活立木茎干水分状况实时检测传感器研究

作者：赵燕东; 黄红伦; 赵玥; 刘卫平; 米雪

来源：农业机械学报, 2023, 54(07): 282-359.

• 活立木
• 茎干水分
• 驻波率
• 热比率法
• 复合传感器

活立木茎干水分状况是植物生命状态的有效体现，其中茎干含水率(Stem water content, StWC)和液流密度(Sap flux density, SFD)是研究植物体内水分变化规律的重要参数。准确检测活立木茎干同一空间位置的含水率和液流密度可以更有效地分析2个参数的关系、评估植物生长状况。将基于驻波率(Standing wave ratio, SWR)原理的茎干水分检测方法和基于热比率法(Heat ratio method, HRM)原理的茎干液流检测方法结合，设计了活立木茎干含水率和液流复合参数检测传感器，复合传感器的含水率检测单元和液流检测单元复用一套三针式探针，可对活立木茎干同一位置的含水率和液流实时精准检测。含水率检测单元输出电压与介电常数(6～53.3范围内，对应茎干含水率为0～85%)具有良好的线性关系(决定系数R2=0.970 1),静态稳定性良好(长时间测试最大波动为0.6%全量程)。以杨树为研究对象，含水率检测单元与BD-IV型植物茎体水分传感器的对比实验结果一致(决定系数R2=0.980 0)。液流检测单元与ST1221型热扩散式液流计对比，二者检测的杨树液流密度具有显著的线性关系(决定系数R2=0.899 1),热扩散式液流计不能准确判断零液流条件而低估了液流密度，ST1221型液流计检测的平均值比本系统液流检测单元低1.1 cm/h,液流检测单元使用的热比率法可以准确检测低速液流。复合传感器对杨树茎干含水率和液流的长时间监测结果与前人研究一致且符合植物生理规律。茎干含水率和液流存在极显著的负相关性(Pearson相关系数为-0.795 1)。

• 单位
  北京林业大学; 定州市绿谷农业科技发展有限公司