日光温室封闭式栽培系统关键技术研究

发布时间：2016-12-07 16:32

  本文关键词：日光温室封闭式栽培系统关键技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

《中国农业大学》 2015年

日光温室封闭式栽培系统关键技术研究

袁洪波  

【摘要】：设施园艺是由传统农业向现代农业转变的一种重要生产形式,具有土地利用率高、生产周期短、技术含量高等优点。近年来,随着人们对蔬菜消费需求的日益增长,政府也逐渐加大了对设施园艺的重视和扶持,设施园艺得到了较快的发展,截止到2014年,我国设施园艺总面积达386.2万公顷,占世界总种植面积85%以上。日光温室是设施园艺的一个重要组成部分,因为其适合我国北方寒冷地区的蔬菜反季生产,建设面积也在逐年增加,截止到2014年,我国日光温室面积达97.42万公顷,约占设施园艺总面积25.2%。当前日光温室多采用土壤栽培模式,土传病害、连作障碍、环境污染、资源利用率低下等问题已经严重制约了日光温室可持续性发展。针对这一问题,借鉴国外先进的温室栽培管理技术,结合我国实际情况,开展日光温室的封闭式栽培研究具有重要的现实意义。 本文在国家自然科学基金、高等学校博士学科点专项科研基金和外国专家局引进高端专家项目的资助下,对日光温室封闭式栽培系统中的关键技术进行了研究,主要研究内容如下： (1)日光温室封闭式栽培系统构建方法研究 提出了一种日光温室封闭式栽培系统的构建方法,设计了融合基质栽培子系统、环境监控子系统和水肥一体化营养液调控及灌溉子系统于一体的日光温室封闭式栽培系统,实现了根区与外界环境的有效隔离和营养液的循环利用。试验结果分析表明,采用封闭式栽培模式比传统土壤栽培在农用土地资源的科学利用、节约用水、提高产量及水肥利用效率方面均存在一定的优势,达到了节地、节水、节肥、保护环境的目的。 (2)环境和水肥调控及灌溉技术装备研究 基于长期科技合作基础,引进希腊雅典农业大学设施园艺学科与Geomation设施园艺工程公司技术研究成果,协力在我实验室开展面向我国相关产业转型创新发展的现实需求,开展国产化技术系统创新研究,包括：温室设施环境管理和水肥一体化营养液调控及灌溉技术装备,该装备除了可以对环境进行调控外,还可以对营养液实行自动化调控及灌溉。营养液的调控主要包括水肥配比和灌溉控制两个方面,营养液的调控结合日光温室的环境条件和作物生长情况,以环境感知系统的监测信息为基础,以最大程度上满足作物生长需求为出发点确定调控目标,以EC值和pH值为依据来实现营养液的自动化配比,并且能够根据多种控制模式进行自动灌溉。 (3)基于温度积分算法的温室环境调控方法 利用温度积分算法对日光温室小气候环境进行调控。根据作物种类和生长阶段确定每一阶段的期望平均温度值,然后将每一天的24小时均分为长度更短的若干时段,最后利用温度积分原理对每一时刻的温度调节点进行计算,根据计算得到的温度调节点结合当前实际温度进行环境控制。试验结果分析表明：该方法和生产型日光温室中常用的阈值控制方法相比,能够有效的降低冬季加温带来的能量消耗,具有明显的节能效果。 (4)基于增量式PID控制和改进Smith预估器的营养液调控方法 建立了营养液制备系统的二阶滞后系统模型,在此基础上利用增量式PID控制和改进的Smith预估器相结合的方法对营养液的配比进行调控,增量式PID控制的输出为控制量的变化值Δu(k),该值只与当前采样时刻系统误差e(k)、前一采样时刻系统误差e(k-1)和前两个采样时刻系统误差e(k-2)有关,减小了系统开销,节约了计算时间；营养液制备系统在制备营养液时存在一定的延迟时间,在增量式PID控制的基础上增加了一个增益自适应Smith预估器,不但对营养液制备系统的纯滞后特性进行了补偿,还增加了营养液配比模型的稳定性。 (5)基于神经网络的营养液自适应灌溉控制方法 利用神经网络算法依据温室小气候环境的温度、相对湿度和光辐射强度等参数构建作物蒸腾量计算模型,并使用最近216小时内的环境参数对作物蒸腾量进行计算,当模型计算的蒸腾量达到设定阈值时开启灌溉程序,然后根据营养液灌溉量和排出量的差值得到实际蒸腾量,最后通过实际蒸腾量和模型计算蒸腾量之间的误差作物蒸腾量计算模型进行循环训练和修正,实现了营养液的自适应灌溉控制。

【关键词】：
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S625
【目录】：

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