光谱光照调控组合性光源激发蝗虫趋光效果试验

针对蝗虫趋光选择性、蝗虫趋光辨识敏感性、频闪交变光照对蝗虫趋光增益特点,利用所研制的阵列条纹调控光照光源,对比优选了蝗虫趋光良好的光谱光照调控组合模式,进行了蝗虫趋光诱导试验,探讨了蝗虫趋光效应激发的机理。结果表明：阵列条纹光谱光照调控组合具有强化蝗虫趋光视觉增益、调控蝗虫趋光视动增效、激发蝗虫趋光聚集效应、削弱蝗虫趋光惰性的功效;蝗虫趋光响应激发效果由阵列条纹光谱光照能量及其调控光照组合方式决定;蝗虫对发光间隔为30ms的阵列频闪紫光与发光周期为640ms的竖条纹交变绿紫蓝光组合光照的趋光响应相对最优。调控光照光源激发饲养棚内蝗虫趋光效果结果表明:20：00~23：00,其调控激发蝗虫趋光效果良好, 光照至24：00,蝗虫趋光总响应率及聚集率分布达到了80%±5%和50%±5%,然而,蝗虫的生物习性及智慧性、蝗虫夜间活力降低的趋光惰性、环境因素、LED光源调控性光照强度增强的限制等制约蝗虫的趋光效应。     

光声振耦合对蝗虫趋光响应的激发效应

依据蝗虫对光声振的响应特性,利用自行设计的光声振叠加效应激发蝗虫趋光响应的行为反应试验装置,进行了光声振耦合激发蝗虫趋光响应的试验.结果显示:光声振耦合对蝗虫趋光效应的激发起到增益增效作用,其对蝗虫的推拉驱动性激发效应,能够有效实现蝗虫的趋光诱导效应,其中组合光谱光照强度决定了蝗虫的趋光聚集效应,且光照度增加10倍,光声振激发蝗虫趋光聚集的效果提高25％;在一定范围内,光声振有效激发了蝗虫趋光定向响应,调控光照主导了蝗虫的趋光响应,振动决定了蝗虫趋光的驱动激发效果,而声频起增效增益性激发作用;光声振信号刺激蝗虫多重感受器,产生了有利蝗虫趋光聚集的叠加效应,声频模式、光谱光照调控模式与循环振动模式的合理组合,可有效提高蝗虫趋光效果.     

蝗虫对蓝光偏振光和非偏振光的定向响应对比

为给蝗虫灾害光电诱导捕集治理技术中蝗虫诱导光场性质的确定及不同光场的筛选组合提供理论支持,利用LED光谱色非偏振光、蓝光偏振光和行为反应试验装置,进行了不同光照特性的蓝光偏振光场和光谱色非偏振光场对蝗虫定向选择的对比试验,探讨了不同光场对蝗虫定向选择行为影响的机理.结果表明:蓝光偏振光条件下,蝗虫对光谱色非偏振光的趋光定向响应以紫光最优;蝗虫对偏振光和紫光的趋光定向响应对比中,蝗虫对线偏振光和紫光选择的对比率差别最小;蝗虫对偏振光的趋光定向响应取决于偏振光的光照强度,对非偏振光的趋光定向响应取决于光谱色和光照强度;蝗虫敏感光谱色光照强度和蓝光偏振光光照强度对蝗虫趋光响应敏感临界点的差别程度是影响其趋光定向响应选择差异的原因,但就光场光照性质而言,蝗虫敏感光谱色及其光照强度是提高蝗虫诱导率的关键因素.     

光温声振耦合激发蝗虫趋光聚集效应数学评估

针对光温声振多重激发蝗虫趋光下刺激能量的可叠加性,在确定效应区作用蝗虫的基础上,利用建立的蝗虫趋光诱集激发的函系模型,数学评估分析了光温声振耦合激发蝗虫趋光聚集的增益增效效应。结果表明:光场机制对蝗虫的趋光聚集起主导作用,光场调控机制及非光源物理调控机制起驱动激发及增益增效作用;光与物理源耦合叠加效应可有效调控激发蝗虫趋光聚集,而蝗虫敏感刺激能量强度,决定了蝗虫趋光效应激发的效果;有效组合光源调控光照与物理刺激源激发的工作模式,并增加调控激发蝗虫趋光的物理扰动刺激措施,可有效提高蝗虫的趋光聚集效果。     

木本植物对光照响应的研究

光照是决定森林树种生长、发育和完成正常更新过程的关键因素之一。幼龄植物对光照响应的种间差异能在很大程度上解释树种的生态位分化。介绍了木本植物形态和光合生理对光照响应的研究进展。     

LED光源下不同光照时间对生菜生长的影响

为了探究LED光源下光照时间的延长对生菜生长、品质和离子吸收量的影响,选择3个光照时间(12,16,20 h)和2个生菜品种(美国大速生和香港玻璃)进行水培实验,并对试验数据进行了分析。试验分析结果表明:延长光照时间能够提高生菜的株高、叶长和叶宽、地上部分鲜重、根鲜重和地上部分干重;随着光照时间的延长,生菜可溶性糖含量显著增加,硝酸盐含量显著减少,二者呈负相关关系,其蛋白质含量显著降低;同时,延长光照时间能够显著增加生菜对硝酸根、铵根、磷酸根和钾离子的吸收量。因此,LED光源下延长光照时间有利于增加生菜株高、叶面积和产量,改善品质,并促进离子吸收。     

光照对日本栗树结实的影响

光照对日本栗树结实具有重要影响。通过分析树冠的日射量和雌花的受光量对日本栗树结实的影响,找出影响原因及所带来的后果,提出在实际生产中要重视整形修剪工作,应通过整形修剪保持合理的树冠间隔,并采用合理的树形和保留合理的结果母枝量,以改善日本栗树的采光,进而达到优质高产的目的。     

光照对日本栗树结实的影响

光照对日本栗树结实具有重要影响。通过分析树冠的日射量和雌花的受光量对日本栗树结实的影响,找出影响原因及所带来的后果,提出在实际生产中要重视整形修剪工作,应通过整形修剪保持合理的树冠间隔,并采用合理的树形和保留合理的结果母枝量,以改善日本栗树的采光,进而达到优质高产的目的。     

温室跨度对日光温室光照环境的影响模拟研究

借助中国农业大学首次研发的日光温室光环境模拟预测软件,模拟研究了一定跨度(6m)和不同跨度(6、8、10m)下,指定时刻温室内各点的光照度分布,以及不同跨度、指定时间段,温室内各表面的累积光辐射能量的分布规律及温室的透光率。结果表明:随着温室跨度的增加,温室地面和墙面的累积光辐射能量是增加的,而两者的光照度却呈下降的趋势;考虑到温室内作物吸收能量的效率与种植规模的因素,温室跨度以8m为宜。温室的平均透光率在温室跨度为8m时达到最大值63.6%。这一结论,与日光温室实际建造的普遍做法相符。     

温度和光照对藜麦幼苗生长发育的影响

以藜麦为材料,采用水培方法,设置2种光照时间（8和12 h）和2种温度（10和25 ℃）对藜麦幼苗进行交叉处理。研究不同温度和光照对藜麦幼苗的发芽率、鲜质量、干质量、含水量、株高和根长、根系活力和叶绿素含量的影响,为藜麦的高产种植提供依据。结果表明:25 ℃下光照8 h时,幼苗整株鲜质量、干质量和株高最大,但与其他处理差异不显著;10 ℃下光照12 h时,幼苗叶绿素含量和根系活力最高。可见,低温延长光照时间有利于藜麦后期生长,并且藜麦适于高寒地区种植。      

东亚飞蝗对LED光信号视觉响应的波谱视敏效应测定

为了探索东亚飞蝗视觉响应LED光信号的视敏反应效应,以明确东亚飞蝗趋光的光敏响应因子和生物光诱参数,利用LED光照和Ava Spec光纤光谱仪系统,在室内进行了东亚飞蝗视觉响应表征的光谱测定。并在此基础上,利用该波谱光照装置,验证其波谱光照调控东亚飞蝗的趋光反应及响应程度。测定结果显示,东亚飞蝗复眼吸收365、400、520、610 nm波长光照射后,其视觉响应波谱表现为380、402、540、602 nm的微光特征,当波谱光照强度增加时,东亚飞蝗视觉微光反应随之增强,且呈现时变效应的调控特性。东亚飞蝗视觉光敏调控的时变强度以紫光最优、依次是橙光和绿光最差,而其调控容度以橙光最优、绿光次之和紫光最差,紫外光较快的光敏聚集速度、紫光较强的光敏聚集程度和橙光较好的趋光效果说明,趋光光敏活性、趋光程度和趋光效果分别与视觉激发强度和视觉光敏调控的时变强度以及视觉光敏调控容度呈正相关,且东亚飞蝗视觉反应强度的光敏时效性影响其趋光行为选择和视觉光敏活性。因此,依据紫外光较强的激发效果、橙光较好的光敏时效性和紫光较强的光敏调控强度的特性,进行趋光视敏性光照时间的刺激调控,可以增强东亚飞蝗的趋光效果。该研究结果为蝗虫光诱捕机械装备的研制提供了理论基础和技术指导。     

全包围光源结构的单粒小麦蛋白质含量检测装置研究

针对单粒小麦蛋白质含量等内部表型的实时检测需求,设计了基于近红外漫反射光谱的无损定量检测装置,阐述了光源结构设计、硬件系统设计和软件系统构建。选用近红外LED微型灯珠,以6行8列形式均匀分布于圆柱形铝合金灯筒壁上,形成向心全包围的物理结构,LED灯珠引脚通过16根导电铜柱并联连接,灯筒上顶部设有红外对射传感器,当检测到谷物经由灯筒内的玻璃滑道时,光谱仪通过一分二型光纤分别从灯筒上顶部和下底部收集漫反射光谱,基于C++语言的上位机软件将其转换为吸光度,再根据嵌入模型进行实时预测。获取了300粒单粒小麦900~1 700 nm范围的全包围漫反射光谱,进行归一化处理后,分别建立了基于全光谱(FS)和连续投影算法(SPA)提取特征波长的单粒蛋白质含量预测模型。试验结果表明,两个模型校正集的R2分别为0.960 4和0.844 6,验证集R2分别为0.801 6和0.819;从实用性和预测效果出发,选择基于SPA特征波长的蛋白质模型作为嵌入式预测模型;分别验证了该装置的波长重复性、吸光度重复性和预测重复性,结果表明,本装置可以用于单粒谷物内部表型的实时、无损、定量检测。     

主动视觉中番茄定位特征照射光源的实验研究

在基于主动视觉的番茄定位实验中,需要利一个优质照射光源在被定位的番茄表面形成精确的匹配点,从而重建番茄可见光照射部分的曲面,进而找到曲面中心来确定在遮挡与重叠等情况下番茄的位置。为此,以成熟的番茄为研究对象,对主动视觉中番茄定位实验采用的特征照射光源进行了试验研究,发现在各种单色光中,使用红色光照射,并且通过对图像中的蓝色分量进行分割,既能有效地排除噪音又能精确地确定目标点的位置。     

东亚飞蝗对波谱光及其偏光对比选择性视励效应的测定

为明确蝗虫对波谱光及其偏光视励效应的视敏选择差异,确定蝗虫趋光趋偏的视励影响因素及视敏信息,针对波谱光与其偏光光照中东亚飞蝗光生物响应的视选择效应试验,分析了东亚飞蝗趋光趋偏选择差别的视控作用及响应波谱光和其偏光的视敏因素及视励强度。结果表明,波谱光与其偏光叠加作用下的光聚集程度呈现偏光矢量调控性生理响应敏感差异,并在光强度增强时,视偏响应敏感的偏光矢量发生变化,且210°及120°紫偏光、210°橙偏光与其波谱光的耦合刺激效应较优,而270°时紫外与其偏光的耦合效应最差;东亚飞蝗视激发状态下的光选择性趋向于视励强度较弱的偏光,且波谱光强度的视敏激发效应及偏光矢量的视励敏感程度削弱东亚飞蝗的视控定位功效,并以紫外及紫偏光矢量引起的趋偏视敏性较强而蓝橙光较弱,而90°及270°时弱偏光的视励效应致使波谱光的激发效应主导东亚飞蝗的视选择强度,且光源光照度增强,东亚飞蝗视偏敏感选择强化程度以紫偏光较强、120°紫外偏光较弱,且波谱光选择弱化程度以90°蓝偏光较强;东亚飞蝗对波谱光与偏光耦合光照的聚集响应差异及趋光趋偏选择强度差异,源于偏光矢量激励及波谱光质激发东亚飞蝗视觉引起的协同增效或相互拮抗性视反应调控输出效应,且波谱光照强度削弱偏光矢量信息的选择强度,但东亚飞蝗生物光敏响应与波谱光质的敏感性相关而光强度作用不大,且波谱光与偏光的耦合性光照梯度抑制蝗虫的视感响应强度。研究结果为适应各种作业的害虫光诱型农机产品开发及蝗虫视响应机理探讨提供了支撑。     

基于特征LED光源的苹果多品质参数无损检测装置研究

为了实现对优质果品的快速无损筛选,设计了便携式苹果多品质一体化无损检测装置。利用可见/近红外光谱检测平台,获取苹果样本的漫反射光谱信息,采用随机蛙跳算法提取了可溶性固形物含量、可滴定酸含量和果肉硬度的特征波长,优选出3个参数的10个共享特征波长。在此基础上,采用特征窄带LED光源与光电二极管相结合的检测方式,设计了漫反射检测光路、窄带LED环形光源、检测探头及控制电路等硬件系统。选取144个苹果样本,通过检测装置获取漫反射特征电压强度,由传感器感光系数计算出对应的光强,建立了苹果可溶性固形物含量、可滴定酸含量和果肉硬度的多元线性回归模型,预测集相关系数分别为0. 812 9、0. 807 3和0. 773 6,均方根误差为0. 603 6°Brix、0. 063 6%和1. 732 5 N。基于QT和Python3开发工具,采用Python语言开发了装置的实时控制与分析软件,植入苹果多品质参数预测模型,实现了多品质参数的同时检测与分析。为测试该装置的检测精度和稳定性,另选取46个样本,每个样本重复检测8次,预测苹果可溶性固形物含量、可滴定酸含量和果肉硬度的相关系数分别为0. 809 6、0. 796 2和0. 758 9,均方根误差0. 697 3°Brix、0. 070 3%和1. 832 3 N,装置重复采样最大变异系数分别为0. 010 6、0. 011 6和0. 006 2。结果表明:基于多特征窄带LED光源研发的低成本、便携式无损检测装置可实现对苹果多品质参数的实时无损检测,可满足农户田间生产及电商销售优质果筛选要求。     

蝗虫对蓝波谱不同偏光属性刺激效应的视偏响应效应测定

为明确蝗虫对蓝光视励光质及其偏光的视敏响应差异性,获得蝗虫视敏激励性光电诱导信息及蝗虫诱导光源设计参数,针对蝗虫群体对蓝光及其偏光不同光质刺激属性的视响应效应测试试验,确定了蝗虫视敏视励响应良好的光特征和光信息强化措施。结果表明:线偏蓝光照中,线偏光起偏效应决定蝗虫视响应程度的矢敏性、线偏光照度制约蝗虫的视趋强度及视聚集效果,且较弱光照中偏振片线偏光质的视激性较优,而退偏蓝光照中,蓝光光照强度决定蝗虫视趋强度的视励性及视聚集的视敏性,且偏振度及E-矢量光照度呈现强化或抑制蝗虫偏光敏感响应的交互作用效应;线偏及退偏光照度增强,抑制蝗虫对较强光照退偏光的视聚集效应并呈现偏光E-矢量的矢敏响应差异,且弱光照线偏光及退偏0°矢量的视响应程度较优,采取竖条纹与偏光耦合强化偏光激励信息、降低偏光光照度优化视敏视励信息,相对于100 lx偏光,引起视敏性矢量发生变化且其120°矢量敏感性较强,但视趋强度及视聚集效果以10 lx时330°退偏光最优;蝗虫对退偏光的视趋强度及视聚集效果与偏振度及视励信息、偏光光照度分别呈正负相关性,且蝗虫对10 lx偏光的视响应效应呈现矢量变化的弦函响应变化规律,结果表明蝗虫在弱光照蓝偏光中具有E-矢量的偏敏响应模式及视偏响应最强矢量,则利用10 lx的30°及330°蓝偏光与100 lx时线偏蓝光或10 lx的0°蓝偏光耦合效应,可有效提高蝗虫视偏响应效果。     

光纤发光诱虫灯对茶树害虫的诱捕效果研究

为了对茶树害虫进行科学的测报和诱捕,设计了一种光纤发光诱虫灯,开展了光纤发光诱虫灯在不同发光颜色、不同亮灭规律的情况下与频振式杀虫灯对茶树害虫的诱集对比试验。试验结果表明:光纤发光诱虫灯在亮2min-灭1min的亮灭规律下诱虫效果和能耗均好于频振式杀虫灯;在绿、黄、蓝、白4种发光颜色中,黄色光诱虫效果最好。同时,进一步证实了频振式杀虫灯具有更好的杀虫稳定性;但对茶树害虫天敌也有很强的杀伤力,应科学制定开灯方案。综合诱虫效果、能耗和使用寿命,光纤诱虫灯具有良好的应用前景。