【摘 要】
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我国是一个农业大国,水稻是我国重要的粮食作物之一。水稻生产对保障我国粮食安全有重要意义。但随着化肥逐年过度施用,不仅造成了作物对化肥的吸收能力的降低,而且对生态环境造成巨大破坏。因此,研究相关施肥技术与施肥装备,对于合理科学有效地利用肥料、提高水稻产量和水稻品质、保护生态等层面具有重要意义。目前,水稻施肥以人工抛洒或机械定量匀施为主,上述方式会造成肥料流失量大,存在施肥不均、肥料配比不当等问题;进
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我国是一个农业大国,水稻是我国重要的粮食作物之一。水稻生产对保障我国粮食安全有重要意义。但随着化肥逐年过度施用,不仅造成了作物对化肥的吸收能力的降低,而且对生态环境造成巨大破坏。因此,研究相关施肥技术与施肥装备,对于合理科学有效地利用肥料、提高水稻产量和水稻品质、保护生态等层面具有重要意义。目前,水稻施肥以人工抛洒或机械定量匀施为主,上述方式会造成肥料流失量大,存在施肥不均、肥料配比不当等问题;进而影响水稻生长、增加种植成本、影响水稻品质。为实现水稻精准喷施液体肥,本研究设计了一种基于水稻冠层氮素水平的车载变量喷施液体肥系统;并在田间开展变量施肥效果试验。本文主要研究内容和成果如下:（1）基于Crop Spec传感器的水稻氮含量传感模型:对Crop Spec传感器的关键参数进行了测量,并通过Crop Spec传感器的相关参数计算出Crop Spec的感知范围。以三种典型水稻为研究对象,建立S1值（氮素充分指数）与水稻氮含量、施氮量的关系模型。试验结果表明:施氮量对S1值有极显著的影响,无论是线性、二次、指数回归模型均具有较高的拟合度。S1值实测值与模型预测值具有良好的一致性,其中最大相对误差为6.25%,最小相对误差为0.39%。Crop Spec感知水稻的S1值可有效反映水稻氮含量。（2）PWM电磁阀喷头变量喷施模型与试验:搭建了PWM电磁阀变量喷头试验平台。采用回归分析的方法对Tee Jet XR 11001vs和Tee Jet XR 11003vs两种电磁阀喷头建立喷量与压力、占空比之间的数学模型。试验结果表明:流量与压力和占空比存在显著的回归关系。当占空比大于20%时,电磁阀喷头开始工作。对比两种喷头流量,在共同的压力和占空比统计区间（占空比20%-100%,压力0.2MPa-0.4MPa）,11003vs喷头的流量变化范围在6.345g/s-11.3038g/s之间,11001vs喷头的流量变化范围在2.94g/s-4.73g/s之间,可知在相同占空比和压力的情况下,11003vs喷头的流量更大,流量变化范围也更大。流量模型验证试验结果表明:Tee Jet XR 11001vs与Tee Jet XR11003vs喷头模型的流量和实测流量之间相对误差分别在0.494%到8.67%,0.092%到6.428%之间。喷头回归模型的流量和实测流量具有很好地一致性。（3）基于Crop Spec传感器的变量喷施系统设计:在PWM电磁阀变量喷头试验平台的基础上搭建了变量喷施系统硬件系统,并对Crop Spec进行二次开发。设计了基于STM32微处理器的传感器CAN总线通信协议。根据传感器S1值与PWM占空比的数学模型,构建了变量喷施系统软件算法。（4）基于车载光谱传感器的液体肥变量喷施田间试验:为验证基于Crop Spec的变量喷施系统的实际生产应用效果,进行了田间验证试验。在水稻抽穗期施肥节点,利用Crop Spec传感器实时采集水稻氮含量数据,进行变量喷施,并与传统施肥方式进行水稻生长情况对比,结果表明:变量喷施系统可使水稻长势均匀,达到了水稻变量喷施的预期效果。
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