[发明专利]一种植物根系温度监控方法和装置

说明书

本发明公开了一种植物根系温度测控方法和装置，所述的方法包括待监控植物的一侧土壤中插入第一电极，另一侧插入第二电极，所述的待监控植物的根茎上夹接第三电极；阻抗谱测量单元发送一系列频率的正弦波，所述的正弦波经过D/A转换器和压控电流源转换为激励电流信号，所述的激励电流信号输入到第三电极中，并从第一电极和第二电极中流出响应电压信号；所述响应电压信号经A/D转换器后输入到FPGA处理单元中，FPGA处理单元进行阻抗谱计算得到阻抗值，并通过已设定的温度‑阻抗曲线得到当前根温；本发明监测结果精准，避免植物根系损伤无需从土中挖出根系便能实现检测，减少样品损伤，且操作简单，成本低廉。

技术领域

本发明涉及智慧农业技术领域，尤其涉及一种植物根系温度监控方法和装置。

背景技术

根系是植物的重要组成器官，它不仅能够固定植物，还能吸收土壤中的水分、无机盐和矿质离子，良好的植物根系状态是植物健康生长的重要保证，对植物根系生长状态的监测和根温控制极为重要。然而，由于植物根系生长于非透明的土壤之中，并不能直接观察，使得根系的研究困难重重。目前植物根系测量方法有挖掘法、网袋法、土柱法，钉板法、微根管法、根窗法等。传统植物根系测量法对植物根系造成损伤，产生测量误差，影响植物的生长。测根法的方法观测范围有限，无法全面提取根系信息，因此，寻找无损测量植物根系的方法变得极为重要

温度对根系生长起到极其重要的作用。冬季根温低，植物根系吸收能力弱，生长缓慢，因此冬季提高作物根温，有利于作物加速成熟，提高产量，抢占早春市场。为解决植物冬季根温过低致使植物生长缓慢甚至冻伤等问题，传统保暖方式是在地表铺设一层地膜，保持土壤温度。但铺设地膜的时机难以把握，如若过早的铺设地膜，反倒会使植物适应浅层地表适宜的温度，枝叶生长，根系却停止向下扎根，难以抵御寒流等天灾。同时，铺设地膜并不能带来外界能量输入，如若天气过于寒冷，铺设地膜将无法起到保暖作用。目前生产实践中已有在土壤中埋入热水管、通过热水给植物根系加热的应用，具体实施方式为：将用天然气加热的水通过埋在植物根系周围的接水管，利用水泵将水输送到另一个集热装置的水箱中，通过热水在接水管中的流动，达到给植物根系加热的目的。该方法促进了植物冬季生长，防止根系冻伤，但热水在流动的过程中热量大量损失，越流越冷，造成不同植物根系所受热量不均，同时燃烧天然气能耗大，提高商业成本，并不能给所有作物普及。

专利CN206776274U公开了一种给植物根系加热的技术，具体实施方法为：用集热板收集阳光热量，通过导热管加热水箱中的水，热水通入接水管，对植物根系进行加热。这个装置充分利用了太阳能，降低了能耗，但也受限于能量来源不稳定，在阳光稀薄的冬季或者黑暗的夜间无法提供植物所需热量。基于热水的根温加热系统无法对根温进行精确控制，因为该方法只有加热装置，没有温度监控系统，无法给出反馈，即便配合加入温度传感器，所测也仅是土壤温度，无法直接测得根系温度。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种精准、实时的植物根系温度监控装置；本发明的另一目的是提供一种植物根系温度监控方法。

技术方案：本发明的植物根系温度监控方法，包括以下步骤：

(1)待监控植物的一侧土壤中插入第一电极，另一侧插入第二电极，所述的待监控植物的根茎上夹接第三电极；

(2)阻抗谱测量单元发送一系列频率的正弦波，所述的正弦波经过D/A转换器和压控电流源转换为激励电流信号，所述的激励电流信号输入到第三电极中，并从第一电极和第二电极中流出响应电压信号；

(3)所述的响应电压信号经A/D转换器后输入到FPGA处理单元中，FPGA处理单元进行阻抗谱计算得到阻抗值，并通过已设定的温度-阻抗曲线得到当前根温，其中，阻抗值计算公式为：

Z_f＝U_f/I_f

其中，f为步骤(2)中正弦波的频率，I_f为激励电流，U_f为响应电压。