变论域模糊自适应PID控制在池塘溶解氧中的应用

针对池塘溶解氧变化具有非线性、时变性、大惯性等特点以及常规模糊PID控制器自适应能力差等问题,设计一种基于变论域的模糊PID控制器与增氧机转速PID调节器构成的池塘溶解氧控制系统。文中采用20组数据数据样本进行喂食量与溶解氧的关系和光照强度与溶解氧的关系进行实验,喂食量与溶解氧的R2为0.947 4优于光照强度与溶解氧的R2为0.933 9,并用10组数据样本验证,验证数据表明喂食量与溶解氧更适用于池塘溶解氧系统模型,有较好的应用价值。     

麦饭石对鱼菜共生系统的影响试验

分别采用麦饭石和陶粒颗粒处理作为鱼菜共生系统无土栽培及养殖水过滤基质，对生菜株高、根长、地上部鲜质量及叶绿素含量等指标测定，以及对乌鳢鱼养殖过程中存活率、增重率和水体pH值、溶解氧含量等水质指标测定。试验结果表明，在鱼菜共生系统中投放麦饭石可有效提高生菜和乌鳢生长发育水平，试验组比对照组根长、株高、单株质量、叶绿素含量分别增加18-4%、15-0%、21-9%、45-8%；乌鳢鱼养殖过程中试验组比对照组的pH值高0-42，溶解氧高0-69 mg/L，死亡率降低7-6%，增加质量提高23-68%。试验证明麦饭石在鱼菜共生系统中性质稳定，对蔬菜、乌鳢的生长发育及水体保持具有较好的效果。      

深水培栽培樱桃番茄营养液溶氧量变化分析

测定分析了华东型连栋塑料大棚内深水培营养液液温日变化和溶解氧量的消减动态。结果表明：营养液液温与大棚内气温呈极显著的正相关,但液温的日变化相对平缓;营养液溶氧量随栽培槽长度的增加而降低,因此深水培栽培樱桃番茄时,种植槽长度不宜过长。     

鱼菜共生耦合智能控制系统设计与试验

为研究鱼菜共生系统鱼菜耦合关系,采用传感器技术、物联网技术和自动控制技术设计一套含数据自动采集、记录、分析和控制于一体的鱼菜共生耦合智能控制系统。该系统能实现鱼池和生化池溶氧、温度及水位自动控制,水肥自动配比、旋转立体栽培架自动灌溉及温室环境自动控制功能,数据自动采集、存储和分析功能,以及设备远程控制、状态远程查看等功能。      

智能鱼菜共生装置的设计与试验研究——基于物联网远程控制

针对室内养殖花卉果蔬和观赏鱼占地面积较大、不卫生及鱼类清洗换水麻烦等问题,设计了一款基于物联网远程控制的鱼菜共生装置。装置由水循环过滤系统、自动供氧系统、自动补光系统、自动加热系统、水质检测系统、电路保护系统、水温水位检测系统、自动喂食系统,以及远程控制系统构成。该装置采用的潮汐式水循环过滤系统减少了水资源的浪费,自动补光、供氧、喂食系统能够保证动植物在无人的状态下能够正常生存,且控制系统的稳定性及测量模块的准确性保证控制系统能够准确输出信号。该设计减少了养鱼时换水次数,同时可利用养鱼产生的废水种植绿色蔬菜。蔬菜无土栽培对比试验表明:植物在生长期的形态指标要优于传统土培和普通水培的植物,研究结果为物联网智能栽培、养殖系统提供技术支持。     

微型水培人工气候箱环境监控系统设计

针对水培菜生长过程中对光照强度、环境温湿度及营养液的不同需求,设计了一种微型水培人工气候箱环境监控系统,可用于家庭园艺或餐厅农场.基于STM32F103ZET6控制器,设计了系统相关硬件电路及系统控制程序,主要包括外部环境检测模块、外部环境调节模块、营养液检测模块、营养液调节模块、LCD显示及按键模块及上位机显示界面....     

滇中高原不同土地利用类型土壤水氮变化试验研究

【目的】研究不同土地利用类型土壤水氮变化特征及其相关性,为滇中高原农田红壤土水肥流失和治理提供科学依据。【方法】通过2018年6—10月自然降水条件下标准径流小区的试验数据分析,对林地、园地、荒草地、坡耕地和裸地土壤水氮各指标进行测定,并分析其相关性,其中裸地作为对照。【结果】在土壤深度方向上,土壤含水率随土层深度的增加而增大;5种地类土壤全氮的量均值分别为1.67、0.76、0.70、0.52和0.67 g/kg。土壤硝态氮在0～100 cm土层平均量最高园地为13.39 mg/kg,最低裸地为5.13 mg/kg;林地、坡耕地、荒草地土壤铵态氮量随土壤深度先减少后增加。在时间上,土壤含水率呈波动性变化;土壤全氮量在6—10月平均值最大为园地(0.92g/kg),最小为坡耕地(0.50 g/kg);林地、荒草地、坡耕地土壤硝态氮量随时间延长逐渐减小;园地和裸地土壤铵态氮量随时间延长减少。土壤含水率和土壤铵态氮量与土层深度呈极显著相关关系(P0.01),土壤硝态氮和土壤铵态氮与时间的相关系数分别为-0.440,P=0.028和-0.442,P=0.027,变化呈显著相关关系。【结论】滇中高原农田红壤土壤水分垂直运移规律为随土壤深度增加而增大,不同土地利用类型土壤氮素时空差异较大,土壤全氮的量与土壤深度和时间相关性不显著(P0.05)。     

基于SMOS降尺度数据的土壤水分时空变化分析研究

把握土壤水分时空格局变化特征,对生态环境综合治理、防止水土流失具有重要参考价值与现实意义。提出一种基于DEM校正TVDI的SMOS土壤水分数据降尺度方法,对25 km空间分辨率的SMOS L3土壤水分产品空间尺度降至1 km,并对降尺度结果进行了验证。然后利用土壤水分变化的空间均方根误差(RMSEδs)和时间均方根误差(RMSEδt)对2017年研究区的土壤水分时空格局变化进行了分析,分析结果表明研究区土壤水分时空分布呈现不均一性,总体上南部和东部地区土壤水分含量较高,北部和西部地区含量较低。土壤水分随时间变化有所波动,6-8月份雨季时期土壤水分值普遍较高。此外,TRMM 3B43降水数据和土壤水分降尺度结果相关性分析表明,不同降雨条件会对土壤水分和降雨之间的相关系数产生显著的差异性影响。     

里下河腹部典型区水质时空变化特征及其原因分析

江苏里下河地区河网密布、水体流动性差,水生态环境问题突出,水质时空特征分析可为水资源管理与水生态环境改善提供科学依据。基于2017年里下河泰州地区39个断面的全指标水质监测数据,综合运用单因子水质标识指数法、综合水质标识指数法和GIS空间分析方法,分析里下河腹部典型区水质时空变化特征及其原因。里下河腹部泰州地区水质呈现显著的年内变化,水质年内变化主要受丰水期降雨和逐月外引水源水量影响。1-5月,降水量少,外引水量增加,水质好转;6-9月,引水量下降,降水量上升,水质恶化;10月降水量和引水量都较少,水质为年内最差;10-12月,降水量少,引水量增加,水质好转。水质最差的7-10月主要污染因子为溶解氧、高锰酸盐指数、总磷;水质较差的1-2月主要污染因子为五日生化需氧量、高锰酸盐指数、总磷、化学需氧量;水质较好的3-6月主要污染因子为五日生化需氧量和总磷。里下河腹部泰州地区水质亦有显著的空间差异,外引水源水量大的月份,水质由西南部向东北部和东南部逐渐变差,水质空间变化与引水路线有较强的相关性;外引水源水量小的月份,水质总体上呈现南优北劣的特征,主要受到降水、地形和当地污染物积累的影响。     

西北干旱区农田春小麦蒸散量的空间插值方法

综合运用传统统计分析方法和地质统计分析方法,研究了西北旱区春小麦蒸散量在不同生育阶段的时空变异特征,并分析了试验区表层土壤储水量和叶面积指数对春小麦蒸散量的影响关系,通过分析比较,筛选表层土壤储水量为协同因子,并将其应用到试验区春小麦蒸散量的空间插值研究中。研究结果表明:在所研究的条件下,即使外观较为均匀、面积相对较小的农田,春小麦蒸散量仍具有较高的空间变异(变异系数范围0.328~0.495);当降雨入渗深度小于20 cm时,表层土壤储水量(0~20 cm)是影响研究区春小麦蒸散量变异的主要因子,春小麦不同生育期累积蒸散量与表层土壤储水量变化的相关系数在0.8~0.9之间,远大于春小麦累积蒸散量与叶面积指数的相关系数;基于表层土壤储水量的蒸散量协同克里金空间插值分析与地面实测结果相比,仅42个蒸散量地面采样数据即可保证研究区春小麦蒸散量估计精度高于90%。     

滴灌条件下黄棕壤土水分运动规律研究

试验研究了不同滴速、初始含水率和容重条件下,黄棕壤土水分运动规律,并分别分析了0～5 cm、5～10cm、10～15 cm水平和垂直方向土层含水率的相关性和变异系数.结果表明:滴速、初始含水率和容重均对水分运动有明显影响;水分水平和垂直扩散距离与入渗时间之间呈多项式关系,且R<'2>在0.9以上;滴灌量相同滴速为3.0 L/h在滴灌过程中出现大面积积水.土壤垂直方向0～5 cm与5～10 cm含水率之间的相关性为0.883,而5～10 cm与10～15 cm的相关性则只有0.467;水平方向上5～10 cm含水率不仅变异系数高而且与相邻的0～5 cm、10～15 cm的相关性均较低,分别是0.366和0.472.因此对于黄棕壤土合理的滴速应选择在2.0～2.5 L/h范围内,土壤水分传感器埋设在距离滴头水平方向5 cm、垂直方向10 cm处比较合理.     

近红外土壤含水率传感器设计与试验

设计了一种适用于快速测量土壤含水率的近红外传感器。发光二极管(LED)作为传感器的光源,中心波长为1 940 nm的光为测量光,1 800 nm为参考光,土壤含水率对这2个波长的光有不同的吸收特性。光源发出的光照射到土壤表面,经反射后进入光电转换器,将光信号转换为电信号,送至两级放大电路、模数转换器(A/D)、显示和存储设备,输出的反射光强与土壤含水率存在一定的关系。仪器性能试验表明:光源传感器到土壤表面的距离对采集信号的强度有一定影响,根据传感器的结构,可以选择一定的距离使反射信号的强度和稳定性最好。两波长光的反射光强随着土壤粒径的增大而减小;土壤含水率与相对吸收深度之间具有很好的线性相关性,回归分析的决定系数为0.863。     

秸秆颗粒形态对沟灌入渗特征影响的试验研究

为了探明秸秆粉碎颗粒形态对沟灌土壤水分运移特征和土壤质量含水率分布状况的的影响,采用具有不同秸秆粉碎形态的玉米叶(片状)和玉米芯(颗粒状),进行了室内试验研究,并采用HYDRUS-2D软件对不同处理湿润锋运移情况进行了模拟.结果表明:具有片状形态的玉米叶各处理,随混掺比例及埋深的不同,均能降低土壤的入渗率,而具有颗粒形态的玉米芯处理显著增加了土壤入渗率;玉米芯混掺处理表明在埋深(10,15］ cm设置混掺层能增大土壤的垂向运移距离,18%土壤质量含水率等值线垂向距离明显大于埋深(5,10］ cm处理的;玉米叶不同埋深处理表明埋深(10,15］ cm比(5,10］ cm更能增加18%土壤质量含水率等值线的水平距离;3%Y10~15(混掺比例3%,玉米叶,埋深(10,15］ cm)处理最大土壤质量含水率值达到21%,而其垂向运移距离最短,说明该处理能够有效地阻滞水分的垂向入渗,增强植物混掺层上部土壤质量含水率;采用HYDRUS-2D软件模拟的湿润锋运移值与实测值误差在3%以内,说明其能够准确描述植物混掺条件下沟灌入渗过程中的湿润锋运移特征.     

加氧微咸水溶氧量对土壤水盐运移特征的影响

利用微纳米发泡器对微咸水进行加氧处理,并对加氧微咸水入渗条件下的土壤水盐运移特征及对入渗模型参数影响开展了研究。结果表明,在微咸水不同溶氧量入渗条件下,入渗时间相同时,累积入渗量和湿润锋深度随溶氧量增加先增加后减小,微咸水溶氧量为14. 0 mg/L时累积入渗量和湿润锋深度最大。相比于其他处理,微咸水溶氧量为14. 0 mg/L时能加快水分入渗,增加土壤体积含水率。此外,相比于不加氧处理,不同加氧水平入渗均能提高灌溉水脱盐效率。同时,利用现有入渗模型对入渗过程进行了定量分析,结果显示代数模型和PHILIP模型都能准确描述加氧微咸水入渗过程,而且模型参数与微咸水溶氧量存在函数关系。PHILIP模型中吸渗率随着微咸水溶氧量的增加呈先增加后减小的趋势,最大值出现在14. 0 mg/L,代数模型中综合形状系数则呈现相反的规律,最小值出现在14. 0 mg/L,且代数模型可较好描述加氧微咸水一维垂直入渗条件下的土壤含水率分布。     

基于荧光法的溶解氧传感器研制及试验

溶解氧含量的测量对水产养殖具有极其重要的意义，但目前中国市面上的溶解氧传感器存在价格昂贵、不能持续在线测量及更新部件维护困难等问题，难以在水产养殖物联网中大规模推广和发挥作用。本研究基于荧光淬灭原理，利用水中溶解氧浓度与荧光信号相位差的关系进行低成本、易维护溶解氧传感器的研发。首先利用自制备溶氧敏感膜，经激发光照射后产生红色荧光，该荧光寿命可由溶解氧浓度调节；然后利用光信号敏感器件设计光电转化电路实现光信号感知；再以STM32F103微处理器作为主控芯片，编写下位机程序实现激发光脉冲产生，利用相敏检波原理以及快速傅里叶变换（FFT）计算激发光与参照光的相位差，进而转化为溶解氧浓度，实现溶解氧的测量。荧光探测部分与系统主控部分采用分离式设计思想，利用屏蔽排线直接插拔连接，便于传感器探测头的拆卸、更换、维护以及实现远距离在线测量。经测试，本溶解氧传感器的测量范围是0~20 mg/L，响应延迟小于2 s，溶氧敏感膜使用寿命约1年，可以实时不间断地对溶解氧浓度进行测量。同时，本传感器具有测量方便、制作成本低、体积小等特点，为中国水产养殖低成本溶解氧传感器的研发与市场化奠定了良好的基础。     

乌梁素海富营养化水体pH值与其它指标的相关性初探

内蒙古乌梁素海是河套灌区灌排水系的重要组成部分，针对其水体富营养化、浮游动植物等生物多样性减少，水位下降，盐碱化加剧等问题，采用野外监测和室内试验相结合的方法，测试了水质的物理、化学、生物等各项指标，通过SPSS软件进行了乌梁素海水体pH值与溶解氧、电导、化学需氧量、总氮、总磷、叶绿素等污染指标的相关性研究。研究pH与其他水体指标的相关性，对控制水体盐碱化有重要意义。研究结果表明：pH值与电导的相关系数0.629，与溶解氧相关系数为0.696，与总磷的相关系数为-0.542，与COD、总氮、叶绿素没有直接关系，由于污染物的输入，水体中的酸碱中和反应产生的氢离子引起了pH值的升高，水体中藻类光合作用是引起pH值升高的重要因素，因此，研究pH与其他指标的相关性为控制和治理水体污染提供了一定的理论依据。     

沟灌条件下灌水沟入渗特性研究

为探明沟灌时灌水沟的水分入渗规律,从沟灌二维入渗过程、入渗湿润锋运移特性、累计入渗水量变化过程、土壤含水量分布等方面研究了沟灌的入渗特征及其影响,研究表明：灌水沟中水深、沟底宽、湿周对沟灌入渗过程均有明显影响。沟中水深增大,有利于加大侧向入渗,垂向入渗减少,而水深减小,会加大垂向入渗,增加深层渗漏。灌水沟底宽不影响灌水沟的侧向入渗,仅影响垂向入渗,底宽减小,垂向入渗深度相应减小,且土壤表面以下40 cm深以内水平向入渗深度平均值与最大垂向入渗深度的比值在沟底宽小时均大于沟底宽大时。合理的断面形式和大小有利于减小垂向入渗,加大水平侧向入渗,灌水沟断面形式为梯形断面时,宽深比近似为2效果最优。研究结果可为改进沟灌灌水技术提供参考。     

新疆棉田地下滴灌方式下土壤水分运移变化规律研究

为探讨新疆棉田地下滴灌方式下土壤水分含量的规律,在棉花不同生育期,采用烘干法,从水平方向和垂直方向上测定棉田土壤水分含量.结果表明,棉花不同生育期垂直方向上土壤含水量的变化随着土层深度的增加均呈增大的趋势;水平方向上土壤含水量的变化,除在35～55 cm土层有波动外,其余各土层基本无变化;不同土层平均土壤含水量随棉花生育进程基本呈二次曲线变化,不同土层平均土壤含水量的变化基本呈"S形变化.