橡胶苗微弱电信号的试验研究

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众所周知,海南垦区是我国最大的天然橡胶生产基地。据资料表明:我国天然橡胶产量仅占世界总产量的7%,消费量却占世界消费总量的20%,因此,如何提高干胶总产量,是目前亟需解决的问题。大量研究表明,植物体内存在着μV量级的微弱、近似直流的、低频、随机电信号,而这些物理信号与植物自身的生理状态和外界刺激因子有着密切的关系。如果在橡胶树的生长过程中,能够有效地提取橡胶树本身的电信号,并对其进行处理、分析,寻找出不同环境因子条件下橡胶苗电信号所表现出来的不同特性,从而通过控制和改变小范围内环境因子,在一定区域内达到降低农业生产成本和能耗、实现提高单位产量的目的。本文实现的主要内容有以下几点:1.针对植物电信号的特性,设计了一套植物电信号检测处理系统。该系统由HB-854A型四通道电压前置放大器、PMD-1208LS型数据采集卡、绝缘箱等构成硬件电路,以图形化编程语言LabVIEW为开发平台,结合MATLAB进行软件设计,采用小波变换多分辨率分析理论对信号进行降噪处理,并对降噪后的信号进行分析处理,从而获取植物的生理特征。2.通过采集、分析橡胶苗电信号,确定了橡胶苗电信号的基本特征。将电压前置放大器的放大倍数设为3,加入50HZ的工频陷波,构建100HZ的低通滤波,对不同品种的橡胶苗进行电位采集。经过方差分析,得出结论:不同品种橡胶苗电信号的差异性不显著。因此选用热研4号橡胶苗进行试验。试验结果表明:小波软阈值降噪后的橡胶苗电位信号的平均幅值为2mV左右,功率谱分布在0-7Hz之间,属于微弱的低频信号。3.构建了橡胶苗电信号与温度、光照强度和土壤含水率等环境因子间的关系式。文中根据改变橡胶苗生长环境的温度、水分及光照强度而得出的实验结果,成功的拟合出:1s内橡胶苗电信号平均幅值与温度、光照强度和土壤含水率之间的关系曲线及相应的曲线方程式。温度:y=5E-06x5-0.006x4+0.0304x3-0.7792x2+0.985x-51.122(R2=1)光照强度:y=1E-07x2-3E-06x+0.0075(R2=1)土壤含水率:y=5E-06x3+5E-05x2-3E-05x+0.0072(R2=1)为了更深入的了解橡胶苗植物电信号平均幅值与环境因子的关系,实验选择3*4*4的随机区组设计,用SAS软件对试验结果进行F测试,测试结果表明:各因子水平间差异及各因子间的交互作用均不显著,但在温度27℃,光照强度为70LM时,橡胶苗在加入200ml水8小时后,所表现出的电信号的效果最好。同时,文中还构建了lmin内,植物电信号与温度、光照强度和土壤含水率之间的关系曲线以及方程式。温度:y=3E-05x3-0.0026x2+0.00728x-0.6622(R2=1)光照强度:y=-1E-06x2+0.0001x+0.0046(R2=1)土壤含水率:y=-2E-06x3+1E-05x2-5E-06x+0.0075(R2=1)文中还运用SAS软件和MATLAB软件针对实验结果进行了多元线性回归和逐步回归分析,分析结果表明植物电信号与测试时间(x1)、温度(x2)和光照强度(x3)满足方程式:y=37.36816+0.06994x1-1.13637x2+0.017x3逐步回归分析结果表示,仅有温度(x2)可引入回归方程。其方程表达式为:y=7.4681-0.00413909x2
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