基于遗传算法的番茄幼苗光合作用优化调控模型

由于光合速率优劣直接影响番茄的产量与品质,而其光合速率主要受温度和光子通量密度影响,因此如何实现不同温度条件下的光饱和点信息动态获取,是光环境调控技术发展亟需解决的重要问题。针对上述问题,该文提出了基于遗传算法的番茄幼苗光合作用优化调控模型。其利用光合速率双因素嵌套试验获取多维数据,构建温度、光子通量密度耦合的光合速率多元非线性回归模型,设计了基于遗传算法的光合速率模型寻优方法,得到不同温度条件下的光饱和点,继而建立以光饱和点为目标值的番茄幼苗光合优化调控模型。模型验证试验结果表明,提出的方法可动态获取不同温度条件下光饱和点,光饱和点实测值与计算值决定系数为0.920,最大相对误差小于6%,具有较高精度,对提高设施光环境调控效率具有重要的意义。     

番茄果实蠕变特性表征的Burger's修正模型

针对经典Burger’s模型在蠕变特性表达中的不足,进行了绿熟期、变色期、红熟前期和红熟中期番茄果实的蠕变试验,并在Burger’s模型和常用指数型与幂函数型修正模型分析的基础上构造提出了4元件6参数修正模型.该模型对不同成熟期蠕变段试验数据拟合的平均决定系数与和方差分别达0.9975~0.9994和0.04047~0.07633,蠕变变形率和弹性度的拟合平均相对误差分别为2.54%~3.04%和2.89%~7.12%,蠕变量预测的平均相对误差为0.29%~0.46%,蠕变速率也与实际更加吻合,其曲线拟合精度、关键指标表达精度和蠕变预测精度大大优于Burger’s模型和常用修正模型.研究表明该模型实现了蠕变行为的更准确表征与预测,从而为果实收获、储运、分选的减损提供了更好的模型依据.     

北方日光温室长季节番茄茎节生长模拟模型

以番茄器官生长发育的生理生态过程为基础,建立了北方日光温室长季节番茄茎节生长模拟模型,它是建立番茄叶片和果实生长模拟模型的基础。供试番茄品种为“卡鲁索”和“卡特琳娜”。确定了模型中的参数如节点最大出现速率等,并对模型进行了验证试验。结果表明：番茄茎节数模拟值与实测值的变化趋势一致,平均相对误差为0.7%～9%。用散点图法验证模拟值与实测值的相关系数达0.9964,截距为-8.8,每平方米模拟值比实测值平均偏低8.8个茎节。表明模型模拟结果较好。     

日光温室番茄植株体温与气温差异研究

植物群体间隙的空气温度不能准确地反映植物体实际的温度。该文用热电偶测定了日光温室内番茄茎、叶、果实的温度与同高度空气温度的差异。结果表明,日光温室番茄植株体温与同高度空气温度有明显的差异。不同部位二者差异不同。果实与空气温度差异最大,其次是茎、叶。这样环境温度测定后,结合植物体温与气温差异便可知植物体温。对番茄叶片测定了热时间常数,其均值为174 s,绝对偏差为73.1 s。热时间常数的测定,间接测定了综合热阻项,这为较难测定的植物表面传热热阻找到了一种易于得到的方式。     

连栋塑料大棚内温湿度及番茄叶片净光合速率的垂直和水平分布特征

为探索连栋塑料大棚内气候因子的变化特征，对温室内垂直方向和水平方向的气温和相对湿度进行了连续的观测，结果表明，不同天气条件下温室内平均气温和平均相对湿度具有明显的变化特征。番茄叶片净光合速率的梯度分布特征是上部最大，中下部则迅速下降。     

基于AMMI模型的新疆日光温室适应性分析

运用AMMI模型对2000～2002年新疆8个地区7种类型的日光温室内日平均温度数据进行了分析。结果表明,XA型适宜于塔城和阿克苏地区使用;XC型和山东寿光型适宜于哈密、库尔勒和阿克苏地区使用;XB型、辽宁海城型和黄淮改良型适宜于石河子、昌吉和吐鲁番地区使用;瓦房店型适宜于奎屯地区使用。该研究确定了不同类型的日光温室地区适应性,为新疆发展日光温室生产提供一定的理论依据。     

日光温室番茄植株与环境传热研究

为了解植物体温度变化的原因,用热电偶测温仪和Li-cor的自动气象站测定日光温室番茄茎内和果实内部瞬态传导传热量的日变化规律,分析了茎内部传导传热量的趋势。测定了茎气温差,并根据生物传热学理论,估算了番茄植株与空气间的对流热交换量。结果表明,果实表面与中心存在温差,且有明显的日变化。果实瞬态传导传热量最大值为1.29 W,相当于晴天中午温室内太阳辐射的0.2%。不同天气条件下植株与环境对流传热有相同的日变化趋势,但白天与夜间不同。夜间失热,揭苫后失热增大,并持续到整个上午,10∶30失热量最大,达到-18.9 W/m²。下午至傍晚对流传热为得到热量,13∶30时最高,达到34.9 W/m²,这时正是一天中最高气温发生的时间。阴天对流传热日变化幅度明显减少。多云天气介于晴天与阴天的变幅之间,波动较明显。植株与环境间对流传热量比植株内部传导传热量大。     

日光温室番茄气候空间分布特征

为指导日光温室同时考虑温度和辐射两个因素进行环境管理,依据气候空间理论,应用气候空间图的方法分析了番茄吸收来自环境的辐射与温度的关系。在晴天环境下,对日光温室内番茄群体的气候空间进行了研究,得到了其气候空间图。结果表明日光温室番茄气候空间随气温变化分3个区间段,气温小于16.7℃时和大于28.3℃时,吸收辐射与黑体辐射偏差较大,数据波动也较大;并且低于适宜温度时比高于适宜温度时偏离更大。而在接近番茄生长发育的适宜温度的16.7～28.3℃环境下,番茄吸收辐射更接近理想的黑体辐射;番茄的气候空间变化趋势与D.M.Gates研究得到的北美红雀气候空间辐射极限图相类似,不同的是,番茄群体吸收的太阳辐射会低于理想的黑体所能吸收的辐射。     

水氮耦合供应对日光温室番茄产量和品质的影响

以番茄为试材,采用2水平灌水量(W1:4541.0 m3/hm2、W2:2270.6 m3/hm2)×3水平氮肥追施量(N1:747.4 kg/hm2、N2:373.7 kg/hm2、N3:0 kg/hm2),研究了不同水分和氮素供应水平对日光温室越冬栽培番茄产量和品质的影响。结果表明,氮肥追施量较多(N1)时可显著提高番茄产量,减少灌水量并未导致产量的显著下降。高量施氮或不施氮,番茄果实Vc含量均相应下降。高量施氮可显著提高果实中游离氨基酸及可溶性蛋白质含量。增加施氮量和灌水量可显著提高果实中有机酸含量,但对可溶性糖含量无显著影响。加大氮肥追施量和减少灌水量可显著增加果实中硝酸盐含量。采用灰关联理论对不同水分和氮素供应条件综合评价,结果以灌水量2270.6 m3/hm2和施氮量373.7 kg/hm2为最佳处理组合。     

连栋塑料大棚内温湿度及番茄叶片净光合速率的垂直和水平分布特征

为探索连栋塑料大棚内气候因子的变化特征,对温室内垂直方向和水平方向的气温和相对湿度进行了连续的观测,结果表明,不同天气条件下温室内平均气温和平均相对湿度具有明显的变化特征。番茄叶片净光合速率的梯度分布特征是上部最大,中下部则迅速下降。     

温室长季节栽培番茄发育动态模拟模型的研究

根据番茄生物学特性、发育阶段有效积温恒定的原理和多年的栽培经验，对温室长季节栽培番茄的发育阶段进行划分，其生长发育阶段包括播种期、幼苗期、开花座果期、果实膨大期、果实采收初期、果实采收盛期和果实采收末期。将不同播期各生育阶段的生长度日的平均值确定为建模过程中的参数Ai：自幼苗期至果实采收末期分别为710.5、110.5、152.3、302.9、245.6、2156.7、200.5度日。确定了发育阶段有效积温参数后，建立了温室番茄长季节栽培的发育动态模拟模型，系统的预测番茄发育阶段。模型检验结果表明，温室番茄发育动态模拟模型具有较高的精确性、机理性和实用性。     

温室长季节栽培番茄发育动态模拟模型的研究

根据番茄生物学特性、发育阶段有效积温恒定的原理和多年的栽培经验,对温室长季节栽培番茄的发育阶段进行划分,其生长发育阶段包括播种期、幼苗期、开花座果期、果实膨大期、果实采收初期、果实采收盛期和果实采收末期.将不同播期各生育阶段的生长度日的平均值确定为建模过程中的参数Ai自幼苗期至果实采收末期分别为710.5、110.5、152.3、302.9、245.6、2156.7、200.5度日.确定了发育阶段有效积温参数后,建立了温室番茄长季节栽培的发育动态模拟模型,系统的预测番茄发育阶段.模型检验结果表明,温室番茄发育动态模拟模型具有较高的精确性、机理性和实用性.     

基于蔗糖产量时域变化的温室番茄光合作用的模拟与验证

为了使基于过程的作物模型(Based on Process Model,BPM)和基于结构的作物模型(Structure Model,SM)更好的衔接.该研究依据温室番茄的生理特性,分析了单位叶面积蔗糖产量与光合有效辐射的关系,建立了单位叶面积蔗糖产量子模型;利用有效叶面积与有效积温的关系公式,建立了有效叶面积的预测模...     

秒尺度温室番茄作物-环境互作模型构建与验证

为了解决现有温室模型时间尺度不统一的问题,该研究建立了一个时间尺度统一的温室番茄作物-环境互作模型,描述作物与环境之间的相互作用,提高模型的精准性.首先,将番茄作物生长模型拆分成SUPPLY、PARTITION、GROWTH 3个子模块,针对3个模块在由天数量级时间尺度到秒数量级时间尺度变换时存在的问题,通过模型替换、...     

基于Penman-Monteith方程的温室番茄蒸腾量估算模型

作物的蒸腾是作物生命过程中十分重要的组成部分。为寻求适合于温室栽培条件下番茄植株蒸腾量的计算模型,本文以Penman-Monteith方程为基础,针对温室特定的小气候环境,对番茄冠层整体气孔阻力、空气动力学阻力等参数进行合理修正,建立了包含气象数据、番茄叶面积指数和冠层高度为主要参数的温室番茄蒸腾量估算模型。分别采用2009年5月2-13日（开花坐果期）和2009年6月9-20日（成熟采摘期）2个时段内的实测蒸腾量对模型模拟结果进行验证,2个时段内模型模拟结果的平均相对误差分别为8.48%和9.20%,表明所建模型可以较好地的计算温室番茄的蒸腾量。本研究提出的蒸腾量估算模型对温室番茄作物水分关系的深入研究具有重要参考价值。     

日光温室黄瓜叶片光合速率模型及其参数确定的初步研究

对于属于C3作物的黄瓜,用Charles-Edwards包括光呼吸,暗呼吸和氧效应的光合模型建立其叶片净光合速率模型。并通过试验确定该模型参数。结果表明：以此模型描述黄瓜叶片的光合速率所得到的光合模型参数在一定的光合有效辐射(PAR)范围内与实测数据相符合。不同叶龄的黄瓜叶片其光合特性存在较大差异。其中叶龄为20~30 d的叶片之间光合速率及相关参数差异显著。     

基于RGB和深度双模态的温室番茄图像语义分割模型

图像语义分割作为计算机视觉领域的重要技术,已经被广泛用于设施环境下的植物表型检测、机器人采摘、设施场景解析等领域。由于温室环境下未成熟番茄果实与其茎叶之间具有相似颜色,会导致图像分割精度不高等问题。本研究提出一种基于混合Transformer编码器的“RGB+深度”（RGBD）双模态语义分割模型DFST（depth-fusion semantic transformer）,试验在真实温室光照情况下获得深度图像,对深度图像做HHA编码并结合彩色图像输入模型进行训练,经过HHA编码的深度图像可以作为一种辅助模态与RGB图像进行融合并进行特征提取,利用轻量化的多层感知机解码器对特征图进行解码,最终实现图像分割。试验结果表明,DFST模型在测试集的平均交并比可达96.99%,对比不引入深度图像的模型,其平均交并比提高了1.37个百分点;对比使用卷积神经网络作为特征提取主干网络的RGBD语义分割模型,其平均交并比提高了2.43个百分点。结果证明,深度信息有助于提高彩色图像的语义分割精度,可以明显提高复杂场景语义分割的准确性和鲁棒性,同时也证明了Transformer结构作为特征提取网络在图像语义分割中也表现出了良好的性能,可为温室环境下的番茄图像语义分割任务提供解决方案和技术支持。