采用電阻法測量農作物干旱程度技術分析

張新龍

(赤峰市氣象局，內蒙古 赤峰 024000)

干旱是影響農作物生長的最主要因素之一。農作物干旱程度的測量目前主要有兩種主要方法：一個是采用測量土壤的含水率，另一個是通過肉眼觀察植被的凋萎程度。這兩種方法由于受到農作物所在地段的土質結構和觀測人的主觀意識影響，測量結果會存在一定的誤差。本研究利用植被含水導電的特性設計測量儀器，即植被莖稈的含水率越高、電阻越小，導電性越強，反之亦然。這種通過測量植被莖稈電阻的大小，進而得出農作物干旱程度的測量方法，其結果比較其他方法更加科學合理。

1 農作物干旱測量的方法分析

農作物干旱是指因缺水影響到了正常的生長發育而減產或歉收。據民政部門統計，干旱已經成為威脅世界農作物生長的最大災害。傳統的農作物干旱的測量方法按照測量目標主要分為兩大類，即對土壤的測量和對農作物本身的測量，本研究屬于對農作物本身的測量。

對土壤的測量主要是測量土壤的空間含水率或重量含水率，進而在通過設定的閾值，來判定生長在該地段的作物干旱程度。這期間，土壤的屬性對測量的結果影響非常大。比如沙壤土和黏土的空間含水率和重點含水率就存在非常大的差異。沙瓤土的持水能力比黏土弱，與黏土相同空間的相同含水率，可供農作物迅速吸收的水分反倒比黏土高。重量含水率的誤差就更為明顯，即使同為沙壤土，土壤所含元素的比率對測量土壤重量含水率的影響都非常大，更何況土質類型的不同，差異就會更大，見表1。

表1 土壤相對濕度指數干旱等級劃分

為了盡量消除土質結構對干旱測量的影響，人們引入了土壤常數的概念，即通過判定不同土質結構的干旱閾值，進而得出測量的干旱程度。但這種方法還是會因土壤里不同化學元素的不同造成很大的誤差。比如測量土壤空間含水率的土壤電阻法測量，目前國內的自動土壤水分站的設計原理基本上都是這類。它是通過測量單位空間內，土壤所含水分的電阻大小來實現的。但如果該土壤金屬含量偏高，僅靠一般的土壤常熟標定測量結果，還是存在非常大的誤差。

對作物本身的觀測也分為目測和計算農作物含水率兩大類。目測是通過觀測人員通過多年觀測積累的經驗來人為判定干旱等級。由于受到觀測人員主觀意識的影響，不同的觀測人員會得出不同的結果，甚至同一觀測人員在不同時期也會給出不同結果。計算農作物含水率的方法和測量土壤方法類似。一般都是將取樣作物進行稱重，然后烘干，再稱重。最后計算含水率。這種觀測方法的弊端：①操作比較麻煩，費時費力。②需要破壞采樣作物。一年下來農作物的損失也不少。基于以上方法的弊端，開發一種省時省力，又不損失農作物的設備成為農作物干旱測量的迫切需要。

對于通過植物莖葉導電性來測量干旱程度的方法在學術界也有過許多探討[1]，最有代表性的有FPGA[2]技術、CPLD[3]技術和DDS[4]技術。這些儀器雖然在技術上都較為成功，但存在一個普遍的問題就是體積龐大，有的甚至需要的電流非常大，需要接入交流電力。所以，這些技術大多只存在于實驗室中，很難在實際的農業生產中普及。利用植被含水率導電性技術原理來設計一種體積輕小，使用方便的干旱測量設備勢在必行。

2 電阻法對農作物干旱觀測的可行性

作物需水量是指作物正常生長發育，在土壤肥力和水分適宜的條件下，獲得較高產量的植物棵間蒸發、蒸騰以及構成作物體的水量之和，而且農作物在不同時期需水量也是不相同的，一般農作物在生長前期需水量較少，中期需水量加大，后期需水量減少。農作物的組成除了干物質外就是水分，而干物質是不具備導電性的。農作物的干物質不像土壤一樣存在大量的金屬等導電性強的微量元素，其導電程度可以忽略不計。只有水分這一種導體。所以某種農作物導電性的強弱就是該作物水分含量的多寡。況且，該測量方法是直接對作物本身的測量，更能直接體現農作物的干旱程度。只要觀測人員按照觀測方法操作，其誤差可以控制在非常小的范圍內。

3 電阻法測量儀器的設計

電阻法測量一種農作物干旱指數測量計，包括安裝座，所述安裝座底部固定連接有連接座，所述連接座底部固定連接有把手，所述把手內腔開設有安裝腔，所述安裝腔內腔設置有電池組，所述安裝座表面設置有顯示屏，所述顯示屏左右側均設置有喇叭，所述喇叭位于所述安裝座表面，所述安裝座內腔滑動連接有對稱設置的探針，兩個探針外壁均套接有彈簧，且兩個探針底部均固定連接有固定底座，兩個固定底座底部均轉動連接有滑塊連接座，兩個滑塊連接座表面均固定連接有滑塊。優選的，所述安裝座內腔開設有對稱分布的滑動倉，兩個探針和兩個滑塊連接座分別滑動在兩個滑動倉的內腔。優選的，所述安裝座背面開設有對稱分布的滑槽，兩個滑塊分別滑動在兩個滑槽的內腔。優選的，所述連接座正面和背面分別設置有測量按鈕和電源開關，所述把手表面設置有懸掛把手，且所述把手底部卡接有密封蓋。

優選的，兩個喇叭表面均設置有通過鉸鏈連接的防塵蓋，所述顯示屏表面設置有保護蓋。優選的，所述安裝座頂部設置有通過鉸鏈連接的開關蓋，所述安裝座頂部開設有配合槽，所述開關蓋和所述配合槽相匹配，示意圖顯示如下。

圖1 農作物干旱指數測量計

圖中裝置包括安裝座(1)，其特征在于：所述安裝座(1)底部固定連接有連接座(2)，所述連接座(2)底部固定連接有把手(3)，所述把手(3)內腔開設有安裝腔，所述安裝腔內腔設置有電池組(17)，所述安裝座(1)表面設置有顯示屏(9)，所述顯示屏(9)左右側均設置有喇叭(6)，所述喇叭(6)位于所述安裝座(1)表面，所述安裝座(1)內腔滑動連接有對稱設置的探針(8)。

4 電阻法測量儀器原理和效果

電阻法測量儀器的測量原理，農作物生命活動的重要物質是水分，也是農作物生長過程中需求最大，影響作物豐產豐收的直接因素。作物內導電物質主要是作物內的汁液，汁液的濃度變化是直接影響電阻的變化，作物的汁液濃度越大，也就是作物水分越少，電阻率也就相應的增大，當汁液濃度越小時，作物體內水分越大，電阻率相應減小，從而利用儀器測量出作物的電阻，反應作物的干旱程度。

儀器有益效果是：將兩個探針分別觸碰農作物根莖的兩側，測量電阻值，當R<30Ω：顯示屏顯數并呈綠色，喇叭報“不旱”，當30Ω90Ω：顯示屏不顯示，喇叭報“測量錯誤”，該干旱指數測量計可有效測量出農作物的干旱程度，且便于操作，標準統一測量準確；向上推動滑塊，使得滑塊帶動滑塊連接座向上，滑塊連接座帶動固定底座，固定底座帶動探針向上移動，且探針凸出安裝座的表面，轉動滑塊，使其卡在滑槽中進行固定，該農作物干旱指數測量計，兩個探針可以進行伸縮，可在不使用時進行收納，可有效避免探針長期暴露在空氣中，造成接觸不良，影響測量結果。

5 結束語

雖然目前科技的發展日新月異，但糧食安全始終被放在國家安全的重要層面。而給糧食安全造成最大影響的干旱又時有發生。目前，對農作物干旱測量的設備種類普遍偏少，大多僅局限于對其外觀的觀察，電阻法測量儀器將會有效解決作物干旱測量問題。