科创中国

霜冻是我国农业生产中面临的最主要低温灾害。由于长期缺乏有效的试验霜冻指标的野外试验仪器，科技人员只好采用离体（将植物体与母体分开带回实验室）开展低温冷冻试验，这样就造成研究的低温对植物影响结果与田间实际有一定较大出入，严重制约了冷冻害研究的深入开展。便携式霜冻自动化设备匮乏已成为制约霜冻灾害深入研究的主要瓶颈。本项目在宁夏气象科学研究所前期技术积累的基础上，开发了适用于野外作业的便携式霜冻实验箱，使用液氮制冷剂，设计了三循环对流热交换箱体结构，采用了增量式PID温度控制方法和阶梯PWM信号完成了霜冻过程的模拟，恒温控制超调量<0.58℃，测量精度±0.3℃，平均控制精度误差±0.07℃，感知相应<100秒。并试制了自动化便携式霜冻实验箱样品，申请专利2项。野外霜冻试验箱成为葡萄、苹果等果树，玉米、马铃薯等粮食作物，以及瓜菜幼苗霜冻指标研究的利器，可以模拟-10～10℃任意温度区间冷冻条件的自由设置，实现了作物霜冻指标的原位实验，使得实验结果更符合田间实际，研究成果可广泛应用与霜冻监测、预报、评估、防御，野外霜冻试验箱将成为科技人员在田间做冷冻害试验必备科研设备。

使用液氮制冷剂，设计了三循环对流热交换箱体结构，采用了增量式PID温度控制方法和阶梯PWM信号完成了霜冻过程的模拟，恒温控制超调量<0.58℃（图4），测量精度±0.3℃，平均控制精度误差±0.07℃（图5），感知相应<100秒。并试制了自动化便携式霜冻实验箱样品，申请专利2项。运用了自动化控制技术，基于STM32建立了温度采集、存储，状态监测、温度闭环反馈定时阶梯（升温、降温、恒温）便携霜冻试验箱自动控制系统，实现了用户自定义自然霜冻过程模拟控制。野外霜冻试验箱成为葡萄、苹果等果树，玉米、马铃薯等粮食作物，以及瓜菜幼苗霜冻指标研究的利器，可以模拟-10～10℃任意温度区间冷冻条件，温度条件可自由设置，实现了作物霜冻指标的原位实验。野外霜冻试验箱轻便，重量只有8公斤，便于携带，采用锂电池供电，方便野外无外接电源作业。

本项目研制的野外霜冻试验箱可用于葡萄、苹果、柑橘、桃、李、杏等果树霜冻指标的实验研究，可用于粮食作物玉米、马铃薯等的霜冻指标实验，还可用于瓜菜等幼苗的霜冻指标实验。在中国北方果树种植面积大,霜冻发生范围广、频率高、危害严重,果园霜冻监测、预报、预警、评估、防御对霜冻指标的需求很迫切，科研人员对能够实现原位实验的仪器设备很期待。运用野外霜冻试验箱，任意设置-10～10℃任意温度区间冷冻条件，温度自由设置，实验结束后可跟踪调查作物受害程度和产量损失。具有成本低，方便携带、操作简便，温度控制精度高，适合野外连续实验等优点，已在3项国家自然科学集进行项目中试用，同时在相关农业气象、林果生产、作物霜冻指标测定中也具有广泛应用。是冷冻害科学实验的必备仪器设备。野外霜冻试验箱将广泛应用于葡萄、枸杞、苹果、桃、李子、红梅杏等大型果树和作物小麦、玉米、马铃薯、蔬菜等的野外冷冻害试验，应用前景十分广阔。

“气候资源开发利用与减灾”团队是宁夏自治区创新团队,带头人张晓煜,博士,正高级工程师,团队成员39人,正高级职称16人,博士8人,近年来,主持国家自然科学基金项目10项，科技部项目3项,省部级项目38项。出版著作6部，发表论文138篇,制定行业标准3项,地方标准12项,获授权专利9项.获省部级科技进步12项.有1人获全国五一劳动奖章,4人获省部级先进工作者,12人次享受人才津贴.18人次入选自治区或者中国气象局人才工程. 自主研发了果树防霜烟雾弹、防霜火墙、野外霜冻试验箱等，揭示了果树霜冻的形成过程和机理，研发了果树不同发育期霜冻指标，评估了不同防霜技术的防霜效果和防霜条件，开发了果园霜冻风险管理信息系统，发展了以果园为单元的防霜理论。

野外霜冻试验箱取得2项授权专利，该技术的发明，极大地推动了霜冻指标实验的能力和水平，提高霜冻监测、预警、评估精度，提高霜冻防御的能力和效果。该成果已经在宁夏特色作物（枸杞、葡萄）、旱区特色农业气象、气象业务服务多个项目得到应用，支撑了“空气湿度对宁夏富士苹果花期霜冻指标的影响研究”（41565006）、“宁夏枸杞主栽品种花蕾期霜冻指标研究”（41565007）“贺兰山东麓酿酒葡萄晚霜冻预报方法研究”（41465004）等3项国家自然科学基金中得到应用，支撑自治区重点研发计划“贺兰山东麓酿酒葡萄农业气象灾害监测预警与防控关键技术研发应用”，支撑了自治区中央引导地方科技发展项目“葡萄园霜冻防御关键技术示范”，同时在相关农业气象、林果生产、作物霜冻指标测定中也具有广泛应用。

野外霜冻试验箱以技术转让方式转化，通过投资方投入生产线，项目提供技术标准，生产标准化的野外霜冻试验的面市，将为广大科研工作者提供冷冻害研究的便利仪器设备，满足市场技术需求。