LG-I型称量式蒸渗仪自动监测系统

为了方便有效地测定植物的蒸散,同时也为水分利用研究提供测试精度高、稳定性好的简单易用的仪器,开发研制了LG-Ⅰ大型自动称量式蒸渗仪监测系统。此系统采用自行研制的高精度弹簧、高精度SQC-A500 kg悬臂梁传感器、垂直升降调整支架和计算机软件控制处理程序。该仪器应用结果表明：与国内使用的同类蒸渗仪相比,其具有测试精度高、性能稳定、重复性好的特点,仪器最大绝对误差为±25 g（相当于0.012 mm水柱）,最大相对误差0.7%,完全可以满足实际应用的技术要求。此系统的测定值较好地反映了植物在短时段内的土壤水分蒸散变化情况,是一种比较方便实用的测定盆栽植物蒸散的仪器。     

基于LabVIEW和ARM处理器的大型称重式蒸渗仪测控系统

针对大型称重式蒸渗仪测控系统常见的缺乏通用性、扩展性不足和可靠性差等问题,该文提出了一种基于LabVIEW和ARM处理器的分布式大型称重式蒸渗仪测控系统。底层测控单元全部采用ARM处理器LPC1768开发设计,所有单元均通过RS485方式MODBUS协议与上位机进行通信,上位机测控软件采用LabVIEW设计开发,支持对除称重参数以外的其它测量参数的选择。同时采取了中值滤波和滑动窗口平均滤波等信号处理算法,提高称重测量精度。运行试验表明,在称重分辨率达到0.1 g,杠杆系数为277.7时,蒸发量或降雨量的分辨率达到了0.0072 mm水深。     

不同尺寸蒸渗仪测定作物蒸散的田间试验研究

称重式蒸渗仪测定作物蒸散量（ET）是公认的一种标准测定方法。大型称重式蒸渗仪因单点独立安装而无法进行不同处理的重复试验,小型蒸渗仪则可解决该问题,但目前对于小尺寸蒸渗仪的适用性尚无统一结论。本文利用1m2（SL）、2m2（ML）和4m2（LL）3种不同面积的蒸渗仪在冬小麦（2012年11月21日播种,2013年6月20日收获）和水稻（2013年6月22日移栽,2013年10月28日收获）整个生长季进行连续蒸散量观测,筛选无有效降水日的数据进行对比分析。结果表明：（1）在冬小麦和水稻生长季内,SL（小）蒸渗仪所测蒸散量日内变化均表现出较大的变化幅度,ML（中）蒸渗仪所测蒸散量日内变化趋势均与LL（大）蒸渗仪所测一致,日内变化比较平稳;（2）ML蒸渗仪所测日蒸散量与LL所测结果的相关性最好（P<0.01）;（3）SL蒸渗仪所测水稻日平均蒸散量和蒸散总量与LL接近,所以可将SL蒸渗仪替代LL测定水稻日平均蒸散量和蒸散总量;ML所测冬小麦和水稻的日平均蒸散量及蒸散总量均比LL明显偏小,蒸散总量偏小主要由于拔节后较大的日蒸散量偏差导致。     

基于大型称重式蒸渗仪的日光温室黄瓜蒸腾规律研究

为探索在日光温室条件下黄瓜蒸腾规律,利用大型称重式蒸渗仪对其开展相关研究。研究发现,在试验采用的种植模式下,黄瓜全生育期（105 d）蒸腾量为147.74 mm,其中：苗花期、盛果期和尾果期蒸腾耗水量分别为14.06 、102.85和30.84 mm,日均蒸腾强度为1.41 mm/d,盛果期的蒸腾量占到蒸腾总量的69.6％。各生理指标、气象因子与蒸腾强度的相关性依次为：净辐射>相对湿度>水面蒸发量>叶面积指数>温度。经回归分析,建立了多个日光温室迷你黄瓜蒸腾经验模型,可用以估算蒸腾量。     

γ透射法在大型称重式蒸渗仪中的应用

蒸渗仪(Lysimeter)是一种装满土壤、置于田间地下的反映自然环境、表面裸露或生长有植物的容器,以及用一定方式测定向上或向下离开土体的水和其它物质运移及转化值的装置.     

基于称重式蒸渗仪及多种传感器的作物表型及蒸散监测系统研制

作物蒸散量测量与估算在农业方面有着重要作用,而当前对于作物蒸散量的估算主要以试验的方式进行,有一定局限性,且测量面积小,与实际应用还有一定距离。针对以上问题,该文在已有24座小型称重式蒸渗仪基础上,集成RGB成像传感器、多光谱成像传感器和二维激光扫描仪于一体,配合龙门架进行移动控制,构建称重式蒸渗仪植物表型监测系统,实现18 m~2植物生长过程中的RGB、红(668 nm)、绿(560 nm)、蓝(475 nm)、红边(717 nm)、近红外(840 nm)图像信息和植株高度信息的自动监测。最后通过试验,在已设定好的常用速度下,系统单趟运行用时142 s,可采集28组RGB、多光谱图像及所有植株高度信息,速度相对误差在1.8%～6.0%之间。通过对获取的夏玉米多光谱图像和激光扫描仪数据信息分析,系统能够可靠获取归一化差异植被指数等作物指数及植株高度信息。并结合气象站数据,对冬小麦主要耗水期的RGB图像进行分析,对其蒸散量进行了估计,与蒸渗仪获取的实际蒸散量对比,其平均相对误差为16.62%。该系统为大面积作物蒸散量的实时监测和精确诊断以及作物生长状况研究提供有效技术与装备支撑。     

蒸渗仪控制下烤烟土壤水分的时空动态研究

采用蒸渗仪试验,研究了不同水分处理下烤烟土壤水分时空动态变化。结果表明,全生育期0～20cm土层水分含量变化最为活跃,20～40cm土层次之,40～60cm土层较为稳定;建立了不同土层土壤含水量随时间变化的数学模型,以此来推测烤烟土壤水分随时间的变化动态;烤烟伸根、旺长、成熟期的计划湿润层深度分别以20～30cm,50～60cm,30～40cm较佳;各时期适宜土壤相对含水量水分处理组合以60%-80%-70%或60%-80%-60%优于其它组合。     

称重式蒸渗仪系统改进及在农田蒸散研究中的应用

水分是制约黄土丘陵区农作物正常生长和农业生产的关键因子。该区年平均降水量少且季节多变,研究农田土壤水分平衡对该区旱地农业生产具有重要意义。土壤蒸渗仪（Lysimeter）可测量总蒸散量、渗漏量等有关水量平衡的各个分量,具有其它装置和方法不可比拟的优越性。它为田间蒸散和降水入渗实验研究提供了一种较先进的量测方法和技术手段。它对推动我国实验水文学的发展具有重要作用,并为相关领域的科学研究提供了一种较先进的技术设备和实验环境。中国科学院安塞试验站对原建造的用于测定农田蒸腾蒸发转化的称重式蒸渗仪在2005年对称重感应系统、电源进行改造,主要对主机、采集软件进行了重新更新,使其可直接在Windows界面下工作,数据采集更加方便,将测量出来的模拟量信号转换为数字信号,经处理显示并记录在数据采集器内。改进后蒸渗仪主要有以下特点：（1）土柱重19～26t,蒸渗仪精度为152g（0．05nm）,可测量蒸腾蒸发量和地下水对土壤水的补给量与入渗量;（2）蒸渗仪面积3m^2（1．5m&#215;2m）,深度3m,可充分允许农作物根系发育与吸水,土壤水和地下水转化,地下水位变化等过程进行,蒸渗仪的供排水系统能够在蒸渗仪内模拟实际地下水位变化,可较好代表大田实际情形,并对作物生长过程中水分利用动态变化进行深入研究。     

大型高精度土壤蒸渗仪的计算机测控

介绍了中国生态网络研究中研制的计算机控制大型称重式高精度土壤蒸渗仪自动测试系统。重点介绍了该系统计算机测控部分的功能、设计思想、硬件结构及软件组成。     

基于称重式蒸渗仪的喷灌条件下冬小麦和糯玉米作物系数估算方法

利用位于北京的称重式蒸渗仪,对喷灌条件下的冬小麦和糯玉米需水规律进行了测定,进而计算了两种作物的作物系数。结果表明,冬小麦和糯玉米的作物系数与播种后天数之间的关系均可以用四次多项式来表征。根据FAO-56推荐的作物系数计算方法,计算了两种作物的分段单值作物系数和双作物系数,发现华北平原喷灌条件下冬小麦和糯玉米的作物系数在生育期内的变化可以用FAO-56推荐的模式来描述,但实测值一般大于FAO-56的建议值。为了能利用FAO-56推荐的模式较好地描述喷灌作物系数变化规律,依据实测资料对FAO-56建议的单值作物系数和基础作物系数进行调整后,模拟了两种作物需水量的变化,模拟的作物阶段需水量与实测值吻合良好。     

植物生长剂和固沙剂对民勤沙区植被生长的影响

 为探讨植物生长调节剂、固沙剂的保水、增产及其固沙效果,挽救濒临死亡的地表植被,修复地区生态平衡,在民勤干旱沙区开展了有关应用技术研究。结果表明:1)植物生长调节剂及固沙剂具有一定的保水能力,可使农田作物含水率（耕作层）提高1.0～1.5百分点,使梭梭林分100cm内土壤层平均含水率提高2.3百分点,流动沙丘80cm内土壤层平均含水率提高3.5～3.9百分点。2)种子包衣制剂处理对小麦、玉米生长发育具有滞后作用,但均存在增产效果,能使小麦增产12.2%,玉米增产2.0%。3)利用液体试剂进行籽瓜灌根处理可促使植株较对照的主根增长9.1cm,主蔓增长33.0 cm,平均增产率为11.5%。4)用植物生长调节剂对退化植被梭梭、唐古特白刺进行根部追施后,梭梭新梢增长0.6～3.0 cm,唐古特白刺冠幅增大45.1～96.2 cm。5)固沙剂固定流动沙丘后,使沙丘结皮厚度增加0.2～0.3cm,风蚀减小50%～80%,沙丘植被盖度增加1.9%～2.7%。     

荒漠绿洲边缘土地合理利用与沙产业发展技术体系研究

通过水土资源现状的分析评价,发现2005年民勤绿洲粮经草比例为36.94∶45.16∶17.90,与1991年相比,土地利用格局正向粮经草比例优化和农林牧协调方向发展;民勤绿洲土地资源的限制性因素主要为水分、土质、盐碱和肥力;对水资源现状分析发现民勤绿洲年缺水量达3.921 8亿m3。根据民勤绿洲自然条件和沙产业发展的理论要求,引进并筛选出适宜民勤绿洲边缘栽培的"中苜1号"、"兰热莱恩德"、"苜蓿54"、"德宝"4个紫花苜蓿品种和乌拉尔甘草、中麻黄、沙葱等优良、节水、抗旱的植物种和品种;提出了民勤绿洲边缘土地合理利用和沙产业的发展方向——节水农业和生态产业,主要包括通过合理的林草、林药间作和草田轮作制度,提高水土资源利用率和光能利用率;培育并发展苜蓿、麻黄、甘草、葡萄、马铃薯、棉花、舍饲肉羊等多种形式的荒漠生态产业。通过这些措施的实施,在民勤绿洲及其边缘地区建立"土壤-环境系统,植物-品种系统,节水栽培及产业化发展的技术措施系统"相互耦合的沙产业技术体系,逐步形成粮经草1∶1∶1的土地利用格局,促进民勤绿洲生态经济型沙产业的可持续发展。     

设施环境无线监控系统的设计与实现

针对设施农业生产环境监控过程中信息监测点和设备控制点分散的情况,设计了一种具有自组织跳转数据传输功能的通用性无线监控系统.以具有ZigBee无线数据传输功能的JN5121模块为核心,设计传感器输入接口和设备控制输出接口,研制实现现场信息的获取和设备控制的前端无线节点;以ARM9为核心扩展多种资源接口作为监控系统主机硬件,在Linux操作系统平台下使用MiniGUI编制监控功能和人机交互界面,通过对前端无线节点的统一协调指挥,完成对环境信息的采集分析和对设备的综合控制.结果表明,系统具有成本低、通用性强、可扩展性强、可靠性高等特点,可方便地应用于温室、大田、养殖等到各种场合的环境监控,从而满足用户的不同需要.     

蛋鸡生产参数自动监测系统设计与实现

为了在蛋鸡自然状态下,实现对其采食量、饮水量、排泄量、产蛋时间、蛋质量等生产参数的长期自动采集,克服人工采集工作量大,鸡应激反应造成误差大等问题,设计并实现了基于传感器网络的蛋鸡生产参数自动监测系统。该装置运用人机工程学的设计方法,将传统鸡笼与传感器有机结合,实现了对蛋鸡生产参数无干扰远程监测。该文重点分析了鸡笼的机械结构设计、传感器通信原理、数据采集与分析利用问题。试验结果表明,系统运行稳定,采食量、饮水量、排泄量、蛋质量平均相对误差均小于0.2%。该研究提高了监测数据的精确性,为蛋鸡养殖中科研数据收集、分析和利用提供了新方法和手段,为进一步研究蛋鸡生长过程中生产参数的无干扰自动采集技术提供了参考。     

沙漠区岩土热响应测试分析及沙漠源热泵系统运行策略

采用地源热泵技术可充分开发浅层地热能资源以减少因昼夜温差大而对农作物造成的影响,因此,为探索地源热泵在沙漠地区发展的可行性,该文追踪宁夏沙漠地区某沙漠源热泵项目的施工与测试流程,为沙漠地区热泵工程的推广积累经验。同时,对当地的岩土热物性进行热响应测试,最终测得该地沙漠初始地温为16.52℃。根据线热源理论求得其平均导热系数为1.12 W/(m·℃),制冷模式地埋管换热量为40.94 W/m,供热模式地埋管换热量为25.28 W/m。结合沙漠地区的气候条件,通过与中国东部地区3个项目的工程数据进行对比分析,认为沙漠源热泵系统运行策略需因地制宜,提出一种适合在沙漠地区合理运行的复合储能式沙漠源热泵系统,为沙漠地区浅层地热能的有效利用提供借鉴。     

猪舍生态环境监测和清洁控制系统的设计

针对中小型养殖场的实际需求,该文以可编程控制器(programmable logic controller,PLC)为核心控制器,设计了一套生态环境监测和清洁自动控制系统,主要研究了对猪舍内温湿度、氨气浓度等生态环境参数的检测和调控方法。为实现对温度的精确测量,设计了简单的电阻—电压转换电路,并对温敏电阻采用分段线性化措施,使测温精度达到±0.2℃。为实现猪舍内多个区域的环境参数的合理检测,采用了多传感器自适应加权平均融合算法,并给出了该算法的PLC程序设计方法。试验数据表明:采用数据融合算法时,在20℃左右时,猪仔生活区温度测量值的总方差最小值为0.0125,而采用算术平均值时方差为0.8562;在氨气浓度为15 mg/m3左右时,采用数据融合算法时整个猪舍氨气浓度测量值的方差最小值为0.0406,而采用算术平均值时方差为0.9548。这表明采用数据融合算法后,各区域参数测量值的方差远小于采用算术平均时的方差。试验过程中该系统运行可靠,达到了设计目的。该系统结构简单,易安装、调试和维护,成本低,能极大降低工人劳动强度,节省人力,能减少环境污染,特别适合于中小型养殖企业,具有较高的应用价值。     

烟叶复烤工艺及自动控制系统的研制

针对国内传统烟叶复烤过程的弊端和双杆机两侧阀门调节问题，研究总结出烟叶复烤生产工艺技术参数随外部因素变化的规律及双杆复烤机两侧阀门均衡调节的处理方法；并依此开发研制出以烟叶复烤机各区、室温度作为控制条件，具有均衡调节和自适应调节功能，手动、键控和集散型自动控制并存模式的“YWS96-B型烟叶复烤机控制系统”。应用结果表明：该控制系统达到了烟叶复烤机连续稳定运行、节能降耗和在线维护维修的目标；提高了烤烟的质量和产量，收到了较好的经济效益和社会效益。     

基于水质监测技术的水产养殖安全保障系统及应用

为解决水产养殖中的风险问题,设计了基于水质监测技术的水产养殖安全保障系统。系统由水质监测与信息处理系统、电路控制系统、增氧和投饲设备组成,系统根据养殖水体的溶氧变化调控增氧、水层交换和投饲。常规淡水鱼池塘养殖情况下,安全增氧时间不低于6.2 h/W·d·kg,机械增氧下限为3 mg/L,上限为5 mg/L,上限运行时滞为0.5～1 h,水层交换时滞为1～2 h。应用表明,系统比传统增氧方式节约运行时间33.4%,平均降低饲料系数21.6%,系统具有节能、节饲和保障养殖安全的效果。     

啤酒发酵过程的智能监控系统研究

针对啤酒发酵过程控制中控制精度低、不易实现交换共享的问题,提出了一种基于PROFIBUS现场总线的啤酒发酵自动控制专家系统。利用PORFIBUS现场总线和Intranet结合实现全自动啤酒发酵过程监控,分为三层（生产管理层、监控调度层和直接控制层）不但能实现分布式智能控制,而且能和工厂网络相连,实现底层到高层的数据共享;模仿人工控制经验开发了啤酒发酵专家控制系统,能够辨识发酵过程中典型“故障”和容错控制,判断发酵过程不同阶段多输入输出的耦合程度,完成发酵过程的自动控制。在某啤酒厂的应用表明温度控制误差小于±0.5℃,能够实现企业网内的生产调度和数据共享,可以为类似工业过程改造提供有益的参考。     

我国水土保持监测制度体系建设现状与任务

建立和健全监测制度,是水土保持监测工作的主要内容和重要保障,对规范水土保持监测行为、实现水土保持监测全过程管理的制度化和科学化具有十分重要的意义。经过20年的努力,已初步建立了由法律法规、规范性文件和技术标准构成的水土保持监测制度体系。其中,法律法规主要包括《中华人民共和国水土保持法》及其实施条例、部门规章和地方性法规等,规范性文件主要包括综合管理、监测网络和信息系统建设与管理、动态监测管理、水土流失灾害事件调查管理、监测数据管理等5类管理制度,技术标准体系中包括已颁布的15项和正在制订与拟编的15项技术规程或规范。