一種利用電子鼻檢測(cè)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(cè)根莖類植物根部病蟲害的方法屬植物病蟲害檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)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(nèi)布置8種氣體傳感器；用集氣裝置集氣；將電子鼻的進(jìn)樣針頭插入集氣裝置，并將裝有活性炭的空氣濾清器插入集氣裝置，開啟電子鼻并將待測(cè)樣品的氣體吸入電子鼻氣室；采集并處理氣體傳感器陣列的響應(yīng)數(shù)據(jù)；將潔凈的空氣泵入電子鼻的氣體室；處理采集的多組數(shù)據(jù)；根據(jù)根莖類植物根部病蟲害嚴(yán)重度系數(shù)，評(píng)定根莖類植物病蟲害嚴(yán)重度。本發(fā)明能無損、快速地檢測(cè)根莖類植物根部的病蟲害，還能為提前預(yù)防和減少根莖類植物病蟲害提供可靠的依據(jù)，本發(fā)明簡單實(shí)用，成本低廉，易于推廣。
【專利說明】一種利用電子鼻檢測(cè)根莖類植物根部病蟲害的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬植物病蟲害檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種利用電子鼻檢測(cè)根莖類植物根 部病蟲害的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 根莖類植物在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有舉足輕重的地位。加快根莖類植物生產(chǎn)發(fā)展，對(duì)保 障我國糧食安全、促進(jìn)農(nóng)民增收、優(yōu)化農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)和滿足市場(chǎng)需求，意義十分重大。
[0003] 但是隨著根莖類植物種植規(guī)模的不斷擴(kuò)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(chǎn)、豐產(chǎn)的主要因素之一，嚴(yán)重影響了根莖類植物的發(fā)展。因此加大 對(duì)病蟲害的防控力度，從而減少病蟲害損失將是一項(xiàng)切實(shí)可行的措施。
[0004] 在根莖類植物根部病蟲害的防治過程中，因?yàn)椴埥M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(jī)會(huì)。由于根莖部位直接 接觸病原體，其染病的幾率就會(huì)更高。為了做到對(duì)根部病蟲害的早發(fā)覺，早預(yù)防，盡量減少 病蟲害造成的損失，同時(shí)考慮到,根部病蟲害檢測(cè)隱蔽性強(qiáng)的特點(diǎn)，亟待一種能快捷便利檢 測(cè)根莖類植物根部病蟲害方法的出現(xiàn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種利用電子鼻檢測(cè)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(cè)難的問題。
[0006] 本發(fā)明所涉及的一種利用電子鼻檢測(cè)根莖類植物根部病蟲害的方法，包括下列 步驟：
[0007] 1)配備適于檢測(cè)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(fā)性硫化物氣體傳感 器、揮發(fā)性氨類氣體傳感器、揮發(fā)性胺類氣體傳感器、乙醇類傳感器、可燃?xì)怏w傳感器、烷烴 類氣體傳感器和揮發(fā)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(gè)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(shí)土覆蓋要求所鉆孔與保鮮膜間為集氣狀態(tài)，集氣時(shí)間為30分 鐘；
[0012] 3)常溫下將電子鼻的進(jìn)樣針頭插入集氣裝置，同時(shí)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(cè)樣品所散發(fā)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(shí)間為 60s，一個(gè)樣品檢測(cè)完畢后，用氣室清洗泵泵入潔凈空氣，清洗氣室；
[0014] 5)采集并處理氣體傳感器陣列的響應(yīng)數(shù)據(jù)包括下列步驟：
[0015] 5. 1提取氣體傳感器陣列的響應(yīng)特征值，響應(yīng)特征值包括初始值（a)、穩(wěn)定值（b)、 上升時(shí)間（t)和上升速率(￥);
[0016] 5. 2將非線性隨機(jī)共振算法固化于電子鼻內(nèi)置的數(shù)字信號(hào)處理器（DSP)內(nèi)，將響 應(yīng)特征值輸入DSP，并計(jì)算輸出互相關(guān)系數(shù)特征值;
[0017] 6)處理氣體傳感器陣列采集的數(shù)據(jù)，包括下列步驟：
[0018] 6. 1根據(jù)不同病蟲害嚴(yán)重度的根莖類植物的互相關(guān)系數(shù)特征值fTO，擬合出不同根 莖類植物根部病蟲害嚴(yán)重度預(yù)測(cè)模型；
[0019] 6. 2將互相關(guān)系數(shù)特征值4代入下列根莖類植物根部病蟲害嚴(yán)重度預(yù)測(cè)模型的 公式中，計(jì)算根莖類植物根部病蟲害嚴(yán)重度系數(shù)：
[0020] Qf = f(foe)
[0021] 其中：Qf為根莖類植物根部病蟲害嚴(yán)重度系數(shù)；f為由不同病蟲害嚴(yán)重度的根莖 類植物的互相關(guān)系數(shù)特征值f%擬合出的不同根莖類植物根部病蟲害嚴(yán)重度預(yù)測(cè)模型的公 式；為互相關(guān)系數(shù)特征值；
[0022] 7)根據(jù)根莖類植物根部病蟲害嚴(yán)重度系數(shù)，評(píng)定根莖類植物病蟲害嚴(yán)重度，包括 下列步驟：
[0023] 7. 1根據(jù)病蟲害嚴(yán)重度：植株或器官的罹病面積所占的比率的定義，將根莖類植 物的病蟲害嚴(yán)重度分為六級(jí)，分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為：〇級(jí)：根部正常，1級(jí)：根部病蟲害率〇?5%，2 級(jí)：根部病蟲害率5%?10%，3級(jí)：根部病蟲害率10%?30%，4級(jí)：根部病蟲害率30%? 60%，5級(jí)：根部病蟲害率60%?100% ;
[0024] 7. 2測(cè)量不同病蟲害嚴(yán)重程度的根莖類植物，將電子鼻的響應(yīng)特征值輸入DSP，并 計(jì)算輸出互相關(guān)系數(shù)特征值f%，測(cè)量結(jié)束后，將根莖類植物根部取出，分別統(tǒng)計(jì)計(jì)算其根部 病蟲害率；
[0025] 7. 3根據(jù)7. 2所測(cè)得的互相關(guān)系數(shù)特征值和相應(yīng)的根部病蟲害率，利用曲線擬 合的方法繪制出根部病蟲害率一互相關(guān)系數(shù)特征值匕圖；
[0026] 7. 4根據(jù)7. 3所繪制出的根部病蟲害率一互相關(guān)系數(shù)特征值圖，分別查出根部 病蟲害率為0%、5%、10%、30%、60%、100%時(shí)所對(duì)應(yīng)的互相關(guān)系數(shù)特征值，并根據(jù)步 驟6. 2所述方法分別求出病蟲害率為0%、5%、10%、30%、60%、100%時(shí)所對(duì)應(yīng)的根莖類 植物根部病蟲害嚴(yán)重度系數(shù)f%，及上述不同病蟲害率對(duì)應(yīng)的根莖類植物根部病蟲害嚴(yán)重度 系數(shù) Qf 分別為 SQ、Sp S2、S3、S4、S5 ;
[0027] 7. 5若待測(cè)樣品的根莖類植物根部病蟲害嚴(yán)重度系數(shù)Qf = Stl，則根莖類植物根 部正常為0級(jí)病蟲害；若VQf < S1，則為1級(jí)病蟲害；若Si〈Qf < S2，則為2級(jí)病蟲害；若 S2〈Qf彡S3，則為3級(jí)病蟲害；若S3〈Q f < S4，則為4級(jí)病蟲害；若為Qf>S4，則為5級(jí)病蟲害。
[0028] 電子鼻是模仿人和動(dòng)物的鼻子，用于分析、識(shí)別、檢測(cè)復(fù)雜氣味和揮發(fā)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(zhǔn)確、快捷地 評(píng)價(jià)氣味，且重復(fù)性好的特點(diǎn)，自其誕生以來，其在各個(gè)領(lǐng)域的運(yùn)用越來越廣泛。近年來，也 有將其運(yùn)用在病蟲害檢測(cè)領(lǐng)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(cè)方 面，本發(fā)明利用電子鼻對(duì)根莖類植物地下部位病蟲害進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)一步拓展了電子鼻的應(yīng) 用領(lǐng)域。
[0029] 本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：
[0030] (1)為根莖類植物根部病蟲害檢測(cè)提供了一種快速有效的檢測(cè)方法，且能提前預(yù) 防病蟲害的發(fā)生、減少病蟲害的損失。
[0031] (2)是一種無損檢測(cè)方法，不會(huì)對(duì)根莖類植物造成傷害。
[0032] (3)氣體采集及數(shù)據(jù)分析處理手段簡單實(shí)用，成本低廉，易于推廣。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0033] 圖1是電子鼻對(duì)根莖類植物根部病蟲害檢測(cè)流程圖
[0034] 圖2是電子鼻檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

【具體實(shí)施方式】
[0035] 本發(fā)明是一種檢測(cè)根莖類植物根部病蟲害的方法，下面以檢測(cè)馬鈴薯晚疫病為例 來進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明做出描述。
[0036] 實(shí)驗(yàn)安排及試驗(yàn)過程如下：
[0037] (1)準(zhǔn)備二十個(gè)質(zhì)量相同，表面光滑，形態(tài)相似，經(jīng)檢測(cè)無任何疾病的馬鈴薯，給這 20個(gè)馬鈴薯編號(hào)，分別為1、2、3、…17、18、19、20。測(cè)量1 一 10號(hào)樣本，用來建立根部病蟲 害率一互相關(guān)系數(shù)特征值f%圖；并根據(jù)本發(fā)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(shí)所對(duì)應(yīng)的根莖類植物根部病蟲害嚴(yán)重度系數(shù)Q f。記上 述不同病蟲害率對(duì)應(yīng)的根莖類植物根部病蟲害嚴(yán)重度系數(shù)Qf分別為Sp S2、S3、S4、S5、S6。
[0038] (2)給這二十個(gè)馬鈴薯分別接種不同數(shù)量的馬鈴薯晚疫病致病菌，并分別將其埋 藏在300mm深的土壤中，使馬鈴薯快速染病。將這二十個(gè)土豆分別埋藏在獨(dú)立的容器內(nèi)，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，并在孔的周圍的保鮮膜上覆以足夠多的碎土， 并適當(dāng)壓實(shí)，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(fā)出來的氣體。
[0041] (5)氣體收集時(shí)間為0. 5小時(shí)。0. 5小時(shí)后，將電子鼻的進(jìn)樣針頭透過保鮮膜插入 集氣裝置，同時(shí)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(cè) 樣品所散發(fā)出的氣體吸入電子鼻氣室.
[0042] (6)電子鼻的吸氣時(shí)間為60s，一個(gè)樣品檢測(cè)完畢后，用氣室清洗泵泵入潔凈空 氣，清洗氣室。
[0043] (7)重復(fù)步驟（5)和（6)，直到10個(gè)樣品檢測(cè)完成為止。
[0044] (8)整理并記錄氣體傳感器陣列采集的數(shù)據(jù)
[0045] (9)將1一 10號(hào)馬鈴薯樣品全部取出，根據(jù)病蟲害嚴(yán)重度的定義，分別測(cè)量其病蟲 害率。將1一 10號(hào)樣品對(duì)應(yīng)其互相關(guān)系數(shù)特征值t，用曲線擬合的方法建立根部病蟲害 率一互相關(guān)系數(shù)特征值&6圖。
[0046] (10)在根部病蟲害率一互相關(guān)系數(shù)特征值4圖中，分別查出根部病蟲害率為 0 %、5 %、10 %、30 %、60 %、100 %時(shí)所對(duì)應(yīng)的互相關(guān)系數(shù)特征值f；e，并根據(jù)6. 2所述方法分 別求出病蟲害率為〇 %、5 %、10 %、30 %、60 %、100 %時(shí)所對(duì)應(yīng)的根莖類植物根部病蟲害嚴(yán) 重度系數(shù)Qf。記上述不同病蟲害率對(duì)應(yīng)的根莖類植物根部病蟲害嚴(yán)重度系數(shù)Qf分別為 SpSpSpSpSs。
[0047] (11)測(cè)量11-20號(hào)樣品，測(cè)量過程重復(fù)上述部驟（5)?（8)，分別得到這10個(gè)樣 品的互相關(guān)系數(shù)特征值匕，根據(jù)本發(fā)明方法的步驟6. 2所述方法分別求出11?20號(hào)樣品 的所對(duì)應(yīng)的根莖類植物根部病蟲害嚴(yán)重度系數(shù)Qf。
[0048] (12)依據(jù)11 一20號(hào)樣品的f；e所對(duì)應(yīng)的根莖類植物根部病蟲害嚴(yán)重度系數(shù)Qf判 斷根莖類植物根部病蟲害嚴(yán)重度。若待測(cè)樣品的根莖類植物根部病蟲害嚴(yán)重度系數(shù)Q f = S。，則根莖類植物根部正常，為0級(jí)病蟲害；若VQf彡S1，則為1級(jí)病蟲害；若S^Q f彡S2，則 為2級(jí)病蟲害；若S2〈Qf彡S 3，則為3級(jí)病蟲害；若S3〈Qf彡S4，則為4級(jí)病蟲害；若為Q f>S4， 則為5級(jí)病蟲害。
【權(quán)利要求】
1. 一種利用電子鼻檢測(cè)根莖類植物根部病蟲害的方法，其特征在于包括下列步驟： 1) 配備適于檢測(cè)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(fā)性硫化物氣體傳感器、揮 發(fā)性氨類氣體傳感器、揮發(fā)性胺類氣體傳感器、乙醇類傳感器、可燃?xì)怏w傳感器、烷烴類氣 體傳感器和揮發(fā)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(gè)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(shí)土覆蓋要求所鉆孔與保鮮膜間為集氣狀態(tài)，集氣時(shí)間為30分鐘； 3) 常溫下將電子鼻的進(jìn)樣針頭插入集氣裝置，同時(shí)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(cè)樣品所散發(fā)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(shí)間為60s，一 個(gè)樣品檢測(cè)完畢后，用氣室清洗泵泵入潔凈空氣，清洗氣室； 5) 采集并處理氣體傳感器陣列的響應(yīng)數(shù)據(jù)包括下列步驟： 5. 1提取氣體傳感器陣列的響應(yīng)特征值，響應(yīng)特征值包括初始值（a)、穩(wěn)定值（b)、上升 時(shí)間（t)和上升速率(一廠)； 5. 2將非線性隨機(jī)共振算法固化于電子鼻內(nèi)置的數(shù)字信號(hào)處理器內(nèi)，將響應(yīng)特征值輸 入DSP，并計(jì)算輸出互相關(guān)系數(shù)特征值; 6) 處理氣體傳感器陣列采集的多組數(shù)據(jù)，包括下列步驟： 6. 1根據(jù)不同病蟲害嚴(yán)重度的根莖類植物的互相關(guān)系數(shù)特征值fTO，擬合出不同根莖類 植物根部病蟲害嚴(yán)重度預(yù)測(cè)模型； 6. 2將互相關(guān)系數(shù)特征值匕代入下列根莖類植物根部病蟲害嚴(yán)重度預(yù)測(cè)模型的公式 中，計(jì)算根莖類植物根部病蟲害嚴(yán)重度系數(shù)： Qf = f (f〇e) 其中：Qf為根莖類植物根部病蟲害嚴(yán)重度系數(shù)；f為由不同病蟲害嚴(yán)重度的根莖類植 物的互相關(guān)系數(shù)特征值擬合出的不同根莖類植物根部病蟲害嚴(yán)重度預(yù)測(cè)模型的公式； 為互相關(guān)系數(shù)特征值； 7) 根據(jù)根莖類植物根部病蟲害嚴(yán)重度系數(shù)，評(píng)定根莖類植物病蟲害嚴(yán)重度，包括下列 步驟： 7. 1根據(jù)病蟲害嚴(yán)重度：植株或器官的罹病面積所占的比率的定義，將根莖類植物的 病蟲害嚴(yán)重度分為六級(jí)，分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為：〇級(jí)：根部正常，1級(jí)：根部病蟲害率〇?5%，2級(jí)： 根部病蟲害率5%?10%，3級(jí)：根部病蟲害率10%?30%，4級(jí)：根部病蟲害率30%? 60%，5級(jí)：根部病蟲害率60%?100% ; 7. 2測(cè)量不同病蟲害嚴(yán)重程度的根莖類植物，將電子鼻的響應(yīng)特征值輸入DSP，并計(jì)算 輸出互相關(guān)系數(shù)特征值f%，測(cè)量結(jié)束后，將根莖類植物根部取出，分別統(tǒng)計(jì)計(jì)算其根部病蟲 害率； 7. 3根據(jù)7. 2所測(cè)得的互相關(guān)系數(shù)特征值和相應(yīng)的根部病蟲害率，利用曲線擬合的 方法繪制出根部病蟲害率一互相關(guān)系數(shù)特征值t圖； 7. 4根據(jù)7. 3所繪制出的根部病蟲害率一互相關(guān)系數(shù)特征值圖，分別查出根部病蟲 害率為O%、5 %、10 %、30 %、60 %、100 %時(shí)所對(duì)應(yīng)的互相關(guān)系數(shù)特征值f；e，并根據(jù)步驟6. 2 所述方法分別求出病蟲害率為〇%、5%、10%、30%、60%、100%時(shí)所對(duì)應(yīng)的根莖類植物根 部病蟲害嚴(yán)重度系數(shù)，及上述不同病蟲害率對(duì)應(yīng)的根莖類植物根部病蟲害嚴(yán)重度系數(shù)Qf 分別為 ; 7. 5若待測(cè)樣品的根莖類植物根部病蟲害嚴(yán)重度系數(shù)Qf =Stl，則根莖類植物根部正常 為0級(jí)病蟲害；若Sc^Qf彡S1，則為1級(jí)病蟲害；若S^Qf彡S2，則為2級(jí)病蟲害；若S2〈Qf彡S3, 則為3級(jí)病蟲害；若S3〈Qf <S4，則為4級(jí)病蟲害；若為Qf>S4，則為5級(jí)病蟲害。
【文檔編號(hào)】G01N27/00GK104237318SQ201410480024
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月18日
【發(fā)明者】常志勇, 慕海鋒, 佟金, 陳東輝, 馬云海, 孫霽宇, 周江 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)