日光温室封闭式栽培系统营养液调控模式研究

The traditional soil culture production mode in solar greenhouse is not sustainable. Research on precisely adaptive regulation according to the need of nutrition solution by using closed substrate and nutrition solution regulation production mode, which could ensure vegetable production safety and environmental safety, is of great significance and application prospect. This research intends to investigate the relationship between environmental factors, crop transpiration rate and substrate index in different growth periods using cucumber as model, and build related dynamic models. The optimal regulation method and irrigation mode of the nutrition solution's indexes, such as supply time, supply concentration, interval and supply volume, will be further studied to achieve adaptive regulation, when one or several of environmental factors, substrate index and crop transpiration rate of the solar greenhouse are changed. This research will provide closed system standardized production in solar greenhouse with theoretical basis.

针对日光温室传统土栽生产方式不可持续性问题，选择封闭式基质和营养液调控生产方式，研究营养液的按需精量自适应调控模式，对保障蔬菜生产安全和环境安全，将具有重要的科学意义和应用前景。本课题以黄瓜为研究对象，在不同生长期开展环境因子、作物蒸腾速率和基质指标之间的相关关系的研究，建立各指标间的动态模型，并根据该模型研究在温室小气候环境因子、基质指标、作物蒸腾速率中一个或多个因子发生改变时，营养液各指标的优化调控方法和灌溉方式，调整供给时间、供给浓度、时间间隔与供给量等，进而实现营养液阶段化按需自适应调控，为实现日光温室封闭式栽培标准化生产奠定理论基础。

针对日光温室传统土栽生产方式不可持续性问题，选择封闭式基质和营养液调控生产方式，研究营养液的按需精量自适应调控模式，对保障蔬菜生产安全和环境安全，具有重要的科学意义和应用前景。本课题主要研究工作归纳如下：提出了一种日光温室封闭式栽培系统的构建方法，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；开展环境和水肥调控及灌溉技术装备研究，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，可对环境和营养液实行自动化调控。营养液的调控结合日光温室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值为依据实现营养液自动化配比，并能多种控制模式进行自动灌溉；开展基于温度积分算法的温室环境调控方法研究，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，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：该方法能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；基于增量式PID控制和改进Smith预估器的营养液调控方法研究，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；基于神经网络的营养液自适应灌溉控制方法研究，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，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，实现营养液的自适应灌溉控制。