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(cè)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(zhǎng)測(cè)定中，測(cè)定地表下5cm處甜菜塊根直徑以期觀測(cè)甜菜根部生長(zhǎng)狀態(tài)。試驗(yàn)結(jié)果表明，2點(diǎn)法測(cè)量的誤差小于1點(diǎn)法，年度間差異變化不大，并且沒(méi)有在甜菜表面造成損傷和形成生育障礙，說(shuō)明2點(diǎn)法可以在生產(chǎn)中應(yīng)用。

甜菜；變應(yīng)傳感器；變位計(jì)；根莖

甜菜作為一種傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)作物在國(guó)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(duì)甜菜精細(xì)管理是必要的，對(duì)甜菜的地上部和地下部都應(yīng)做到準(zhǔn)確把握其生長(zhǎng)狀態(tài)，特別是對(duì)地下部生長(zhǎng)的準(zhǔn)確把握，對(duì)根菜類(lèi)作物來(lái)說(shuō)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(cái)力，調(diào)查甜菜的生育時(shí)期和產(chǎn)量，用于收獲計(jì)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(lái)判斷甜菜根部生長(zhǎng)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(shí)用化階段[5-6]。但是，關(guān)于甜菜等根菜類(lèi)，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(cè)地下部分生育進(jìn)程很難達(dá)到預(yù)想的目標(biāo)，國(guó)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(duì)甜菜生長(zhǎng)發(fā)育動(dòng)態(tài)進(jìn)行探討，以期為甜菜的遙感預(yù)測(cè)提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)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(jì)的全長(zhǎng)約30.0 cm，重量40 g，探針長(zhǎng)15.0 cm，測(cè)定變位量3.0 cm，測(cè)定反力最大為2.2 N。變位計(jì)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(pán)。由于變位計(jì)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(jì)的變位量，即測(cè)定結(jié)果被數(shù)據(jù)處理器（UCAM-60A）的數(shù)據(jù)卡所儲(chǔ)存或者儲(chǔ)存于電腦的HDD之中。本試驗(yàn)的最大分辨能力為0.003mm，自動(dòng)測(cè)定間隔為1s以上可以任意調(diào)整。變位計(jì)與數(shù)據(jù)處理器用30m的導(dǎo)線(xiàn)連接。

1.2 試驗(yàn)方法

2009—2010年，應(yīng)用試驗(yàn)系統(tǒng)在田間對(duì)甜菜的根莖開(kāi)展了測(cè)定試驗(yàn)。測(cè)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(dòng)測(cè)定方式。

測(cè)定方法：（1）將土挖開(kāi)，將正在生長(zhǎng)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(jì)的探針前端接觸，變位計(jì)水平放置；（3）在變位計(jì)的位置保持不變的前提下，把變位計(jì)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(jì)的保護(hù)盒子埋在土中。

圖1 1點(diǎn)法變位計(jì)設(shè)置場(chǎng)面

圖2 2點(diǎn)法變位計(jì)設(shè)置場(chǎng)面

為了測(cè)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(kāi)一小孔并保持空氣暢通。

對(duì)于甜菜個(gè)體變位計(jì)的設(shè)定方法，選擇單側(cè)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)1點(diǎn)法）和雙側(cè)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)2點(diǎn)法），設(shè)置方式如圖1、圖2所示。2點(diǎn)法，即在甜菜根部的同一橫斷面相對(duì)的位置上設(shè)置兩個(gè)變位計(jì)，期待得到正確的合理結(jié)果。1點(diǎn)法的優(yōu)越性在于成本低，測(cè)定精度等有待進(jìn)一步考察。兩種方法變位計(jì)的探針均在地表下5 cm位置。試驗(yàn)是對(duì)生長(zhǎng)的甜菜進(jìn)行實(shí)測(cè)，對(duì)測(cè)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(cè)定開(kāi)始時(shí)卡尺實(shí)測(cè)的根徑值[mm]；D：測(cè)定結(jié)束時(shí)卡尺實(shí)測(cè)的根徑值[mm]

DS：測(cè)定結(jié)束時(shí)系統(tǒng)測(cè)定的根徑值[mm]

2 結(jié)果與分析

2.1 測(cè)量結(jié)果

2009年測(cè)定開(kāi)始時(shí)，2點(diǎn)法供試的甜菜（以下簡(jiǎn)稱(chēng)甜菜2），卡尺實(shí)測(cè)值為84mm，同時(shí)對(duì)甜菜2安裝上感應(yīng)器，由于甜菜根部不斷膨大，對(duì)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(zhǎng)動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)。秋季收獲前再次測(cè)量，結(jié)果卡尺測(cè)量根直徑值為119mm（+35mm）；而相應(yīng)的曲線(xiàn)測(cè)量結(jié)果為117mm（如圖3）。誤差率（EMR）2點(diǎn)法為-5.7%。

2010年同時(shí)進(jìn)行1點(diǎn)法（以下簡(jiǎn)稱(chēng)甜菜1）和2點(diǎn)法（以下簡(jiǎn)稱(chēng)甜菜2）對(duì)比試驗(yàn)。測(cè)定開(kāi)始時(shí)，1點(diǎn)法和2點(diǎn)法供試的甜菜，卡尺實(shí)測(cè)值均為84.0 mm，4個(gè)月之后甜菜1為112.0 mm（+28.0 mm），甜菜2為124 mm（+40.0 mm）。而對(duì)應(yīng)的本試驗(yàn)裝置測(cè)定結(jié)果：甜菜1為100.0mm，甜菜2為120.9mm（圖4）。誤差率（EMR）：1點(diǎn)法-42.8%，2點(diǎn)法為-7.8%。

2.2 誤差分析

表1為各試驗(yàn)?zāi)甓日`差率比較，總的來(lái)看，由于1點(diǎn)法是單側(cè)測(cè)量，誤差明顯大于2點(diǎn)法，各年度間2點(diǎn)法誤差率在-5.7%～-7.8%之間，兩年間幾乎沒(méi)有大的變化。因此，可以說(shuō)明，運(yùn)用試驗(yàn)系統(tǒng)1點(diǎn)法所測(cè)定的誤差較大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于2點(diǎn)法測(cè)定的誤差。1點(diǎn)法和2點(diǎn)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(yàn)裝置和卡尺的測(cè)定值比較（2009年）

圖4 試驗(yàn)裝置和卡尺的測(cè)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(duì)甜菜根徑進(jìn)行測(cè)定，沒(méi)有在甜菜表面造成損傷和形成生育障礙，變位計(jì)在土壤中埋設(shè)，沒(méi)有造成故障和損壞現(xiàn)象。本試驗(yàn)，2點(diǎn)法測(cè)定結(jié)果的精度高于1點(diǎn)法，2點(diǎn)法誤差很小，且年際間相對(duì)穩(wěn)定，誤差方向一致。可以利用填加修正值（-6.8%）來(lái)減小誤差,提高測(cè)量的準(zhǔn)確性，說(shuō)明2點(diǎn)法可以在生產(chǎn)中應(yīng)用。

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

[1]張榮，蔡葆.中國(guó)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(guó)糖料,2006（3）：19-21.

[3]李美清，張英俊,李潔,等.不同栽培方式對(duì)甜菜產(chǎn)質(zhì)量的影響[J].中國(guó)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(guó)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(guó)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。