[发明专利]一种水稻高温热害的预警装置及方法

权利要求书

1.一种水稻高温热害的预警装置，其特征在于，包括监测装置，监测装置包括监测箱(1)，监测箱(1)的底端设有土壤温度传感器端柱(2)、土壤湿度传感器端柱(3)，监测箱(1)的顶端设有空气温度传感器端柱(4)，监测箱(1)的表面设有显示器(5)，监测箱(1)的内部设有微处理器(6)，微处理器(6)的多个引脚分别与土壤温度传感器端柱(2)、土壤湿度传感器端柱(3)、空气温度传感器端柱(4)以及显示器(5)连接；微处理器(6)还通过无线网络与远程监控的计算机(7)连接；

所述土壤温度传感器端柱(2)、土壤湿度传感器端柱(3)以及空气温度传感器端柱(4)分别通过线缆(8)与位于监测箱(1)外部的土壤温度传感器(9)、土壤湿度传感器(10)以及空气温度传感器(11)连接；所述监测箱(1)的底端设有用于调节土壤温度传感器(9)和土壤湿度传感器(10)高度的调节机构。

2.如权利要求1所述的一种水稻高温热害的预警装置，其特征在于，所述监测箱(1)固定在支撑板(12)上表面，支撑板(12)下表面设有两个调节机构，调节机构包括固定在支撑板(12)下表面的箱体(13)，箱体(13)上端设有横向贯穿其中的蜗杆(14)，蜗杆(14)与箱体(13)侧壁通过轴承连接，蜗杆(14)一端穿过箱体(13)固定有旋转把手(15)；所述蜗杆(14)与蜗轮(16)啮合，蜗轮(16)与其中心穿过的螺杆(17)通过键连接，螺杆(17)上端通过轴承与轴承支撑座(18)连接，轴承支撑座(18)固定在箱体(13)内部，螺杆(17)下端与内壁设有内螺纹的螺纹套管(19)螺纹连接，螺纹套管(19)的底端与所述土壤温度传感器(9)或土壤湿度传感器(10)连接；所述箱体(13)下端开设有允许螺纹套管(19)穿过的通孔。

3.如权利要求2所述的一种水稻高温热害的预警装置，其特征在于，所述螺杆(17)与所述蜗轮(16)配合的地方开设有轴肩，轴肩用于承载蜗轮(16)。

4.如权利要求1所述的一种水稻高温热害的预警装置，其特征在于，所述监测箱(1)的上方还设有与通过连接杆(21)连接的用于测量蒸腾速率的蒸腾速率测定装置，蒸腾速率测定装置包括上叶夹(22)、下叶夹(23)和壳体(24)，壳体(24)通过连接杆(21)与监测箱(1)连接，上叶夹(22)和下叶夹(23)通过扭簧(25)连接，上叶夹(22)和下叶夹(23)中部对应开设有第一进风口(26)；所述下叶夹(23)底部固定有壳体(24)，壳体(24)内部固定有将其分隔成上下两部分的隔板(27)，隔板(27)上部分固定有第一风扇(28)，第一风扇(28)底部设有第一水分传感器(29)，隔板(27)下部分固定有第二风扇(30)，第二风扇(30)底部设有第二水分传感器(31)；所述壳体(24)的下部分开设有第二进风口(32)，所述第一风扇(28)、第一水分传感器(29)、第二风扇(30)、第二水分传感器(31)均与微处理器(6)连接。

5.如权利要求4所述的一种水稻高温热害的预警装置，其特征在于，所述连接杆(21)的上下两端均设有外螺纹，所述监测箱(1)和所述壳体(24)底部均开设有与连接杆(21)配合的内螺纹，连接杆(21)下端与监测箱(1)螺纹连接，连接杆(21)上端与壳体(24)螺纹连接。

6.如权利要求1所述的一种水稻高温热害的预警装置，其特征在于，所述监测箱(1)的底端和顶端还设有多余端柱，多余端柱与所述微处理器(6)的多余引脚连接。

7.如权利要求2所述的一种水稻高温热害的预警装置，其特征在于，所述支撑板(7)的下表面设有多个用于将其固定在水稻种植地的支撑柱(20)。

8.一种水稻高温热害的预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、信息采集：

1)监测地点选择：在水稻种植地随机选择多个温度监测位置，在每个温度监测位置安装一个监测装置；

2)监测装置安装：将土壤温度传感器和土壤湿度传感器插入到水稻种植土壤里，对水稻根部的温度和湿度实时监测，利用空气温度传感器对空气中的温度实时监测；同时将用于测量叶片蒸腾速率的测定装置通过连接杆连接在监测箱上方，将位于测定装置附近的水稻稻苗夹持在上叶夹和下叶夹之间；

3)传感器高度调节：根据每个监测装置的安装位置，对应调节该位置土壤温度传感器和土壤湿度传感器的高度，高度调节时，转动旋转把手，旋转把手带动蜗杆转动，蜗杆转动带动蜗轮转动，蜗轮带动螺杆转动，螺杆转动带动螺纹套管沿其上下运动，螺纹套管带动土壤温度传感器和土壤湿度传感器向下运动调节其插入到水稻种植地的高度；

4)信息收集：土壤温度传感器、土壤湿度传感器以及空气温度传感器将采集到的信号发送给微处理器，微处理器将采集到的信号显示在显示器上，并且同时将信号发送给远程监控计算机；

5)稻苗蒸腾速率的测定：利用蒸腾速率的计算公式：E＝V*(RH1-RHO)/A，来计算稻苗的蒸腾速率，其中RHO为稻苗所在位置没有经过稻苗的水分值，RH1为经过稻苗的水分值，V为稻苗所在位置的风速；

对没有经过稻苗的水分值RHO的测定过程，先利用叶夹将稻苗叶片夹好，当完全夹满后，叶夹夹持的叶面积A是己知的，利用微处理器控制启动第二风扇和第二水分传感器，第二风扇转动带动气体从第二进风口进入到壳体内部，这时没有穿过稻苗的大气中的水分进入到第二水分传感器，就能得到没有穿过稻苗的水分值RHO，并将该数值发送微处理器以备计算使用；

对经过稻苗的水分值RH1的测定过程，这时利用主机控制器控制启动第一风扇和第一水分传感器，由于第一风扇位于稻苗正下方，第一风扇转动后将外侧的气体从第一进风口进入到下面，这时外部气体含有的水分和叶片中的水分从叶片下部蒸腾出来，一同被带走到水分传感器上，这时就能得到经过叶片的水分含量值RH1，并将该数值发送微处理器以备计算使用；

由于叶夹夹持面积已知，A就已知，V为稻苗所在位置的风速，也就是风扇的风速，在A、V、RHO、RH1已知的情况下通过微处理器计算稻苗的蒸腾速率；

S2、高温预警：

1)信息比较：将不同监测地点监测的数据进行比较，比较不同位置、不同深度土壤温度传感器和空气温度传感器采集到的温度数据的差异，同时所有监测地点土壤温度传感器和空气温度传感器采集到数据的平均值发送给微处理器；同时还将稻苗蒸腾速率的计算值发送给微处理器；

2)信息处理：将采集到温度数据的差异值和采集到温度数据的平均值发送给微处理器，微处理器将采集到温度数据的差异值与标准差异值进行比较，微处理器同时将采集到温度数据的平均值均标准温度进行比较；由于蒸腾速率对外界环境条件改变的敏感程度较大，温度高的情况下小麦的蒸腾速率高，所以采集稻苗蒸腾速率，并将该蒸腾速率值与标准温度下的蒸腾速率值进行比较，进一步确定水稻田地温度的变化；

3)高温预警：

当采集到温度数据的差异值小于标准差异值，同时采集到温度数据的平均值低于标准温度时，水稻不会出现高温热害，不需要发出高温预警信号；

当采集到温度数据的差异值小于标准差异值，同时采集到温度数据的平均值高于标准温度时，微处理器就会控制显示器显示高温预警信号，同时还会将高温预警信号发送给远程监控计算机；

当采集到温度数据的差异值大于标准差异值，核实差异原因；

S3、应对措施：

1)当显示器显示高温预警信号时，证明该水稻种植地各区域温度差异不大，可以采用统一的高温热害应对措施，根据采集到的高温数据将高温热害分为一级、二级；

2)一级高温热害温度范围为30度到36度，当水稻种植地采集到的高温数据处于30度到36度之间时，开启灌水系统采用日灌夜排的方式对水稻种植地灌水，并通过土壤湿度传感器实时监测土壤的湿度，控制灌水的量，通过灌水的方法增加水稻蒸腾量，降低水稻冠层和叶片温度，减轻高温对结实率的影响；

3)二级高温热害温度范围为36度以上，当水稻种植地采集到的高温数据处于36度以上时，在开启灌水系统的同时采用喷灌的方式，降低水稻冠层和叶片温度，减轻高温对结实率的影响；

4)当水稻种植地采集到的高温数据持续处于36度以上时，在采用日灌夜排和喷灌的基础上，实行根外喷施磷钾肥，如0.2％的磷酸二氢钾溶液，能增强稻株对高温的抗性，减轻高温对叶片及植株的伤害；

5)当采集到温度数据的差异值大于标准差异值，核实差异原因，确定不是测量误差后，根据水稻种植地各部分温度的差异选择采用一级或二级高温热害应对措施；

6)受高温高热影响，稻田害虫发生频繁，需要定期喷洒杀虫剂，对病虫害进行防御和防治。