1、隨著設施園藝產業(yè)的發(fā)展，先進工程技術越來越多地應用到設施園藝生產中。設施園藝的典型代表是溫室，傳統(tǒng)的溫室生產水資源管理粗放，一般采用大水漫灌方式，施肥技術落后，過度施用化肥造成水肥資源浪費嚴重，同時也造成嚴重的環(huán)境污染。為促進農業(yè)可持續(xù)發(fā)展，提高水肥利用效率是設施園藝發(fā)展必須解決的問題，其有效措施是在溫室生產中實行精準灌溉施肥。精準灌溉施肥技術已逐漸成為一種在技術上密集配套、生產及管理上高度集約化的現(xiàn)代農藝生產技術體系，其自動化程度高且

2、能有效提高水肥利用效率。國外發(fā)達國家如以色列、美國、荷蘭等國家早已將灌溉施肥技術應用于設施園藝生產，其產品已非常成熟且形成產業(yè)并對外出口，但國外相關產品售價高，同時由于國外裝備生產農藝要求還不能完全適應我國氣候條件和種植環(huán)境，使得國外的設備很難發(fā)揮出應有的效果，設施生產效果不顯著。我國科研工作者也在積極研究灌溉施肥技術，雖取得了一些成果，但由于起步較晚，研究基礎薄弱，我國的灌溉施肥技術目前還處于初級階段，仍有諸多問題有待解決:如水肥耦合

3、對園藝作物工作機理還有待深入研究;精準灌溉施肥裝備關鍵技術有待突破;智能化控制決策的研究有待加強;研究開發(fā)的產品性能還不夠穩(wěn)定，價格偏高，不利于推廣應用;與信息化技術結合還不夠緊密，特別是當前物聯(lián)網+灌溉施肥技術還沒有真正在溫室灌溉施肥上進行推廣應用。針對以上問題，本論文圍繞溫室精準管理灌溉施肥的關鍵技術，以形成實用化自主研發(fā)產品為目標，重點就溫室番茄的需肥和需水規(guī)律、灌溉施肥系統(tǒng)控制決策、灌溉施肥機本體關鍵部件的結構優(yōu)化及對施肥機性能

4、的影響、以及灌溉施肥監(jiān)控系統(tǒng)等關鍵技術展開研究。主要結果如下:
　　(1)在營養(yǎng)液膜栽培模式下，基于Penman-Monteith方程，以番茄需水量為研究對象，建立了溫室番茄的需水模型，并由模型得出冬茬試驗溫室中，單株番茄植株苗期總需水量約為9.2L，開花坐果期18.2L、果實膨大期37.6L、成熟期28.4L;春茬試驗溫室中，單株番茄植株苗期總需水量約為13.4L，開花坐果期27.2L、果實膨大期39.3L、成熟期33.4L，可

5、作為番茄生產中灌溉量的參考。
　　(2)在營養(yǎng)液膜栽培模式下，以荷蘭番茄專用配方配制營養(yǎng)液進行試驗研究，監(jiān)測不同施肥濃度對番茄生長指標及生理指標情況的影響，分析試驗數(shù)據(jù)并尋找規(guī)律，研究表明當EC值為2500μS/cm、pH為6±0.1時對番茄植株第一花序開花坐果率、株高、株粗、根長等番茄生長指標，番茄葉綠素含量等生理指標，以及番茄干鮮重等各項監(jiān)測指標表現(xiàn)最優(yōu)。因此番茄開花坐果期的營養(yǎng)液EC值為2500μS/cm，可作為番茄開花坐果

6、期EC調控參考依據(jù)，驗證和評估了荷蘭番茄專用配方的適用性，為指導溫室番茄營養(yǎng)液優(yōu)化管理和決策提供參考和技術支撐。
　　(3)提出了基于兩級預測的溫室WSN系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸方法。在引入萊特準則進行序列異常值檢測的基礎上，分別在傳感器節(jié)點和服務器建立一階分段線性回歸方程并結合自適應加權算法形成兩級預測模型，大幅度減少溫室WSN系統(tǒng)的傳感器節(jié)點數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)。同時結合溫室環(huán)境自動控制的特點，提出了一種基于拋物線的可變誤差閾值確定方法，進一步減

7、少無線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。
　　(4)在研究灌溉施肥模型的基礎上，應用模糊控制技術，依據(jù)灌溉施肥過程中不同品種作物生長及環(huán)境控制要求及系統(tǒng)輸入輸出變量的特性，制定了適用于灌溉施肥模糊控制專家系統(tǒng)的控制量論域及模糊控制規(guī)則，應用Matlab/Simulink模糊邏輯工具箱，設計了一個二維的模糊控制系統(tǒng)，同時為驗證該模糊控制系統(tǒng)的有效性，應用Matlab/Simulink軟件進行了仿真，結果表明此模糊控制系統(tǒng)對營養(yǎng)液的EC值具有較好的調控能

8、力，能滿足工作需要。
　　(5)依據(jù)經濟流速流量對照表，綜合考慮施肥裝置及管路系統(tǒng)的沿程損失與局部損失，研究分析基于CFD數(shù)值計算的文丘里施肥器最優(yōu)結構參數(shù)組合。模擬數(shù)據(jù)及所開發(fā)水肥一體化灌溉施肥機的運行數(shù)據(jù)表明，CFD數(shù)值優(yōu)化后的文丘里施肥器吸肥流量提高約38.6％，與模糊自動控制系統(tǒng)相配合的水肥一體化灌溉施肥機的吸肥流量總體提高約47.6％,節(jié)能效果顯著。
　　(6)基于結構化設計理念，研發(fā)了應用于溫室環(huán)境的精準灌溉施肥

9、硬件平臺和軟件系統(tǒng)。采用嵌入式網絡技術，基于高性能32位微處理器STM32F103ZET6，設計用于水肥EC、pH等參數(shù)信息監(jiān)測及灌溉施肥的一體式控制器。控制器融合了ZigBee無線短距離通信技術，與基于MSP430F149處理器設計的溫室環(huán)境無線監(jiān)測節(jié)點一起組建了溫室環(huán)境無線傳感網絡，實現(xiàn)溫室灌溉環(huán)境在線信息監(jiān)測。針對溫室生產對互聯(lián)網+智能灌溉施肥的迫切需求，基于ASP.NET及WEB服務開發(fā)了遠程網絡監(jiān)控平臺，借助網絡通信實現(xiàn)異地信