Field performance in agricultural settings of a wireless temperature monitoring system based on a low-cost infrared sensor

Continuous measurement of plant canopy temperature is useful in both research and production agriculture settings. Industrial-quality infrared thermometers which are often used for measurement of canopy temperatures, while reliable, are not always cost effective. For this study a relatively low-cost, consumer-quality infrared thermometer was incorporated into a wireless monitoring system intended for use in plant physiological studies and in agricultural production settings. The field performance of this low-cost wireless system was compared to that of a typical research system based on an industrial-quality infrared thermometer. Performance was evaluated in terms of: reliability of data acquisition, quality of seasonal temperature measurements, seasonal stability of the consumer-quality infrared sensor, and the equivalence of temperatures measured by the consumer-quality and industrial-quality temperature sensors. Results indicate that for many common uses of plant temperature data, the two sensors provide functionally equivalent results. The cost savings and ease of use associated with the low-cost wireless temperature monitoring system present advantages over the higher-cost industrial-quality sensors which may make them a viable alternative in many agricultural settings.     

调控膜对土壤水分和温度调控效应的初步研究

调控膜是微孔地膜研究基础上发展起来的,具有透水保水和调温等功能。对调控膜覆盖下的土壤水分、温度与普通地膜覆盖及裸地对比观察结果表明,调控膜覆盖对中等以下强度的降水可使90％以上渗入膜下土中,雨后17d从调控膜中散发出的水分仅占渗入水分的17．6％;温度变化,5~20cm土层中午14：00时调控膜覆盖的比普通膜低0．5~0．6℃,早8：00时和晚20：00时温度差异仅在0．2~0．3℃之间。     

A calibration method of detecting soil water content based on the information-sharing in wireless sensor network

In agricultural production, there is contradiction between the cost and accuracy of detection during the course of acquiring soil water content (θ) online. This conflict is one of the core issues of automatic water-saving irrigation technology in agriculture. At the same time, capacitive soil moisture sensor (CSMS) has received considerable attention, for it can acquire θ with low cost and high precision, and meet the application requirements of wireless sensor network (WSN). But CSMS is vulnerable to the soil temperature (T_s) and salinity (S_s) in the measurement process. Therefore, this study took EC-5 sensor for example to establish water detection calibration models of soil temperature and salinity for single sensor, using Least Squares Support Vector Machines on MatLAB (LS-SVMlab) as the tool. On this basis, we explored the spatial variability of T_s and S_s, and then a method, which could be used to calibrate the output signals of sensors in multi-point network, was proposed based on the information-sharing (T_s or S_s) technology of WSN. Through laboratory experiment, we effectively reduced the impact of soil temperature and salinity on the single sensor. In example analysis, we investigated the detection precision and costs under different information-sharing radiuses (r). And the results indicated that the method we proposed based on the information-sharing technology of WSN could successfully calibrate the influence of soil temperature and salinity on sensors in multi-point network, and it was an efficacious approach to determine the balance between the calibration accuracy of moisture sensor and the investment of agricultural production. For example, while the calibration precision of soil temperature and salinity is respectively 1%, the costs can be reduced by 30%.     

单栋大棚和连栋塑料温室温、湿度环境比较研究

在单栋大棚和连栋塑料温室内进行黄瓜栽培试验,以研究设施内土壤温度、空气温湿度的变化情况.结果表明:4-6月份上中旬,连栋塑料温室的土壤和空气温度均高于单栋大棚,但随着栽培时间的延长,二者最低温度差值逐渐减小;6-7月份,单栋大棚的最高土壤温度明显高于连栋塑料温室;整个生长期,连栋塑料温室内的空气湿度明显低于单栋大棚;连...     

太原市2个典型林分冬季土壤呼吸及其对温度和水分的响应

土壤呼吸随环境因素变化较大,为了探讨不同林分对土壤呼吸的影响,以典型林分国槐(Sophora japonica)林和油松(Pinus tabulaeformis)林为研究对象,于2018年11月在太原市区利用LI-8100土壤碳通量自动测量系统对2种林分土壤呼吸速率、土壤温度、土壤水分及大气温度(温度计测定)的日变化动态进行连续监测,并统计分析冬季土壤呼吸速率对温度和水分变化的响应。结果表明:(1)国槐林和油松林冬季土壤呼吸日变化明显,均呈不对称“钟形”单峰曲线。整体来看,国槐林土壤呼吸速率显著高于油松林(P<0.05)。(2)国槐林和油松林土壤呼吸速率与大气温度存在极显著的线性和指数关系,与土壤温度存在显著的线性关系。土壤温度敏感性指数Q 10值表明,油松林土壤呼吸速率对土壤温度变化更为敏感。(3)国槐林和油松林土壤呼吸速率均随土壤水分(5 cm)增加而减小,且2个林分的土壤呼吸速率与土壤水分(5 cm)之间均呈极显著的线性负相关关系。     

干旱区农田土壤呼吸与土壤温湿度的关系

[目的]研究土壤温湿度对土壤呼吸的影响。[方法]利用LI-cor8100土壤呼吸观测系统,连续观测2012年6月18~30日张掖绿洲农田的土壤呼吸速率和土壤温湿度;分析了土壤呼吸速率的日变化规律及土壤呼吸与土壤温湿度之间的关系;评价了现有的土壤呼吸模型。[结果]张掖绿洲农田的土壤呼吸具有明显的日变化规律,该区域土壤呼吸速率与4 cm深度土壤温湿度的相关性最好;土壤呼吸速率与土壤温度之间的相关性要远远好于土壤呼吸速率与土壤水分之间的相关性。[结论]在土壤呼吸模型中,同时考虑土壤温度和土壤水分的土壤呼吸模型的模拟结果要好于只考虑土壤温度或土壤水分的土壤呼吸模型。     

设施鱼塘冬春季水温日变化特点及其与外界气温的统计模式

为了开展设施鱼塘水温的气象预报和预警,对2007年12月6日至2008年5月20日设施大棚鱼塘水温与气象站气温同步观测资料进行数理统计分析,结果表明：冬、春季大棚不同深度的水温均比气温高6．1～8．3℃;多云及晴天较阴雨天明显偏高。不同深度最低水温除春季多云和晴天比气象站最低气温出现时间早0～1h外,其他时间均晚1～2h。水温日较差与气温类似,为晴天〉多云〉阴天〉雨天,但水温日变化幅度较气温缓和。水温垂直变化不明显,不同深度水温与气温均存在显著的相关性。     

树木根系呼吸及其对环境的反应研究进展

对根系呼吸在植物生态系统碳平衡中的作用、根系呼吸的碳消耗、根系呼吸与林木生长间的关系、土壤温度、CO2、养分以及水分对根系呼吸的作用等方面进行了综述。结果认为,由于根系呼吸占土壤碳释放的40%～70%,是土壤碳过程的一个重要环节,是植物生态系统碳平衡的重要组成成分。植物通过根系呼吸可消耗8%～52%的叶片光合作用所固定的碳,是影响植物生态系统初级生产力的重要因素。通常根系维持呼吸占根系呼吸的大部分,它在一定范围内随根系年龄的升高而提高。土壤温度和CO2对根系呼吸的作用有一定争议,但普遍认为CO2体积分数升高大幅度降低根系呼吸强度,土壤温度升高会显著提高根系呼吸强度。土壤养分对根系呼吸的影响主要起因于根系生长和根系吸收养分对能量的消耗,尤其是根系蛋白质的周转和修复对能量的消耗。土壤水分显著影响根系呼吸强度,但这方面的研究较少。     

地膜降解与土壤温度和含水量的关系及其对棉花产量的影响

为研究膜下滴灌棉田覆用降解地膜的保温保墒效果,通过田间试验,设DM1(普通聚乙烯地膜)、DM2(低降解率地膜)、DM3(中等程度降解率地膜)、DM4(高降解率地膜)4个覆膜处理,对各处理的地膜降解率、地温、土壤含水量、棉花产量进行调查测试,分析地膜不同降解率与土壤温度、含水量的相关关系。结果表明:棉花各生育期地膜降解率与产量呈负相关关系;地膜降解率与土壤温度呈线性负相关关系,其相关性在花期、花铃期、盛铃期达到极显著水平(P0.01),其相关系数在盛铃期达到0.924 9的最高值;地膜降解率与土壤含水量亦呈线性负相关关系,其相关性在各生育期均达显著水平(P0.05),其相关系数的大小顺序是:花铃期(0.980 2)盛铃期(0.978 9)花期(0.771 2)苗期(0.703 4)蕾期(0.695 6)。说明,地膜不同降解率对棉花产量影响显著,地膜降解率与棉田土壤温度、土壤含水量呈线性负相关关系,且地膜降解率高低对盛铃期地温影响最大,对花铃期土壤保墒作用调控最强。为实现环境和产量的双赢目标,在生产中选择适宜降解率的降解地膜十分必要。     

基于深度强化学习的耕作层土壤水分、温度预测

【目的】利用土壤近表面空气温湿度与土壤内部参数的关联关系对耕作层土壤水分、温度进行精准预测,为实现精细化农业种植管理提供服务。【方法】针对土壤耕作层水分、温度预测在训练集获取与模型验证等方面的实际需求,设计了基于嵌入式系统及窄带物联网(Narrow band internet of things,NB-IoT)无线通信技术的物联网数据采集系统。在此基础上基于深度Q学习(Deep Q network,DQN)算法探索了一种模型组合策略,以长短期记忆(Long short-term memory,LSTM)、门限循环单元(Gated recurrent unit,GRU)与双向长短期记忆网络(Bidirectional long short-term memory,Bi-LSTM)为基础模型进行加权组合,获得了DQN-L-G-B组合预测模型。【结果】数据采集系统实现了对等间隔时间序列环境数据的长时间稳定可靠采集,可以为基于深度学习的土壤水分、温度时间序列预测工作提供准确的训练集与验证集数据。相对于LSTM、Bi-LSTM、GRU、L-G-B等模型,DQN-L-G-B组合模型在2种土壤类型(...     

水蚀风蚀交错区坡耕地不同耕作措施水温效应研究

通过对坡耕地保护性耕作水温效应的研究,为水蚀风蚀交错区提供多种有效的耕作措施,并为当地农田采用合理的耕作措施提供依据。运用定位监测和数理统计的方法,研究黄土高原水蚀风蚀交错带坡耕地传统耕作与免耕、秸秆覆盖、地膜覆盖、起垄地膜覆盖、套种5种保护性耕作措施陡坡地的水温效应。结果表明,秸秆覆盖、免耕、地膜覆盖都能够显著提高表层水分含量,而深层免耕水分含量较低,秸秆覆盖水分含量较高;各保护性耕作都有在气温低时保温和在高温时降温的作用。各保护性耕作对水温有正效应,其中秸秆覆盖更优于其他保护性耕作。     

奶牛饮水温度控制系统的设计及应用效果分析

针对低温环境下奶牛饮水温度过低会导致泌乳量降低的问题,设计一种基于空气能热水器的饮水加热系统并应用于规模化奶牛场,连续监测2组奶牛在环境温度>15℃、4℃≤环境温度≤15℃、环境温度<4℃中不同饮水加热模式下的泌乳量,分析2组奶牛的日均泌乳量曲线,探究低温环境下不同饮用水温度对奶牛生产性能的影响。结果表明：本研究设计的饮水加热系统能够在不同环境温度下稳定控制饮水温度。低温环境下长期为奶牛供给12～15℃的水,奶牛平均泌乳量随环境温度变化显著(P<0.01),平均每7天下降0.45 kg,而将饮用水温度提高至22～25℃后,奶牛平均泌乳量随环境温度变化不显著(P>0.05)。排除不同泌乳期影响分析奶牛泌乳量,提高奶牛饮用水温度能有效增强处于泌乳盛中期奶牛的泌乳量。本研究设计的系统能够在环境温度<4℃的条件下稳定提供22～25℃的热水,有利于提高奶牛的泌乳量以及对环境变化的生产稳定性。     

Effects of temperature, moisture and choline chloride on vitamin A stability in broiler premix

A 2×2×2 factorial design was adopted to study the effects of temperature,moisture and choline chloride on vitamin A stability in premix.The results indicated that temperature,moisture and choline chloride damaged vitamin A significantly.The regression equations of vitamin A disappearance rate and storage time were as follows:in room temperature(18 3)℃,y=14.368Ln(x) 4.1425,R~2=-0.978;in high temperature(4℃),y=22.24Ln(x) 13.27,R~2=0.9918;in low moisture(2%-3%),y=10.408Ln(x) 9.5418, R~2=-0.9322;in high moisture(8%-9%),y=26.199Ln(x) 7.8741,R~2=-0.9949;in the condition of choline chloride free,y=9.5125Ln(x) 8.9869,R~2=0.9826;supplemented with choline chloride,y=27.094Ln(x) 8.4276,R~2=0.9984.Temperature had highly significant interaction with moisure and choline chloride on destruction of vitamin A,respectively from the periods of two months storage. However,from the period of the first month storage,the interaction of moisture and choline chloride,as well as the interaction of temperature,moisture and choline destroyed vitamin A remarkably.     

祁连山大野口流域青海云杉林苔藓枯落物及其土壤水热特征分析

为探讨森林生态系统中苔藓枯落物的生态属性与其下层土壤水热之间的关系,采用样地调查法及特征描述统计、相关系数等分析法,对祁连山大野口流域49块样地的青海云杉林苔藓枯落物及其土壤水热特征进行分析.结果表明:苔藓枯落物平均厚度(6.0±0.3)cm,平均含水率为(101.9±6.3)%;0~10、10~20、20~40、40~60、60~80cm土层深的土壤含水率平均值分别为(66.24±4.22)%、(57.62±3.23)%、(48.44±3.21)%、(42.81±6.48)%、25.89%,各土层温度平均值分别为(7.2±0.26)(5.2±0.27)(2.8±0.29)(2.0±0.61)(1.6±0.95)℃;苔藓枯落物厚度与海拔、坡向、坡度、胸径、树高、冠长、冠幅、郁闭度、土壤各层含水率和温度等因子均极弱相关,甚至认为不相关;苔藓枯落物含水率与海拔为中度正相关(P<0.05),与40~60cm深的土壤含水率存在显著正相关,与其温度成中度负相关.     

环境温度检测与控制系统的研制

研制了一种以８０９８单片机和温度传感器ＡＤ５９０为核心,实现多点温度检测、报警和控制的系统,并讨论几种抗干扰措施．     

不同地膜覆盖对土壤水温及谷子水分利用和产量构成的影响

为研究不同地膜覆盖材料对旱区谷子的增产效果和机理,利用田间试验研究不同地膜覆盖(白色聚乙烯地膜(WP)、白色可降解地膜(WD)和黑色可降解地膜(BD))对土壤水温、谷子叶片和群体水分利用效率及产量构成的影响。结果表明:1)与对照(CK,露地)相比,各覆膜处理均使0~20cm土层土壤温度和土壤含水量显著提高,0~100cm土层的蓄水保墒能力有所增加。其中WP处理的地温日较差最大,增温效应最明显,WD、BD处理依次减弱。WP处理的0~20cm土层保水效果最好。各覆膜处理均使谷子生育前期0~100cm土层的蓄水保墒能力提高,为谷子的需水关键期提供了保障。2)各覆膜处理均较CK使谷子的水分利用效率显著提高。其中,BD处理的叶片和群体水分利用效率表现最佳,WD较WP处理水分利用表现略差。3)各覆膜处理较CK均使谷子产量显著提高。BD处理产量最高,WP与WD处理产量相当。4)各覆膜处理中,BD处理的杂草防除效果最优,WP与WD处理效果相当。综上,在谷子田间生产中,黑色、白色可降解地膜具有替代普通聚乙烯地膜的可行性,黑色可降解地膜在水分利用和杂草防除方面表现更优。     

干旱区棉花水分胁迫指数对滴灌均匀系数和灌水量的响应

为了修订和完善滴灌均匀系数的设计与评价标准,在新疆干旱区研究了滴灌均匀系数和灌水量对作物水分胁迫指数（CWSI）的影响。供试作物为棉花,试验中滴灌均匀系数（C_u）设置0.65（C1）、0.78（C2）和0.94（C3）三个水平,灌水量设置充分灌水量的50%、75%和100%三个水平。结果表明：棉花冠层温度和CWSI表现出随灌水量增加而降低的趋势;冠层温度和CWSI均匀系数的变化范围分别为0.91～0.98和0.65～0.91,均随滴灌均匀系数增加而增大;灌水量对冠层温度和CWSI均值的影响达到极显著水平（α=0.01）,滴灌均匀系数对冠层温度和CWSI均匀系数的影响达到显著水平（α=0.05）或极显著水平。CWSI与皮棉产量呈显著或极显著的负相关关系;滴灌均匀系数越低,水分亏缺引起的减产幅度越小。     

旱作农田不同耕作土壤呼吸及其对水热因子的响应

为研究旱作农田春玉米生育期不同耕作土壤呼吸变化特征及其对水热因子的响应情况,在山西省寿阳县旱农试验基地采用红外气体分析法测定了传统耕作(CT)、少耕(RT)和免耕(NT)土壤呼吸速率,并同步测定了各土层土壤水分、温度.研究表明:在春玉米生育期内,土壤呼吸速率均呈单峰型变化趋势,峰值出现在8月;传统耕作与少耕土壤呼吸速率变化趋势基本一致,而免耕土壤与前两者相比波动幅度较大;土壤呼吸峰值与水分、温度之间无明显相关,其余时期土壤呼吸与水分、温度因子具有良好的相关性;双因子模型较单因子模型能更好的描述土壤呼吸与水分、温度之间关系,基于水热双因子(10-20 cm)的指数-幂模型能够解释土壤呼吸变化的81％-87％ (P＜O.01);3种耕作土壤呼吸对水热因子协同影响的敏感性表现为CT＞NT＞RT.     

不同肥力塿土、棕壤磷酸酶活性对土壤培养温度和含水量的响应

为研究土壤培养温度,含水量和肥力差异对土壤磷酸酶活性的影响,采用室内培养,以不同肥力(CK、NPKM)长期定位试验土壤(塿土、棕壤)为供试土壤,分别设定3个培养温度(-20、4和25℃)和3个水分处理(10%、25%和40%),避光培养2个月,测定土壤磷酸酶活性变化。结果表明:1)土壤磷酸酶活性变化对培养温度响应不敏感;2)培养的土壤含水量显著影响土壤磷酸酶活性变化,且与土壤肥力关系密切。对于含水量25%处理,低肥力CK在土壤含水量为40%时,磷酸酶显著增加50%以上;3)土壤有机磷浓度与土壤磷酸酶活性呈正相关,相同土壤有机磷浓度时,棕壤的磷酸酶活性始终大于塿土。因此,土壤水分是影响低肥力土壤有机磷积累-矿化动态平衡的重要因素,而有机磷浓度是决定土壤磷酸酶活性主要因素之一。     

仿刺参体腔细胞吞噬与凝集功能及其与温度的关系

采用光镜和电镜技术研究了仿刺参Apostichopus japonicus体腔细胞的吞噬和凝集功能及其与温度的关系。结果表明：仿刺参体腔细胞中球形细胞和变形细胞具有较强的吞噬功能,当异物的大小、性质不同时,其吞噬过程和吞噬能力存在一定差异。当体腔细胞吞噬洋红颗粒时,试验进行6h其吞噬率最高（48．01％）,108h时吞噬过程结束;当体腔细胞吞噬酵母时,试验进行4h其吞噬率最高（35．17％）,且体腔细胞的凝集现象较多,到96h时吞噬过程结束。仿刺参体腔细胞的吞噬能力与温度关系密切,18℃下吞噬百分率和吞噬指数最高,12℃下次之,4℃和25℃下最低。仿刺参离体的体腔细胞很快发生凝集反应,且温度和异物刺激都会影响体腔细胞的凝集作用时间和强序．