基于android蓝牙通信的作物抗倒伏检测系统概述

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1、基于Android蓝牙通信的作物抗倒伏检测系统概述第一章概述1.1课题研究背景及意义倒伏是由于外界因素引发的茎杆从直立状态到永久错位的现象，是影响小麦、水稻、玉米等作物高产的重要因素之一[1]。农作物发生倒伏后，作物叶片在原来空间的分布结构从而会被打乱，造成农作物群体结构的破坏，使叶片的光合效率明显降低，进而导致阴角秕粒量增加，饱满有效籽粒减少；对于油料作物而言，倒伏发生后会引发籽粒饱满度折扣，从而使穗粒数和穗粒重相应的减少，最终导致含油量的降低。作物严重倒伏造成的茎杆折断，会对作物的传输系统造成损坏，影响水分和养分的正常运输，加剧病虫害，影响果穗的

2、正常生长；更严重的倒伏会导致作物茎秆折断，彻底导致作物部分及全部死亡，酿成农作物大量减产甚至绝产的恶果。据统计[2]小麦在乳熟期倒伏减产32.4%-36.2%，乳熟后期倒伏减产10.2%-26.5%，研究表明，作物越早发生倒伏，对作物生长的影响程度就会越严重，造成的农作物减产幅度就会越大。作物倒伏是一个综合复杂的现象。外界风雨等气候因素是作物倒伏的外界直接诱导因素，比如风雨交加的天气，作物极易发生倒伏；而造成作物品种抗倒伏能力存在差异的内因和根本是作物的品种特质，比如对于茎秆基部节间短、粗、拥有较发达机械组织以及茎秆正常成熟时衰老率低的品种抗倒伏能力

3、强。因此，逆向思维考虑以活体植株茎秆强度大小作为评价作物抗倒伏特性的标准，通过培育出抗倒伏性能强的品种减小倒伏对农作物的影响，以实现作物增产高产。1.2国内外作物抗倒伏研究现状目前，对于作物茎秆强度评价方法，最常用的是测量田间作物倒伏程度和倒伏面积来实现的。倒伏程度的记录标准参考国家水稻倒伏性记载标准（将倒伏分为：直、斜、倒、伏四级）进行统计记录[3]。该法适用于在自然条件下或者采用风洞试验等人工模拟条件下对育种材料抗倒伏性的初步筛选[3]。风洞试验操作方法是利用6台风扇，在一个长10米,宽2.7米，高2.7米的空间范围中模拟自然风力对小麦作物的倒伏

4、影响，实验模拟图如图1.1。但是，在茎秆未倒伏时，无法对品种的抗倒伏性作出科学评价，同时该方法也未能研究风雨变化与茎杆物理性状之间的关系。对于未发生倒伏的作物茎秆强度评价方法，一般分为破坏性测量方法和无损测量方法。破坏性测量方法，例如茎杆垂直压碎强度[4]、硬皮穿孔强度的方法[5]，用横截面积为0.01cm2的测试仪器，对茎杆较为粗大的作物茎杆如玉米、高粱等节间，进行压碎和穿刺实验，获取茎杆的穿刺强度，从而研究作物茎秆强度与其抗倒伏性的关系；解剖学研究[6]，以作物主茎或叶片为实验材料，在显微镜下观察其微纤维、细胞直径或细胞腔间厚度，以研究茎杆的抗倒

5、伏性，研究得出茎杆机械组织发达与细胞层数、细胞壁厚、细胞木质化程度，大维管束的长宽、数量、薄壁组织木质化早晚及纤维细胞的短粗成显著正相关；通过这些实验我们发现，破坏性方法在重演性或易操作性等方面存在缺陷。第二章作物抗倒伏检测系统的设计2.1生物力学介绍生物力学不同于纯粹的力学理论，是一个交叉学科，它是从力学的角度出发，对生物结构关系进行定量的分析，以帮助我们对生物本身有一个更好的认识和了解[12]（冯元祯）。农业生物力学是在将生物力学应用于农业生产的基础上发展起来的,是农业工程学科新的基础学科之一。农业生物力学指导着我们用现代力学的研究方法，对现代农

6、业生产中的生命现象、物理特性重新的感知和领悟[12]，并对农产品加工、存储、运输过程中涉及到的力学问题加以定性、定量的分析研究，最终为高产、优质、低耗，高效的持续农业服务[13][14]。众所周知，传统的农业生产受自然环境的影响很大，生物力学的不断发展，将会有利于帮助我们更好的定量定性的研究、描述以及控制农业生产中遇到的诸多问题，减小农业生产对自然环境的依赖性。随着科学技术的发展，越来越多的学者开始重视对农作物生长过程模拟、生育周期的最佳控制等方面的研究。各专家学者，从生物力学的角度测定和描述作物各个生长环节的不同特点，分析总结生物量指标对生物生长发

7、育的不同影响，进而对农作物育种、新品种栽培技术、农业机械结构调整和改进做出重要的贡献，培育更加高、优质和高效的作物品种。2.2检测系统的原理及方法近年来，在农业工程领域中对农业生物力学进行了广泛的应用[15]。作物茎杆强度测量是从生物力学的角度出发，将作物茎杆简化为适当的力学模型进行测量和研究。通过对作物茎秆的强度测量，获取作物抗倒伏性的力学数据，为育种专家育种提供科学的数据依据和决策支持，从而加速优良品种的培育。1992年[16]，贾志森等最早提出并实验了茎杆拉弯强度的方法对玉米进行抗倒伏性的检测，该方法是利用弹簧秤、量角器、脚踏板、滑轮、尼龙绳组

8、装成简易测量工具，将玉米茎杆拉弯固定角度，读取该角度下弹簧秤的示数即为玉米茎杆的抗拉弯强度，并以此为标准，以