農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力的提高對于人類的生存至關(guān)重要。在新時(shí)代背景下,加快農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)代化、信息化是亟需解決的問題。在農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的過程中,快速準(zhǔn)確地獲取作物生理信息是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的重要基礎(chǔ)。利用現(xiàn)代化技術(shù)手段采集作物的生理信息、診斷作物生長狀況,可以輔助生產(chǎn)者做出決策,進(jìn)行灌溉、施肥和噴藥等作業(yè),進(jìn)一步達(dá)到作物自動化、智能化的生產(chǎn)。葉綠素?zé)晒鈾z測技術(shù)能對植物的光合作用狀態(tài)進(jìn)行全面反映,同時(shí)植物的各種生理狀況幾乎均能通過葉綠素?zé)晒怏w現(xiàn),同時(shí)葉綠素?zé)晒飧軐χ参飿悠坊铙w狀態(tài)進(jìn)行表征,這更是其它植物生理無損檢測技術(shù)所無法比擬的�，F(xiàn)有的葉綠素?zé)晒馓綔y裝置成像面積普遍較小,不適宜對對植株較大的經(jīng)濟(jì)作物,如黃瓜、番茄等進(jìn)行探測。同時(shí)使用的光源照明設(shè)計(jì)不夠完備,不能保證實(shí)現(xiàn)較高的能量利用率。因此,本文對葉綠素?zé)晒鈾z測技術(shù)由實(shí)驗(yàn)室研究推進(jìn)至實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中遇到的問題進(jìn)行了研究,搭建了高通量葉綠素?zé)晒獬上裉綔y系統(tǒng)。首先,對高通量葉綠素?zé)晒獬上裉綔y系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。系統(tǒng)使用了方棒照明模組,由方棒對光源進(jìn)行勻光,經(jīng)中繼透鏡對光斑進(jìn)行放大,通過多模組的排布,實(shí)現(xiàn)了大面積高光強(qiáng)的均勻照明,并獲得了較高的能量利用率。針對調(diào)制式葉綠素?zé)晒馓綔y當(dāng)中不同光強(qiáng)的需求,設(shè)計(jì)了控制電路,電路發(fā)出不同占空比的控制信號,通過光源發(fā)光占空比的調(diào)節(jié),在平均光強(qiáng)上達(dá)到設(shè)計(jì)需求。針對探測機(jī)構(gòu)的移動,設(shè)計(jì)了多種運(yùn)動機(jī)構(gòu)的組合,探測機(jī)構(gòu)可通過游走系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更大面積范圍的掃描成像探測。同時(shí)通過系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì),可實(shí)現(xiàn)葉綠素?zé)晒鈭D像與葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)曲線的實(shí)時(shí)觀測。最后對系統(tǒng)的性能進(jìn)行了測試,通過對黃瓜干旱與營養(yǎng)缺乏脅迫的探測,驗(yàn)證了系統(tǒng)對植物生理狀況檢測的有效性。進(jìn)一步,本文提出了一種基于葉綠素?zé)晒馓綔y與多光譜探測結(jié)合的植物生理診斷方法。以番茄為實(shí)驗(yàn)材料,設(shè)計(jì)了干旱、營養(yǎng)缺乏和植物病害三種脅迫,提出了三個(gè)植物生理狀況指示參數(shù)來對這三種脅迫進(jìn)行診斷。通過生理參數(shù)分布曲線及其它統(tǒng)計(jì)分析,對葉綠素?zé)晒鈪?shù)圖像及相對反射率參數(shù)圖像的變化趨勢進(jìn)行了表征。驗(yàn)證了提出了生理診斷方法對番茄的三種脅迫狀況進(jìn)行診斷區(qū)分的有效性。同時(shí)分別基于光合作用實(shí)際量子效率與最大量子效率,研究了其與番茄干旱和營養(yǎng)缺乏脅迫的相關(guān)性,通過定量描述對脅迫程度進(jìn)行反映。最后對本文工作進(jìn)行了總結(jié),提出了一些未來可能的發(fā)展方向。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：S237
【部分圖文】：

圖１．１邋Ｓｈｖｅｔｓｏｖａ等人搭建的植物電信號測量裝置逡逑ａｎｄｅｒＧ．邋Ｖｏｌｋｏｖ等人研究了蘆薈和含羞草在晝夜節(jié)律ｅｉｒａ等人將機(jī)器學(xué)習(xí)與區(qū)間計(jì)算應(yīng)用在植物的電信號行自動識別［９］。逡逑檢測需要電極的插入，同時(shí)非接觸式測量的信噪比較展不利的地方。逡逑術(shù)逡逑實(shí)際生產(chǎn)過程中，大量工作需要根據(jù)植物的形態(tài)、紋長狀況，如形態(tài)識別和分類、病蟲害診斷、生長狀況期的人工實(shí)現(xiàn)存在速度慢、主觀性強(qiáng)等缺陷，制約了

這都是其不足的地方。逡逑１．１．３太赫茲技術(shù)逡逑太赫茲波指的是頻率0．ｌ￣ｌ0ＴＨｚ范圍內(nèi)的電磁輻射，對應(yīng)波長０．０３？３邋ｍｍ，如圖１．２逡逑所示。從頻率上看，太赫茲波位于紅外波段與烎波之間，曾被稱為遠(yuǎn)紅外波段。在電磁譜逡逑段中，位于太赫茲波段兩側(cè)的紅外和微波技術(shù)的應(yīng)用研究較為成熟。由于缺乏太赫茲波段逡逑的高效發(fā)射器和靈敏探測器，上世紀(jì)八十年代以前太赫茲波段的研究相對較少，被稱為“太逡逑赫茲空隙”邋ＲＷ。逡逑邐Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ邐」．ＴＨｚ邋Ｇａｐ＿邋｜邋＾邐Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ邐逡逑Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ邋１＆５邋ＴＨｚ邋１０２邋ＴＨｚ邋０．１邋ＴＨｚ邋ＩＴＨｚ邋ｌＯＴＨｚ邋１００邋ＴＨｚ邋１０００邋ＴＨｚ邋１００００邋ＴＨｚ逡逑１邐１邐１邋１邋１邋Ｍ逡逑Ｍｉｃｒｏｗａｖｅｓ邐ＩＲ邋Ｋ邐ＵＶ逡逑，邐，邐Ｊ邋，逡逑Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ邋３０邋ｃｍ邋３邋ｃｍ邋３邋ｍｍ邋３００邋ｎｍ邋３０邋ｎｍ邋３邋ｐｍ邋３００邋ｎｍ邋３０邋ｎｍ逡逑＼ｙｖｗｗｗｗｗｉｉｉ逡逑圖１．２太赫茲輻射在電磁波輻射所處波段示意圖逡逑得益于超快光電子技術(shù)與低尺度半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，太赫茲波段電磁波的產(chǎn)生與探測逡逑得到了合適手段

以歐洲銀冷杉為實(shí)驗(yàn)材料，解決了不同厚度的葉片樣品導(dǎo)致的測量誤差問題，實(shí)逡逑現(xiàn)樣品水含量的長期監(jiān)測［１８］。逡逑圖１．４邋Ｎｏｒｍａｎ邋Ｂｏｒｎ等人搭建的基于太赫茲技術(shù)的植物葉片水分監(jiān)測裝置。ａ為探測頭，ｂ為測角儀，逡逑ｃ為樣品夾，ｄ為花盆下的電子秤逡逑２０１７年，ＰｅｎｇｃｈｅｎｇＮｉｅ等人使用太赫茲光譜儀研究了油菜葉片水含量。通過太赫茲逡逑的反射光譜與透射光譜，提出了油菜葉片水含量的預(yù)測模型［１９】。逡逑當(dāng)前太赫茲設(shè)備成本較高、檢測能力有限等導(dǎo)致其應(yīng)用研究緩慢、測量耗費(fèi)時(shí)間較長逡逑等問題，需要進(jìn)一步在儀器方面提高檢測速率、降低成本，來獲得更大的發(fā)展空間。逡逑４逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2807800