一種利用電子鼻檢測根莖類植物根部病蟲害的方法
2024-03-28 19:53:05
一種利用電子鼻檢測根莖類植物根部病蟲害的方法
【專利摘要】一種利用電子鼻檢測根莖類植物根部病蟲害的方法屬植物病蟲害檢測【技術領域】。本發明包括下列步驟：配備電子鼻氣體室的氣體流量為800～1200ml/min，氣體室內布置8種氣體傳感器；用集氣裝置集氣；將電子鼻的進樣針頭插入集氣裝置，並將裝有活性炭的空氣濾清器插入集氣裝置，開啟電子鼻並將待測樣品的氣體吸入電子鼻氣室；採集並處理氣體傳感器陣列的響應數據；將潔淨的空氣泵入電子鼻的氣體室；處理採集的多組數據；根據根莖類植物根部病蟲害嚴重度係數，評定根莖類植物病蟲害嚴重度。本發明能無損、快速地檢測根莖類植物根部的病蟲害，還能為提前預防和減少根莖類植物病蟲害提供可靠的依據，本發明簡單實用，成本低廉，易於推廣。
【專利說明】一種利用電子鼻檢測根莖類植物根部病蟲害的方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬植物病蟲害檢測【技術領域】，具體涉及一種利用電子鼻檢測根莖類植物根 部病蟲害的方法。
【背景技術】
[0002] 根莖類植物在農業生產中佔有舉足輕重的地位。加快根莖類植物生產發展，對保 障我國糧食安全、促進農民增收、優化農業結構和滿足市場需求，意義十分重大。
[0003] 但是隨著根莖類植物種植規模的不斷擴大，根莖類植物根部病蟲害也逐年加重， 成為限制根莖類植物高產、豐產的主要因素之一，嚴重影響了根莖類植物的發展。因此加大 對病蟲害的防控力度，從而減少病蟲害損失將是一項切實可行的措施。
[0004] 在根莖類植物根部病蟲害的防治過程中，因為病殘組織常散落田間，其上的病原 物也往往成為翌年的初次浸染源,大大增加了植株感染病蟲害的機會。由於根莖部位直接 接觸病原體，其染病的機率就會更高。為了做到對根部病蟲害的早發覺，早預防，儘量減少 病蟲害造成的損失，同時考慮到,根部病蟲害檢測隱蔽性強的特點，亟待一種能快捷便利檢 測根莖類植物根部病蟲害方法的出現。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在於提供一種利用電子鼻檢測根植莖類物根部病蟲害的方法，以解 決根莖類植物根部病蟲害檢測難的問題。
[0006] 本發明所涉及的一種利用電子鼻檢測根莖類植物根部病蟲害的方法，包括下列 步驟：
[0007] 1)配備適於檢測要求的電子鼻：電子鼻氣體室的氣體流量為800?1200ml/min ; 電子鼻的氣體室中所含氣體傳感器陣列包括：芳香性氣體傳感器、揮發性硫化物氣體傳感 器、揮發性氨類氣體傳感器、揮發性胺類氣體傳感器、乙醇類傳感器、可燃氣體傳感器、烷烴 類氣體傳感器和揮發性氮氧化物傳感器；
[0008] 2)用集氣裝置集氣，包括下列步驟：
[0009] 2. 1在距離根莖類植物根部50?200mm處打一個直徑為50mm、深度為150?300mm 的孔；
[0010] 2. 2在孔上覆蓋保鮮膜；
[0011] 2. 3在保鮮膜上以實土覆蓋要求所鑽孔與保鮮膜間為集氣狀態，集氣時間為30分 鍾；
[0012] 3)常溫下將電子鼻的進樣針頭插入集氣裝置，同時將裝有活性炭的空氣濾清器插 入集氣裝置以平衡氣壓，開啟電子鼻將待測樣品所散發出的氣體吸入電子鼻氣室；
[0013] 4)用氣體泵將集氣裝置中的氣體泵入電子鼻的氣體室，電子鼻的吸取時間為 60s，一個樣品檢測完畢後，用氣室清洗泵泵入潔淨空氣，清洗氣室；
[0014] 5)採集並處理氣體傳感器陣列的響應數據包括下列步驟：
[0015] 5. 1提取氣體傳感器陣列的響應特徵值，響應特徵值包括初始值（a)、穩定值（b)、 上升時間（t)和上升速率(￥);
[0016] 5. 2將非線性隨機共振算法固化於電子鼻內置的數位訊號處理器（DSP)內，將響 應特徵值輸入DSP，並計算輸出互相關係數特徵值;
[0017] 6)處理氣體傳感器陣列採集的數據，包括下列步驟：
[0018] 6. 1根據不同病蟲害嚴重度的根莖類植物的互相關係數特徵值fTO，擬合出不同根 莖類植物根部病蟲害嚴重度預測模型；
[0019] 6. 2將互相關係數特徵值4代入下列根莖類植物根部病蟲害嚴重度預測模型的 公式中，計算根莖類植物根部病蟲害嚴重度係數：
[0020] Qf = f(foe)
[0021] 其中：Qf為根莖類植物根部病蟲害嚴重度係數；f為由不同病蟲害嚴重度的根莖 類植物的互相關係數特徵值f%擬合出的不同根莖類植物根部病蟲害嚴重度預測模型的公 式；為互相關係數特徵值；
[0022] 7)根據根莖類植物根部病蟲害嚴重度係數，評定根莖類植物病蟲害嚴重度，包括 下列步驟：
[0023] 7. 1根據病蟲害嚴重度：植株或器官的罹病面積所佔的比率的定義，將根莖類植 物的病蟲害嚴重度分為六級，分級標準為：〇級：根部正常，1級：根部病蟲害率〇?5%，2 級：根部病蟲害率5%?10%，3級：根部病蟲害率10%?30%，4級：根部病蟲害率30%? 60%，5級：根部病蟲害率60%?100% ;
[0024] 7. 2測量不同病蟲害嚴重程度的根莖類植物，將電子鼻的響應特徵值輸入DSP，並 計算輸出互相關係數特徵值f%，測量結束後，將根莖類植物根部取出，分別統計計算其根部 病蟲害率；
[0025] 7. 3根據7. 2所測得的互相關係數特徵值和相應的根部病蟲害率，利用曲線擬 合的方法繪製出根部病蟲害率一互相關係數特徵值匕圖；
[0026] 7. 4根據7. 3所繪製出的根部病蟲害率一互相關係數特徵值圖，分別查出根部 病蟲害率為0%、5%、10%、30%、60%、100%時所對應的互相關係數特徵值，並根據步 驟6. 2所述方法分別求出病蟲害率為0%、5%、10%、30%、60%、100%時所對應的根莖類 植物根部病蟲害嚴重度係數f%，及上述不同病蟲害率對應的根莖類植物根部病蟲害嚴重度 係數 Qf 分別為 SQ、Sp S2、S3、S4、S5 ;
[0027] 7. 5若待測樣品的根莖類植物根部病蟲害嚴重度係數Qf = Stl，則根莖類植物根 部正常為0級病蟲害；若VQf < S1，則為1級病蟲害；若Si〈Qf < S2，則為2級病蟲害；若 S2〈Qf彡S3，則為3級病蟲害；若S3〈Q f S4，則為5級病蟲害。
[0028] 電子鼻是模仿人和動物的鼻子，用於分析、識別、檢測複雜氣味和揮發性成分的新 型儀器，與其它常用的分析儀器（色譜儀、光譜儀等）相比，電子鼻具有客觀、準確、快捷地 評價氣味，且重複性好的特點，自其誕生以來，其在各個領域的運用越來越廣泛。近年來，也 有將其運用在病蟲害檢測領域的嘗試，但其一般都集中在植物的地上部位的病蟲害檢測方 面，本發明利用電子鼻對根莖類植物地下部位病蟲害進行檢測，進一步拓展了電子鼻的應 用領域。
[0029] 本發明的有益效果主要表現在：
[0030] (1)為根莖類植物根部病蟲害檢測提供了一種快速有效的檢測方法，且能提前預 防病蟲害的發生、減少病蟲害的損失。
[0031] (2)是一種無損檢測方法，不會對根莖類植物造成傷害。
[0032] (3)氣體採集及數據分析處理手段簡單實用，成本低廉，易於推廣。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0033] 圖1是電子鼻對根莖類植物根部病蟲害檢測流程圖
[0034] 圖2是電子鼻檢測系統結構示意圖
【具體實施方式】
[0035] 本發明是一種檢測根莖類植物根部病蟲害的方法，下面以檢測馬鈴薯晚疫病為例 來進一步對本發明做出描述。
[0036] 實驗安排及試驗過程如下：
[0037] (1)準備二十個質量相同，表面光滑，形態相似，經檢測無任何疾病的馬鈴薯，給這 20個馬鈴薯編號，分別為1、2、3、…17、18、19、20。測量1 一 10號樣本，用來建立根部病蟲 害率一互相關係數特徵值f%圖；並根據本發明方法的步驟6. 2所述方法分別求出病蟲害率 為0%、5%、10%、30%、60%、100%時所對應的根莖類植物根部病蟲害嚴重度係數Q f。記上 述不同病蟲害率對應的根莖類植物根部病蟲害嚴重度係數Qf分別為Sp S2、S3、S4、S5、S6。
[0038] (2)給這二十個馬鈴薯分別接種不同數量的馬鈴薯晚疫病致病菌，並分別將其埋 藏在300mm深的土壤中，使馬鈴薯快速染病。將這二十個土豆分別埋藏在獨立的容器內，使 其互不影響。
[0039] (3)將其感染若干天后，在距離各土豆200mm處，用打孔器各打一直徑為50mm的 孔。
[0040] (4)將各孔上覆以足夠大的保鮮膜，並在孔的周圍的保鮮膜上覆以足夠多的碎土， 並適當壓實，以保證保鮮膜和孔形成的密閉空間密封性足夠好。形成的密閉空間用來收集 患晚疫病的馬鈴薯透過土壤散發出來的氣體。
[0041] (5)氣體收集時間為0. 5小時。0. 5小時後，將電子鼻的進樣針頭透過保鮮膜插入 集氣裝置，同時將裝有活性炭的空氣濾清器插入集氣裝置以平衡氣壓，開啟電子鼻將待測 樣品所散發出的氣體吸入電子鼻氣室.
[0042] (6)電子鼻的吸氣時間為60s，一個樣品檢測完畢後，用氣室清洗泵泵入潔淨空 氣，清洗氣室。
[0043] (7)重複步驟（5)和（6)，直到10個樣品檢測完成為止。
[0044] (8)整理並記錄氣體傳感器陣列採集的數據
[0045] (9)將1一 10號馬鈴薯樣品全部取出，根據病蟲害嚴重度的定義，分別測量其病蟲 害率。將1一 10號樣品對應其互相關係數特徵值t，用曲線擬合的方法建立根部病蟲害 率一互相關係數特徵值&6圖。
[0046] (10)在根部病蟲害率一互相關係數特徵值4圖中，分別查出根部病蟲害率為 0 %、5 %、10 %、30 %、60 %、100 %時所對應的互相關係數特徵值f；e，並根據6. 2所述方法分 別求出病蟲害率為〇 %、5 %、10 %、30 %、60 %、100 %時所對應的根莖類植物根部病蟲害嚴 重度係數Qf。記上述不同病蟲害率對應的根莖類植物根部病蟲害嚴重度係數Qf分別為 SpSpSpSpSs。
[0047] (11)測量11-20號樣品，測量過程重複上述部驟（5)?（8)，分別得到這10個樣 品的互相關係數特徵值匕，根據本發明方法的步驟6. 2所述方法分別求出11?20號樣品 的所對應的根莖類植物根部病蟲害嚴重度係數Qf。
[0048] (12)依據11 一20號樣品的f；e所對應的根莖類植物根部病蟲害嚴重度係數Qf判 斷根莖類植物根部病蟲害嚴重度。若待測樣品的根莖類植物根部病蟲害嚴重度係數Q f = S。，則根莖類植物根部正常，為0級病蟲害；若VQf彡S1，則為1級病蟲害；若S^Q f彡S2，則 為2級病蟲害；若S2〈Qf彡S 3，則為3級病蟲害；若S3〈Qf彡S4，則為4級病蟲害；若為Q f>S4， 則為5級病蟲害。
【權利要求】
1. 一種利用電子鼻檢測根莖類植物根部病蟲害的方法，其特徵在於包括下列步驟： 1) 配備適於檢測要求的電子鼻：電子鼻氣體室的氣體流量為800?1200ml/min;電子 鼻的氣體室中所含氣體傳感器陣列包括：芳香性氣體傳感器、揮發性硫化物氣體傳感器、揮 發性氨類氣體傳感器、揮發性胺類氣體傳感器、乙醇類傳感器、可燃氣體傳感器、烷烴類氣 體傳感器和揮發性氮氧化物傳感器； 2) 用集氣裝置集氣，包括下列步驟： 2. 1在距離根莖類植物根部50?200mm處打一個直徑為50mm、深度為150?300mm的 孔； 2. 2在孔上覆蓋保鮮膜； 2. 3在保鮮膜上以實土覆蓋要求所鑽孔與保鮮膜間為集氣狀態，集氣時間為30分鐘； 3) 常溫下將電子鼻的進樣針頭插入集氣裝置，同時將裝有活性炭的空氣濾清器插入集 氣裝置以平衡氣壓，開啟電子鼻將待測樣品所散發出的氣體吸入電子鼻氣室； 4) 用氣體泵將集氣裝置中的氣體泵入電子鼻的氣體室，電子鼻的吸取時間為60s，一 個樣品檢測完畢後，用氣室清洗泵泵入潔淨空氣，清洗氣室； 5) 採集並處理氣體傳感器陣列的響應數據包括下列步驟： 5. 1提取氣體傳感器陣列的響應特徵值，響應特徵值包括初始值（a)、穩定值（b)、上升 時間（t)和上升速率(一廠)； 5. 2將非線性隨機共振算法固化於電子鼻內置的數位訊號處理器內，將響應特徵值輸 入DSP，並計算輸出互相關係數特徵值; 6) 處理氣體傳感器陣列採集的多組數據，包括下列步驟： 6. 1根據不同病蟲害嚴重度的根莖類植物的互相關係數特徵值fTO，擬合出不同根莖類 植物根部病蟲害嚴重度預測模型； 6. 2將互相關係數特徵值匕代入下列根莖類植物根部病蟲害嚴重度預測模型的公式 中，計算根莖類植物根部病蟲害嚴重度係數： Qf = f (f〇e) 其中：Qf為根莖類植物根部病蟲害嚴重度係數；f為由不同病蟲害嚴重度的根莖類植 物的互相關係數特徵值擬合出的不同根莖類植物根部病蟲害嚴重度預測模型的公式； 為互相關係數特徵值； 7) 根據根莖類植物根部病蟲害嚴重度係數，評定根莖類植物病蟲害嚴重度，包括下列 步驟： 7. 1根據病蟲害嚴重度：植株或器官的罹病面積所佔的比率的定義，將根莖類植物的 病蟲害嚴重度分為六級，分級標準為：〇級：根部正常，1級：根部病蟲害率〇?5%，2級： 根部病蟲害率5%?10%，3級：根部病蟲害率10%?30%，4級：根部病蟲害率30%? 60%，5級：根部病蟲害率60%?100% ; 7. 2測量不同病蟲害嚴重程度的根莖類植物，將電子鼻的響應特徵值輸入DSP，並計算 輸出互相關係數特徵值f%，測量結束後，將根莖類植物根部取出，分別統計計算其根部病蟲 害率； 7. 3根據7. 2所測得的互相關係數特徵值和相應的根部病蟲害率，利用曲線擬合的 方法繪製出根部病蟲害率一互相關係數特徵值t圖； 7. 4根據7. 3所繪製出的根部病蟲害率一互相關係數特徵值圖，分別查出根部病蟲 害率為O%、5 %、10 %、30 %、60 %、100 %時所對應的互相關係數特徵值f；e，並根據步驟6. 2 所述方法分別求出病蟲害率為〇%、5%、10%、30%、60%、100%時所對應的根莖類植物根 部病蟲害嚴重度係數，及上述不同病蟲害率對應的根莖類植物根部病蟲害嚴重度係數Qf 分別為 ; 7. 5若待測樣品的根莖類植物根部病蟲害嚴重度係數Qf =Stl，則根莖類植物根部正常 為0級病蟲害；若Sc^Qf彡S1，則為1級病蟲害；若S^Qf彡S2，則為2級病蟲害；若S2〈Qf彡S3, 則為3級病蟲害；若S3〈Qf S4，則為5級病蟲害。
【文檔編號】G01N27/00GK104237318SQ201410480024
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月18日 優先權日:2014年9月18日
【發明者】常志勇, 慕海鋒, 佟金, 陳東輝, 馬雲海, 孫霽宇, 周江 申請人:吉林大學