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题名基于离子活度的水培生菜营养液调控方法研究
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作者
孙章彤
颜浩然
杨永霞
孙大虎
胡旭东
胡瑾
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机构
西北农林科技大学信息工程学院
农业农村部农业物联网重点实验室
西北农林科技大学机械与电子工程学院
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出处
《农业机械学报》
北大核心
2025年第7期288-299,共12页
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基金
国家重点研发计划项目(2024YFD2001004-02)
中国博士后科学基金项目(2024M762637)
陕西省重点研发计划项目(2023-ZDLNY-66)。
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文摘
营养液动态调控是无土栽培系统重要环节,监测回用溶液的营养状况,确保将养分有效地补充到最佳浓度,以实现循环利用并降低经济成本至关重要,但营养液组分在线检测较为困难。本研究提出了一种基于pH值、电导率(Electrical conductivity,EC)、NO3-和NH4+离子活度的其他主要离子软测量方法,并设计了相应的软硬件调控平台。首先,水培生菜全周期采用园试通用配方,依据离子活度和EC贡献率计算公式,研究营养液组分的变化规律。结果表明,离子活度对营养液EC的影响具有可叠加性以及离子EC贡献率具有相对稳定的特性;随后,利用支持向量机回归算法(Support vector regression,SVR)和遗传算法(Genetic algorithm,GA)分别建立Ca^(2+)、Mg^(2+)、K^(+)离子活度回归模型,模型最优决定系数与均方根误差分别为0.9651、0.9724、0.9540和0.0146、0.0262、0.1437 mmol/L;其次,设计该配方下的多离子浓度调控策略;最后,搭建软硬件调控平台,实现水肥状态检测和肥液补充。验证试验显示,定植后0~10 d养分吸收量较少,均为补液后第5天执行调控指令;定植后10~30 d养分吸收速率迅速增加,依据吸收量明显增加的钾、氮元素进行调控;至收获期养分总吸收量虽然增加,但吸收速率显著下降,依据吸收速率相对最快的钙元素进行调控。结果表明,本研究将固定配方的营养液EC控制水平提高到离子浓度控制水平,为满足作物生产对营养液离子浓度的动态需求提供理论依据。
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关键词
水培生菜
营养液离子调控策略
EC贡献率
离子活度
支持向量机
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Keywords
hydroponic lettuce
ion regulation strategy of nutrient solution
EC contribution rate
ion activity
support vector machine
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分类号
S126
[农业科学—农业基础科学]
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