冬小麦精准追肥机专家决策系统

为了实现小麦生长过程中的实时变量追肥,研究了光谱数据处理策略及目标追肥量的计算模型,开发了基于近地光谱探测技术的实时变量追肥专家决策系统,结合小麦冠层归一化植被指数(NDVI)、追肥机实际行进速度和肥料反馈量,双通道独立控制施肥机构的转速和开度,从而实时调整追肥量,实现精准变量追肥。试验结果表明,专家决策系统的控制精度达到90%以上,可以满足精准追肥的要求;拔节期,变量追肥比定量均匀施肥增施氮肥28 kg/hm2左右;变量施肥有利于改善小麦群体结构,降低产量差异性。     

移动式土壤旋耕蒸汽消毒机的研制

为解决土壤连作障碍等引起的蔬菜种植问题,设计了一种可在旋耕作业的同时进行土壤蒸汽消毒的机具。机具主要由旋耕装置、蒸汽发生器、补水装置、蒸汽输送系统、消毒罩、可拆卸消毒毛管等组成。通过热量平衡分析得出,在土壤宽120 cm、深15 cm时,土壤消毒到60℃时所需蒸汽功率为87.78 kW,而当土壤蒸汽消毒机蒸汽发生器出口压强为0.6 MPa,温度为158.86℃时,能提供的蒸汽功率为97.35 kW,系统损耗为0.61 kW,可满足土壤消毒的热量需求。田间试验表明:当蒸汽发生器出口蒸汽压强为0.6 MPa,温度为158.86℃,机具旋耕行走速度为0.035 m/s,消毒毛管管径15 mm,间距为180 mm时,深度15 cm土壤消毒后温度在58.9~70.6℃之间,可满足土壤旋耕消毒的温度要求。     

基于光谱探测的小麦精准追肥机设计与试验

为了实现小麦生长过程中的实时变量追肥,使用近地光谱探测技术,设计了大田实时变量追肥机。追肥光谱监测系统实时获取作物冠层归一化植被指数,结合追肥策略计算出当前的目标施肥量,采用测速和测距法反馈肥料流量信息,并根据追肥机实际行进速度,实时调整追肥量,实现精准变量追肥。试验结果表明,田间小麦长势存在空间差异性,冠层的归一化植被指数可以解析此差异性;追肥机追肥控制精度达到90%以上,可以满足精准追肥的要求;变量追肥比定量均匀追肥增施氮肥28 kg/hm2左右。     

不同耕作方式下水稻田麦秸降解效果

为研究稻麦轮作区不同耕作方式下水稻田麦秸的降解效果，在淮河中下游砂姜黑土区，试验测试了"耕翻+旋耕+泡田"（PRP）、"旋耕+泡田"（RP）、"泡田+旋耕"（PR）三种耕作方式下麦秸在45和90 d中的降解率、组分、养分残存量等参数变化情况，并在显微条件下观察了秸秆表面形态特征。结果表明：1）几种还田方式下，麦秸降解率都是先快后慢，到还田45 d时，其降解率达45%~55%，还田90 d时最高降解率也不超过58.27%。2）还田时间对麦秸碳（C）、氮（N）、磷（P）、钾（K），微观凹坑径向长度（Lx）、微观凹坑轴向长度（Ly），力学强度有显著影响（P<0.05），对麦秸组分变化有影响。覆盖还田麦秸C、N、P、木质素、半纤维素随还田时间分别上升至其初始值的1.01～1.33、1.81～3.45、1.15～1.82、1.15～1.39、1.45～2.77倍，而麦秸K、纤维素则下降至其初始值的0.04～0.11、0.77～0.95倍；Lx和Ly随还田时间变化上升至其初始值的5.65～13.60、2.48～9.18倍；麦秸剪切、弯曲及压缩强度随还田时间下降至其初始值的0.07～0.34、0.26～0.58、0.43～0.76倍。3）耕作方式对覆盖还田麦秸N、P、K残存量影响显著（P<0.05），对组分变化有影响。PRP比RP、PR更能促进麦秸N、P、K、纤维素含量下降，提高木质素含量，而半纤维素随耕作方式变化无明显规律。因此，PRP是覆盖还田麦秸降解的较佳选择，其有助于还田麦秸力学强度下降，易引起秸秆表面崩解并形成微观凹坑，促进秸秆腐解及养分释放。     

基于相变储热材料的温室栽培架设计及性能研究

【目的】设计一种基于相变储热材料的温室栽培架,为解决温室作物冬季面临的低温冷害等问题提供参考。【方法】利用相变蓄放热系统、辅助加热系统、热风循环系统等组成栽培架,通过试验测试了典型晴天和典型阴天条件下栽培架种植区和相变蓄放热系统内的温度,对种植区与温室内的温度进行比较,并用FLIR红外成像仪采集线椒、番茄叶片部分的热红外图像,验证栽培架的放热保温效果。【结果】在典型晴天且不开启辅助加热条件下,种植区夜间平均温度较温室内高1.2～2.5 ℃;在典型阴天条件下,夜间开启辅助加热系统时,种植区夜间平均温度较温室内高3.3～6.8 ℃。在典型晴天和阴天两种天气条件下,栽培架内种植作物的叶片温度均高于同时段温室内种植的作物。栽培架的平均能量利用率在典型晴天和典型阴天条件下分别为65.1%和56.6%,栽培架的平均性能系数（COP）在典型晴天条件和典型阴天条件下分别为9.3和2.2。【结论】所设计的基于相变储热材料的温室栽培架冬季种植区增温明显,可有效改善作物生长的热环境,且节能效果明显。     

农业机器人底盘关键技术研究现状分析

底盘总成是自走式农业机器人的重要组成部分,其性能优劣直接影响机器人的作业质量和效率。随着我国精准农业、智慧农业的迅猛发展,机器人技术在现代农业生产中的应用日益广泛,尤其是机器人底盘技术,集中在底盘技术的定位建图、路径规划和自主避障等方面,承载了机器人整体的定位、导航及避障等基本功能。本文基于现阶段国内外农业机器人底盘技术的发展概况,主要对我国农业机器人底盘定位建图、路径规划以及自主避障等关键技术的研究现状进行分析,并针对目前我国农业机器人底盘技术存在的不足,提出了未来农业机器人底盘技术的研究方向与展望,为智慧化现代农业生产中机器人技术深入研究和持续发展提供参考。     

离心匀肥罩式水稻地表变量撒肥机设计与试验

为实现水稻生长周期内区域性实时变量施肥,提高机械化施肥作业效率和肥料利用率,结合水稻施肥农艺特点和近地光谱技术,设计了一种基于传感器的双圆盘离心匀肥罩式水稻地表变量施肥机。对光谱检测装置、决策控制系统、变量执行机构等关键部件进行设计,搭建基于STM32F103核心控制器的反馈系统,结合专家施肥策略响应目标施肥量。以闸口排肥流量A、撒肥圆盘转速B、整机行进速度C为影响因素,颗粒分布变异系数Cv和施肥量相对误差γ为评价指标,设计三因素三水平撒肥性能正交试验。性能试验结果表明:在目标作业幅宽内(24 m),影响Cv主次因素为A、B、C,影响γ主次因素为B、A、C,综合选择较优的工作参数因素水平组合为:A2B2C2,即排肥流量300 g/s,圆盘转速600 r/min,整机行进速度1.2 m/s时,Cv=13.82%,γ=9.54%,整机撒肥性能最优。田间试验结果表明:与性能试验相比,Cv误差均值为9.19%,γ误差均值为9.25%。研究结果表明离心式变量施肥机满足撒肥均匀性和施肥量准确性要求,提高了离心式变量施肥机撒肥性能,为圆盘式撒肥机传统的经验式施肥提供了理论基础。     

鱼菜共生系统中不同种类蔬菜对养殖尾水氮素转化的影响

鱼菜共生系统实现了水产和蔬菜间的物质循环转化,是一种零排放可持续的先进农业生产模式,为探究鱼菜共生系统中不同种类蔬菜生长状况及其对养殖尾水氮素转化的影响,设计了5种不同种类蔬菜（圣女果、线椒、蕹菜、芹菜、紫背菜）基于耦合型鱼菜共生系统的栽植试验。结果表明：在26 d的栽植试验中,各试验组蔬菜鲜质量和株高均有正向增长,根质量占比与鲜质量增长量关系的拟合曲线为一元二次方程,当根质量占比在34%～42%间时,植株各器官发育较好,对营养物质转化效率高,圣女果有最大鲜质量增长量28.43 g、最大株高增长量31.84 cm和最大株高相对增长率241.32%;试验中换水周期为3 d,各试验组水体氮化物浓度指标均显著下降,圣女果42 h氨氮相对去除率达69.17%,6 h内亚硝酸盐氮相对去除率为41.09%;在循环周期末期,水培组圣女果有最小氨氮质量浓度0.152 mg/L,pH值稳定在6.98左右,水培紫背菜有最大亚硝酸盐氮相对去除率55.25%和硝酸盐氮相对去除率42.35%。综上,在耦合型鱼菜共生系统中圣女果对养殖尾水的水质和氮素有较好的净化作用和转化效果。     

稻麦精准追肥机执行机构的设计与试验

【目的】适应精准追肥机械在稻麦生长过程中的实时变量追肥要求.【方法】设计了一种新型轴分段式变量追肥机执行机构,阐述了该变量追肥机执行机构的总体结构及田间作业原理,分析并确定了其关键部件结构和参数.以氮肥为试验对象,进行排肥性能试验和田间追肥试验.【结果和结论】试验结果表明,该精准追肥机执行机构可实现常规槽轮排肥器槽轮转速和开度的双调节控制,整体系统控制精度90%以上,实时地调整施肥量有利于肥料的管理和充分利用,能够实现精确农业意义上的精准追肥作业,达到了设计要求.     

冬小麦双变量施肥控制策略研究

为实现冬小麦田间精准变量施肥,针对自行研制的基于光谱技术的冬小麦追肥机械的控制特性,构建双变量控制模型,研究确定系统最优控制策略。采用Bisquare估计稳健回归分析变量施肥机构的控制模型,在此基础上,从转速优先控制、开度优先控制以及双变量自适应控制3个方面研究分析变量施肥控制策略。为了兼顾变量施肥执行效率与控制精度,最终构建变量施肥控制序列查询表,通过查表法来实现双变量自适应控制。结果表明,通过查表法可以快速地获得目标转速和开度的控制量,然后将其输入模糊PID控制器中,运行模糊PID控制算法能够实现双变量精确控制,其中转速控制误差低于12.83%,平均误差小于9.84%;开度控制误差低于13.57%,平均误差小于9.34%。由此可见,本研究构建的变量控制模型与策略性能良好,可以满足冬小麦精准变量施肥的技术要求。