Способ дистанционного определения влажности надземной биомассы посевов сельскохозяйственных культур

 

Изобретение относится к оптическим способам измерения влажности-, может использоваться в сельском хозяйстве и позволяет получить с большой оперативностью результаты измерений влажности надземной биомассы за счет проведения измерений в двух полосах максимального водного поглощения и в одной полосе минимального водного поглощения среднего инфракрасного диапазона. Цель изобретения - повышение точности измерений. В качестве информативного параметра в способе используется отношение суммы сигналов в двух полосах значительного поглощения воды к сигналу в полосе слабого поглощения. При этом полуширины полос пропускания в области значительного пропускания связаны между собой определенным соотношением, что позволяет в результате измерять влажность в диапазоне 20-60%, т.е. при , стрессовом влагосодержании растительности , что представляет особьш практический интерес. 2 ил., 1 табл. S (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

5Н 4 С 01 И 21/85

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4199672/30-25 (22) 25.02.87 (46) 23.03.89. Бюл. N - 11 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт сельскохозяйственной метеорологии (72) А.В.Бондарь и А.Д.Клещенко (53) 535.24(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N - 1154598, кл. G 01 N 21/81, 1985.

Берлинер М.A. Измерение влажности.—

M. Энергия, 1973, с. 184-187. (54) СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ НАДЗЕМНОЙ БИОМАССЫ

ПОСЕВОВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР (57) Изобретение относится к оптическим способам измерения влажности; может использоваться в сельском хозяйстве и позволяет получить с большой оперативностью результаты измереИзобретение относится к способам определения влажности с помощью оптических средств, а именно к способам содержания влаги в биомассе растений, и может быть использовано в агрометеорологии и сельском хозяйстве для определения стрессового состояния, а также урожая сухой биомассы, которая используется в прогнозах урожайности.

Целью изобретения является повьппение точности измерения в области малых значений влажности.

На фиг. 1 представлены графики (1-4) зависимости коэффициента отражения биомассы от длины волны излучения (от графика 1 к графику 4 влаж„„Я0„„И6747О А1 ний влажности надземной биомассы за счет проведения измерений в двух по-,лосах максимального водного поглощения и в одной полосе минимального водного поглощения среднего инфракрасного диапазона. Цель изобретения — повышение точности измерений. В качестве информативного параметра в способе используется отношение суммы сигналов в двух полосах значительного поглощения воды к сигналу в полосе слабого поглощения. При этом полуширины полос пропускания в области значительного пропускания связаны между собой определенным соотношением, что позволяет в результате измерять влажность в диапазоне 20-607, т.е. при стрессовом влагосодержании растительности, что представляет особый практический интерес. 2 ил., 1 табл. ность падает), полосы (5 и 6) пропускания светофильтров, соответствующие максимальному поглощению воды, полоса (7) пропускания светофильтра, соответствующая минимальному поглощению воды, и кривая (8) чувствительности фотоприемника, на фиг. 2 — зависимость отношения сигнала на длине волны минимального поглощения к сумме сигналов на длинах волн максимального поглощения от влажности.

Особенностью предлагаемого способа измерений является то, что при значениях влажности, больших 607, вклад в сигнал вносят обе полосы максимального поглощения. При снижении же влажности ниже 607. коэффици1467470 ент отражения на длине волны 1,9 мкм практически не меняется (фиг. 1), в то время как на длине волны 1,4 мкм приращение сигнала при больших (вы5

me 607) значениях влажности обеспечивается за счет более длинноволновой полосы поглощения (1,9 мкм, фиг. 1), а при влажностях, меньших

607. — за счет полосы 1,4 мкм. Диапазон влажностей от 20 до 607. представляет особый интерес, так как эти величины соответствуют стрессовому влагосодержанию листьев (стадии увядания растений). Коэффициент 1,5 найден экспериментально. При значениях коэффициента, меньших 1,5>не достигается необходимая точность определения влагосодержания (обычно она составляет 5%). 20

Способ осуществляется следующим образом.

Используя гребенчатый интерференционный фильтр, измеряют спектрофотометром спектральный коэффициент яркости (СКЯ) в двух полосах максимального водного поглощения, например

1,4 и 1, 9 мкм в полосе минимального водного поглощения, расположенной меяду 1,4 и 1,9 мкм — 1,6 мкм. Вычисляется отношение СКЯ, измеренного в полосе 1,6 мкм, к суммарному

СКЯ, измеренному в полосах 1,4 и

1,9 мкм, После этого по градуировочной зависимости определяют содержаЗt ние влаги в растительной массе.

Градуировочную зависимость можно получить следующим образом.

В вегетационных сосудах с одинаковой горизонтальной поверхностью высеивается различное количество растений. Таким образом получены площади с разным проективным покрытием, а следовательно, и с различной биомассой. С одним и тем же количеством растений делается несколько вариантов, в которых в течение вегетации меняется влажность почвы и растений.

Измеряется СКЯ растений в двух полосах максимального водного поглощения и в одной полосе минимального водно50

ro поглощения среднего ИК-диапазона.

Затем растения срезаются, взвешиваются, сушатся и сушильных шкафах при определенной температуре, потом взвешиваются сухие растения и так во всех вариантах с различной биомассой и различными вариациями влажности (фиг. 2).

В таблице приведены результаты испытания способа на опытных полях.

Ф о р м у л а и з обретения

Способ дистанционного определения влажности надземной биомассы посевов сельскохозяйственных культур, эаключа ащийся в том, что направляют на ,исследуемые посевы естественное или искусственное излучение, измеряют интенсивность отраженного от посевов излучения в ИК-диапазоне, вьщеляя с помощью светофильтров полосу максимального поглощения воды„ измеря от интенсивность отраженного от посевов излучения, выделяя полосу минимального поглощения воды, и судят о влажности биомассы посевов, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений в области малых влажностей, дополнительно измеряют интенсивность отраженного от посевов в ИК-диапазоне излучения, вьщеляя с помощью другого светофильтра втору а полосу максимального поглощения воды так, чтобы полоса минимального поглощения воды была расположена между обеими полосами максимального поглощения воды, причем полуширины полос пропускания светофильтров выбирают такими, чтобы при значениях влажности, меньших 60Х с изменением влагосодержания посева приращение энергии в полосе пропускания более коротковолнового светофильтра не менее чем в 1,5 раза превышало приращение энергии в полосе пропускания более длинноволнового светофильтра, после чего вычисляют отношение суммы интенсивностей излучения, отраженного в. обеих полосах максимального поглощения, к интенсивности излучения, отраженного в полосе минимального поглощения, и по полученной величине судят о влажности надземной биомассы посевов сельскохозяйственных культур.

1467470 Влажность биомассы посева, Ж (по предлагаемому

Отношение СКЯ

1,6

1,4 + 1,9

Дата Влажность биомассы

1 посева, Е (весовым способом) 18. 04

26.04

13.05

18.05

10. 06

21.06

22. 06

Почва

100

g,5 g,7 g,g 1,1 1,3 15 17 19 21 2.Ю ГР 87 2 9 мха

Фиа 1

82,4

84,8

83,5

83,8

80,7

79,8

78,5

81,0

77,0

68,2

65,5

52,8

54,8

57,8

55,4

50,4

50,0 .

1,78

1,84

1,82

1,84

1,79

1,78

1,76

1,79

1,74

1,68

1,65

1,55

1,57

1,59

1,57

1,54

1,53

1,12

80,2

87,8

85,1

87,8

81,5

80,2

77,8

81,5

75,5

68,0

64,5

52,2

54,8

57,2

54,8

51,2

50,0

1, 12

1467470

1.5

Ю Влажность, /„ бО

Фра 2

Составитель В.В.Калечиц

Техред M.Äèäûê Корректор Л.Пилипенко

Редактор Н.Бобкова

Тираж 788

Заказ 1189/41

Подписное

ВНИНПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,101