基于温室环境和作物生长的番茄基质栽培灌溉模型

为解决涵盖土壤蒸发和作物冠层蒸腾的土培作物蒸散模型不能直接应用于稻壳炭基质栽培番茄灌溉的问题,该研究首先通过修改Penman-Monteith模型的原始表达式来去除土壤蒸发部分,并引入TOMGRO模型来模拟番茄冠层生长,给出了阻抗参数的修正计算,得到了新的番茄基质栽培蒸腾模型.考虑到蒸腾模型中净辐射项削弱了室外太阳辐射...     

灌溉方法对温室番茄栽培尿素氮利用影响的研究

用15N示踪技术研究了沟灌和滴灌对温室番茄栽培尿素氮的利用及其在土壤中残留的影响。结果表明,滴灌处理番茄对15N肥料利用率是11.5%(地上部分),沟灌处理15N肥料利用率是7.4%。滴灌处理番茄所吸收的15N肥料量比沟灌处理提高了56.3%,灌溉方式对肥料15N在果实、茎、叶中的分配比例没有明显影响。0~100cm土层中15N肥料残留量滴灌处理为143.1kg/hm2,占氮肥投入量的63.6%,沟灌处理残留量为133.0kg/hm2,占氮肥投入量的59.1%;其中在0~20cm表土层中残留的肥料氮最多,沟灌和滴灌分别达到了79.9kg/hm2和97.3kg/hm2,占0~100cm土层肥料氮残留总量60.1%和68.0%。沟灌处理肥料氮的损失量为75.5kg/hm2,占氮肥投入量的33.5%;滴灌处理肥料氮的损失量为56.0kg/hm2,占氮肥投入量的24.9%。     

日光温室封闭式栽培系统的设计与试验

土壤连作灾害、生产资源严重浪费和环境污染已成为日光温室生产中制约其发展的瓶颈问题,为了解决这些问题,实现节水、节肥、保护环境的目的并提高温室生产的管理水平和自动化水平,该文设计了一种日光温室封闭式栽培系统。与传统栽培管理方式不同,该系统使用基质栽培代替土栽方式,采用基质袋装或塑料薄膜完全包裹的模式,实现了与外界环境的有效隔离;使用水肥一体化营养液滴灌代替水肥分离灌溉方式,回收多余营养液并循环利用;采用无线传感器网络模式,实现了温室环境信息的自动采集和发送。试验结果表明,采用封闭式栽培比传统土栽方式番茄产量提高了11.7%,水、肥用量均节省了2%（基质不同,节省水、肥量不同）,同种基质情况下,采用封闭式栽培方式,由于营养液实现了循环利用,水、肥节省率可以达到17.2%。     

基于模糊自适应控制的温室温度调控

为了实现温室在冬季时温度控制精度高、能耗小的目标。该研究提出了一种将热量平衡原理与模糊控制相结合的模糊自适应控制方法,在模糊控制器中加入基于热量平衡方程的输出隶属度函数修正模块,通过监测温室内外温度数据,在上位机中对模糊控制器中的输出隶属度函数进行自适应调整,最终使温室温度稳定在目标温度。结果表明,基于热量平衡方程式的温室温度模糊自适应控制系统具有较好的稳定性和准确性,在设置20℃为目标温度值的情况下,基于热量平衡方程的模糊自适应控制最终使温室温度稳定在(19.8±0.11)℃,一般模糊控制方法最终使温室温度稳定在(13.5±0.5)℃,无法达到目标环境温度值,而阈值控制最终使温室温度稳定在(20.0±0.85)℃;同时,基于热量平衡方程式的温室温度模糊自适应控制能耗较低,且能量利用率更高,模糊自适应控制能量利用率为45.97%,而阈值能量利用率仅为20.21%。研究提出的基于热量平衡方程的模糊自适应控制方法不仅满足温室温度调控需求,而且能够提高能量利用率,降低能耗。     

基于品质主成分分析的温室番茄亏缺灌溉制度

为了寻求温室番茄优质高效的亏缺灌溉制度,以温室冬春茬不同收获批次的番茄为试验材料,应用主成分分析法对番茄品质进行综合评价,并结合实际商品产量,提出平均品质综合主成分的概念,以此作为番茄综合品质的评定指标。结果表明,品质综合主成分可以代表88.41%的品质变异信息,且服从正态分布,具有较好的代表性与客观性,可用于番茄的品质评价。在番茄开花和果实膨大期采用1/3对照灌水量处理,其余阶段正常灌水（NSN）,即全生育期灌水12次,灌溉定额为196 mm时,番茄产量降低不明显,平均品质综合主成分最高,总体经济效益较好,同时节约灌水56?mm,应作为温室冬春茬番茄产量与品质相协调的亏缺灌溉制度。     

不同生育期调亏灌溉对温室梨枣品质的影响

为探明调亏灌溉对温室梨枣品质的影响,2005－2007年以日光温室7年生矮化密植梨枣树为试材进行试验,试验期间设置充分供水处理（即对照T1）,萌芽展叶期（Ⅰ期）轻度或中度亏水处理（T2）,及开花座果期（Ⅱ期）、果实膨大期（Ⅲ期）和果实成熟期（Ⅳ期）中度亏水处理（即T3、T4和T5）。结果表明：不同生育期亏水处理对梨枣品质的影响差异明显;与对照相比,3 a间Ⅰ期、Ⅱ期亏水处理对梨枣单果质量、含水率影响较小（P＞0.05）,梨枣硬度提高13.7%～15.8%,有机酸、坏果率分别下降14.2%～18.8%和21.0%～25.0%,且均达显著水平（P＜0.05）,可溶性固形物、糖酸比分别提高22.1%～24.4%和47.8%～60.0%,达极显著水平（P＜0.01）,同时使成熟期提前10～12 d;Ⅲ期亏水处理使梨枣果实硬度、着色度、Vc、可溶性固形物及糖酸比依次提高22.3%、41.9%、27.0%、38.1%和53.5%,Ⅳ期亏水处理依次提高22.7%、42.3%、37.4%、27.1%和98.7%,两期均达极显著水平（P＜0.01）,Ⅲ期、Ⅳ期亏水处理使有机酸显著降低（P＜0.05）,并大幅降低坏果率（P＜0.01）,成熟期提前15～20 d,但同时使单果质量、果实含水率降低,且Ⅲ期亏水处理差异显著（P＜0.05）;各生育期亏水处理对梨枣品质的改善程度依次为：Ⅳ期＞Ⅲ期＞Ⅱ期≈Ⅰ期。综合考虑亏水处理对梨枣品质各项指标影响,果实成熟期中度亏水处理对品质改善效果最佳,具有重要推广价值。     

温室优美蕨生产与节水灌溉制度

采用正交试验方法,对温室优美蕨生产与节水灌溉进行试验研究,初步得出温室优美蕨生产的节水灌溉制度:滴灌幼苗期的最优灌水量为60毫升/盆,灌水周期为3天;成苗期的最优灌水量为70毫升/盆,灌水周期为2天。微喷灌幼苗期的最优灌水量为800毫升/盆,灌水周期为4天;成苗期的最优灌水量为1000毫升/盆,灌水周期为6天。人工点灌幼苗期的最优灌水量为400毫升/盆,灌水周期为7天;成苗期的最优灌水量为400毫升/盆,灌水周期为5天。认为滴灌是温室优美蕨生产的最佳灌溉方式。     

温室栽培高品质葡萄的技术问题

通过施用二氧化碳和补光处理，可以使温室栽培的葡萄树势增强，从而增加果实产量，提高果实品质。     

基于自加速遗传粒子群算法的半封闭式温室能耗预测

针对半封闭式温室环境参数众多且难以测量的问题,提出了一种机理建模与系统辨识建模相结合的温室能耗建模方法。采用自加速遗传粒子群算法(self-accelerating hybrid algorithm of particle swarm optimization and genetic algorithm,SPSO-GA)对温室物理模型中难以确定的参数进行辨识,建立半封闭式温室能耗预测模型。根据上海半封闭式玻璃试验温室的气象数据和测量的能耗值,分别采用遗传算法(genetic algorithm,GA)、粒子群算法(PSO,particle swarm optimization)和SPSO-GA进行参数辨识与能耗预测比较分析。采用SPSO-GA获得的温室能耗预测结果与实测数据的相对误差为1.4%,分别比GA和PSO减少了2.9%和13.7%。根据日太阳光照辐射总量、室外日均温度2个参数及相应的变化曲线,预测的温室能耗值精确度大于86%。试验与模拟结果验证了基于SPSO-GA的温室能耗预测模型有效,可为半封闭式温室能量负载设计、管理和控制提供理论依据。     

日光温室番茄控制土壤深层渗漏的灌水量指标

针对菜田灌溉水肥渗漏问题,采用田间试验和室内分析相结合,研究不同灌溉方式下日光温室番茄不同生育期根系垂直分布特征,在此基础上,进一步研究了膜下沟灌方式下不同灌水量番茄田土体水分的垂直分布特征及灌水量与土壤水在根层外渗漏的关系。结果表明,日光温室番茄主要根系层为0～40 cm,最深根层为60 cm。在灌水量7.5～ 22.5 mm范围,灌溉后番茄田不同土层水分增加量呈垂直递减;在灌水量7.5～45 mm范围,灌溉水根层外的渗漏率与灌水量呈线性相关;该文以满足根层水分有效供给和控制根层外渗漏为目标,确定日光温室番茄花果期和采收期适宜每次灌水量为15～22.5 mm。研究结果可为确定浅根性蔬菜根-水同位管理灌溉指标提供依据。     

温室节点式渗灌自动控制系统设计与实现

为了充分发挥节点式渗灌技术的节水增效作用,根据中国东北的农业资源特征,并考虑到农民的生产规模和经济条件,应用模糊控制方法,研制了一种适用该技术的自动控制灌溉系统。该系统由控制器、电磁阀、土壤湿度传感器、水箱和渗灌管网等构成。控制器采用89S51单片机。A/D转换芯片的型号为ADC0804。显示器采用LCM显示模块。外部存储器采用24c02芯片。键盘由4个弹跳按钮构成。输入到二维模糊控制器的信号有2个,即土壤含水率误差和经过差分变换的土壤含水率误差变化率。经过二维模糊控制器的分析和放大作用后,其输出信号也是2个,即电磁阀的开启时刻和电磁阀开启持续时间。初步试验结果表明把土壤含水率提高10%所需的调整时间在30～40 min之内、系统的控制误差在3%以内,系统运行稳定,准确性和和快速性等指标能满足农业技术要求。     

小管出流亏缺灌溉对设施延后栽培葡萄产量与品质的影响

为揭示小管出流不同生育期亏缺灌溉对设施延后栽培葡萄耗水规律、产量与品质的影响,在张掖市灌溉试验站开展了设施延后栽培葡萄小管出流灌溉试验,分析了不同生育期亏水对延后栽培葡萄耗水规律、产量、水分利用效率、外观和营养品质的影响效果。结果表明,果实膨大期延后栽培葡萄耗水模系数占到50%以上,该阶段亏水减产幅度达32.53%;着色成熟期亏水可提高葡萄总糖含量、减小可滴定酸含量,葡萄营养品质总体最优;而果实膨大期亏水则导致葡萄果粒质量减小、酸涩度加重、花青苷含量降低。表明设施延后栽培葡萄产量与品质对各生育期亏水的敏感性不同,深入研究其规律对实现葡萄节水调质具有重要意义。     

无压灌溉日光温室番茄高产指标

该文以Φ20 cm蒸发皿蒸发量作为灌溉水量计算标准,研究了不同作物—皿系数（Kcp）时的无压灌溉日光温室番茄产量和形态指标,并以番茄生育期结束时的茎粗、茎高、地上部鲜质量、地上部干质量和根系干质量为单项指标,通过通径分析方法,计算了它们与产量之间的直接和间接通径系数。结果表明,Kcp 为1.0～1.2时的灌溉水量能显著提高番茄产量,而Kcp 为0.2～1.0时的灌溉水量对番茄产量影响较小。灌溉水量的不同对番茄茎粗影响较大,而对番茄茎高影响较小。茎粗、地上部鲜质量、地上部干质量和根系干质量与产量之间均呈极显著关系,且茎粗和根系干质量可作为评价番茄高产的单项指标,而地上部鲜质量与地上部干质量则通过与其他指标的相互影响间接作用于产量。通过对相对高产指标根冠比的分析表明,无压灌溉灌水量的大小影响根系在不同深度土层的分配比例和总的根系发育,且根冠比维持在某一范围时将获得高产。研究结果对培育具有高产形态指标的番茄有较强的指导意义。     

不同灌水下限对温室茼蒿生长和产量的影响

该文采用15 cm深处土水势为茼蒿的控制灌水下限,研究在模拟微喷条件下控制灌水下限对温室茼蒿生长和产量的影响。共设6个处理,灌水下限分别是-10 kPa（T1）,-15 kPa（T2）,-20 kPa（T3）,-25 kPa（T4）,-30 kPa（T5）和-40 kPa（T6）。结果表明,不同的灌水下限对茼蒿产量的影响显著,灌水下限为控制在-15 kPa是产量最高,分别比其他处理增加了0.5%,18.7%,62.6%,73.4%,71.7%,在整个生育期灌水量为195 mm,比与其产量相近的T1处理节水56.4%。T2处理的株高和生长速率在生长后期与T1无差异。灌水下限低于-25 kPa,水分亏缺严重,影响出苗,不利于茼蒿生长。以-15 kPa土水势作为控制灌水下限,有利于茼蒿生长,可以达到高产、节水的目的。     

灌溉方式对温室黄瓜灌溉水分配及硝态氮运移的影响

为了揭示灌溉方式对日光温室黄瓜灌溉水分配及硝态氮运移的影响,该文以津育5号黄瓜为试材,研究了畦灌、滴灌和渗灌3种灌溉条件下灌溉水的去向、硝态氮淋洗、根层土壤硝态氮运移、根系分布及产量和水分利用效率。结果表明,滴灌和渗灌减少了水分深层渗漏量和土面蒸发量,增加了植株蒸腾量,促使更多的水分被植株吸收利用;滴灌和渗灌分别节水25.9%和32.0%,增产11.6%和15.3%,水分利用效率提高49.9%和68.7%;并减少了硝态氮的淋洗量,促使养分更多的分布于根层,对保护地下水环境具有重要意义。     

基于Penman-Monteith方程的节水灌溉稻田蒸散量模型

为利用Penman-Monteith方程直接计算非充分灌溉条件下的稻田蒸散量,该文根据国家“863”节水农业重大专项试验资料,在K-P表层阻抗模型修正研究基础上,提出改进的稻田蒸散量模拟模型。结果表明：根据土壤相对含水率修正后的K-P模型较好地模拟了水稻表层阻抗,且反映出不同土壤水分状况下表层阻抗的变化规律;采用改进的Penman-Monteith方程模拟水分胁迫条件下的稻田蒸散量后,误差从改进前的18.57%降低至10.84%,且对冠层未完全覆盖条件下的稻田蒸散量也具有较好的模拟效果;土壤含水率、空气温度和空气湿度是改进的Penman-Monteith方程最为敏感的因子,它们的准确观测对于提高模型的估算精度至关重要;模型回归系数（c1、c0）的变化对模型估算结果的影响较小。表明当某一特定作物的回归系数值确定后,改进的Penman-Monteith方程可应用于不同地区、不同灌溉模式下作物蒸发蒸腾量的估算。