專利名稱：小麥測產(chǎn)新方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明是一種谷物測產(chǎn)方法，它適用于對處在生長期的小麥進行較準確的產(chǎn)量估算，尤其是通過測量小麥生長期間的電容量W來估算小麥產(chǎn)量的新方法。
較準確的預測各種谷物產(chǎn)量，對經(jīng)濟決策非常重要，因此歷年來為各國所重視。就發(fā)明人所知，目前發(fā)達國家普遍采用空間遙感技術(shù)來預測谷物產(chǎn)量。具體來說，就是采用拍攝航空和人造衛(wèi)星照片的方法來大面積判定各種谷物的長勢，從而預測產(chǎn)量。例如美國1974年到1978年利用陸地衛(wèi)星進行的作物估產(chǎn)試驗，對本國小麥的估產(chǎn)精度達到98%，對世界小麥產(chǎn)量的估計精度為90%。1979年，中國科學院也組織過一次航空遙感試驗，利用多光譜假彩色合成圖象，可以清晰地分辨出農(nóng)作物的長勢是好、是差、還是缺苗斷壟。但是，空間遙感技術(shù)是一個新興的技術(shù)領域，它不僅要求精密復雜的設備，而且需要投入大量的經(jīng)費。在我國，目前仍大多采用定點抽樣調(diào)查和“拍腦袋”估產(chǎn)的辦法，估產(chǎn)精度極不可靠。用ZS-1型《植物生長儀》(銀川電表儀器廠生產(chǎn))只能測量植物的生長特性以及植物的整體產(chǎn)量，而對小麥的籽粒產(chǎn)量無法測量。
本發(fā)明的目的在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處而提供一種采用ZS-1型《植物生長儀》(銀川電表儀器廠生產(chǎn))測量小麥籽粒產(chǎn)量的新方法。
本發(fā)明的目的可以通過以下措施來達到，應用ZS-1型《植物生長儀》，測量小麥生長期間電容量W，根據(jù)小麥生長期間電容量W隨時間t的變化規(guī)律，來進行曲線擬合，其數(shù)學模型為(P＜0.001)
W＝b0+b1t1/2+b2t3/2+b3
(其中W是小麥的電容量，b0、b1、b2、b3、b4、……是待定參數(shù)，t是測量小麥電容量的時間，e是自然數(shù))，根據(jù)最大值原理，找出與小麥生產(chǎn)量極為相關的最大電容量Wmax，然后確定測產(chǎn)的時間范圍t1-t2，該范圍一般選在小麥開花期至乳熟期，即在成熟前20-35天，將在t1-t2內(nèi)的任意一天t所測得的電容量W折算成最大電容量Wmax。根據(jù)小麥產(chǎn)量Y與最大電容量Wmax的試驗數(shù)據(jù)，擬合數(shù)學模型為(P＜0.001)Y＝(a+bWmax)/C (2)(其中a、b是待定參數(shù)，c是根據(jù)地理及氣象環(huán)境不同而提供的折合系數(shù))，將折算后的最大電容量Wmax代入(2)式即可測算出小麥產(chǎn)量。(2)式中的折合系數(shù)c是根據(jù)地理及氣象環(huán)境的不同，取值范圍是0.5-2.0。以上所述是通過數(shù)學模型(1)、(2)兩式，利用《植物生長儀》提前測出小麥產(chǎn)量的方法，此方法也可以通過其它能夠測出植物含水量的儀器(因植物的含水量與電容量成正比)，都能進行測產(chǎn)，同時也適用于其它作物的測產(chǎn)。
本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點1.方法簡便易行，無論種植面積大小均可靈活使用;
2.所用設備簡單，節(jié)省人力、經(jīng)費;
3.測產(chǎn)精度高，可達90%以上;
4.產(chǎn)量預測在小麥成熟前進行，可提前為糧食決策部門提供可靠信息;
5.測量快速、穩(wěn)定、準確。


圖1為《植物生長儀》測試原理，1-植物生長儀主機，4-測量探頭，8-地電極線，11-小麥植株。
圖2為《植物生長儀》結(jié)構(gòu)簡圖，1-植物生長儀主機，2-輸入線，3-連接線，4-測量探頭，5-接地線，6-拉繩，7-螺栓，8-地電極線，9-接線螺釘，10-地電極。
圖3為植物生長期電容量變化曲線。
本發(fā)明下面將結(jié)合附圖實施例作進一步詳述?！靶←湝y產(chǎn)新方法”是借助ZS-1型《植物生長儀》在研究植物生長量的基礎上提出的。由于植物生長量是植物體各種生理活動和外界各種環(huán)境因子綜合作用的結(jié)果。附圖1為《植物生長儀》測試原理圖，附圖2為《植物生長儀》結(jié)構(gòu)簡圖，詳細操作過程參見《植物生長儀》使用說明書。在測試植物時，植物與儀器電極間的電容量按下式計算W=2π εoεrLLnS2r1r2]]>(3)(其中W是儀器電極和植物間的電容量，ε0是真空中介電常數(shù)，εr是電極與植物間物質(zhì)介電常數(shù)，r1、r2分別是電極和植株半徑，L是植株高度，S是植株與電極間距離)植株與儀器電極間的電容量大小，主要決定于L和S值的大小(其它各參量可以看作常數(shù))，植株高L值大，電容量W值也就大;植株密，則S值小(植株密則靠近電極)，電容量W值也就大。這就表明，電容量W反應了植物群體的體效益、群體重量、體積增長變化。因此電容量W的增長，就可以表示出植物的生長量。
根據(jù)植物總體是由植物各部分組合而成的原理推斷，小麥籽粒重量的變化一定與能體現(xiàn)小麥群體的電容量密切相關。電容量大，說明小麥群體發(fā)育得好，則籽粒產(chǎn)量高，反之亦然。根據(jù)這一理論，自1985年以來，利用ZS-1型《植物生長儀》在甘肅省靖遠、會寧、通渭、隴西、臨洮等縣(均屬于干旱、半干旱地區(qū))進行測產(chǎn)，試驗結(jié)果與推論完全一致。
1986年4月至8月在甘肅省定西縣山才口鄉(xiāng)及定西縣林科所附近的不同生態(tài)環(huán)境條件下，進行多點定位測試小麥，從小麥出苗后7-10厘米高時，每相隔幾天在選定的田里的幾個固定點測定小麥的電容量，直到小麥成熟為止。在這一百天內(nèi)可盡量根據(jù)情況多測幾次，以確定什么時間測出的電容量與小麥成熟期的籽粒重量最為相關。表1所列數(shù)據(jù)是電容量隨時間變化趨勢表。
表一電容量隨時間變化趨勢表序號月日t＝xYY′%1510.186.83385.42590.92024.3578.035181.87670.35792.545282.8132133.13499.155313.1150153.03697.966104.1215219.21198.
76124.3234231.96399.186164.7265256.46996.796205.1275279.18198.4107107.1340342.71199.2117157.6345338.0297.9127198.0325325.70599.7137268.7270281.99295.5147309.1250242.0396.8
從表1所列數(shù)據(jù)而繪成附圖3，其中虛線是實踐曲線，實線是選擇適當?shù)臅r間序列t而得的理論曲線，這條曲線是通過數(shù)學模型
給出的(P＜0.001)，模擬結(jié)果是很理想的。圖3中AB段是小麥分蘗期，BC段是小麥抽穗期，C點是揚花期，CD段是揚花灌漿期，D點是灌漿中期，具有小麥電容量最大值。DE段是乳熟期，F(xiàn)點是成熟期。
在以上各發(fā)育階段任意時刻t所測得的電容量，都可以與F點儀器所包圍的有效面積(0.64米2)內(nèi)的籽粒產(chǎn)量相聯(lián)系。若在AB段的某一天測得的電容量和產(chǎn)量掛鉤，擔心時間長，出現(xiàn)災情的機率大，不太保險;若在F點所測得的電容量與產(chǎn)量聯(lián)系，失去了提前提供產(chǎn)量信息的作用。因此，D點最為恰當，因為D點距F點有20天左右，可以提早20天向有關部門提供較為可靠的信息，同時D點附近這段時間災情出現(xiàn)機率相對來說要小很多。由于D點正是小麥處在灌漿中期，莖葉茂盛，植株含水量最大，因而測得的電容量也就最大(電容量與植物體的含水量基本上是線性關系)。而事實上，找到D點對應的時間是很難的，這是因為灌漿初、中、末期難以準確劃分之故;同時在大田進行測產(chǎn)，受自然條件限制很多，即便是找到D點對應的時間，也保證不了按時去測產(chǎn)。
例如通過表一所列的日期換算成時間序列t，代入(1)式而得到(4)式，通過(4)式可求得D點對應的時間(如附圖3中是7月11日)。但是，由于客觀條件所限制，無法保證按最佳時間進行測產(chǎn)，因此需要確定測產(chǎn)的時間范圍。從附圖3中的D點作ot線的垂線Dtmax，此線的長短即為電容量的大小。為保證測出的產(chǎn)量能達80%以上的準確度，可取較嚴格的條件，即將90%乘以Dtmax，得Gtmax線段。通過G點作平行ot線的直線相交于實曲線于C、E兩點。附圖3中CE線段所對應的時間范圍是6月26日至7月23日，可在該范圍測產(chǎn)。另外，從小麥的發(fā)育階段來說，C點對應的t1正是小麥揚花期，而E點對應的t2正是乳熟末期，這對測產(chǎn)者來說，只要見到小麥開花，即可準備測產(chǎn)，時間可達20天左右，在t1-t2測出的電容量通過(2)式計算產(chǎn)量時，應將電容量W除以0.9，折算成最大電容量Wmax。
表二最大電容量與實測產(chǎn)量對照表
表二中第一列的Wmax值就是D點的最大電容量;第二列是在儀器的有效面積(0.64米2)內(nèi)在F點測得的小麥籽粒產(chǎn)量;將這兩列數(shù)據(jù)代入(2)式可得線性方程為(P＜0.001)Y克＝(64.69+0.65Wmax)/1 (5)此式的折合系數(shù)C是1，Y克是0.64米2內(nèi)的籽?？藬?shù)。第三列是根據(jù)最大電容量Wmax代入(5)式而得的結(jié)果。
(5)式產(chǎn)量的單位是克/0.64米2，因為1畝等于666.7米2，1斤等于500克，所以(1克)/(0.64米2) × (666.7米2)/(500克) ＝2.08 (6)將(5)式乘以2.08，即可將產(chǎn)量的單位換算成斤/畝。
Y斤＝2.08(64.69+6.65Wmax)/1 (7)第4列是通過(7)式計算的小麥產(chǎn)量，第5列是實測的畝產(chǎn)，第6列是計算值與大田實際收割的畝產(chǎn)值的精度比例。這一比例均在95%以上，說明只要認真細致地工作，完全可以達到理想的預測效果。
權(quán)利要求
1.一種小麥測產(chǎn)新方法，尤其是通過測量小麥生長期間電容量W來估算小麥產(chǎn)量Y的新方法，其特征是，根據(jù)小麥生長期間的電容量W隨時間t的變化曲線擬合數(shù)模型為(P＜0.001)W＝b0+b1t1/2+b2t3/2+b3
(其中W是小麥的電容量，b0、b1、b2、b3、b4、……是待定參數(shù)，t是測量小麥電容量的時間，e是自然數(shù))，根據(jù)最大值原理找出與小麥產(chǎn)量極為相關的最大電容量Wmax，然后確定測產(chǎn)的時間范圍t1-t2，將在t1-t2內(nèi)的任意一天t所測得電容量W折算成最大電容量Wmax，根據(jù)小麥產(chǎn)量Y與最大電容量Wmax的試驗數(shù)據(jù)擬合數(shù)學模型為(P＜0.001)Y=(a+bWmax)/C(2)(其中a、b是待定參數(shù)，C是折合系數(shù))即可測算出小麥產(chǎn)量。
2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的小麥測產(chǎn)新方法，其特征是測產(chǎn)的時間范圍t1-t2一般選在小麥開花期至乳熟期，即在小麥成熟前20-35天，(2)式中的折合系數(shù)C根據(jù)地理及氣象環(huán)境不同，取值范圍為0.5-2.0。
全文摘要
本發(fā)明是一種小麥測產(chǎn)新方法，采用ZS—1型《植物生長儀》測量小麥生長期間的電容量來估算小麥的產(chǎn)量。根據(jù)小麥生長期間的電容量隨時間變化曲線擬合數(shù)學模型，用最大值原理找出與小麥產(chǎn)量極為相關的最大電容量，然后用小麥產(chǎn)量與最大電容量的試驗數(shù)據(jù)擬合出小麥產(chǎn)量的數(shù)學模型，即可估算小麥產(chǎn)量。該方法預測小麥產(chǎn)量是在小麥成熟前進行，測產(chǎn)精度達90％以上，所用設備簡單，簡便易行，無論種植面積大小，均可靈活使用。
文檔編號G01N27/22GK1031424SQ8810244
公開日1989年3月1日 申請日期1988年4月24日 優(yōu)先權(quán)日1988年4月24日
發(fā)明者周電輝 申請人:甘肅省科學院生物所