温室蓝莓智能水肥一体化系统设计及性能试验研究

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蓝莓是我国重要的林果类经济作物,但现阶段蓝莓的种植管理方式粗放,普遍存在忽视蓝莓生长发育水肥需求规律,超量灌溉、过多施肥的现象,水肥资源浪费严重,同时影响了蓝莓的产量和品质。本文以温室蓝莓为研究对象,对温室蓝莓灌溉模型和温室蓝莓施肥模型进行系统研究,设计了一种适用于温室蓝莓的智能水肥一体化系统,该系统可监测温室内水肥的动态变化并可对蓝莓温室信息进行提取,利用监测信息、温室蓝莓灌溉模型、温室蓝莓施肥模型以及控制算法进行识别和决策,实现温室蓝莓的智能化精准灌溉与施肥,大幅节约了水肥资源,提高了温室内蓝莓的产量和品质。本文主要研究内容如下:(1)温室蓝莓智能水肥一体化系统蒸散模型研究。针对现有温室蓝莓灌溉模型缺失,使得温室蓝莓灌溉量决策缺乏科学指导,论文以Penman-Monteith模型为基础,推导了三种以蓝莓温室环境信息为基础的温室蓝莓蒸散模型作为灌溉依据,通过试验对模型进行修正和检验,并把对模型优化后优选出的最佳模型作为温室蓝莓灌溉模型,以此指导后续温室蓝莓的灌溉。(2)温室蓝莓智能水肥一体化系统施肥模型研究。针对温室蓝莓施肥模型缺失,过多施肥导致肥料严重浪费和环境污染的现状,设计利用“3414”试验和3因素5水平正交旋转试验研究温室蓝莓产量在不同施肥条件下的变化规律,分别建立温室蓝莓产量与氮、磷、钾施肥量的数学模型,通过对氮、磷、钾施肥模型精准度进行检验,优选出最佳模型作为胶东地区温室蓝莓施肥模型指导温室蓝莓施肥,并获得了胶东地区温室内蓝莓最佳的施肥配比:施氮125.4kg/hm~2,施磷72.5kg/hm~2,施钾117.7kg/hm~2。(3)智能水肥一体化系统的设计开发。现有的灌溉施肥系统存在智能化程度低、缺少作物环境监测、缺乏科学的灌溉施肥策略与算法等问题,本文设计开发了温室蓝莓智能水肥一体化系统,包括环境信息采集子系统、灌溉施肥子系统、控制中心以及环境调节设备的硬件选型,水肥一体化系统的控制算法与策略以及水肥一体化系统的软件设计三部分,开发的系统可实时监测温室的数据,自动调动模型和模糊PID控制算法,精准实现灌溉、施肥、温室参数调节等的智能化调控。(4)温室蓝莓智能水肥一体化系统实现及试验验证分析。针对蓝莓温室现场场景,实现系统的整体安装与运行,并设计对比实验,以温室蓝莓现有种植模式为基础,进行同等条件下的对比实验,以对温室蓝莓智能水肥一体化系统的节水性能、节肥性能、增产性能以及减少劳动力方面进行检验,经实地检验,系统用于温室蓝莓可节水37.6%~39.8%,节肥22.4%~24.6%,增产10.6%~15.1%,并大幅节约劳动力。
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