基于级联卷积神经网络的番茄花期识别检测方法

对作物花期状态的准确识别是温室作物执行授粉的前提。为提高花期状态识别的准确度，该研究以温室番茄为例提出了一种基于级联卷积神经网络的番茄花朵花期识别方法。首先采用改进的端到端的特征金字塔网络FS-FPN实现番茄花束的分割，然后采用Prim最小生成树对分割后的花束图片进行花期识别优先级排序，最后将已排序的分割花束图片输入改进的Yolov3网络，实现番茄花朵花期状态的精准识别。在由1600幅包含花蕾期、全开期、谢花期、初果期4类花期状态的番茄花束图像构成的数据集上，所提方法对番茄花朵花期平均检测时间为12.54 ms，平均检测精度分别比Mask R-CNN和SPP-Net提高了3.67%和2.39%，识别错误率比改进前的Yolov3网络降低了1.25%。最终将该方法部署到番茄授粉机器人上，并在大型玻璃温室内进行验证，结果表明，所提方法对番茄花朵各花期的检测精度分别为花蕾期85.71%、全开期95.46%、谢花期62.66%、初果期88.34%，该研究结果可为智能授粉机器人的精准作业提供重要依据。     

有机基质臭氧消毒设备设计与试验

为实现有机基质的绿色、高效消毒,设计了有机基质臭氧消毒设备。基于离散元软件EDEM建立了有机基质颗粒模型,根据有机质物料输送及抛撒动力学特性与臭氧消毒工艺流程,利用Solid Works软件构建了有机基质臭氧消毒设备结构模型,并对两种模型进行接触参数标定。以有机基质倾尽角为评价指标,以抄板弯折角、转筒转速、填充率为试验因素,进行了三因素五水平正交旋转组合仿真试验。根据仿真结果,利用Design-Expert软件回归分析法建立倾尽角回归数学模型,对有机基质臭氧消毒设备模型中的抄板弯折角、转筒转速、填充率进行了参数优化与试验验证。结果表明,在各因素取值范围内,抄板弯折角对有机基质倾尽角影响极显著,转筒转速对倾尽角影响显著,填充率对倾尽角影响不显著;有机基质臭氧消毒装置最优作业参数组合为:抄板弯折角124.23°、转筒转速6.29 r/min,此时物料倾尽角仿真值为89.3°。臭氧消毒灭菌性能试验验证结果为:臭氧初始质量浓度64.2 mg/m~3,消毒60 min后,细菌灭菌率88.9%,真菌灭菌率97.9%,能够满足有机基质消毒生产要求。     

有色膜覆盖对紫苏生长及叶片矿质含量的影响

以自然光为对照(CK),采用不同颜色聚乙烯薄膜覆盖的棚架人工种植药用蔬菜紫苏(Perilla frutescens L.Britt),分析不同颜色棚膜下叶片光谱特性,并对紫苏的生长动态及矿物质的吸收与积累进行研究。结果表明:(1)有色膜覆盖下,400-700nm可见光的光谱占比均较自然光下显著提高(P0.05),其中蓝膜、紫膜的提高幅度最大,而350-400nm紫外光以及700-900nm红外光波段的光谱占比均较自然光下有所降低;(2)除绿色膜之外,其它有色膜均显著提高单株紫苏的叶片总鲜重(P0.05),以黄色膜下叶片鲜重最高,红色膜次之;(3)K、P、S、Cu元素在紫苏叶片中的含量以绿色膜下最高,Ca、Mg、Mn元素含量以蓝色膜下最高,各有色膜处理较自然光下均提高了K、Na、S元素在紫苏叶片中的含量而降低了Fe元素含量;(4)K、Cu元素在紫苏叶片中的累积量以红色膜处理最高,P、Ca、Mg累积量以黄色膜处理最高,各有色膜处理较自然光下均提高了K、P、Ca、Na、S、Zn、Cu等7种元素在紫苏叶片中的累积量而降低了Fe元素累积量;(5)自然光下紫苏叶片中的常量无机元素含量比值约为K:Ca:Mg:P:S:Na=107:93:27:15:7:1,微量无机元素含量比值约为Fe:Mn:Zn:Cu=524:21:7:1。综上,有色膜覆盖可以作为一种定向优化露地栽培紫苏生长或矿质品质的设施工程手段。     

日光温室正压湿帘冷风降温性能及冷负荷计算模型

负压湿帘风机降温被广泛应用于温室生产中,但存在降温均匀性差、限制温室长度及对温室密闭性要求高等不足。为克服负压湿帘风机降温的局限性,提高日光温室降温能力,该研究设计了日光温室正压湿帘冷风降温系统,其气流组织方式为湿冷空气从南屋面底部进入日光温室,热空气由顶开窗排出室外。在北京地区无作物的日光温室对系统夏季降温增湿效果及性能进行试验,试验结果表明:在典型夏季高温白天,正压湿帘冷风降温系统配合遮阳网可将日光温室试验区内平均气温控制在30.7～33.4℃,比采用自然通风配合遮阳网的对照区低5.4～11.1℃,比室外低2.4～5.4℃,降温效果良好;夜间系统对温室降温幅度减小。该系统可有效缓解低湿胁迫,日光温室试验区空气平均相对湿度为49.8%～62.3%,比对照区及室外分别高13.6%～21.2%和13.6%～24.6%。室内风速0.35～1 m/s,气流分布差异性较小。试验条件下,正压湿帘冷风降温系统的平均降温效率为91%,比传统的负压湿帘风机高10个百分点以上;实际平均耗水量为0.035～0.079 g/(m~2·s),且耗水量与室外空气水蒸气饱和压差(VPD,vapor pressure deficit)呈正相关(P0.01,r=0.64)。同时,研究构建了日光温室冷负荷计算模型及湿帘冷风降温设备合理选型方法,其中冷负荷模型是降温设备选型的基础,普遍适用于各种日光温室降温方法的研究。计算得到日光温室夏季降温冷负荷为299.1W/m~2,应安装的正压湿帘冷风降温系统最大比通风量为0.067 m/s。该研究为日光温室正压湿帘冷风降温方法的工程应用提供了技术参考,为日光温室安全越夏生产环境控制提供了理论基础。     

玉米新品种潞玉1681选育报告

潞玉1681是由山西省农业科学院谷子研究所和山西潞玉种业玉米科学研究院以自选系LYA92为母本、自选系LYB72为父本组配而成的优良玉米单交种,2018年通过国家农作物品种审定委员会审定,审定编号为国审玉20186143。该品种产量稳定、抗倒性好,2016—2017年西南绿色通道区试平均产量为9 162.8 kg/hm~2,比对照渝单8号增产11.05%,增产点率为85.2%,倒伏倒折率为2.2%;2017年西南绿色通道生产试验平均产量为8 907 kg/hm~2,比当地对照增产6.77%,增产点率为77.5%,倒伏倒折率为1.8%。潞玉1681适宜在四川、重庆、云南、贵州、广西、湖南、湖北、陕西汉中地区的平坝丘陵和低山区等西南春玉米区种植。     

蔬菜嫁接机器人柔性夹持搬运机构设计与试验

针对现有蔬菜嫁接机器人单手爪夹持搬运机构作业时需要在上苗、切削和对接工位往复旋转作业，限制了机器嫁接生产效率，存在夹持伤苗、操作人员上苗等待时间过长、易疲劳等问题，设计了一种四手爪柔性夹持搬运机构，能够实现上苗、切削和对接工位同步作业，以及秧苗柔性夹持与快速搬运，有助于提高机器嫁接效率。提出了基于缓冲材料的柔性夹持手爪和夹持力调节方法，分析了不同厚度EVA缓冲材料的压缩力学特性，得到缓冲垫完全闭合夹持条件下对不同秧苗的夹持力。利用ADAMS软件建立夹持搬运机构动力学仿真模型，分析了秧苗不同夹持力与旋转位移的变化规律，得出当夹持力小于0.4N时秧苗脱离了夹持手的束缚，夹持力大于3.5N时秧苗夹持与旋转作业稳定。机构性能试验结果表明：选取白籽南瓜苗和黄瓜苗为测试对象，柔性夹持手爪平均夹苗成功率为98.5%，比弧形夹持手提高4.5个百分点，伤苗率降低3.5个百分点，柔性夹苗效果显著；该机构嫁接平均速度为1052株/h，是同类型单手爪嫁接机作业效率的1.72倍，嫁接成功率为96.67%，大幅提高了嫁接机器人生产效率，能够满足工厂化嫁接育苗生产需求。本文研究结果可为高速嫁接机器人的夹持搬运机构设计和优化提供技术参考。     

水培营养液NO_3~--N浓度在线标测系统构建与验证

针对目前氮素浓度检测技术中电极标定过程与离子检测过程分离,难以实现在线检测的问题,建立了一套基于双传感器冗余控制的水培营养液NO_3~-N浓度在线标测系统。系统的标定过程,利用丝杠滑块线性导轨完成电极清洗和标准液电压获取,并采用最小二乘法,辨识所采集电压与离子浓度对数之间标准曲线的参数;系统的检测过程,基于最大误差原理,采用双传感器冗余控制方法进行数据融合和标定决策,最终实现NO_3~-N浓度的连续在线检测。验证试验结果表明:双传感器冗余控制方法可靠;在线检测值与离子色谱法获得的实验室检测值平均相对误差仅为5.64%,平均绝对误差也只有1.172×10~(-5),二者呈现极显著线性相关关系(P0.01)。综合分析,该系统能够实现营养液连续消耗情况下,NO_3~-N浓度的在线检测,其结果不仅与实验室检测值具有较好的一致性,而且解决了人为手工标定电极费时费工的问题,提高了检测效率,为营养液的精细化管理提供了新的技术手段。     

磁化水灌溉对番茄生长及生理特性的影响

通过日光温室试验，研究磁化水灌溉对番茄幼苗期和开花期生长性状与生理特性的影响，为磁化水灌溉在蔬菜生产中的应用提供依据。试验设置2个处理:磁化水灌溉、普通水灌溉（CK）。试验结果表明:与普通水灌溉相比，磁化水灌溉处理的番茄植株株高增长15%、茎粗增长8.2%；磁化水灌溉处理后的幼苗期番茄叶片SOD、POD和CAT活性分别增长22%、44.4%、18.4%，开花期番茄叶片SOD、POD、CAT活性分别增长15.8%、21.5%、48.3%；磁化水灌溉处理后的开花期番茄根系活力增长56%。磁化水灌溉能有效提升番茄生长性能、酶活性和根系活力，可为绿色、无公害蔬菜生产技术的应用提供参考。      

负水头灌溉对番茄不同生育期生长特性的影响

[目的]通过温室盆栽试验,研究负水头不同供水吸力对番茄各生育期耗水量和光合特性、植株水分利用效率和产量的影响,为负水头在番茄生长生产中的合理应用提供理论依据。[方法]采用负水头灌溉装置,设置4个不同吸力值,分别为5(T1)、6(T2)、7(T3)、8(T4)kPa,测定不同吸力值下番茄各生育期内的耗水量和光合特性、植株水分利用效率及产量,进行比较分析。[结果]通过比较各处理间番茄不同生育期耗水量可知,T1、T2、T3、T4处理的番茄初果期耗水量均最高,分别为22.05、18.89、21.11、18.46kg·pot~(-1);各处理的番茄叶片净光合速率和蒸腾速率随番茄植株的生长呈现先增大后减小的趋势,与番茄各生育期耗水量的变化趋势基本相同;与T1、T3、T4处理相比,T2处理的番茄植株水分利用效率和产量均为最高,分别为17.8g·kg~(-1)、0.71kg·pot~(-1)。[结论]负水头吸力值6kPa处理的番茄植株耗水量最小、植株水分利用效率及产量最高,表明吸力值6kPa的土壤含水量及灌溉量最有利于番茄生长,为温室番茄生长节水灌溉和负水头灌溉合理应用于番茄等温室作物优质高产提供一定的理论依据。     

寡日照天气对设施番茄生长影响模拟研究

为了定量化表征寡日照天气对设施番茄生长的影响,本研究基于EPIC模型(erosion-productivity impact calculator)的作物生长模块,构建了寡日照条件下设施番茄生长模型。考虑低温的影响,对株高的模拟方法进行了改进。利用4个不同播期秋冬茬番茄栽培试验数据对构建模型进行参数率定和检验。结果表明,该模型可以模拟寡日照天气条件下设施番茄株高、地上部生物量和叶面积指数的变化,模拟值与实测值的相对误差分别控制在16%、10%和16%以内。根据2012-2015年11月份的温室气象数据设定不同的情形,模拟设施番茄的生长状况。结果表明,寡日照天气对设施番茄地上部生物量增加的影响要大于对叶面积指数和株高的影响。该模型可用于定量描述寡日照天气对设施番茄生长过程的影响,可为制定设施番茄合理的环境调控策略提供指导。