[發明專利]一種水稻高溫熱害的預警裝置及方法

在審

• 申請號: 201911189961.0
• 申請日: 2019-11-28
• 公開（公告）號: CN110794094A
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發明（設計）人: 孫惠敏;鄭卓;王復標;吳麗花
• 申請（專利權）人: 井岡山大學
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00;G01D21/02;A01G22/22;A01G25/16;A01G7/06;A01G7/00
• 代理公司: 61223 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 李杰梅

1.一種水稻高溫熱害的預警裝置，其特征在于，包括監測裝置，監測裝置包括監測箱(1)，監測箱(1)的底端設有土壤溫度傳感器端柱(2)、土壤濕度傳感器端柱(3)，監測箱(1)的頂端設有空氣溫度傳感器端柱(4)，監測箱(1)的表面設有顯示器(5)，監測箱(1)的內部設有微處理器(6)，微處理器(6)的多個引腳分別與土壤溫度傳感器端柱(2)、土壤濕度傳感器端柱(3)、空氣溫度傳感器端柱(4)以及顯示器(5)連接；微處理器(6)還通過無線網絡與遠程監控的計算機(7)連接；

所述土壤溫度傳感器端柱(2)、土壤濕度傳感器端柱(3)以及空氣溫度傳感器端柱(4)分別通過線纜(8)與位于監測箱(1)外部的土壤溫度傳感器(9)、土壤濕度傳感器(10)以及空氣溫度傳感器(11)連接；所述監測箱(1)的底端設有用于調節土壤溫度傳感器(9)和土壤濕度傳感器(10)高度的調節機構。

2.如權利要求1所述的一種水稻高溫熱害的預警裝置，其特征在于，所述監測箱(1)固定在支撐板(12)上表面，支撐板(12)下表面設有兩個調節機構，調節機構包括固定在支撐板(12)下表面的箱體(13)，箱體(13)上端設有橫向貫穿其中的蝸桿(14)，蝸桿(14)與箱體(13)側壁通過軸承連接，蝸桿(14)一端穿過箱體(13)固定有旋轉把手(15)；所述蝸桿(14)與蝸輪(16)嚙合，蝸輪(16)與其中心穿過的螺桿(17)通過鍵連接，螺桿(17)上端通過軸承與軸承支撐座(18)連接，軸承支撐座(18)固定在箱體(13)內部，螺桿(17)下端與內壁設有內螺紋的螺紋套管(19)螺紋連接，螺紋套管(19)的底端與所述土壤溫度傳感器(9)或土壤濕度傳感器(10)連接；所述箱體(13)下端開設有允許螺紋套管(19)穿過的通孔。

3.如權利要求2所述的一種水稻高溫熱害的預警裝置，其特征在于，所述螺桿(17)與所述蝸輪(16)配合的地方開設有軸肩，軸肩用于承載蝸輪(16)。

4.如權利要求1所述的一種水稻高溫熱害的預警裝置，其特征在于，所述監測箱(1)的上方還設有與通過連接桿(21)連接的用于測量蒸騰速率的蒸騰速率測定裝置，蒸騰速率測定裝置包括上葉夾(22)、下葉夾(23)和殼體(24)，殼體(24)通過連接桿(21)與監測箱(1)連接，上葉夾(22)和下葉夾(23)通過扭簧(25)連接，上葉夾(22)和下葉夾(23)中部對應開設有第一進風口(26)；所述下葉夾(23)底部固定有殼體(24)，殼體(24)內部固定有將其分隔成上下兩部分的隔板(27)，隔板(27)上部分固定有第一風扇(28)，第一風扇(28)底部設有第一水分傳感器(29)，隔板(27)下部分固定有第二風扇(30)，第二風扇(30)底部設有第二水分傳感器(31)；所述殼體(24)的下部分開設有第二進風口(32)，所述第一風扇(28)、第一水分傳感器(29)、第二風扇(30)、第二水分傳感器(31)均與微處理器(6)連接。

5.如權利要求4所述的一種水稻高溫熱害的預警裝置，其特征在于，所述連接桿(21)的上下兩端均設有外螺紋，所述監測箱(1)和所述殼體(24)底部均開設有與連接桿(21)配合的內螺紋，連接桿(21)下端與監測箱(1)螺紋連接，連接桿(21)上端與殼體(24)螺紋連接。

6.如權利要求1所述的一種水稻高溫熱害的預警裝置，其特征在于，所述監測箱(1)的底端和頂端還設有多余端柱，多余端柱與所述微處理器(6)的多余引腳連接。

7.如權利要求2所述的一種水稻高溫熱害的預警裝置，其特征在于，所述支撐板(7)的下表面設有多個用于將其固定在水稻種植地的支撐柱(20)。

8.一種水稻高溫熱害的預警方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、信息采集：

1)監測地點選擇：在水稻種植地隨機選擇多個溫度監測位置，在每個溫度監測位置安裝一個監測裝置；

2)監測裝置安裝：將土壤溫度傳感器和土壤濕度傳感器插入到水稻種植土壤里，對水稻根部的溫度和濕度實時監測，利用空氣溫度傳感器對空氣中的溫度實時監測；同時將用于測量葉片蒸騰速率的測定裝置通過連接桿連接在監測箱上方，將位于測定裝置附近的水稻稻苗夾持在上葉夾和下葉夾之間；

3)傳感器高度調節：根據每個監測裝置的安裝位置，對應調節該位置土壤溫度傳感器和土壤濕度傳感器的高度，高度調節時，轉動旋轉把手，旋轉把手帶動蝸桿轉動，蝸桿轉動帶動蝸輪轉動，蝸輪帶動螺桿轉動，螺桿轉動帶動螺紋套管沿其上下運動，螺紋套管帶動土壤溫度傳感器和土壤濕度傳感器向下運動調節其插入到水稻種植地的高度；

4)信息收集：土壤溫度傳感器、土壤濕度傳感器以及空氣溫度傳感器將采集到的信號發送給微處理器，微處理器將采集到的信號顯示在顯示器上，并且同時將信號發送給遠程監控計算機；

5)稻苗蒸騰速率的測定：利用蒸騰速率的計算公式：E＝V*(RH1-RHO)/A，來計算稻苗的蒸騰速率，其中RHO為稻苗所在位置沒有經過稻苗的水分值，RH1為經過稻苗的水分值，V為稻苗所在位置的風速；

對沒有經過稻苗的水分值RHO的測定過程，先利用葉夾將稻苗葉片夾好，當完全夾滿后，葉夾夾持的葉面積A是己知的，利用微處理器控制啟動第二風扇和第二水分傳感器，第二風扇轉動帶動氣體從第二進風口進入到殼體內部，這時沒有穿過稻苗的大氣中的水分進入到第二水分傳感器，就能得到沒有穿過稻苗的水分值RHO，并將該數值發送微處理器以備計算使用；

對經過稻苗的水分值RH1的測定過程，這時利用主機控制器控制啟動第一風扇和第一水分傳感器，由于第一風扇位于稻苗正下方，第一風扇轉動后將外側的氣體從第一進風口進入到下面，這時外部氣體含有的水分和葉片中的水分從葉片下部蒸騰出來，一同被帶走到水分傳感器上，這時就能得到經過葉片的水分含量值RH1，并將該數值發送微處理器以備計算使用；

由于葉夾夾持面積已知，A就已知，V為稻苗所在位置的風速，也就是風扇的風速，在A、V、RHO、RH1已知的情況下通過微處理器計算稻苗的蒸騰速率；

S2、高溫預警：

1)信息比較：將不同監測地點監測的數據進行比較，比較不同位置、不同深度土壤溫度傳感器和空氣溫度傳感器采集到的溫度數據的差異，同時所有監測地點土壤溫度傳感器和空氣溫度傳感器采集到數據的平均值發送給微處理器；同時還將稻苗蒸騰速率的計算值發送給微處理器；

2)信息處理：將采集到溫度數據的差異值和采集到溫度數據的平均值發送給微處理器，微處理器將采集到溫度數據的差異值與標準差異值進行比較，微處理器同時將采集到溫度數據的平均值均標準溫度進行比較；由于蒸騰速率對外界環境條件改變的敏感程度較大，溫度高的情況下小麥的蒸騰速率高，所以采集稻苗蒸騰速率，并將該蒸騰速率值與標準溫度下的蒸騰速率值進行比較，進一步確定水稻田地溫度的變化；

3)高溫預警：

當采集到溫度數據的差異值小于標準差異值，同時采集到溫度數據的平均值低于標準溫度時，水稻不會出現高溫熱害，不需要發出高溫預警信號；

當采集到溫度數據的差異值小于標準差異值，同時采集到溫度數據的平均值高于標準溫度時，微處理器就會控制顯示器顯示高溫預警信號，同時還會將高溫預警信號發送給遠程監控計算機；

當采集到溫度數據的差異值大于標準差異值，核實差異原因；

S3、應對措施：

1)當顯示器顯示高溫預警信號時，證明該水稻種植地各區域溫度差異不大，可以采用統一的高溫熱害應對措施，根據采集到的高溫數據將高溫熱害分為一級、二級；

2)一級高溫熱害溫度范圍為30度到36度，當水稻種植地采集到的高溫數據處于30度到36度之間時，開啟灌水系統采用日灌夜排的方式對水稻種植地灌水，并通過土壤濕度傳感器實時監測土壤的濕度，控制灌水的量，通過灌水的方法增加水稻蒸騰量，降低水稻冠層和葉片溫度，減輕高溫對結實率的影響；

3)二級高溫熱害溫度范圍為36度以上，當水稻種植地采集到的高溫數據處于36度以上時，在開啟灌水系統的同時采用噴灌的方式，降低水稻冠層和葉片溫度，減輕高溫對結實率的影響；

4)當水稻種植地采集到的高溫數據持續處于36度以上時，在采用日灌夜排和噴灌的基礎上，實行根外噴施磷鉀肥，如0.2％的磷酸二氫鉀溶液，能增強稻株對高溫的抗性，減輕高溫對葉片及植株的傷害；

5)當采集到溫度數據的差異值大于標準差異值，核實差異原因，確定不是測量誤差后，根據水稻種植地各部分溫度的差異選擇采用一級或二級高溫熱害應對措施；

6)受高溫高熱影響，稻田害蟲發生頻繁，需要定期噴灑殺蟲劑，對病蟲害進行防御和防治。