光声振耦合对蝗虫趋光响应的激发效应

依据蝗虫对光声振的响应特性,利用自行设计的光声振叠加效应激发蝗虫趋光响应的行为反应试验装置,进行了光声振耦合激发蝗虫趋光响应的试验.结果显示:光声振耦合对蝗虫趋光效应的激发起到增益增效作用,其对蝗虫的推拉驱动性激发效应,能够有效实现蝗虫的趋光诱导效应,其中组合光谱光照强度决定了蝗虫的趋光聚集效应,且光照度增加10倍,光声振激发蝗虫趋光聚集的效果提高25％;在一定范围内,光声振有效激发了蝗虫趋光定向响应,调控光照主导了蝗虫的趋光响应,振动决定了蝗虫趋光的驱动激发效果,而声频起增效增益性激发作用;光声振信号刺激蝗虫多重感受器,产生了有利蝗虫趋光聚集的叠加效应,声频模式、光谱光照调控模式与循环振动模式的合理组合,可有效提高蝗虫趋光效果.     

光温声振耦合激发蝗虫趋光聚集效应数学评估

针对光温声振多重激发蝗虫趋光下刺激能量的可叠加性,在确定效应区作用蝗虫的基础上,利用建立的蝗虫趋光诱集激发的函系模型,数学评估分析了光温声振耦合激发蝗虫趋光聚集的增益增效效应。结果表明:光场机制对蝗虫的趋光聚集起主导作用,光场调控机制及非光源物理调控机制起驱动激发及增益增效作用;光与物理源耦合叠加效应可有效调控激发蝗虫趋光聚集,而蝗虫敏感刺激能量强度,决定了蝗虫趋光效应激发的效果;有效组合光源调控光照与物理刺激源激发的工作模式,并增加调控激发蝗虫趋光的物理扰动刺激措施,可有效提高蝗虫的趋光聚集效果。     

LED杀虫灯诱杀果园昆虫测试

依据果园昆虫生物群落的趋光特性,利用研制的LED光源及控制系统,进行了LED光源波谱光照强度、频闪、调控光照对果园昆虫诱导效果测试,并分析了影响果园昆虫群落趋光上灯及维持的因素。结果表明:鳞翅目和鞘翅目害虫敏感波段为蓝紫波段,小型昆虫为蓝绿波段,益虫为紫光波段,且大部分果园害虫倾向于弱光,而鞘翅目害虫倾向于强光;果园害虫视觉系统对夜间微弱光的依赖性,其趋光行为具有易激发性,而其趋光视觉敏感光谱决定了趋光感知的程度,光照强度影响了趋光上灯行为的强度和趋光激发范围的程度;亮3min灭1min、光源光照强度为950lx的25W蓝紫光的亮灭周期调控开关效应,可有效抑制昆虫视觉对连续光刺激的适应性及趋光惰性,诱杀果园害虫的总体效果相对较好,相比于同类产品,理论节电达到25%,且能有效调控及维持果园害虫生物群落,然而,果园害虫趋光视觉刺激的最佳性频闪频率及调控光照刺激周期,对果园害虫的诱杀效果及机理,尚需进一步研究。     

诱导光源光照梯度对蝗虫趋光响应的影响

为了设计蝗虫LED诱导光源以及诱导光场的数字化调控,利用LED光源和行为试验装置,采用对比试验法,进行了不同时间段内蝗虫对紫、绿紫蓝光照梯度的趋光选择对比试验,分析了影响蝗虫趋光响应的原因.结果显示:蝗虫的趋光响应与光谱光梯度、蝗虫生物特征及环境因素有关;相同光梯度条件下,蝗虫对紫光的趋光响应优于绿紫蓝;不同光梯度条件下,蝗虫趋向于较强的光梯度,并当绿紫蓝光照度高出紫光的10倍以上时,蝗虫对绿紫蓝的选择高于紫光;蝗虫生物特征及环境因素制约了提高光照强度对蝗虫趋光响应在不同时间段内的增效作用;蝗虫对紫、绿紫蓝光谱光照敏感程度不同,蝗虫趋光行为上表现出了在夜间不同时间段内蝗虫对紫、绿紫蓝光的趋光敏感临界点及最适和最佳趋光光照度范围不同.     

蝗虫对蓝光偏振光和非偏振光的定向响应对比

为给蝗虫灾害光电诱导捕集治理技术中蝗虫诱导光场性质的确定及不同光场的筛选组合提供理论支持,利用LED光谱色非偏振光、蓝光偏振光和行为反应试验装置,进行了不同光照特性的蓝光偏振光场和光谱色非偏振光场对蝗虫定向选择的对比试验,探讨了不同光场对蝗虫定向选择行为影响的机理.结果表明:蓝光偏振光条件下,蝗虫对光谱色非偏振光的趋光定向响应以紫光最优;蝗虫对偏振光和紫光的趋光定向响应对比中,蝗虫对线偏振光和紫光选择的对比率差别最小;蝗虫对偏振光的趋光定向响应取决于偏振光的光照强度,对非偏振光的趋光定向响应取决于光谱色和光照强度;蝗虫敏感光谱色光照强度和蓝光偏振光光照强度对蝗虫趋光响应敏感临界点的差别程度是影响其趋光定向响应选择差异的原因,但就光场光照性质而言,蝗虫敏感光谱色及其光照强度是提高蝗虫诱导率的关键因素.     

东亚飞蝗对LED光信号视觉响应的波谱视敏效应测定

为了探索东亚飞蝗视觉响应LED光信号的视敏反应效应,以明确东亚飞蝗趋光的光敏响应因子和生物光诱参数,利用LED光照和Ava Spec光纤光谱仪系统,在室内进行了东亚飞蝗视觉响应表征的光谱测定。并在此基础上,利用该波谱光照装置,验证其波谱光照调控东亚飞蝗的趋光反应及响应程度。测定结果显示,东亚飞蝗复眼吸收365、400、520、610 nm波长光照射后,其视觉响应波谱表现为380、402、540、602 nm的微光特征,当波谱光照强度增加时,东亚飞蝗视觉微光反应随之增强,且呈现时变效应的调控特性。东亚飞蝗视觉光敏调控的时变强度以紫光最优、依次是橙光和绿光最差,而其调控容度以橙光最优、绿光次之和紫光最差,紫外光较快的光敏聚集速度、紫光较强的光敏聚集程度和橙光较好的趋光效果说明,趋光光敏活性、趋光程度和趋光效果分别与视觉激发强度和视觉光敏调控的时变强度以及视觉光敏调控容度呈正相关,且东亚飞蝗视觉反应强度的光敏时效性影响其趋光行为选择和视觉光敏活性。因此,依据紫外光较强的激发效果、橙光较好的光敏时效性和紫光较强的光敏调控强度的特性,进行趋光视敏性光照时间的刺激调控,可以增强东亚飞蝗的趋光效果。该研究结果为蝗虫光诱捕机械装备的研制提供了理论基础和技术指导。     

基于遗传算法的全光谱LED植物光源阵列优化研究

为解决全光谱LED发光具有一定的光束发散角,易造成植物在培育过程中光量子通量密度分布不均匀的问题,提出基于遗传算法对随机分布全光谱LED植物光源阵列进行优化设计,仿真对比三角光源阵列与传统矩形光源阵列的光量子通量密度PPFD均匀度。首先通过理论推导全光谱LED光照度与PPFD之间的换算关系式,计算换算系数,用目标平面上光照度的均匀性间接表征PPFD的均匀性,并以光照度函数的标准差构建评价函数,作为遗传算法的适应度函数。根据算法寻优结果,绘制LED阵列三维模型导入Tracepro中仿真模拟验证。结果表明:三角与矩形阵列的PPFD均匀度均超过了85%,且三角光源阵列的PPFD均匀度与光照分布特性均优于矩形光源阵列,验证了算法的可行性,同时提高了全光谱LED光源阵列的设计效率。     

蝗虫对蓝波谱不同偏光属性刺激效应的视偏响应效应测定

为明确蝗虫对蓝光视励光质及其偏光的视敏响应差异性,获得蝗虫视敏激励性光电诱导信息及蝗虫诱导光源设计参数,针对蝗虫群体对蓝光及其偏光不同光质刺激属性的视响应效应测试试验,确定了蝗虫视敏视励响应良好的光特征和光信息强化措施。结果表明:线偏蓝光照中,线偏光起偏效应决定蝗虫视响应程度的矢敏性、线偏光照度制约蝗虫的视趋强度及视聚集效果,且较弱光照中偏振片线偏光质的视激性较优,而退偏蓝光照中,蓝光光照强度决定蝗虫视趋强度的视励性及视聚集的视敏性,且偏振度及E-矢量光照度呈现强化或抑制蝗虫偏光敏感响应的交互作用效应;线偏及退偏光照度增强,抑制蝗虫对较强光照退偏光的视聚集效应并呈现偏光E-矢量的矢敏响应差异,且弱光照线偏光及退偏0°矢量的视响应程度较优,采取竖条纹与偏光耦合强化偏光激励信息、降低偏光光照度优化视敏视励信息,相对于100 lx偏光,引起视敏性矢量发生变化且其120°矢量敏感性较强,但视趋强度及视聚集效果以10 lx时330°退偏光最优;蝗虫对退偏光的视趋强度及视聚集效果与偏振度及视励信息、偏光光照度分别呈正负相关性,且蝗虫对10 lx偏光的视响应效应呈现矢量变化的弦函响应变化规律,结果表明蝗虫在弱光照蓝偏光中具有E-矢量的偏敏响应模式及视偏响应最强矢量,则利用10 lx的30°及330°蓝偏光与100 lx时线偏蓝光或10 lx的0°蓝偏光耦合效应,可有效提高蝗虫视偏响应效果。     

隆浩TDB-2211型辐射式杀虫灯

该灯由浙江隆皓农林科技有限公司制造。杀虫灯利用365±50mm波长紫外光对昆虫具有激发较强的趋光、趋波、趋色、趋性的特性和原理,确定对昆虫的诱导波长,研制专用光源,利用放电产生的低温等离子体、紫外光辐射对害虫产生的趋光兴奋效应来诱杀害虫。     

东亚飞蝗对波谱光及其偏光对比选择性视励效应的测定

为明确蝗虫对波谱光及其偏光视励效应的视敏选择差异,确定蝗虫趋光趋偏的视励影响因素及视敏信息,针对波谱光与其偏光光照中东亚飞蝗光生物响应的视选择效应试验,分析了东亚飞蝗趋光趋偏选择差别的视控作用及响应波谱光和其偏光的视敏因素及视励强度。结果表明,波谱光与其偏光叠加作用下的光聚集程度呈现偏光矢量调控性生理响应敏感差异,并在光强度增强时,视偏响应敏感的偏光矢量发生变化,且210°及120°紫偏光、210°橙偏光与其波谱光的耦合刺激效应较优,而270°时紫外与其偏光的耦合效应最差;东亚飞蝗视激发状态下的光选择性趋向于视励强度较弱的偏光,且波谱光强度的视敏激发效应及偏光矢量的视励敏感程度削弱东亚飞蝗的视控定位功效,并以紫外及紫偏光矢量引起的趋偏视敏性较强而蓝橙光较弱,而90°及270°时弱偏光的视励效应致使波谱光的激发效应主导东亚飞蝗的视选择强度,且光源光照度增强,东亚飞蝗视偏敏感选择强化程度以紫偏光较强、120°紫外偏光较弱,且波谱光选择弱化程度以90°蓝偏光较强;东亚飞蝗对波谱光与偏光耦合光照的聚集响应差异及趋光趋偏选择强度差异,源于偏光矢量激励及波谱光质激发东亚飞蝗视觉引起的协同增效或相互拮抗性视反应调控输出效应,且波谱光照强度削弱偏光矢量信息的选择强度,但东亚飞蝗生物光敏响应与波谱光质的敏感性相关而光强度作用不大,且波谱光与偏光的耦合性光照梯度抑制蝗虫的视感响应强度。研究结果为适应各种作业的害虫光诱型农机产品开发及蝗虫视响应机理探讨提供了支撑。     

探索物理植保新领域 提供绿色农业新技术

基于电磁波谱的生物诱变效应,分析探讨了农业病虫草害的物理防治新技术。害虫活性抑制与致死的激光诱变辐照试验获得了光功率阈值,激光管阵列集成设计获得了满足杀虫光功率的大面积激光杀虫器;蝗虫光电诱导试验证实了低波长光谱的趋光诱导敏感性,LED阵列集成光源及频振光场控制设计实现了蝗虫趋光诱导敏感性激发,在漏斗式光电诱导滑移捕集机试验中获得了85%的蝗虫滑移捕集率;激光辐照试验获得草害的高度温升和热灼烧致死,阵列结构激光杀灭器的圆柱坐标型机械臂液压驱动和行走机械设计形成了激光治理草害的光电机械化技术。     

基于激光诱导荧光光谱分析的黄瓜叶片叶绿素含量检测

利用反射式激光诱导叶绿素荧光光谱分析技术对黄瓜活体叶片叶绿素含量进行检测实验研究。通过对中心波长为473nm和660nm 2种激发光的4种激发强度(2.5、5.0、7.5、10.0mW)条件下荧光光谱的分析,结果显示:在强度7.5 mW、波长473 nm的光源下激发产生的荧光光谱具有很好的准确性和稳定性;在此条件下,荧光参数F_(732)/F_(685)与植物活体叶片内叶绿素含量成极显著线性关系,并以此为基础建立了数学回归模型(R~2>0.93,p<0.001),模型回归系数显著,模型可靠性极好,准确地反映了荧光参数与叶绿素含量的关系。     

利用光调控促进药用作物生产

随着医学模式的转变,人们对药用植物资源的需求量不断增加,现有传统种植产量和质量远远无法满足需求。药用作物极其珍贵且种植培育不易,发展药用作物培育技术有着十分重要的意义。但随着科学技术的快速发展,人们通过控光来影响药用经济作物的生长发育,这种方法早已突破了单纯地依靠太阳光的限制。如今,用人工光源代替补充自然光源的不足,已逐渐成为对药用经济作物生长发育进行控制的有效手段。LED不仅节能环保,还能进行发光光谱的精确配置,因此采用LED光源为药用作物配置对应各生长阶段最适宜的光环境。通过对药用作物光环境的调控来促进药用作物的光合作用、生长发育、开花产出及有效药用成分的合成,最终使药用作物达到优产优质、增产增质的目的。     

基于多角度成像数据的大豆冠层叶绿素密度反演

利用多角度观测系统采集田间不同生育期大豆冠层的图谱数据,通过提取影像中土壤背景、大豆植株、光照叶片等不同目标地物的反射光谱,对比分析不同观测角度下成像光谱数据反演大豆冠层叶绿素密度的效果,探讨土壤、阴影叶片及角度变化对群体叶绿素密度反演的影响.结果表明:(0°,20°,40°,60°)的天顶角组合有最高的预测模型决定系数(R2为0.834)和最小的均方根误差(RMSE为6.13);(20°,40°,60°)天顶角组合的决定系数值高于(0°,20°,40°)的组合,且在混合植被、纯植被、光照植被3类数据中有一致的趋势.40°天顶角是反演叶绿素密度的最优角度.0°方位角(太阳主平面的后向观测)是反演叶绿素密度的最优角度.天顶角变化是影响大豆冠层叶绿素密度反演的主要因素.     

基于离散曲率的温室CO2优化调控模型研究

提出了基于离散曲率算法的温室CO_2优化调控模型,通过设计嵌套试验采集温室不同温度、光照强度、CO_2浓度组合下的番茄光合速率,利用支持向量机回归算法(Support vector regression algorithm,SVR)构建光合速率预测模型;以预测模型网络为目标函数,采用L弦长曲率算法实现CO_2响应曲线离散曲率的计算,利用爬山法获得不同温度、光照强度组合条件的CO_2响应曲线曲率最大点,以此作为效益最优的调控目标值,进而基于SVR构建CO_2优化调控模型。结果表明,调控模型的决定系数为0. 99、均方根误差为4. 42μmol/mol、平均绝对误差为3. 17μmol/mol,拟合效果良好。与CO_2饱和点目标值的调控效果对比发现,理论上CO_2供需量平均下降61. 81%,光合速率平均减少15. 58%;验证试验中,相较饱和点调控下光合速率平均下降15. 14%,CO_2供需量下降57. 61%,相较自然条件下光合速率升高26. 70%。说明此温室CO_2优化调控模型具有高效节能特点,为设施作物CO_2高效精准调控和节本增效提供了理论基础。     

基于传感器融合阵列的果树冠层信息采集方法

针对果园上、中、下冠层不同稀疏度,提出一种多传感器阵列的果树冠层信息融合方法（简称传感器融合阵列）,并进行了相关试验及验证。首先设计了果园冠层宽度信息的无线采集系统,并对比分析了6种非接触式测距传感器的动态识别能力;其次采用筛选出的激光传感器及超声波传感器阵列,收集3种果园上、中、下果树冠层信息;最后选出适合3种果园的传感器融合阵列,依据Box-Benhnken 中心组合试验法设计试验,对采用同种传感器阵列与传感器融合阵列测距方案进行响应面试验,并对得出的试验结果进行统计分析。试验结果表明：影响果树整体测量精度显著性水平从大到小依次为测距方案、车体速度、果园类型。车速为0.3~0.5m/s时,与人工测量相比,采用超声波传感器阵列收集果园冠层信息,相对误差为14.70%~20.04%;采用激光传感器阵列时,相对误差为9.13%~16.02%,采用传感器融合阵列时,相对误差为4.2%~10.24%。采用传感器融合阵列比单种传感器阵列精度高,更适合果园变量喷雾作业。     

LED光质对台湾金线莲生长及品质的影响

为研究不同光质对台湾金线莲(Anoectochilus formosanus Hayata)的生长和品质的影响,在温度和光环境可控的植物工厂中利用光谱组合LED光源配置5种光质:红光(R)、蓝光(B)、红蓝光1∶1(R1B1)、红蓝光1∶2(R1B2)和白光(CK)对台湾金线莲进行60 d光照试验。试验结果表明,不同的光质处理对金线莲的株高、茎直径、叶面积、生物量和有效成分积累量产生显著差异,其中,蓝光处理显著降低株高和叶面积的增长;红光处理显著抑制茎秆直径的增长;红蓝光1∶1、红蓝光1∶2两种复色光处理均显著降低株高、鲜重和总黄酮积累量;白光处理下的总体长势、可溶性糖和总黄酮积累量比红光、蓝光、红蓝光1∶1、红蓝光1∶2处理的效果更佳,是台湾金线莲在此栽培阶段的最适光质,为金线莲的人工光照栽培提供参考。     

设施栽培营养液自动调控装置设计与试验

针对设施栽培中营养液调控缺少监测管理、自动化程度低、稳定性难以保证等问题,设计了一种设施栽培营养液自动调控装置。通过传感器对营养液指标值的实时检测、控制器对检测数据的处理、执行部件对营养液指标值的调整,实现设施栽培营养液的自动调控。同时,设计了各关键部件结构参数及传感器检测子系统、数据融合与智能决策子系统和协同调控子系统的硬件和软件结构。采用响应曲面法试验,研究了均匀混合机构的纵向安装位置、横向安装位置、作业速度对营养液均匀混合时间的影响,并进行验证试验。响应曲面试验结果显示：试验因素的显著性主次顺序为作业速度、纵向安装位置、横向安装位置,最优组合参数为作业速度110r/min、纵向安装位置50mm、横向安装位置150mm。验证试验表明：营养液自动调控装置完成1次营养液调控所需时间约为135s,完成调控后营养液指标值pH值、EC、K⁺浓度、Ca²⁺浓度和NO₃^-浓度的误差分别为4.73%、3.28%、4.44%、4.15%、3.54%%。所设计的营养液自动调控装置具有结构简单、调控误差小的优点,可为...     

基于GPRS的远程检测无线电子鼻系统

针对移动环境的检测需要,设计了一套基于GPRS的远程检测无线电子鼻系统,主要包括气敏传感阵列、信号调理模块、微处理器模块、GPRS模块和远程测控系统5部分。对系统的远程通信性能进行测试,发现电子鼻数据发送周期在400 ms以上时,系统的通信时延、传输速率和累计丢包率都能满足无线电子鼻检测的要求;利用本系统对采摘后的芒果实施检测研究,得到的香气响应特性曲线清晰、稳定;构建芒果贮藏天数的预测模型,结果发现,对照组逐步回归模型虽然整体预测效果不理想,但对第4和6天的芒果仍有一定的预测效果,而试验组逐步回归模型、对照组基于线性判别的支持向量机(LDA-SVM)模型和试验组LDA-SVM模型对芒果贮藏天数都具有较好的预测效果。     

沙棘干物质形成的光合作用机制

用LI-6400光合仪在黄土高原中部系统测定了人工沙棘林的各种光合生理指标,主要结果为：叶光强响应曲线暗呼吸速率、表观量子效率、最大光合速率、光补偿点和光饱和点分别为：-3．677μmol·CO2·m^-2·S^-1、0．0517mol·mol^-1、7．367μmol·CO2·m^-2·S^-1、71．15μmol·m^-2·s^-1和213．7μmol·m^-2·S^-1。CO2浓度响应曲线参数CO2补偿点、CO2饱和点、暗呼吸速率、羧化效率及最大光合速率分别为150．00μmol·mol^-1、506．834μmol·mol^-1、-1．100μmol·CO2·m^-2·s^-1、0．0063mol·mol^-1和3．01μmol·CO2·m^-2·s^-1。光合速率日变化为左偏单峰曲线,峰值在10：00～12：00时。沙棘的ETR变化与光合速率同步,最大荧光产量Fm＇在叶片转入黑暗后逐渐上升,17min左右趋于稳定;qP和qN变化不明显;当光适应的叶片转入黑暗下之后,NPQ开始下降,25min左右达到稳定。沙棘荧光强度响应曲线变化与其普通光强响应曲线类似,参数暗呼吸速率、光的补偿点、光的饱和点、最大光合速率和表观量子效率其值分别为-0．511μmol·CO2·m^-2·s^-1、14．72μmol·m^-2·s^-1、259．6μmol·m^-2·s^-1、8．494μmol·CO2·m^-2·s^-1和0．0347mol·mol^-1。沙棘叶片荧光CO2响应曲线与普通光源CO2响应曲线变化规律相似,荧光CO2响应曲线参数暗呼吸速率、CO2补偿点、CO2饱和点、最大光合速率以及羧化效率分别为-0．0914μmol·CO2·m^-2·s^-1、87．12μmol·mol^-1、745．212μmol·mol^-1、17．90μmol·CO2·m^-2·s^-1和0．0077mol·mol^-1。