CN113916724A - 一种模拟病原菌在土壤中扩散的设备及方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种模拟病原菌在土壤中扩散的设备及方法，其中包括模拟箱模块、调节模块、外界环境信息采集模块、土壤数据采集处理模块；所述模拟箱模块内设置有模拟箱体，所述模拟箱体分为若干层土壤层，且每层土壤层之间都通过渗透面板间隔，所述模拟箱体的底部设置有积水室，本发明通过模拟箱模块来模拟病原菌在土壤中的垂直方向、水平方向上的扩散情况，而且通过外界环境信息采集模块采集目标区域的环境信息，以最大的相似度来模拟目标区域的外界环境信息，从而建立扩散模型，进而从扩散模型中预测目标区域的病原菌的扩散程度，进而可以有效地计算出扩散到农作物处的时间点或者时间段，从而有效地防止病原菌侵染农作物。

Description

一种模拟病原菌在土壤中扩散的设备及方法

技术领域

本发明涉及模拟设备领域，尤其涉及一种模拟病原菌在土壤中扩散的设备及方法。

背景技术

土地是人类赖以生存和发展的物质基础，随着城市化进程的加速、用地功能的调整、农用化学物质种类、数量的增加，使土壤遭受了不同程度的污染，不仅破坏了生态平衡，而且还影响着食品安全以及人类的健康。病原菌是一种引起疾病的微生物,比如病毒或细菌、病原微生物又可称为病原菌，是指能入侵宿主引起感染的微生物，有细菌、真菌、病毒等。它们能产生致病物质，造成宿主感染。病原菌的致病物质可分为毒素和侵袭力两大类。毒素对宿主有毒，能直接破坏机体的结构和功能。侵袭力本身无毒性，但能突破宿主机体的生理防御屏障，并可在机体内生存下来(医学上称为定殖)、繁殖和扩散。如果把毒素当作"元凶"，那侵袭力就是"帮凶"。

土壤病原菌的污染是来源于人畜粪便和灌溉污水中的病原菌、病毒等病原微生物的污染，而土壤和水对病原菌污染扩散起到决定性作用。另外，许多小型养殖户滥用抗生素，大量病死牲畜随意掩埋、丢弃到土壤或水体中，极有可能导致病原菌的广泛传播。人直接接触或食用被土壤污染的蔬菜、水果等则间接污染等。而且土壤的某些病原菌是连作障碍的主因，连作障碍主要来自土壤微生物分泌的毒素或直接的机械损伤土壤中病原性根际微生物分泌产生的生物毒素直接影响着根系的生长、发育、形态和生理过程，进而损伤农作物，降低了农作物的产量。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供了一种模拟病原菌在土壤中扩散的设备及方法。

为达上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明第一方面提供了一种模拟病原菌在土壤中扩散的设备，包括模拟箱模块、调节模块、外界环境信息采集模块、土壤数据采集处理模块，其中，所述模拟箱模块用于容纳模拟试验的土壤及病原菌，所述调节模块用于与所述外界环境信息采集模块接合以调节模拟箱模块内的变量，所述土壤数据采集处理模块用于对所述模拟箱模块中的土壤病原菌信息的采集和处理土壤病原菌信息，

所述模拟箱模块内设置有模拟箱体，所述模拟箱体分为若干层土壤层，且每层土壤层之间都通过渗透面板间隔，所述模拟箱体的底部设置有积水室，所述积水室内设置有水资源，所述积水室的一端连接进水管，另一端连接出水管，以实现模拟地下水的流动性，而且所述出水管处设置有检测室，所述检测室内设置有病原菌检测仪器；

所述土壤数据采集处理模块包括具有直线移动功能的移动面板，所述移动面板设置于所述模拟箱体的侧壁上。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述移动面板上设置有检测仪，所述检测仪用于实时获取土壤中病原菌的分布情况，以根据所述分布情况建立分布图。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述渗透面板用于根据所述外界环境信息采集模块采集的信息为每层土壤层提供相同的环境。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述渗透面板通过获取预设时间段内的病原菌在各层土壤层中的渗透速度、渗透量，以通过所述土壤数据采集处理模块得到病原菌在土壤层在垂直方向上的迁移速度、迁移程度。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述模拟箱体的顶部上设置有若干支撑条，所述支撑条上设置有若干导管，所述导管一端伸入每层土壤层中，另一端与外界水源接通。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述导管通过所述外界环境信息采集模块采集的湿度信息对各土壤层进行补水。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述模拟箱体中的每层土壤层中均设置有温湿度及含水率传感器组件，所述温湿度传感器及含水率传感器组件用于向上传递温湿度信息。

本发明第二方面提供了一种模拟病原菌在土壤中扩散的设备的方法，应用于任一项所述的模拟病原菌在土壤中扩散的设备，其中包括以下步骤：

获取预设时间内的模拟箱体中个土壤层的病原菌分布情况；

根据所述病原菌的分布情况建立病原菌分布图；

基于所述病原菌分布图来预测单位土壤体积内的病原菌的扩散速度；

基于神经网络建立病原菌扩散模型并将病原菌导入所述病原菌扩散模型进行训练；

将所述单位土壤体积内的病原菌的扩散速度导入病原菌扩散模型预测目标区域的病原菌的扩散速度值；

判断所述目标区域的病原菌的扩散速度值是否危及目标区域内的农作物；

若是，则发出预警信号。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，判断所述目标区域的病原菌的扩散速度值是否危及目标区域内的农作物，具体包括以下步骤：

基于所述目标区域的病原菌的扩散速度值计算出危及目标区域内的农作物的预测时间点；

将所述预测时间点与预设农作物收获时间点对比，得到偏差率；

判断所述偏差率是否大于预设偏差率阈值；

若大于，计算出灭杀病原菌的有效时间段；

在所述有效时间段内采取措施对土壤中的病原菌进行灭杀。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述分布情况为在垂直方向与水平方向上的病原菌的分布情况。

本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：本发明通过模拟箱模块来模拟病原菌在土壤中的垂直方向、水平方向上的扩散情况，而且通过外界环境信息采集模块采集目标区域的环境信息，如湿度、温度等，而且模拟箱模块亦创造相同的温度、湿度环境，以最大的相似度来模拟目标区域的外界环境信息，从而建立扩散模型，进而从扩散模型中预测目标区域的病原菌的扩散程度，进而可以有效地计算出扩散到农作物处的时间点或者时间段，从而有效地防止病原菌侵染农作物，而且对病原菌的扩散污染有一定的防治效果，有益于修复病原菌污染的土壤。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。

图1示出了模拟病原菌在土壤中扩散的设备的整体结构示意图；

图2示出了模拟病原菌在土壤中扩散的设备的部分结构示意图；

图3示出了模拟病原菌在土壤中扩散的设备的部分结构示意图；

图4示出了模拟病原菌在土壤中扩散的设备的方法流程图；

图5示出了判断所述目标区域的病原菌的扩散速度值是否危及目标区域内的农作物的具体方法流程图；

图中：

1.模拟箱模块，2.土壤数据采集模块，101.模拟箱体，102.渗透面板，103.积水室，104.进水管，105.出水管，106.支撑条，107.导管，201.移动面板。

具体实施方式

为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本发明第一方面提供了一种模拟病原菌在土壤中扩散的设备，包括模拟箱模块1、调节模块、外界环境信息采集模块、土壤数据采集处理模块3，其中，所述模拟箱模块1用于容纳模拟试验的土壤及病原菌，所述调节模块用于与所述外界环境信息采集模块接合以调节模拟箱模块1内的变量，所述土壤数据采集处理模块用于对所述模拟箱模块1中的土壤病原菌信息的采集和处理土壤病原菌信息，

所述模拟箱模块1内设置有模拟箱体101，所述模拟箱体101分为若干层土壤层，且每层土壤层之间都通过渗透面板102间隔，所述模拟箱体101的底部设置有积水室103，所述积水室103内设置有水资源，所述积水室103的一端连接进水管104，另一端连接出水管105，以实现模拟地下水的流动性，而且所述出水管105处设置有检测室，所述检测室内设置有病原菌检测仪器；

所述土壤数据采集处理模块2包括具有直线移动功能的移动面板201，所述移动面板201设置于所述模拟箱体101的侧壁上。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述渗透面板102用于根据所述外界环境信息采集模块采集的信息为每层土壤层提供相同的环境。

需要说明的是，通过一系列传感器(如温度传感器、湿度传感器等)获取待模拟目标区域的土壤层中温度以及湿度，进而通过外界环境信息采集模块与调节模块进行结合，进而调节模块发送调节信号对模拟箱体内的温度、湿度进行调节。而模拟箱体101分为若干层土壤层，且每层土壤层之间都通过渗透面板102间隔，所述渗透面板102能通过水分、病原菌，但是不能通过土壤颗粒。因此，效果为能够获取到模拟箱101中病原菌通过渗透面板102的数量，在病原菌继续往下进行繁殖时，能够获取到每层土壤层中的病原菌的渗透时间、渗透量，进而计算出病原菌在垂直方向上迁移速度。而在水平方向上，所述土壤数据采集处理模块2设置有移动面板201，而移动面板201上设置有检测仪，在做病原菌的模拟实验时，该检测仪能够检测出靠近移动面板201的病原菌，从而计算出病原菌在水平方向上的迁移速度以及迁移程度，所述迁移程度为病原菌在一定时间内被检测仪检测到的迁移数量，病原菌迁移的数量越多，病原菌迁移的程度亦越高。进而根据在垂直方向以及水平方向上病原菌的迁移速度以及迁移程度建立病原菌扩散模型，从而对目标区域的土壤病原菌扩散情况进行预测计算，得到有效的病原菌处理时间段，进而处理病原菌，避免了病原菌侵染农作物以及对目标区域的病原菌扩散程度进行预测，从而计算出施药范围，而且既能够提前采取措施控制病原菌扩散，又能根据计算出的扩散范围确定施药量。

如图3所示，另外，需要说明的是，由于病原菌在垂直方向上进行扩散时，容易污染地下水。因此，本设备的模拟箱体101内设置有积水室103，该积水室103为模拟地下水的流动形式，且通过进水管104与出水管105的水源更换来进行模拟地下水的流动。而且该出水管105内设置有检测室，当有病原菌通过时，该检测室能够检测出有病原菌通过，此时说明地下水被污染。而在这个污染的过程中，病原菌移动至地下水处时存在着病原菌迁移周期，通过该迁移周期可以对该污染提前进行预防。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述移动面板201上设置有检测仪，所述检测仪用于实时获取土壤中病原菌的分布情况，以根据所述分布情况建立分布图。需要说明的是，所述分布图能够直接反映在一定的时间段内病原菌扩散的范围，进而将该分布图整合到待测目标区域之中，进而预测目标区域的扩散情况。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述渗透面板102通过获取预设时间段内的病原菌在各层土壤层中的渗透速度、渗透量，以通过所述土壤数据采集处理模块3得到病原菌在土壤层在垂直方向上的迁移速度、迁移程度。需要说明的是，渗透面板102的设计为能够通过病原菌以及水分，但是不能够通过土壤颗粒，由于渗透面板上设置有检测器，此设计方法能够有效地检测出病原菌在各土壤层的停留时间，具体为记录初始进入到土壤层的初始时间以及刚接触下一层的渗透面板的初始时间，两个初始时间的差值即为病原菌在该土壤层停留的时间段，该时间段可以理解为病原菌的迁移速度，进而根据该迁移速度预测目标区域的病原菌在垂直梯度方向上的迁移情况。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述模拟箱体101的顶部上设置有若干支撑条106，所述支撑条106上设置有若干导管107，所述导管107一端伸入每层土壤层中，另一端与外界水源接通。需要说明的是，在外界环境信息采集模块采集土壤的湿度信息，通过导管107导入一定的水分，调节模块控制导管107补水量来进行控制各土壤层的湿度，以尽可能保持模拟箱模块中的土壤与目标区域的土壤的湿度保持一致，从而提高模拟实验的准确性，进而提高对目标区域预测的准确性。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述导管107通过所述外界环境信息采集模块采集的湿度信息对各土壤层进行补水。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述模拟箱体中的每层土壤层中均设置有温湿度及含水率传感器组件，所述温湿度传感器及含水率传感器组件用于向上传递温湿度信息。需要说明的是，向上传递温湿度信息具体为调节模块接收到温湿度信息对模拟箱模块中的温湿度进行调节。

如图4所示，本发明第二方面提供了一种模拟病原菌在土壤中扩散的设备的方法，应用于任一项所述的模拟病原菌在土壤中扩散的设备，其中包括以下步骤：

S102:获取预设时间内的模拟箱体中个土壤层的病原菌分布情况；

S104:根据所述病原菌的分布情况建立病原菌分布图；

S106:基于所述病原菌分布图来预测单位土壤体积内的病原菌的扩散速度；

S108:基于神经网络建立病原菌扩散模型并将病原菌导入所述病原菌扩散模型进行训练；

S110:将所述单位土壤体积内的病原菌的扩散速度导入病原菌扩散模型预测目标区域的病原菌的扩散速度值；

S112:判断所述目标区域的病原菌的扩散速度值是否危及目标区域内的农作物；

S114:若是，则发出预警信号。

需要说明的是，在模拟某种病原菌的扩散程度时，通过土壤数据采集处理模块获取到一定时间内的模拟箱体中个土壤层的病原菌分布情况，其中分布情况包括在垂直方向以及水平方向上的病原菌的分布得出单位土壤体积内的病原菌的扩散速度，其扩散速度可以理解为初始进入到土壤层的初始时间以及刚接触下一层的渗透面板的初始时间，两个初始时间的差值即为病原菌在该土壤层停留的时间段，进而在该扩散速度基础上根据神经网络来预测目标区域的病原菌的扩散速度值。当土壤数据采集处理***判断出该扩散速度值时，发出预警信号提示用户需要提前采取措施对该目标区域的病原菌进行灭杀。

如图5所示，进一步地，本发明的一个较佳实施例中，判断所述目标区域的病原菌的扩散速度值是否危及目标区域内的农作物，具体包括以下步骤：

S202:基于所述目标区域的病原菌的扩散速度值计算出危及目标区域内的农作物的预测时间点；

S204:将所述预测时间点与预设农作物收获时间点对比，得到偏差率；

S206:判断所述偏差率是否大于预设偏差率阈值；

S208:若大于，计算出灭杀病原菌的有效时间段；

S210:在所述有效时间段内采取措施对土壤中的病原菌进行灭杀。

需要说明的是，另外，由于农作物收获的时间几乎是在某个确定的时间段，而该扩散速度值为预测出的扩散范围值，当扩散范围值大于该时间段时，可以理解为该病原菌能够侵染到农作物。因此，当扩散范围值大于该时间段时，需要提前采取措施灭杀病原菌。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述分布情况为在垂直方向与水平方向上的病原菌的分布情况。

综上所述，本发明通过模拟箱模块来模拟病原菌在土壤中的垂直方向、水平方向上的扩散情况，而且通过外界环境信息采集模块采集目标区域的环境信息，如湿度、温度等，而且模拟箱模块亦创造相同的温度、湿度环境，以最大的相似度来模拟目标区域的外界环境信息，从而建立扩散模型，进而从扩散模型中预测目标区域的病原菌的扩散程度，进而可以有效地计算出扩散到农作物处的时间点或者时间段，从而有效地防止病原菌侵染农作物。而且对病原菌的扩散污染有一定的防治效果，有益于修复病原菌污染的土壤。

此外，本方法还包括以下步骤：

根据病原菌扩散模型得到目标区域的扩散速度值；

基于所述目标区域的扩散速度值来预测预设时间段内的病原菌的迁移位置点；

通过所述迁移位置点分析病原菌是否对所述目标区域的农作物的根系的生长存在机械损伤；

若是，预测病原菌对农作物根系造成机械损伤的损伤程度；

根据所述损伤程度预测农作物的产生的症状。

需要说明的是，本方法通过大数据网络获取到病原菌对该地区的农作物是否造成机械损伤，当造成农作物的机械损伤时，此时得到一个损伤程度，从而利用此损伤程度计算预测该目标区域的农作物的减产量、某生长阶段产生的症状，为农作物连作减产提供了防御基础，亦为精准施药提供了对症下药基础。

以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术。

Claims (10)

1.一种模拟病原菌在土壤中扩散的设备，包括模拟箱模块、调节模块、外界环境信息采集模块、土壤数据采集处理模块，其中，所述模拟箱模块用于容纳模拟试验的土壤及病原菌，所述调节模块用于与所述外界环境信息采集模块接合以调节模拟箱模块内的变量，所述土壤数据采集处理模块用于对所述模拟箱模块中的土壤病原菌信息的采集和处理土壤病原菌信息，其特征在于，

所述模拟箱模块内设置有模拟箱体，所述模拟箱体分为若干层土壤层，且每层土壤层之间都通过渗透面板间隔，所述模拟箱体的底部设置有积水室，所述积水室内设置有水资源，所述积水室的一端连接进水管，另一端连接出水管，以实现模拟地下水的流动性，而且所述出水管处设置有检测室，所述检测室内设置有病原菌检测仪器；

所述土壤数据采集处理模块包括具有直线移动功能的移动面板，所述移动面板设置于所述模拟箱体的侧壁上。

2.根据权利要求1所述的一种模拟病原菌在土壤中扩散的设备，其特征在于，所述移动面板上设置有检测仪，所述检测仪用于实时获取土壤中病原菌的分布情况，以根据所述分布情况建立分布图。

3.根据权利要求1所述的一种模拟病原菌在土壤中扩散的设备，其特征在于，所述渗透面板用于根据所述外界环境信息采集模块采集的信息为每层土壤层提供相同的环境。

4.根据权利要求1所述的一种模拟病原菌在土壤中扩散的设备，其特征在于，所述渗透面板通过获取预设时间段内的病原菌在各层土壤层中的渗透速度、渗透量，以通过所述土壤数据采集处理模块得到病原菌在土壤层在垂直方向上的迁移速度、迁移程度。

5.根据权利要求1所述的一种模拟病原菌在土壤中扩散的设备，其特征在于，所述模拟箱体的顶部上设置有若干支撑条，所述支撑条上设置有若干导管，所述导管一端伸入每层土壤层中，另一端与外界水源接通。

6.根据权利要求5所述的一种模拟病原菌在土壤中扩散的设备，其特征在于，所述导管通过所述外界环境信息采集模块采集的湿度信息对各土壤层进行补水。

7.根据权利要求1所述的一种模拟病原菌在土壤中扩散的设备，其特征在于，所述模拟箱体中的每层土壤层中均设置有温湿度及含水率传感器组件，所述温湿度传感器及含水率传感器组件用于向上传递温湿度信息。

8.一种模拟病原菌在土壤中扩散的设备的方法，其特征在于，应用于权利要求1-7任一项所述的模拟病原菌在土壤中扩散的设备，其中包括以下步骤：

获取预设时间内的模拟箱体中个土壤层的病原菌分布情况；

根据所述病原菌的分布情况建立病原菌分布图；

基于所述病原菌分布图来预测单位土壤体积内的病原菌的扩散速度；

基于神经网络建立病原菌扩散模型并将病原菌导入所述病原菌扩散模型进行训练；

将所述单位土壤体积内的病原菌的扩散速度导入病原菌扩散模型预测目标区域的病原菌的扩散速度值；

判断所述目标区域的病原菌的扩散速度值是否危及目标区域内的农作物；

若是，则发出预警信号。

9.根据权利要求8所述的一种模拟病原菌在土壤中扩散的设备的方法，其特征在于，判断所述目标区域的病原菌的扩散速度值是否危及目标区域内的农作物，具体包括以下步骤：

基于所述目标区域的病原菌的扩散速度值计算出危及目标区域内的农作物的预测时间点；

将所述预测时间点与预设农作物收获时间点对比，得到偏差率；

判断所述偏差率是否大于预设偏差率阈值；

若大于，计算出灭杀病原菌的有效时间段；

在所述有效时间段内采取措施对土壤中的病原菌进行灭杀。

10.根据权利要求8所述的一种模拟病原菌在土壤中扩散的设备的方法，其特征在于，所述分布情况为在垂直方向与水平方向上的病原菌的分布情况。

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