不同光质与光照度对水稻温室立体育秧秧苗素质的影响

水稻温室立体育秧技术具有节省秧田、减少土地浪费,利于标准化集中育秧等特点,但立体育秧中秧架各层之间光线互相遮挡造成的秧苗采光不足的问题,需要采用补光技术来改善秧架内光照条件以保证秧苗生长。该文基于植物光学理论分析确定水稻秧苗生长所需的红蓝光通量比(简称红蓝光比)范围,运用光照分析理论确定温室内光照度,并采用Ecotect软件进行温室内光环境模拟仿真。在理论分析和仿真结果的基础上研究不同补光条件对水稻秧苗生长质量的影响,采用LED植物补光灯分别对立体秧架上除顶层外的各层秧苗进行补光,设计红蓝光比、光照度及秧层间距3个因素的正交试验,分析不同红蓝光比、光照度和秧层间距对水稻秧苗素质的影响。试验结果表明,红蓝光比10:1、光照度2 500 lx的光处理对水稻苗茎伸长生长促进作用更好;红蓝光比8:1的光处理则对水稻幼苗干物质积累和根系盘结作用更好,而且比红蓝光比10:1和6:1的光处理的壮苗指数要高。分析得出各个因素对水稻秧苗素质影响的主次顺序为:红蓝光比光照度秧层间距,最佳的补光条件为:红蓝光比8:1,光照度2 500 lx,秧层间距45 cm。该文的研究结果为水稻工厂化立体育秧技术提供了参考。     

可调LED光源系统设计及其对菠菜生长的影

为提供设施农业装备运用的人工光源,进行了发光二极管(LED)光源系统的硬件及软件设计,并通过以荧光灯为对照对6种柔性组合的LED光源,进行了菠菜生长试验。研究发现该系统具有光质、光强、光周期及占空比柔性可调,可以作为设施补光及光生物学研究的理想光系统。在该光系统下的菠菜生长试验发现,菠菜在红蓝黄(RBY)光处理下叶柄长、叶面积、叶柄粗及根长都显著大于其他处理,生长较其他处理健壮,且RBY光处理菠菜光合色素质量分数显著高于其他处理,表明在红蓝复合光的基础上添加黄光有利于光合色素的合成,并显著地促进菠菜的生长,同时也表明该LED光源系统对开展植物补光应用具有一定的现实意义和使用价值。     

基于主动光源的作物生长信息监测仪的设计与试验

为了实现大田作物生长信息全天候实时、快速无损监测,基于作物生长光谱分析技术原理,研发了一种基于主动光源的作物生长信息监测仪。该监测仪包括由730和810 nm 2个光学通道组成的作物生长信息传感系统、控制器系统及其他部件,能快速、准确地获得作物冠层归一化植被指数值、比值植被指数值、差值植被指数值、重归一化植被指数值等主要光谱植被指数信息,为大田作物生长指标的实时反演奠定了基础。试验结果表明,在不同光照条件下,监测仪的抗光照稳定性能良好,标准差为1.05%和0.47%;该监测仪与Field Spec3地物光谱仪测得小麦冠层归一化植被指数值、比值植被指数值、差值植被指数值、重归一化植被指数值具有显著相关性,其决定系数分别为0.7017、0.7071、0.8178、0.7804;均方根误差分别为0.05362、0.2118、0.03434、0.04182。该监测仪具有稳定性好、抗干扰能力强、操作简便等优点,能够满足大田作物生长信息监测的要求,该研究为实现作物精确管理调控提供了可行的参考方法。     

土壤水氮迁移转化与作物生长耦合模拟

定量描述农田土壤-作物系统中水氮迁移转化规律,对水氮资源高效利用和水土环境保护具有重要的意义。以土壤水、热和溶质迁移转化动力过程为基础,综合考虑气象因素变化和土壤水氮动态变化及其对作物生长的影响,构建了土壤水、热、氮迁移转化与作物生长耦合模拟模型。并应用该模型对2007－2008年冬小麦生育期内的土壤水分、氮素转化运移以及冬小麦产量、生物量、腾发量（ET）进行模拟,模拟结果与实测数据均吻合良好。可应用该模型模拟不同作物种类、不同灌水施肥条件下土壤水分与氮素动态变化过程和作物生长状况,进而获得农田水肥优化管理模式。     

DSSAT作物系统模型的发展与应用

作物模型对人们认识作物生长过程以及对生长的调控提供了一种高效的工具。针对农业技术推广决策支持系统DSSAT（Decision Support System for Agrotechnology Transfer）作物系统模型的发展历程、模型结构、数据输入输出、研究进展等进行了综述,为该模型在我国的应用提供参考。     

补光光源对AM真菌生长发育的影响

温室条件下，研究不同补光光源对丛枝菌根(Arbuscular mycorrhizae,AM)真菌Glomus mosseae生长发育的影响。结果表明：不同补光光源的光谱不同，对菌根共生体生长发育的影响不同，以农艺钠灯作为补光光源处理的宿主植物的光合速率及可溶性糖含量高于其它两种光源处理，综合比较菌根长度、根外菌丝量及孢子数三项指标，以农艺钠灯作为补充光源对真菌G. mosseae的生长发育最为有利。金属卤灯、荧光灯两处理宿主植物中氮、磷浓度高于农艺钠灯处理，可能对菌根真菌的生长发育有不利影响。因此，工厂化AM菌剂生产中，如果需要补充光照，应以农艺钠灯作为补光光源。     

农业环境远程分布式多功能监控系统

农业环境远程分布式多功能监控系统是一种高度自动化和网络化的监控系统,除了可对农业与生态环境等要素信息（如气象、土壤和作物等）进行实时动态采集监测,而且还可通过图像视频技术对不同场景（如现场景观、作物生长、形态变化等）进行动态监测,真正实现了农业现场图像与数据一体化精准监控。     

农业环境远程分布式多功能监控系统

农业环境远程分布式多功能监控系统是一种高度自动化和网络化的监控系统,除了可对农业与生态环境等要素信息（如气象、土壤和作物等）进行实时动态采集监测,而且还可通过图像视频技术对不同场景（如现场景观、作物生长、形念变化等）进行动态监测,真正实现了农业现场图像与数据一体化精准监控。     

基于无线传感器网络的温室光环境调控系统设计

为了解决现有光环境调控系统存在光照度不可调、能耗高、部署困难等问题,该文设计基于无线传感器网络的光环境调控系统。该光环境调控系统以CC2530处理器为核心设计中央控制节点、监测节点、调光节点,采用ZigBee协议实现自组网络、监测数据和控制信号传输。监测节点通过周期监测光合有效辐射值,利用自然光中太阳高度角与红蓝光比例关系,计算当前红蓝光光量子通量密度;利用智能中央控制节点计算其与作物所需目标量的差值,并将其转换为脉宽调制控制信号,通过调光节点控制LED输出亮度,实现LED调光灯输出光量的动态、精确、无线调控。试验检验表明,该系统红蓝光光量子通量密度监测误差小于6%,调控输出光照度相对误差小于3%,可满足多个温室实时、按需、定量光环境调控的需求,具有部署灵活、易扩展、低能耗的特点。     

平衡栽培体系中的农业栽培措施(二)

1平衡施肥（续） 1．2施用化肥 平衡施肥的关键是按照植物生长的需要提供养分。无土栽培条件下通常在理论上是按照植物不同生长阶段对养分的需求以施肥灌溉方式提供养分，具体做法并不是预测未来几天作物对水分和养分的需求量，而是按照过去几天内作物消耗的水分和养分加以补充。在大田栽培条件下也可以采用这一方法，原则上对后茬农作物施肥时归还补充前茬农作物收获的产品中携带移走的养分，包括子粒（如粮食等）、果实（如水果等）、枝叶（如蔬菜等）、根茎（如薯类等）和秸秆（如手工业编织物等）等植物部分移走的养分。     

后备母猪对人工光照强度的偏好性选择

为明确人工光环境下后备母猪的适宜光照强度,该研究搭建了一套猪舍光环境偏好性选择系统,以LED白光（400～700 nm）为人工光源,设置4种光照强度（40、100、350、1200 lx）,每7 d为一个周期对单元猪舍对应的光照方案进行调整,光照时长16 h,以24头二元杂交后备母猪为试验对象,进行了为期28 d的试验,探究后备母猪对人工光环境光照强度的偏好性选择规律。结果表明,在猪只数量的时空分布方面,相较于40、350、1200 lx,后备母猪在开灯期间表现出对100 lx光照强度的显著性偏好（P<0.05）,占整体数量29.33% ± 1.14%;猪群对其余3种光照强度的偏好呈现明显的节律性,表现为开灯后和关灯前3 h对40 lx光照强度的偏好显著高于350、1200 lx（P<0.05）;在猪只活跃度方面,开灯后的前6 h,较强光照组（350 lx: 37.97% ± 3.47%和1200 lx：35.42% ± 4.04%）的猪只活跃度显著高于较弱光照组（40 lx: 27.90% ± 8.44%和100 lx: 23.94% ± 3.79%）;在猪只采食方面,较强光照（350、1200 lx）组后备母猪的饲料消耗量和采食时长均高于较弱光照组（40、100 lx）。由此,建议后备母猪舍的照明制度中设置一定的光照过渡阶段,以100 lx光照强度为主,开灯后和关灯前3 h使用40 lx较弱光环境避免刺激,此外,可在09:00—11:00增加2 h较强光照（350 lx）增加猪只活动量。该研究结果可为后备母猪舍光环境精准调控提供理论参考依据。     

补光时间及光质对温室甜椒矿质元素吸收与分配的影响

为探究发光二极管(LED)补光对温室甜椒矿质元素吸收及分配的影响,以甜椒品种奥黛丽为试材,设置红光(R)和蓝光(B)组合2:1(2R1B)、4:1(4R1B)、8:1(8R1B) 3种光质,2 h(18:00-20:00)、4 h(18:00-22:00)和8 h(18:00-02:00) 3个补光时间,以不补光为对照(CK),研究补光时间及光质对甜椒N、P、K、Ca、Mg、Mn、Zn积累及分配的影响。结果表明,光质与补光时间显著影响矿质元素在甜椒中的积累与分配,且二者存在显著的交互作用。与CK相比,LED补光显著促进了甜椒全株中N、P、K、Ca、Mg和Mn的积累,光质对N、P、K、Mg、Mn积累总量的影响无显著差异,但补光时间会显著影响矿质元素的积累,以补光8 h的元素积累量最高,其N、P、K、Ca、Mg和Mn的单株积累量分别较CK增加51.82%、55.56%、47.55%、50.00%、56.76%和36.23%,补光4 h的N、Ca、Mn积累总量与补光8 h无显著差异。从分配比例来看,与CK相比,补光2 h降低了N、P、Mg、Mn在果实中的分配比,补光4 h提高了N、P、K、Mg、Mn在果实中的积累总量和分配比。综上,光质对甜椒矿质元素的积累量影响较小,LED补光4 h在调控甜椒营养积累与分配上表现最佳。本试验结果为温室栽培甜椒补光调控的营养吸收机制提供了理论参考。     

基于图像技术的温室光分布研究

温室内光照环境对作物生长有重要影响,然而受温室形状、方位、覆盖材料、天气等各因素的影响,温室内光分布一直是研究的难点。该文提出基于计算机视觉技术和基于图像的光照技术来采集温室内真实环境的光分布,通过高动态范围图像的制作,以及从图像中的光源信息的提取,得到温室内光分布的辐射度图,该图能够真实反映不同天气情况下以及一天中不同时刻、不同方向的光照强度分布,能较好地模拟场景周围的自然光照。该研究将为温室内复杂光源分布的获取和作物冠层顶部入射辐射的研究提供准确的光照模型。     

Influence of photosynthetic irradiance on nitrate reductase activity,nutrient uptake and partitioning in tomato plants

The objective of the present work was to study the nutritional behavior of tomato plants (Lvcopersicon esculentum Mill.) subjected to high pressure sodium (HPS) supplementary lighting in relation to nitrate reductase activity (NRA). Tomato plants were grown with or without HPS supplementary lighting at 2 different root‐zone temperatures (RZT). Supplementary lighting combined with low RZT promoted NRA and cation uptake. Magnesium uptake appeared particularly related to the NRA daily pattern. Effects of photosynthetic irradiance (PI) at two growth stages on partitioning of 45Ca and 86Rb were also investigated. Low light level stimulated 45Ca uptake in fruiting plants but depressed 86Rb uptake. A hypothetical mechanism involving the influence of NRA and K cycling on HCO₃‐ excretion by root is proposed to explain the effects of treatments on mineral uptake.     

基于作物生长和控制成本的温室气候控制决策支持系统

根据试验和观察获得的数据建立了温室作物生长模拟模型、温室的环境调控的技术效果模型和温室的环境调控成本模型，并建立相应的模型库；通过收集资料和专家经验建立了温室环境调控的知识库。以温室生产的“产出投入比”最大为目标，综合利用模型预测功能和知识库系统的推理功能，建立了温室环境调控决策支持系统。系统能够根据温室内外的环境信息、作物生长信息和温室调控设备状态信息给出温室环境调控实时最优的温度、湿度、光照和CO₂浓度等参数，并提供相应的调控方案。     

不同光照条件下蚯蚓避光性运动与蚓粪机械化分离参数量化

蚯蚓和蚯蚓粪的机械化分离是目前蚯蚓规模化养殖业亟需解决的瓶颈问题之一,针对目前最常用的蚯蚓光分离工艺方法在实际养殖分离中全凭人为经验、效率低、无机械化参数等问题,探究了不同光质条件:白光、黄光、绿光、蓝光、红光、白炽灯光在10~270 lx不同光照强度下,对照实际自然环境场景:室内光照、室外阴处光照和太阳光直射光照条件下的蚯蚓避光应激行为,并结合光线辐射在蚯蚓粪多孔介质内的衰减规律分析了蚯蚓堆肥物料表层一定之内厚度无蚯蚓的原因。结果表明:光照强度10 lx时,蚯蚓不受光照影响;光照强度10~30 lx时,蚯蚓的避光反应显现;光照强度30~210 lx时,蚯蚓的避光应激程度随着光照强度增加缓慢加强,消失时间不断缩短;光照强度210 lx时,光照引起的蚯蚓的避光反应程度趋于最大。白光和太阳光引起蚯蚓避光反应最显著,蚯蚓蠕动消失时间分别为6.5和5 min,蚯蚓消失5 min后堆料表层无蚯蚓层厚度在10~15 mm之间。蚯蚓对红色光应激程度极低,平均消失时间20 min;除了红光,随着光照强度增加,蚯蚓在堆料表面的消失时间呈现对数曲线趋势下降。该研究量化分析了蚯蚓对光质、光照强度的应激响应时间,以期为蚯蚓养殖分离,机械自动化逐层、定时、定量、定光强分离表层蚯蚓粪提供工艺参数。     

林下参光照强度实时监控系统

为了自动实时监测和记录林下参基地光环境的光照强度,利用TSL2561对可见光敏感特性、ATMega16L具备I2C和SPI总线功能,设计了单个主机、10个从机组成的林下参光照强度实时监控系统。主机利用通讯总线外挂10个从机,通过2~10号从机采集9个林下试验单元单点光照强度。通过5套由单个主机、10个从机组成的系统组合,实现对试验单元多点测试。利用MATLAB设计上位机控制系统,实现实时调整试验单元光照强度数据采集的采样周期,通过对比以10、20、30、40、50、60 min为采样周期获取的数据,得出30 min作为采样周期,可以真实反映数据变化趋势且采样点最少。整个系统实现了作为所测地区光照强度数据库的功能,为后续建立林下光环境预测模型和分析人参光合作用变化规律提供保障。     

利用计算机视觉识别小麦叶色的光照模型研究

计算机图像识别技术的研究与应用是农业信息技术领域的重要分支之一。为更好的将其应用到虚拟作物中，用RGB系统表示叶色，利用虚拟现实技术中的光照技术，将太阳光分为环境光、漫射光和镜面光3部分，分别研究了这3部分光对叶色的影响，并根据颜色和太阳光的内在联系，建立了小麦叶片颜色的识别模型。检验表明，模型具有较高的准确性和较强的预测性。     

基于MOPSO和TOPSIS的多目标优化温室黄瓜光环境调控模型

针对在现有温室光环境调控模型中,未考虑光质-光强的协同影响以及净光合速率与光能利用率双优化的问题。该研究面向温室黄瓜的高效补光,提出一种基于多目标优化思想的光质-光强协同调控方法。通过设计多因子耦合的净光合速率试验,获取叶片的净光合速率数据,建立净光合速率模型,并计算叶片尺度的光能利用率;构建光能利用率与净光合速率双优化的多目标优化模型,利用多目标粒子群算法获取非劣解集,基于理想解逼近算法得到光质-光强的调控单点,从而建立设施黄瓜红、蓝光模型。理论验证试验表明,与光合最大补光法相比,净光合速率降低21.39%,需光量降低59.40%;与固定光质0.5和0.8相比,在相同光强下净光合速率依次提升3.66%和9.69%。在此基础上开展实际验证试验,结果表明与固定光质法相比,在耗电量相近的前提下,生理指标均优于固定光质补光法,且在茎粗、干质量以及壮苗指数上存在显著差异;与光合最大补光法相比,生理指标不存在显著差异,且耗电量节省27.43%,表明本研究方法在保证生理指标高水平的前提下,有效节省了光电资源的消耗。本研究方法为设施农业调控提供了新型补光策略,保障了农业生产资源的高效利用。