溫室基質(zhì)栽培作物蒸騰量估算模型研究.pdf

1、中國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，高效的灌溉利用率可以有效地提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量、充分發(fā)揮灌溉作用，產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益。利用少數(shù)重要的氣象因子，對(duì)作物蒸發(fā)蒸騰量（ET）進(jìn)行精確估算，根據(jù)其蒸發(fā)蒸騰量來(lái)進(jìn)行灌溉，從而達(dá)到節(jié)約水資源和作物高產(chǎn)量的雙收益。這對(duì)于中國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展，水資源的利用都有著非常重要的意義。
　　本文以河北農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院溫室為試驗(yàn)場(chǎng)所，針對(duì)北方日光溫室內(nèi)作物的蒸發(fā)蒸騰規(guī)律和環(huán)境因子特點(diǎn)，從基質(zhì)含水率和環(huán)境參數(shù)兩個(gè)方面對(duì)作物蒸發(fā)蒸騰量E

2、T進(jìn)行研究。根據(jù)此內(nèi)容進(jìn)行了試驗(yàn)的整體設(shè)計(jì)，包括傳感器的選型、數(shù)據(jù)采集與傳輸以及硬件系統(tǒng)的調(diào)試等。通過此方案，可以對(duì)試驗(yàn)所需數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄和保存，為試驗(yàn)的深入研究打下基礎(chǔ)。
　　本文采用無(wú)土栽培，以椰糠為基質(zhì)，作物在栽培槽內(nèi)生長(zhǎng)，利用栽培槽內(nèi)不同深度的三個(gè)水分傳感器含水率來(lái)估算栽培槽的整體含水量。由于溫室內(nèi)作物的主要失水來(lái)自于作物本身的蒸發(fā)蒸騰，利用基質(zhì)含水率估算ET時(shí)，含水量的減少即為作物蒸發(fā)蒸騰量。以灌水后傳感器的含水率變化

3、值為自變量，灌水量為因變量，分別建立多元線性回歸模型和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型來(lái)估算栽培槽整體含水量，經(jīng)校驗(yàn)發(fā)現(xiàn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型精度更高。應(yīng)用此模型，以當(dāng)日灌水后三個(gè)水分傳感器的含水率與次日灌水前三個(gè)水分傳感器的含水率差值作為輸入量，可得基于基質(zhì)濕度的ET預(yù)測(cè)值。
　　利用環(huán)境溫濕度估算ET時(shí)，由P-M公式可知，環(huán)境參數(shù)如溫度、濕度、輻射等對(duì)作物的蒸發(fā)蒸騰量影響很大，對(duì)這幾個(gè)參數(shù)做Pearson相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)輻射與溫度相關(guān)性為0.829

4、，與濕度相關(guān)性為-0.821，用溫度、濕度來(lái)替代輻射這一項(xiàng)。以此建立以溫室內(nèi)日平均環(huán)境溫度、日平均環(huán)境濕度為輸入量，電子秤當(dāng)日和次日同時(shí)刻的重量差值為輸出量的多元線性回歸模型和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，經(jīng)校驗(yàn)，得出BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有更高的建模精度。為了進(jìn)一步優(yōu)化環(huán)境參數(shù)模型，采用日平均環(huán)境溫度、日平均環(huán)境濕度、日最高環(huán)境溫度、日最低環(huán)境溫度四個(gè)量為輸入，電子秤當(dāng)日和次日同時(shí)刻的重量差值為輸出，建立多元線性回歸模型和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，經(jīng)校驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)B

5、P神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型精度更高。對(duì)以上建立的兩因子模型和四因子模型進(jìn)一步比較分析，四因子模型精度更高。
　　本文從基質(zhì)含水率和環(huán)境溫濕度兩個(gè)方面入手來(lái)估算ET，并分別建模，對(duì)這兩個(gè)方面挑選出來(lái)的模型再進(jìn)行比較分析，發(fā)現(xiàn)基于基質(zhì)濕度的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型相對(duì)誤差在10％以下?；谌掌骄h(huán)境溫度、日平均環(huán)境濕度、日最高環(huán)境溫度、日最低環(huán)境溫度四個(gè)因子建立的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型相對(duì)誤差均在5％以下，精度更高，可以更精確的預(yù)測(cè)ET，在實(shí)際應(yīng)用中具有推廣應(yīng)