基于植物工廠技術的水稻育秧平臺與工藝研究.pdf

1、本文以基于植物工廠技術的水稻育秧試驗平臺及育秧工藝為研究對象，優(yōu)化設計了適于培育水稻秧苗的水稻育秧氣候箱和水稻育秧平臺，通過調(diào)節(jié)內(nèi)部環(huán)境參數(shù)滿足不同時期秧苗需求，從而達到在不受外界環(huán)境影響的前提下，實現(xiàn)培育壯苗的目標。試驗平臺由人工光源模塊、溫濕度控制模塊、營養(yǎng)液供給系統(tǒng)、監(jiān)控模塊構成。根據(jù)水稻秧苗的生長習性及基本壯苗指標設置育秧平臺的功能，為了避免外界環(huán)境影響內(nèi)部環(huán)境因子參數(shù)，設計為封閉型育秧平臺;水稻喜高溫、多濕，為確定適宜的溫濕度

2、，利用PID控制算法設計溫濕度控制模塊;水稻是短日照作物，為研究秧苗適宜的光照環(huán)境，設計了光照時間和光照強度無級可調(diào)的人工光源模塊;為了提供適量的營養(yǎng)液，設計灌溉周期可調(diào)的自動灌溉模塊;為了便于觀察秧苗長勢，內(nèi)部設置監(jiān)控模塊，通過手機和電腦客戶端可以隨時觀察秧苗長勢、錄制視頻、抓取某一時刻的秧苗長勢圖片。
　　基于上述內(nèi)容，本文的主要工作如下:
　　(1)基于TRIZ理論的水稻育秧模式構建。根據(jù)水稻秧苗生長習性及培育壯苗存在

3、的問題，對水稻育秧氣候箱和育秧平臺結構進行優(yōu)化及問題分析，確定育秧平臺的最佳方案，為優(yōu)化設計育秧平臺提供理論基礎。
　　(2)水稻育秧試驗平臺的優(yōu)化與搭建。本文優(yōu)化設計了基于植物工廠技術的水稻育秧氣候箱及育秧平臺，進一步解決環(huán)境參數(shù)精度低、功能少的問題。通過內(nèi)部調(diào)控系統(tǒng)控制環(huán)境參數(shù)，從而實現(xiàn)培育壯苗的目的。本文通過對氣候箱和育秧平臺的優(yōu)化設計，水稻育秧氣候箱實現(xiàn)人工光源采用PWM法使得光照強度無級可調(diào);溫濕度及CO2濃度采用位置式

4、PID控制;灌溉模塊采用浸潤式灌溉模式，根據(jù)秧苗需求量的多少自動灌溉;監(jiān)控系統(tǒng)通過Wifi將氣候箱和育秧平臺內(nèi)的秧苗長勢反饋到電腦界面并同步到手機客戶端，便于隨時觀察秧苗長勢、錄制視頻、抓取某一時刻的秧苗長勢圖片，為均勻試驗和驗證試驗提供良好環(huán)境。育秧平臺的光源與育秧盤之間位置無級可調(diào)，通過調(diào)節(jié)光源與育秧盤之間的相對位置，滿足不同時期秧苗光照需求;控制模塊采用主從機控制模式，通過2.4GHz無線通訊模塊，利用多維傳感技術采集秧苗不同生長

5、階段環(huán)境數(shù)據(jù)，有針對性地調(diào)整秧苗的培育環(huán)境;營養(yǎng)液供給模塊采用按需索取的浸潤式灌溉方式，保證秧苗質量的前提下節(jié)約了水資源，實現(xiàn)為大面積育秧提供良好環(huán)境的目標。
　　(3)基于育秧氣候箱的育秧試驗研究。研究育秧前期參數(shù)是保證秧苗發(fā)芽率、秧苗整齊度和秧苗質量的前提;通過試驗研究及查閱相關學術資料，分析影響曬種、選種、浸種、催芽的因素，確定較優(yōu)參數(shù)值。研究秧苗生長期環(huán)境參數(shù)是保證秧苗質量的重要環(huán)節(jié);利用水稻育秧氣候箱采用均勻試驗對水稻育

6、秧所需光質、光照強度、光照時間、溫濕度等環(huán)境參數(shù)進行深入的研究，分析其顯著性，并確定秧苗最佳狀態(tài)下環(huán)境參數(shù)組合。
　　(4)驗證試驗。運用上述所得的育秧前期及育秧生長期參數(shù)，借助育秧氣候箱進行育秧，驗證上述所得育秧參數(shù)的適應性及重復性。
　　(5)基于植物工廠技術的水稻育秧試驗。運用上述所得的育秧前期及育秧生長期參數(shù)，借助育育秧平臺進行育秧試驗，驗證上述所得育秧參數(shù)進行大面積育秧的適應性及重復性。
　　(6)基于植物工

7、廠技術的水稻育秧工藝研究。育秧工藝的研究包括工藝流程的研究和不同階段工藝參數(shù)的選取。育秧工藝的研究首先要確定育秧流程及不同階段的任務。其次確定不同階段光照強度、溫濕度、光照時間、澆水量、澆水頻次。結合上述育秧試驗環(huán)境參數(shù)，確定育秧工藝，為大面積育秧提供技術參考。
　　研究表明，這種基于植物工廠技術的水稻育秧，可有效的解決外界氣候影響秧苗所需的光照強度、光照時間、營養(yǎng)液供給、溫濕度等問題，能夠通過程序設定提供給水稻育秧所需環(huán)境參數(shù)，

8、通過Wifi將秧苗長勢顯示在手機和電腦客戶端，避免人為因素影響內(nèi)部環(huán)境參數(shù)，實現(xiàn)育秧過程完全不受外界環(huán)境影響;為研究基于植物工廠技術的水稻育秧工藝提供了良好的平臺，具有功能齊全、操作簡單、使用方便、性能可靠的特點。通過均勻實驗設計和驗證試驗對水稻育秧工藝參數(shù)進行優(yōu)化，確定了秧苗各指標最優(yōu)狀態(tài)下的的參數(shù)組合，即:育秧前期曬種、選種鹽水比重、浸種溫度、催芽時間對種子發(fā)芽率、秧苗整齊度有顯著的影響，較優(yōu)參數(shù)組合為:曬種2天（含水率14-18％