[发明专利]介电式植物茎流检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种植物茎流检测装置，特别是涉及一种非侵入式的介电式植物茎流检测装置。

背景技术

水是维系植物生存的基本要素之一。就农业而言，水是作物生长的命脉，是保障我国粮食生产实现稳产与增产的基本前提条件。然而我国是一个干旱缺水严重的国家，淡水资源总量为28000亿立方米，仅占全球水资源的6％。而我国每年农业用水约占当年用水总量的62％。与发达国家农业灌溉用水有效利用率相比(利用系数约0.7-0.8)，我国农业用水效率不高的现象非常突出，除黄河流域部分地区水资源有效利用系数接近0.6以外，大部分地区仅为0.48。因此，水资源的高效合理利用是现代农业生产中非常重要的任务。实现节水农业，首当其冲的是植物生理需水信息的准确获取。长期以来，人们一直将土壤水分作为控制农作物灌溉的指标，但它并不能直接反映作物的需水情况，并且有滞后、精度低等缺点。因而，寻求一种直接反映植物需水信息的指标，以实现及时、适量灌溉，十分必要。

茎流指蒸腾作用在植物体内引起的上升液流。土壤液态水进入根系后，通过茎输导组织向上运送到达冠层，经由气孔蒸腾转化为气态水扩散到大气中去。根部吸收的水分有99.8％以上消耗在蒸腾作用上。通过精确测算茎流量，可以基本确定植株蒸腾失水量。植物茎流的测定对于建立土壤-植物-大气连续体模型，以及探讨区域性农田水分供需规律，验证抑蒸节水措施等都具有重要意义。对于科学研究领域来说，茎流测定技术提供了一种田间直接测定蒸腾的精确手段；对现代化农业生产来说，茎流作为一种水分生理指标，比土壤水分更适用于监视作物的生理过程，指导农田精量灌溉。

目前植物茎流测定主要是热学测量方法，可分为热脉冲法、热平衡法和热扩散法。

热脉冲法(Heat Pulse Method)是德国的Huber于1932年最先提出的。此后经过许多学者对所采用的方法及设备的不断改进，才逐渐开始在植物水分问题研究中使用。使用时在茎杆的某一处插入一个加热器热源，同时再在热源一定距离的上方插入一个热探测器。热脉冲随蒸腾流从热源传输到探测器所需的时间是可以测定出来的。据此，再根据茎杆中起传输水流作用的组织的截面的大小，可以通过对流与扩散理论建立的热在茎中传输的方程而将水流通量计算出来。

热平衡法(Heat Balance Method)理论最初见于上世纪70年代，在1981至1988年间被Baker，Van Babel以及Sakuratani等人通过田间试验证实。热平衡法又包括茎部热平衡法(Stem Heat Balance Method)和树干热平衡法(Tissue Heat Balance Method)。其中茎部热平衡法是将一个加热套包裹在茎杆外部并连续加热茎秆，通过安装在周围的温度传感器来感应茎秆温度，最后依据热平衡原理求出单位时间茎秆内液体流量。树干热平衡法原理与茎部热平衡法相同，只是需要插入探针来测定树干液流。

热扩散法(Thermal Dissipation Probe Method)首先由法国科学家Granier于1985年提出。它是将两根探针插入茎秆或树干内，其中上部探针含有加热器和热电偶，下部探针只有热电偶，恒定加热，通过测定两探针的温度值来计算液流速度。

目前国内常见的植物茎流计主要是由格林斯潘和澳大利亚英联邦科学与工业研究组织(CSIRO)联合研制开发的SF系列热脉冲型茎流传感器和英国Dynagage公司研制的包裹式茎流计。它们的主要缺点是：1)脉冲式传感器需要将探针插入植物茎秆内，这显然破坏了植物的正常生理过程，甚至给植物造成不可恢复的损伤；2)为精确测量茎秆温度需要保证温度传感器的应用条件，对产品的隔热性能要求较高；3)所有产品都需要对植物进行加热，这有可能会烧伤茎秆，并且同样会影响植物的正常生理过程，使采集到的数据不能准确反映植物的正常生理状况。

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如何克服现有茎流检测装置在检测过程中对植物的正常生理过程造成的不良影响及对植物茎秆造成的伤害。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种介电式植物茎流检测装置，包括：

包裹带，所述包裹带包裹被测茎秆；

嵌入所述包裹带内的传感器电极，所述传感器电极感应茎秆含水量变化；

与所述传感器电极连接的信号调节单元，所述信号调节单元将传感器电极感应的茎秆含水量变化转换成输出电压的变化；