[發明專利]基于作物聲發射機理的作物病害視情防治模擬模型系統

無效

• 申請號: 201010137711.5
• 申請日: 2010-03-31
• 公開（公告）號: CN101846656A
• 公開（公告）日: 2010-09-29
• 發明（設計）人: 王秀清;楊世鳳;李金山
• 申請（專利權）人: 天津科技大學
• 主分類號: G01N29/14
• 分類號: G01N29/14;G01N5/04
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 王來佳

技術領域

本發明屬于農業生物技術領域，尤其是一種基于作物聲發射機理的作物病害視情防治模擬模型系統。

背景技術

在自然界條件下，由于不同的地理位置和氣候條件以及人類活動等多方面原因，造成了對植物的種種不良環境，以至超出了植物正常生長、發育所能忍受的范圍，致使植物受到傷害甚至死亡，這些對植物產生傷害的環境稱為逆境(stress)或脅迫。植物在生長過程中常遭受多種環境脅迫，包括異常的溫度、缺少水分、不利的土壤化學和物理條件等。但由于病害脅迫所引起的植物生長和作物產量的減少日趨嚴重，從而引起國內外學者的普遍關注。

水與一切生命活動緊密相關，植物的生命活動只有在一定的細胞水分無病害狀態下才能進行。由病害脅迫和水分虧缺造成的作物產量的減少超過了所有其它脅迫的總和，水資源狀況和作物病害防治水平已成為評價一個國家或地區經濟能否持續發展的重要指標。

隨著產業結構的調整，精準農業已成為我國種植業的一大支柱產業。但由于精準農業作物的病害脅迫逐年加重，常使投入產出不成比例，經濟效益降低，已成為精準農業持續發展的一大障礙。據最新統計，我國每年發生的病蟲草害面積達2.36億hm2次，每年因此而損失糧食15％左右，棉花20％-25％，果品蔬菜25％以上。每年用于病蟲草害防治的農藥量約23萬噸，占世界總量的1/10。我國目前農藥的年生產和進口量已超過100萬噸，盲目大量濫施農藥，造成污染農產品、污染土壤、污染水體的事情普遍存在；并且土壤中農藥殘留量驚人。據統計，我國目前受農藥污染的耕地面積已超過1300-1600萬hm2。所以，發展視情精準病害防治尤為重要。

以往的病害脅迫評價指標大體可分為三種類型，一類是以土壤為對象，這是傳統上常采用的，屬于間接指標；第二類以環境為對象，通過環境條件的變化估計作物的病害程度、需水量，也屬間接指標；第三類直接以作物為對象，這類指標受到越來越多的關注，只有它們才能把控制作物水分平衡的土壤因子和大氣因子整合起來。因此以作物本身為對象的水分虧缺和病害判斷越來越受到眾多學者的推崇。

為了尋求敏感的植物病害脅迫信息，國內外學者進行了大量的研究工作。人們從不同方面入手，尋找評價植物是否缺水和出現病害的指標，從而對植物水分和病害脅迫進行檢測。例如，從葉面蒸騰減少來判斷植株缺水程度(作物水分虧缺指數CWSI＝1-T/TP)；通過測莖液流速來計算蒸騰量從而反映植物的水分狀況；又如，干旱造成的植株體液濃度變化可導致植物體的導電率及其電阻變化，通過測量植株生理電阻的變化研討了植株的虧水程度，但是采用這種方法需將電阻傳感插針刺入植株莖桿，這樣多少會對植物體造成傷害并影響測試精度。

隨著科學技術尤其是生物技術的不斷發展，研究人員發現了作物在遭受病害脅迫時會發出悲鳴，而利用聲發射技術(Acoustic?Emission簡稱AE)可以檢測得到作物的受病害脅迫程度；換句話說，就是當作物受到病害脅迫時，這種悲鳴的程度即作物受病害脅迫的程度可通過聲發射傳感器檢測得到。因此，利用聲發射技術、研究作物病害脅迫規律并以此作為視情防治灌溉的依據，建立最優防治策略。

植物由于缺水或病害脅迫而形成木質部導管的氣栓塞，張力會突然釋放而產生沖擊波，即植物的“聲發射”現象。已有研究表明植物病害情況與水分脅迫有密切的關系，在溫室和生長實驗中進行的水分脅迫與接種秧苗病害程度的相關實驗表明：與無水脅迫作用下的秧苗相比較，水分脅迫作用下的秧苗針葉出現了輕微的萎黃病癥，一定水平的水脅迫可加重紅松的枯梢疾病，降低紅松的水脅迫程度可減少枯梢病菌感染幼芽枯萎導致的損失，接種的秧苗比無脅迫秧苗的針葉壞死部分更多，離接種點更遠。有關資料也表明環境條件會對木質植物疾病的發生率和嚴重程度產生影響。對于許多樹種，水壓均與許多病原體的疾病加重有關。當然也有報道水壓可能對一些木質植物疾病的發展產生不確定的或消極影響。

這些報道說明作物出現病害時，肯定也存在水分脅迫情況，當水脅迫持續時會引起作物病害。故木質部氣穴現象(xylem?cavitations)可作為一個特殊的植物響應用于植物病害脅迫狀態的監測。由于農田環境中通常存在低頻噪聲干擾，把聲發射的測試頻率范圍移到超音頻段，使聲發射法更簡便可行。