农业机械学报

作者：孙章彤，颜浩然，杨永霞，孙大虎，胡旭东，胡瑾

单位：西北农林科技大学;农业农村部农业物联网重点实验室,西北农林科技大学,西北农林科技大学;农业农村部农业物联网重点实验室,农业农村部农业物联网重点实验室;西北农林科技大学,农业农村部农业物联网重点实验室;西北农林科技大学,西北农林科技大学;农业农村部农业物联网重点实验室,

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

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）和陕西省重点研发计划项目（2023-ZDLNY-66）

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Ca2+、Mg2+、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、0.1437mmol/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0~10d养分吸收量较少，均为补液后第5天执行调控指令；定植后10~30d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。

来源：2025年第7期

《农业机械学报》期刊编辑部

查看农业机械学报杂志2025年第7期