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植物叶片可以通过叶片表面的气孔,叶表面角质层的亲水小孔和叶片细胞外连丝把所需的养分吸收到植物体内。研究植物叶片组织吸收雾滴的过程和外界因素对叶片吸收雾滴的影响,可以为气雾培、叶面施肥以及植保机械的研究提供进一步的理论依据。本文建立了一个相对湿度为100%,温度可调的环境控制室,以蒸馏水为载体和以活体的猩猩木叶片为实验植株,借助MATLAB图像处理软件对叶片吸收雾滴的过程进行了研究。
首先,通过雾滴吸收试验数据采集系统,获得不同直径雾滴,不同温度,不同叶面位置和不同时刻时叶片吸收雾滴的实验数据和雾滴图片。
之后,利用MATLAB图像处理技术对雾滴图片进行了处理。要研究雾滴在叶片表面覆盖面积随时间的变化,最重要的就是对沉降在叶片表面的雾滴进行识别。本文采用蒸馏水进行实验,由于蒸馏水无色透明,沉降到叶片之后很难与叶片区分,这就需要对雾滴进行图像处理。本文以单个雾滴为例,介绍了整个雾滴图像的处理过程,这包括雾滴图像的灰度变换,灰度直方图均衡化处理,图像滤波,边缘检测和形态学处理等,经过图像处理之后,准确的计算出了雾滴覆盖面积。为了研究雾滴的吸收速度,本文还介绍了一种雾滴体积的计算方法。
最后,对实验数据进行了分析。为了消除雾滴蒸发对试验的影响,分别用直径为238.77,229.92,212.60μ m的雾滴来验证其蒸发率:在600 s内的蒸发率分别为1.4%,2.8%,3.1%。因此假设雾滴在前600 s内几乎无蒸发。之后,分析了雾滴直径,叶面位置,温度和不同时刻对雾滴吸收的影响,得到了不同条件下雾滴的吸收时间和吸收速度。分别选取直径为540,340μ m的雾滴进行雾滴覆盖面积变化的研究,得到了雾滴覆盖面积随时间的变化规律,并对覆盖面积的变化进行了数据分析。
通过研究叶片吸收雾滴的过程,我们对叶片吸收雾滴过程有了进一步的了解并且得到许多新的结论。例如:不是雾滴的直径越小,吸收速度越快;雾滴吸收速度跟叶片表面的气孔数所占叶片表面的比例有很大关系,而不是跟叶片表面的渗透压成正比;不同位置雾滴覆盖面积的变化是不同的,雾滴在叶片表面的覆盖面积前期变化缓慢,到后期变化迅速,而且越往后期变化越明显;雾滴的覆盖面积越大,雾滴吸收速度越快。
研究叶片吸收单个雾滴的过程,在本专业领域内尚属首创,为雾化栽培,叶片施肥和精确施药效率的提高提供了新的研究方向。