作物病害胁迫声发射检测系统的研究

摘要

植物在生长过程中常遭受多种环境胁迫，包括异常的温度，缺少水分、不利的土壤化学和物理条件等，尤其由于病害胁迫所引起的植物生长和作物产量的减少日趋严重。在我国，由于作物品种、栽培制度、生态环境等变化及作物生长环境日趋恶化，病害有不断加重趋势，且因过多使用农药造成产品、环境污染，极大威胁着我国粮食安全，解决上述问题其根本出路是大力发展病害综合精准防治，实现农药喷施自动化。
　　 本课题以美国国家仪器公司(NI)的虚拟仪器软件开发平台LabWindows/CVI为系统的开发平台，通过声发射传感器采集作物在病害胁迫下发出的超声信号，来探索作物病害胁迫声学特性的发生、发展规律，并适当结合考虑其它生理指标和环境因子，如冠层蒸腾量、光照、CO2浓度、温湿度等，进一步对声发射信号与植物病害状况、其它生理参数等因子的关系进行研究，建立人与植物的对话。
　　 本系统选用PCI-2型声发射板卡和R15探头以及电子天平、温度、湿度、二氧化碳浓度、光照强度传感器和PCI-8333数据采集卡构建硬件检测系统，利用虚拟仪器技术构建软件系统，研究和开发了作物声发射与病害胁迫之间信息的实时采集、检测系统，并以健康番茄和病害胁迫番茄作物为对象在温室内进行了对比试验研究。
　　 结果表明：健康作物的声发射具有一定的生理周期规律，一般会出现“双峰区”，而病害胁迫作物声发射则会发生畸变，在某一时间声发射频次会突然发生激增，随即作物开始出现染病症状，声发射信号失去规律性；从相关关系来看，植物的声发射频次与蒸腾速率、温度、湿度、CO2浓度、光照强度之间存在一定相关性。声发射频次与蒸腾速率的相关系数具有一定的波动性，且波动性具有一定的植物生理意义，可以看作是与声发射相关的一个重要指标。
　　 以此为理论依据，进一步确定声发射信号与作物病害程度、生理状态的关系，探讨主要作物的病害预测和自动化农药变量喷施，将会成为作物生理信号检测与病害综合精准防治的一条新的途径。