[發(fā)明專利]作物根系生長探測系統(tǒng)及探測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310293573.3
• 申請日: 2013-07-12
• 公開（公告）號: CN103364399A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭新宇;溫維亮;肖伯祥;陸聲鏈;王傳宇
• 申請（專利權(quán)）人: 北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心
• 主分類號: G01N21/84
• 分類號: G01N21/84
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及作物生長探測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種作物根系生長探測系統(tǒng)及探測方法。

背景技術(shù)

根系作為作物與土壤相互作用的紐帶，其形態(tài)結(jié)構(gòu)特征對其功能的執(zhí)行具有至關(guān)重要的作用。根系生長與構(gòu)型體現(xiàn)了作物對土壤環(huán)境的適應程度，其也是人類認識、分析和評價作物與土壤適應程度的基本方式和最直接的渠道。由于根系是植物不可忽略的重要組成部分，且其相對于植物的地上部而言，根系生長的介質(zhì)——土壤是不透明的，造成根系的數(shù)據(jù)不易直接觀測得到，故針對作物根系目前大量研究與設(shè)備集中于根系的數(shù)據(jù)獲取方法與設(shè)備上。

作物根系的數(shù)據(jù)獲取主要分為兩大類，一類是破壞性數(shù)據(jù)獲取，如直接挖掘根系法、土塊保護挖掘清洗法、平板掃描分析法等；另一類是原位探測方法，典型方法如土壤中安置觀察裝置法（根箱法、微根管法）、地面穿透雷達法、特殊環(huán)境培養(yǎng)法（水培、冷凝膠培養(yǎng)）、CCD（Charge-coupled?Device，電荷耦合元件）相機法、穿透射線成像法（CT掃描、核磁共振）等。

現(xiàn)有技術(shù)中的作物根系數(shù)據(jù)獲取主要存在以下缺陷：

破壞性根系數(shù)據(jù)獲取方法雖能獲取作物根系的拓撲信息及二維根系形態(tài)參數(shù)等，但破壞了作物根系的原位信息，且無法觀測根系生長情況。

原位探測方法中，地面穿透雷達法僅針對樹木根系效果好，對于相對較細的作物根系成像效果不佳；特殊環(huán)境培養(yǎng)法雖能觀測作物根系的連續(xù)生長過程，但其無法體現(xiàn)作物根系在土壤中的實際生長狀況；CCD相機法僅適合于太空中無土情況下的原位數(shù)據(jù)獲取；穿透射線成像法設(shè)備要求昂貴，且無法進行大塊土壤根系環(huán)境的數(shù)據(jù)獲取。

在土壤中安置觀察裝置的方式中，根箱法即在種植作物前，在根系將會生長到的位置埋設(shè)一個觀察室，將掃描儀或相機放置其中進行連續(xù)的根系生長與形態(tài)數(shù)據(jù)獲取，但其僅能獲取根系生長環(huán)境的一個剖面信息，且對到達該剖面的根系生長影響有較大的干擾作用；微根管法是目前大田進行根系動態(tài)生長監(jiān)測最常用的方法之一，其是在根系生長位置埋插微根管，在根系生長時期于微根管內(nèi)放置旋轉(zhuǎn)掃描裝置進行根系的掃描，但由于該微根管直徑相對較大，埋設(shè)過多微根管也會影響作物根系的自然生長狀態(tài)，且微根管必須為直管道以能放入根系掃描儀進行根系數(shù)據(jù)獲取，但這樣也極大的限制了根系數(shù)據(jù)獲取的空間自由度。

發(fā)明內(nèi)容

（一）要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的目的在于提供一種作物根系生長探測系統(tǒng)及探測方法，從而為作物根系原位生長與形態(tài)探測提供一種新的手段，該探測系統(tǒng)及探測方法能夠在盡量不影響作物根系正常生長的前提下，以更多的空間自由度進行作物根系的生長與形態(tài)數(shù)據(jù)獲取。

（二）技術(shù)方案

本發(fā)明技術(shù)方案如下：

一種作物根系生長探測系統(tǒng)，包括：

延伸入待探測區(qū)域土壤內(nèi)部的透明的探測管道；

延伸入所述探測管道的光導纖維，所述光導纖維第一端露出所述探測管道；

設(shè)置在所述光導纖維第二端的探測頭；以及

與所述探測頭緊鄰的光源。

優(yōu)選的，所述探測管道包括主探測管道以及與所述主探測管道連通的若干支探測管道；所述支探測管道為直管或者彎管。

優(yōu)選的，所述支探測管道可繞所述主探測管道的軸線旋轉(zhuǎn)。

優(yōu)選的，所述支探測管道通過連接管道與所述主探測管道連通；所述連接管道與所述主探測管道以及支探測管道之間分別具有45度拐角；所述支探測管道與主探測管道垂直。

優(yōu)選的，所述探測頭為工業(yè)用內(nèi)窺鏡，所述工業(yè)用內(nèi)窺鏡的鏡頭為側(cè)視鏡頭。

優(yōu)選的，所述光導纖維以及探測頭的直徑不大于1mm。

優(yōu)選的，還包括：

與所述光導纖維的第一端連接的數(shù)據(jù)采集器；

與所述數(shù)據(jù)采集器連接的顯示終端；

與所述探測頭以及光源連接的供電裝置；以及

與所述探測頭連接的光學適配器，所述光學適配器用于控制探測頭的視場、觀測方向以及景深。

本發(fā)明還提供了一種根據(jù)上述任意一種作物根系生長探測系統(tǒng)實現(xiàn)的作物根系生長探測方法，包括：

S1.在待觀測區(qū)域種植作物之前預先埋設(shè)所述探測管道；

S2.在需要探測時，將所述光導纖維以及探測頭導入所述探測管道進行探測。

本發(fā)明還提供了一種根據(jù)上述任意一種作物根系生長探測系統(tǒng)實現(xiàn)的作物根系生長探測方法，包括：

S1.在待觀測區(qū)域作物的根系生長好后，在預定的位置鉆出探測孔洞；將所述探測管道導入所述探測孔洞；