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。     

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。     

循环式岩棉栽培水肥一体化装备及控制系统研发

为提高我国循环式岩棉栽培水肥管理水平，自主研发设计了循环式岩棉栽培水肥一体化智能装备及控制系统。系统根据植株的生长发育状态、需水需肥规律以及环境条件，通过智能控制系统全自动地进行营养液的检测、配比和灌溉决策，并结合营养液回收消毒技术，实现营养液的重复利用。系统提供便于操作的硬件设备以及全自动智能运行的控制系统，可对岩棉栽培水肥实现全自动智能精准管理，节水节肥20%以上，实现农业生产的零排放。经过在不同园区的试验和应用，验证该系统运行稳定，适用性强。在宁夏园艺产业园番茄生产应用可达到45.4 kg/m2的高产。      

基于臭氧的水培空心菜促生装置及初步试验

针对无土栽培条件下营养液易繁殖病原菌及孽生藻类的问题,设计了适用于无土栽培温室的基于臭氧的水培生菜促生装置。采用电晕放电法制取O3,选择合理的自动控制策略,获取营养液杀菌消毒过程中的p H、电导率及液位参数等,针对植物对营养液的实际需求进行动态调整,为植物提供最佳的生长环境。试验以台湾长叶空心菜为试验对象,通过测定0.19mg/L(处理1)、0.38mg/L(处理2)和0.57mg/L(处理3)臭氧浓度处理下水培空心菜的生长指标及叶绿素含量,对比分析不同臭氧浓度处理与不使用臭氧消毒(对照组)条件下空心菜的生长差异。试验结果表明:该循环消毒装置在0.57mg/L臭氧浓度下,对空心菜的生长有一定的促进作用,可以增加空心菜产量。     

微生物肥对温室土壤质量及哈蜜瓜生长发育的影响

以哈密瓜品种‘金蜜六号'为试材,研究了微生物肥对设施土壤质量及哈蜜瓜品质、产量等的影响。结果表明:供试微生物肥均能不同程度地改善土壤质量(降低pH及全盐,提高有机质、速效氮、磷、钾含量及微生物总量),并能促进哈密瓜植株健康生长,提高其品质和产量。尤以华微氮磷钾‘A50'及润康源EM原液表现突出,其中叶面喷施+根部冲施润康源EM原液能显著提高植株光合作用效率,性能指数高出对照76.21%。     

灌溉水盐分对设施番茄生长、产量及品质的影响

以"佳丽14"番茄品种为试材,在日光温室内开展咸水灌溉试验,设置灌溉水盐分浓度为0.4、3.4、6.4g·L~(-1),研究不同灌溉水盐分浓度对设施番茄生长、产量以及果实品质的影响。结果表明:与盐分浓度0.4g·L~(-1)处理相比,盐分浓度6.4g·L~(-1)处理番茄叶面积指数、茎干物质量、叶干物质量、茎叶比等生长指标均受到抑制,盐分浓度3.4g·L~(-1)处理番茄的各项指标生长有一定程度的增大。各处理番茄产量随着灌溉水盐分浓度的增大而减小;盐分浓度3.4g·L~(-1)处理番茄果实品质优于其它处理,盐分浓度6.4g·L~(-1)处理番茄品质指标最低。说明灌溉水中含有适当浓度的盐分有利于番茄的生长和果实品质的提升,但高浓度灌溉水会对番茄生长产生抑制作用,并导致果实品质下降。随着灌溉水盐分浓度的增加,番茄产量逐渐下降。因此,在利用咸水灌溉温室作物时,应加强对土壤盐分含量的监测和调控,以免作物根区盐分累积影响产量。     

基于称重式蒸渗仪的温室菜心耗水规律

以菜心为试材,利用称重式蒸渗仪,以直径20cm的蒸发皿水面蒸发量(Ep)为基础标准,研究了在不同灌溉处理条件下(0.6E_p、0.7E_p、0.8E_p、0.9E_p)温室菜心生育期的蒸散量、蒸散速率、产量、生物量及水分利用效率,以探明温室菜心的耗水规律,明确温室菜心合理的灌溉量。结果表明:温室菜心生育期内蒸散量波动范围为0.73~3.52mm·d-1,前期及中后期的平均蒸散速率分别为1.43mm·d~(-1)和2.04mm·d~(-1),呈前期变化平稳,中后期变化剧烈的趋势;随着灌溉量的增加,菜心的蒸散量随之增加,温室菜心全生育期蒸散量为65.98~78.92mm。其中0.7E_p处理下温室菜心产量、生物量、产量水分利用效率及生物量水分利用效率均为最高。与0.6E_p、0.E_p处理和0.9E_p处理相比,0.7Ep处理的产量分别提高了25.16%(P0.05)、5.63%和13.76%(P0.05),产量水分利用效率分别提高了17.42%(P0.05)、8.48%和27.66%(P0.05),生物量分别提高了21.96%(P0.05)、7.41%和17.68%(P0.05),生物量水分利用效率分别提高了11.21%、10.32%和32.10%(P0.05),0.7E_p灌溉量为供试条件下温室菜心的最优灌溉量。     

外源微生物对苦参基质化发酵腐熟效果的影响

为探讨外源微生物对苦参枝屑基质化发酵堆体腐熟效果的影响,采用随机区组设计,以干燥鸡粪为氮源,进行接种外源微生物对苦参枝屑基质化发酵过程中发酵性能参数的影响试验。结果表明:接种粗纤维降解菌和纤维素类酶制剂堆体升温速度显著快于对照,高温持续时间较长(高于50℃,均达到5 d),苦参堆体腐熟时间缩短;至堆体结束后接种粗纤维降解菌和纤维素类酶制剂堆体TOC分别下降了8.52%和8.01%,碳氮比分别降低5.35%和5.00%,纤维素质量分数分别下降了3.31%和3.29%,半纤维素降解率分别下降了2.89%和2.93%,木质素分别下降了2.01%和1.98,总氮分别增加了18.2%和16.1%,总磷分别增加了19.0%和18.5%,总钾分别增加了48.1%和49.1%,加速了苦参基质有机质的分解和纤维素降解,提高了堆肥腐熟进程中的总氮、总磷和总钾含量,保证了腐熟后的肥力;接种粗纤维降解菌和纤维素类酶制剂堆体容重分别增加了6.10%和9.20%,总孔隙度分别增加了9.28%和9.90%,持水孔隙度分别增加了4.83%和6.09%,腐熟后的各项理化指标均符合理想基质的要求;小白菜和黄瓜种子发芽指数均达到85%以上,有效消除了苦参腐解产物的毒害作用。接种粗纤维降解菌和纤维素类酶制剂堆体的发酵性能参数间无显著差异,综合基质发酵温度、腐熟周期及基质保护作物根系生长及固定植株的功能对基质各项理化性质的要求,接种粗纤维降解菌和纤维素类酶制剂对苦参基质堆体基质化促进效果较优。     

宁夏干旱区露地礼品西瓜适应性栽培性状的比较

对8个礼品西瓜品种的植物学性状、抗病性、产量及品质等性状进行了比较试验。结果表明:"黑美人"、"新金兰"不仅抗病、丰产,品质较好,而且产量均超过3 800kg/667m2,在宁夏干旱区露地栽培具备推广价值。