427式中Y為穗頸節(jié)間液流強(qiáng)度，X為籽粒充實度；即可實現(xiàn)活體、無損監(jiān)測水稻籽粒 灌漿充實。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的裝置整體結(jié)構(gòu)圖。圖2為本發(fā)明系統(tǒng)的傳感器固定位置示意圖。圖3為本發(fā)明系統(tǒng)的傳感器安裝分解圖。圖4為本發(fā)明方法的穗頸節(jié)間液流強(qiáng)度與籽粒充實度的無損監(jiān)測方程及示意圖。圖注說明1.水稻單莖2.傳感器3.莖流儀主機(jī)4.計算機(jī)5.電池6.支撐桿7.尼龍繩8.頂一葉9.頂一鞘10.頂一莖11.穗頸節(jié)間12.測量計13.傳感器線纜接頭14.主機(jī)線纜接頭15.頂二葉16.上部0_型圈17.下部0-型圈18.絕緣套19.自粘膠帶
具體實施例方式1、本發(fā)明裝置的田間應(yīng)用與操作(1)莖稈準(zhǔn)備與時間選擇在水稻籽粒灌漿的中期(抽穗開花后10-20天)，選擇生長均一且長勢健壯的水稻 單莖1，小心從頂一鞘9中剝出15cm左右的頂一莖10，用紙巾清理干凈莖稈上的雜物，測量 并記錄穗頸節(jié)間11下方2. 5cm處的莖稈直徑，然后按照測量的直徑大小選擇合適的傳感器
4類型(SGA2 或 SGA3)。(2) SGA2、3傳感器的安裝打開加熱器(放置在測量計12中心的黃褐色片，也是傳感器2的核心部件)，將水 稻單莖穗頸節(jié)間11下部2. 5cm處的莖稈小心裹入環(huán)形加熱器中；將測量計12外殼關(guān)閉，并 用自粘膠帶固定，使加熱器片與莖稈充分接觸，此時，適度用力拉動和轉(zhuǎn)動測量計12，不發(fā) 生滑動或扭轉(zhuǎn)，否則，要重新打開粘合帶，重新捆扎；將0-型圈16、17套在測量計12上下的 莖稈上；絕緣套18安裝在組件外部且線纜接頭13應(yīng)安裝到絕緣套18的狹縫中，用自粘膠 帶19扎緊絕緣套18 ；用橡皮泥封住各接觸部位暴露的間隙，并記錄莖稈測量計加熱器的型 號和電阻；用鋁箔紙包裹整個傳感器幾周以防止外界環(huán)境對敏感能量平衡讀數(shù)的影響；最 后用尼龍繩7將傳感器捆扎到傳感器支撐桿6上，以免折斷水稻莖稈。(3)系統(tǒng)的連接把傳感器線纜接頭13與標(biāo)有通道號的擴(kuò)展電纜14連接，用傳感器接頭處的橡膠 保護(hù)罩套套住電纜連接處，并記錄與相應(yīng)傳感器/植物連接的電纜號碼；主機(jī)3通訊電纜與 裝有Flow32和PC208W軟件的計算機(jī)4連接；主機(jī)電源線與電池5連接，打開莖流儀主機(jī)電 源，莖流儀主機(jī)開始發(fā)出聲音。2、設(shè)置Flow32包裹式莖流儀參數(shù)及數(shù)據(jù)收錄(1)設(shè)置莖流儀及傳感器參數(shù)打開計算機(jī)，用Flow32軟件設(shè)定莖流儀參數(shù)p0Wer supply (50Hz)， scan rate(5seconds), Number of Dynagages(AO l_8gages), Reading Average time(15minutes)，Data Output to Storage (15minutes)，Power Down Time(23:59:59)， Power On Time (0:00:01)；輸入田間安裝時記錄的傳感器參數(shù):Gage Type (SGA2或SGA3)， Heater Resistance (電阻)，Stem OD (蓮稈直徑)禾口 Thermal Conductivity (/K稻為空心 植物，莖稈熱傳導(dǎo)率選擇0. 28)。設(shè)置完畢，用Save As保存為X X X. did。(2)發(fā)送工作程序打開PC208W軟件，用connect把計算機(jī)與莖流儀主機(jī)連接起來。第一步，用Set Datalogger Clk把莖流儀主機(jī)的時鐘與計算機(jī)的時鐘同步。第二步，發(fā)送Flow32系統(tǒng)專門 的維護(hù)程序(Maint. did)，調(diào)節(jié)SGA2、3的典型電壓為2. 3V。第三步，用Send按鈕，在彈出 窗口找到設(shè)置傳感器后保存的X X X. did程序文件發(fā)送到莖流儀主機(jī)中。(3)觀測實時顯示的數(shù)據(jù)按下Numeric按鈕上面的Data Display Graphs#l，在實時圖形顯示模式中察看結(jié) 果，點擊另外兩個按鈕“2和3”將顯示其他相關(guān)數(shù)據(jù)。每個界面可顯示10個變量，但最好 是一直察看少數(shù)幾個傳感器的Sap Flow讀數(shù)；dT和Ksh的讀數(shù)最好顯示在一個界面上，Qr 和Qf的讀數(shù)顯示在另一個界面上。這樣變量才會有大約相同的數(shù)量級和單位。(4)收集、處理和保存數(shù)據(jù)收集1-3天的全天24小時數(shù)據(jù)，首先，用PC208W軟件中的collect/collect all 將收集的數(shù)據(jù)保存為原始數(shù)據(jù)文件X X X. dat ；其次用Flow32軟件中的auto set zero of Ksh對X X X. dat中的Ksh進(jìn)行自動調(diào)零；最后用Flow32軟件的Calculate Sap Flow 功能把測定的結(jié)果在Excel文檔中顯示出來并保存。(5)水稻籽粒灌漿充實的定量無損監(jiān)測方程
本課題組以不同年份、不同品種、不同氮素和水分處理水平下的田間試驗為基礎(chǔ)， 利用Flow32包裹式莖流儀測定穗頸節(jié)間液流強(qiáng)度，采用傳統(tǒng)的試驗方法測定籽粒灌漿速 率，然后通過相關(guān)分析明確了水稻籽粒灌漿速率與液流強(qiáng)度之間的關(guān)系(表1)，在此基礎(chǔ) 上確立了水稻籽粒充實度與液流強(qiáng)度的無損監(jiān)測方程(圖4)，為本發(fā)明系統(tǒng)提供了理論依 據(jù)，無損監(jiān)測方程如下Y = O. 0066X-0. 2465 ；或 Y = 0. 0246X-1· 9427式中Y為穗頸節(jié)間液流強(qiáng)度，X為籽粒充實度。表1水稻穗頸節(jié)間液流強(qiáng)度與籽粒灌漿速率的關(guān)系
權(quán)利要求
一種活體水稻籽粒灌漿充實的無損監(jiān)測系統(tǒng)，包括支架、Flow32包裹式莖流儀主機(jī)、裝有主機(jī)工作程序軟件Flow32、數(shù)據(jù)采集軟件PC208W和無損監(jiān)測方程的計算機(jī)、傳感器SGA2或SGA3；Flow32包裹式莖流儀主機(jī)通過信號線路與所述計算機(jī)、所述傳感器相連；其特征在于所述傳感器由測量計和密封固定裝置組成所述測量計通過電纜與所述Flow32包裹式莖流儀相連；所述監(jiān)測方程為Y＝0.0066X 0.2465或Y＝0.0246X 1.9427式中Y為穗頸節(jié)間液流強(qiáng)度，X為籽粒充實度。
2.一種活體水稻籽粒灌漿充實的無損監(jiān)測方法，其特征在于，在水稻抽穗開花10-20 天的籽粒灌漿中期，選擇生長均一且長勢健壯的水稻單莖，小心從頂一鞘中剝出15cm左 右的頂一莖，用紙巾清理干凈莖稈上的雜物，測量并記錄穗頸節(jié)間下方2. 5cm處的莖稈直 徑，然后按照測量的直徑大小選擇合適的傳感器類型；將傳感器連接在水稻穗頸節(jié)間下 方2. 5cm處，并固定在支撐桿上，然后啟動莖流儀和計算機(jī)，所述計算機(jī)裝有軟件Flow32、 PC208W和無損監(jiān)測方程，所述監(jiān)測方程為Y= O. 0066X-0. 2465 或 Y = 0. 0246X-1. 9427式中γ為穗頸節(jié)間液流強(qiáng)度，χ為籽粒充實度；即可實現(xiàn)活體、無損監(jiān)測水稻籽粒灌漿 充實。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種活體水稻籽粒灌漿充實的無損監(jiān)測系統(tǒng)和方法，屬于作物生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，專用于水稻生育后期田間生產(chǎn)的實時監(jiān)測和調(diào)控管理。該系統(tǒng)主要由支撐桿、傳感器、Flow32包裹式莖流儀主機(jī)、包含相關(guān)軟件和無損監(jiān)測方程的計算機(jī)和電源五個部分組成。該無損監(jiān)測方法是在水稻抽穗開花后的10-20天進(jìn)行，將水稻單莖穗頸節(jié)間下部2.5cm處的莖稈小心裹入傳感器SGA2或SGA3中，通過信號線路將五部分連接，然后啟動莖流儀和計算機(jī)進(jìn)行活體、實時、無損監(jiān)測。
文檔編號G08C19/00GK101980001SQ201010526880
公開日2011年2月23日 申請日期2010年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月1日
發(fā)明者寧慧峰, 張靜, 彭廷, 李俊周, 李磊, 杜彥修, 殷春淵, 趙全志 申請人:河南農(nóng)業(yè)大學(xué)