脉冲式蒸发器水面蒸发量手机在线检测装置研制

为提高水面蒸发量的智能检测水平,研制了一种可以通过手机进行水面蒸发量在线检测的装置。该装置主要由整体结构稳定装置、传感器位置固定装置、调节装置、检测和脉冲控制模块、电源模块及上位机控制计算显示存储软件、物联网服务器、数据传输模块组成。采用水位检测传感器探头接触水面后,通过传感器探头的电平状态变化,对单片机所发出的脉冲进行计数,推算水面蒸发量,进行灌溉区间的动态计算,实现了水面蒸发量的在线检测。结果表明:1)装置运行可靠:水位传感器回到初始位置的成功率和单片机开发板接收到检测指令的成功率均为100%;2)装置运行稳定,检测精度较高:试验测定的脉冲数的最大极差为3,与人工测量值相比,该装置测定值最大相对误差为2.04%;3)单片机所发出的脉冲数和水位高度呈现线性关系,决定系数R2达到1;4)田间试验结果表明,该装置适应性较好,性能良好,最小相对误差为0.85%,最大相对误差为2.68%。可见,该装置运行稳定可靠,测量精度较高,不仅通过手机实时查看数据,而且通过手机远程控制检测过程,提高了水面蒸发量在线检测的智能化水平,研究可为智能化节水灌溉的灌溉定额提供依据。     

水肥耦合对芒果光合特性和产量及水肥利用的影响

为探明干热区芒果高效生产的水肥耦合模式。以4a生芒果树(贵妃芒)为研究对象,采用4因素3水平正交试验设计,共9个处理。试验4因素为3个生育期施肥量(花芽分化期:F_Ⅰ、开花期:F_Ⅱ、果实膨大期:F_Ⅳ)和灌水水平。3个施肥水平分别为高肥(F_(75))、中肥(F_(50))和低肥(F_(25)),3个灌溉水平分别为充分灌溉(F_Ⅰ)、轻度亏水灌溉(DI_M)和重度亏水灌溉(DI_S)。分析芒果冠层结构、光合特性、产量及水肥利用效率对水肥调控的响应规律。结果表明,与充分灌溉相比,重度亏水显著减少叶面积指数、净光合速率(15:00除外)、蒸腾速率、气孔导度和羧化效率(P0.05)。在果实膨大期施肥之后,T8处理(F_ⅠF_(Ⅰ50)F_(Ⅱ25)F_(Ⅳ75))叶面积指数和蒸腾速率最大;T6处理(DI_MF_(Ⅰ75)F_(Ⅱ25)F_(Ⅳ50))11:00的净光合速率和羧化效率均高于其余处理;此外,大多轻度亏水灌溉下11:00的叶片瞬时水分利用效率显著大于充分灌溉(P0.05)。在全生育期定量施肥条件下,增加芒果花芽分化期和果实膨大期肥料占比,充分灌溉能提高产量和肥料利用效率,而轻度亏水灌溉能提高灌溉水分利用效率。T8处理的产量(14 480.46 kg/hm~2)和肥料偏生产力(96.54 kg/kg)最大,T6处理的灌溉水分利用效率(6.67kg/m~3)最高。由极差分析可知综合影响产量和水肥利用的各因素依次为:灌溉水平、开花期施肥、果实膨大期施肥和花芽分化期施肥。综合评分法表明,水肥耦合的最优模式为轻度亏水灌溉、花芽分化期高肥、开花期低肥和果实膨大期中肥组合(DI_MF_(Ⅰ75)F_(Ⅱ25)F_(Ⅳ50))。该研究结果可为干热区芒果水肥管理提供科学依据。     

自动挡雨预警推送蒸发器手机在线控制装置研制

为消除蒸发器水面蒸发量检测过程中因天然降雨对检测结果的不利影响。在脉冲式蒸发器水面蒸发量手机在线检测装置基础上增加了自动挡雨装置和天气预警及其挡雨装置是否正常运转的推送功能。该装置通过个推软件工具开发包实现了预警推送功能,并采用雨水传感器感应板输出的电信号变化感知是否出现降雨情况,实现了挡雨盖遮挡和移除的智能控制。结果表明:1)装置运行可靠,60次试验中,挡雨盖完全遮挡和回到初始位置、挡雨和移除挡雨盖成功后,收到反馈消息的成功率均为98.3%;2)装置运行稳定,支撑杆转动的理论角度与实测角度的绝对误差范围为1.6°～3.5°,最大相对误差为4.1%,最小相对误差为1.9%。田间试验结果表明,该装置适应性较强,性能良好,支撑杆转动的理论角度与实测角度的最大绝对误差为3.4°。可见,该装置不仅通过降雨感知进行挡雨,而且可以通过手机在线控制,查看降雨天气预警、挡雨盖完全遮挡蒸发器和回到初始位置是否成功的推送消息,提高了蒸发器挡雨操作的智能化水平,解决了蒸发器蒸发量检测过程中因降雨造成检测失败的突出问题。该研究为智能挡雨和消息推送技术在农业智能设备研发中的应用提供了新思路。     

营养生长期亏缺灌溉对三七生长及根区微环境的影响

以2年生三七为研究对象,设置4个水分处理模式——常规灌溉和3种水分亏缺灌溉(分别灌水至田间持水量的60%、50%、40%),比较分析在三七营养生长期不同水分处理对土壤微环境及三七生长的影响。结果表明:轻度水分亏缺(灌水至田间持水量的60%),三七的叶长、叶宽、叶柄长、剪口长增长量均达到较高水平;土壤中细菌占微生物菌落数的比例较大,与微生物总菌数的变化趋势相同;随水分亏缺度增大,土壤中真菌菌落数呈先增加后减少的趋势,放线菌与细菌菌落数呈逐渐减少的趋势;土壤酶活性呈先增后减的趋势;当水分亏缺度为田间持水量的50%时,脲酶活性达到最大,为0.15 mg/(g·d);当水分亏缺度为田间持水量的60%时,过氧化氢酶和酸性磷酸酶活性最大,分别为3.57 mL/g、439.5μg/(g·d);土壤中放线菌、细菌菌落数和酸性磷酸酶活性与三七的株高、叶柄长、叶长、叶宽和剪口长增长量呈极显著相关(P0.01)。在本试验中,营养生长期大棚栽培的三七实行土壤含水量为田间持水量的60%的灌溉方式为最佳方案。     

荫蔽栽培与亏缺灌溉对干热区小粒咖啡生长和冠层结构的影响

干热区小粒咖啡水、光管理粗放,高效生产受到限制。通过大田试验,采用完全组合设计,设3个灌水水平[充分灌水(FI)、轻度亏缺灌水(DIL)和重度亏缺灌水(DIS)]和4个荫蔽栽培模式[无荫蔽(S0):单作咖啡;轻度荫蔽(SL):4行咖啡间作1行香蕉;中度荫蔽(SM):3行咖啡间作1行香蕉;重度荫蔽(SS):2行咖啡间作1行香蕉],研究香蕉荫蔽栽培下亏缺灌溉对干热区小粒咖啡生长和冠层结构的影响。结果表明:与FI相比,其余灌水处理的株高增量和新梢长度分别减少13.62%～23.94%和8.82%～13.96%,总定点因子增加9.55%～34.97%。与S0相比,其余荫蔽处理的株高增量、茎粗增量、冠幅增量、新梢长度和叶面积指数分别增加18.33%～33.65%、6.43%～15.47%、5.38%～12.60%、8.82%～24.69%和5.18%～22.85%,冠层开度、林隙分数、平均叶倾角、总定点因子和透光率分别减少4.42%～15.50%、4.85%～16.49%、5.50%～15.07%、13.78%～41.44%和10.36%～31.78%。相关分析表明,冠层开度、林隙分数、平均叶倾角、直接定点因子、间接定点因子、总定点因子、冠下直接辐射、冠下间接辐射、透光率和消光系数相互之间均呈显著正相关,且分别与冠层叶面积指数呈显著负相关。聚类分析表明,当类间距离为5时,可将12个处理分为3类, FISS、DILSS和FISM处理为第1类, FISL、DILSL、DILSM、DISSS、FIS0和DISSM处理为第2类, DILS0、DISSL和DISS0处理为第3类。其中第1类的生长状况最佳,可作为干热区小粒咖啡灌水处理和香蕉荫蔽栽培模式的优选组合。该结果可为干热区小粒咖啡水光管理提供理论指导。     

基于卷积神经网络的草莓识别方法

针对目前草莓识别定位大多在简单环境下进行、识别效率较低的问题,提出利用改进的YOLOv3识别方法在复杂环境中对草莓进行连续识别检测。通过训练大量的草莓图像数据集,得到最优权值模型,其测试集的精度均值(MAP)达到87. 51%;成熟草莓的识别准确率为97. 14%,召回率为94. 46%;未成熟草莓的识别准确率为96. 51%,召回率为93. 61%。在模型测试阶段,针对夜晚环境下草莓图像模糊的问题,采用伽马变换得到的增强图像较原图识别正确率有显著提升。以调和平均值(F)作为综合评价指标,对比多种识别方法在不同果实数量、不同时间段及视频测试下的实际检测结果,结果表明,YOLOv3算法F值最高,每帧图像的平均检测时间为34. 99 ms,视频的平均检测速率为58. 1 f/s,模型的识别正确率及速率均优于其他算法,满足实时性要求。同时,该方法在果实遮挡、重叠、密集等复杂环境下具有良好的鲁棒性。     

水肥与保水剂处理对小桐子生长与水分利用的影响

为了探明保水剂与水肥处理对小桐子幼树生长与水分利用的影响,通过盆栽试验,研究了2种供水模式（重度水分亏缺W1,40%ET;轻度水分亏缺W2,80%ET）、2种施氮水平（N1：0.25g/kg风干土;N2：0.5 g/kg风干土）和2种保水剂水平（S1：0;S2：2 g/kg风干土）对小桐子幼树生长和水分利用率的影响.结果表明：1在N2S2条件下,与W2相比,模式W1的小桐子总干物质质量减少7.2%,而总水分利用率显著增高43.2%;W2S2条件下,与N1相比,水平N2的小桐子总干物质质量和总水分利用率分别显著增加14.4%和10.5%.有利于小桐子幼树生长的保水剂与水肥的最优组合为S2W2N2.2采用施加保水剂处理的小桐子具有显著提高根系、冠层和整株的干物质质量的作用.在水平N2下,与处理S1W2相比,处理S2W1在节水达35.1%情况下,株高增长29.0%、蒸散量减少了45.3%,而根系、冠层和总干物质的质量分别显著增多14.5%,21.8%和20.3%,因此水分利用率显著提高98.6%.     

灌水频率和施肥量对三七有效成分积累与发病率的影响

为探明灌水频率和施肥量对三七有效成分积累及发病率的影响。以2年生三七为试验对象，设置W1（3 d灌1次水）、W2（5 d灌1次水）、W3（7 d灌一次水）、W4（9 d灌1次水）4个灌水频率水平；F1（75 kg/hm2）、F2（150 kg/hm2）2个施肥水平；采用完全组合设计，共8个处理。结果表明，随着灌水频率的增加，三七光合速率、蒸腾速率、叶水势均呈先增加后减小趋势，在花期达到峰值，且W2处理均最大。不同处理的株高、茎粗、叶长及叶宽变化趋势大致相同且均在营养生长期大幅增加，在果期达到最大。W3F2处理下有效成分积累量最大（1084.93 mg/kg），特别是与W1F2相比，W3F2处理三七有效成分积累量极显著增加了61.10%。此外，随着灌水频率的增加，三七根腐病、黑斑病在高频率灌水W1处理条件下发病率最高（P<0.05），分别为15.79%、3.41%；干叶病发病率最低，仅为2.11%。综上所述，微喷灌施肥条件下低频灌水W3（7 d灌1次水）和高肥F2（150 kg/hm2）组合处理适宜三七叶片生长，且三七根中有效成分积累多，发病率低。本研究对优化三七水肥管理，实现三七绿色可持续发展具有重要理论及指导意义。     

调亏灌溉与氮营养对玉米根区土壤水氮有效性的影响

为探索调亏灌溉与氮营养对玉米根区土壤水氮有效性的影响,采用盆栽玉米试验,研究了水分调亏时期和不同施氮量对玉米根区土壤硝态氮迁移动态和水氮利用的影响。结果表明：施氮量决定根区土壤硝态氮含量,各生育阶段的灌水量和养分吸收影响硝态氮的变化动态。调亏灌溉的玉米根区中、下层土壤硝态氮含量介于常规灌溉的高水和低水处理之间。抽穗期结束时根区中、下层土壤硝态氮含量与施氮量呈正相关关系。施氮量、调亏时期对干物质和全氮累积量影响显著。拔节期水分亏缺对干物质累积量影响最大,苗期水分亏缺影响次之,抽穗期水分亏缺影响最小。苗期亏水、高氮处理的水分利用效率最高。高氮处理的植株全氮累积量最大,是无氮处理的2.54～3.23倍。低氮调亏灌溉的氮肥表观利用效率都大于30%,比高氮调亏灌溉的高约6.6%。最佳的水氮组合为抽穗期亏水低氮处理。     

水肥光耦合对小粒咖啡生长特性及水肥利用的影响

为探明小粒咖啡灌溉、施肥和遮荫高效管理模式,设置灌水(W_L:0.8ET_P,W_M:1.0ET_P和W_H:1.2ET_P,其中ET_P为水面蒸发量)、施肥(F_L∶N∶P₂O₅∶K₂O=90.8∶90.8∶90.8 kg/hm²,F_M∶N∶P₂O₅∶K₂O=181.6∶181.6∶181.6 kg/hm²和F_H∶N∶P₂O₅∶K₂O=272.4∶272.4∶272.4 kg/hm²)和遮荫(NS:自然光照和S:30%遮荫度)三因素完全组合试验,研究不同灌溉、施肥和遮荫对小粒咖啡冠层结构、光合特性、水肥利用以及干物质累积的影响,同时拟合不同水肥光条件下光合指标日变化.结果表明,提高灌溉水平和遮荫度会显著降低冠层开度,增加叶面积指数、净光合速率和蒸腾速率.与NS相比,处理S光合特性日变化拟合曲线为“单峰”,同时对干物质累积量、灌溉水分利用效率和肥料偏生产力分别提高6.24%,11.21%和11.54%.提高灌溉水平能增加干物质累积量与肥料偏生产力,但降低了灌溉水分利用效率.与F_L相比,F_H提高干物质累积量和灌溉水分利用效率分别为20.59%,6.94%,F_M分别提高23.00%和7.63%.由极差分析及综合评分法得出,W_MF_LS组合的小粒咖啡干物质累积量与水肥利用的综合效益最大.研究结果可为小粒咖啡高效生产提供实践参考.