變應(yīng)傳感器在甜菜根莖測定中的應(yīng)用

張茂明

（黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院佳木斯分院，佳木斯154007）

變應(yīng)傳感器在甜菜根莖測定中的應(yīng)用

張茂明

（黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院佳木斯分院，佳木斯154007）

將變應(yīng)傳感器應(yīng)用在甜菜根莖生長測定中，測定地表下5cm處甜菜塊根直徑以期觀測甜菜根部生長狀態(tài)。試驗結(jié)果表明，2點法測量的誤差小于1點法，年度間差異變化不大，并且沒有在甜菜表面造成損傷和形成生育障礙，說明2點法可以在生產(chǎn)中應(yīng)用。

甜菜；變應(yīng)傳感器；變位計；根莖

甜菜作為一種傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)作物在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位[1]，甜菜不僅可以制糖，還可以制作食用酒精、工業(yè)酒精、再生能源燃料乙醇、可提取甜菜堿、甜菜纖維等[2]，具有多種用途。為達(dá)到甜菜的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)，對甜菜精細(xì)管理是必要的，對甜菜的地上部和地下部都應(yīng)做到準(zhǔn)確把握其生長狀態(tài)，特別是對地下部生長的準(zhǔn)確把握，對根菜類作物來說尤為重要[3-4]。各加工企業(yè)，每年投入大量的人力、物力和財力，調(diào)查甜菜的生育時期和產(chǎn)量，用于收獲計劃和收獲后管理的制定。調(diào)查方法基本都是將甜菜從土中取出等，需要很大的成本，所以，利用遙感技術(shù)來判斷甜菜根部生長狀態(tài)的研究十分必要。目前，遙感技術(shù)被廣泛應(yīng)用于水稻、小麥、玉米、大豆等多種作物，已經(jīng)達(dá)到了實用化階段[5-6]。但是，關(guān)于甜菜等根菜類，地上部（莖葉）與地下部（收獲部分）生育進(jìn)程有很大不同，特別是甜菜，根據(jù)地上部分判斷推測地下部分生育進(jìn)程很難達(dá)到預(yù)想的目標(biāo)，國內(nèi)外這方面的研究可提供的成果很少。本研究利用變應(yīng)傳感器對甜菜生長發(fā)育動態(tài)進(jìn)行探討，以期為甜菜的遙感預(yù)測提供理論依據(jù)。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

試驗系統(tǒng)由變應(yīng)傳感器，數(shù)據(jù)處理器和電腦構(gòu)成。變位計的全長約30.0 cm，重量40 g，探針長15.0 cm，測定變位量3.0 cm，測定反力最大為2.2 N。變位計為接觸式，根據(jù)接觸部位的形狀，有可能損傷甜菜的根莖，所以，在探針前方與甜菜接觸部位放置了直徑20 mm的軟質(zhì)塑料盤。由于變位計本身容易被水和泥土侵蝕，自制了塑料盒子加以保護(hù)。變位計的變位量，即測定結(jié)果被數(shù)據(jù)處理器（UCAM-60A）的數(shù)據(jù)卡所儲存或者儲存于電腦的HDD之中。本試驗的最大分辨能力為0.003mm，自動測定間隔為1s以上可以任意調(diào)整。變位計與數(shù)據(jù)處理器用30m的導(dǎo)線連接。

1.2 試驗方法

2009—2010年，應(yīng)用試驗系統(tǒng)在田間對甜菜的根莖開展了測定試驗。測定期間：2009年7月13日至10月7日；2010年6月7日至10月10日。設(shè)定60分間隔自動測定方式。

測定方法：（1）將土挖開，將正在生長的甜菜的根部露出；（2）在甜菜根部直徑最大的位置，將變位計的探針前端接觸，變位計水平放置；（3）在變位計的位置保持不變的前提下，把變位計裝入保護(hù)盒當(dāng)中，將保護(hù)盒子的四角用鐵釬子加以固定；（4）將變位計的保護(hù)盒子埋在土中。

圖1 1點法變位計設(shè)置場面

圖2 2點法變位計設(shè)置場面

為了測定方便，甜菜選擇高壟栽培。為了保護(hù)盒子內(nèi)避免結(jié)露形成水滴，在盒子的后部開一小孔并保持空氣暢通。

對于甜菜個體變位計的設(shè)定方法，選擇單側(cè)（以下簡稱1點法）和雙側(cè)（以下簡稱2點法），設(shè)置方式如圖1、圖2所示。2點法，即在甜菜根部的同一橫斷面相對的位置上設(shè)置兩個變位計，期待得到正確的合理結(jié)果。1點法的優(yōu)越性在于成本低，測定精度等有待進(jìn)一步考察。兩種方法變位計的探針均在地表下5 cm位置。試驗是對生長的甜菜進(jìn)行實測，對測定期間產(chǎn)生的誤差EMR（%）利用下式可以求出：

EMR（%）=（DS-D）/（D-D0）×100

D0：測定開始時卡尺實測的根徑值[mm]；D：測定結(jié)束時卡尺實測的根徑值[mm]

DS：測定結(jié)束時系統(tǒng)測定的根徑值[mm]

2 結(jié)果與分析

2.1 測量結(jié)果

2009年測定開始時，2點法供試的甜菜（以下簡稱甜菜2），卡尺實測值為84mm，同時對甜菜2安裝上感應(yīng)器，由于甜菜根部不斷膨大，對感應(yīng)器產(chǎn)生壓力，每隔60min在電腦上記錄1次數(shù)據(jù)，這樣就形成了一條甜菜生長動態(tài)曲線。秋季收獲前再次測量，結(jié)果卡尺測量根直徑值為119mm（+35mm）；而相應(yīng)的曲線測量結(jié)果為117mm（如圖3）。誤差率（EMR）2點法為-5.7%。

2010年同時進(jìn)行1點法（以下簡稱甜菜1）和2點法（以下簡稱甜菜2）對比試驗。測定開始時，1點法和2點法供試的甜菜，卡尺實測值均為84.0 mm，4個月之后甜菜1為112.0 mm（+28.0 mm），甜菜2為124 mm（+40.0 mm）。而對應(yīng)的本試驗裝置測定結(jié)果：甜菜1為100.0mm，甜菜2為120.9mm（圖4）。誤差率（EMR）：1點法-42.8%，2點法為-7.8%。

2.2 誤差分析

表1為各試驗?zāi)甓日`差率比較，總的來看，由于1點法是單側(cè)測量，誤差明顯大于2點法，各年度間2點法誤差率在-5.7%～-7.8%之間，兩年間幾乎沒有大的變化。因此，可以說明，運用試驗系統(tǒng)1點法所測定的誤差較大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于2點法測定的誤差。1點法和2點法兩者均產(chǎn)生負(fù)誤差，其原因有必要今后在研究中進(jìn)行探討。

圖3 試驗裝置和卡尺的測定值比較（2009年）

圖4 試驗裝置和卡尺的測定值比較（2010年）

表1 誤差率比較分析

3 小結(jié)與討論

利用變應(yīng)傳感器對甜菜根徑進(jìn)行測定，沒有在甜菜表面造成損傷和形成生育障礙，變位計在土壤中埋設(shè)，沒有造成故障和損壞現(xiàn)象。本試驗，2點法測定結(jié)果的精度高于1點法，2點法誤差很小，且年際間相對穩(wěn)定，誤差方向一致?？梢岳锰罴有拚担?6.8%）來減小誤差,提高測量的準(zhǔn)確性，說明2點法可以在生產(chǎn)中應(yīng)用。

本試驗沒有考慮到溫度、降水量等氣候因素變化對測量結(jié)果的影響，有關(guān)這方面的研究有待以后的試驗中進(jìn)一步研究。

[1]張榮，蔡葆.中國甜菜概論[M].赤峰：內(nèi)蒙古科學(xué)技術(shù)出版社，2000.

[2]王燕飛，秦新政，張立明.能源甜菜的篩選及生產(chǎn)酒精初步研究[J].中國糖料,2006（3）：19-21.

[3]李美清，張英俊,李潔,等.不同栽培方式對甜菜產(chǎn)質(zhì)量的影響[J].中國糖業(yè),2009（3）:34-35.

[4]李鳳茹，王立輝，劉振生.甜菜45cm密植平播栽培技術(shù)[J].中國農(nóng)技推廣,2009,25（5）:33.

[5]蒙繼華,吳炳方，杜鑫，等.遙感在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)展及展望[J].國土資源遙感,2011（3）:39-40.

[6]張旭，王改梅.遙感技術(shù)在精細(xì)農(nóng)業(yè)發(fā)展中的應(yīng)用[J].綠色科技,2011（7）:211-212.

Determ ination of Sugarbeet Root Grow th by Variable Sensor

ZHANGMao-ming
（Jiamusi Branch Academy,Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences,Heilongjiang 154007）

The state of beet rhizome growth and the root circumference were observed and determined by strain sensor.The test results showed that the error of 2 pointmethod was less than that of 1 pointmethod，and there was no significant difference between years changes.It did not damage the root surface and growth of sugarbeet，and the 2 pointmethod could be used in sugarbeet production.

sugarbeet；variable sensor；deflectionmeter；rhizome

S566.3

A

1007-2624（2012）02-0033-02

2011-12-27

張茂明（1974-），男，農(nóng)藝師，黑龍江省農(nóng)科院佳木斯分院工作。

張春峰，男，研究員、博士，黑龍江省農(nóng)科院佳木斯分院工作。