为充分利用灌溉水资源、提高灌溉水生产效率，本研究提出了一种顾及水分敏感性的模型预测控制灌溉决策方法。该方法首先利用农作物在各时期的水分敏感指数和Jensen模型，运用非线性规划法确定农作物各生育阶段每天的灌溉上限，然后将灌溉上限作为限制条件纳入到模型预测控制(MPC)框架中，构建了顾及水分敏感性的MPC灌溉决策模型。然后，采用常规MPC决策、本研究的MPC决策、基于Jensen模型的决策3种方法分别在河南省原阳县进行夏玉米仿真灌溉实验。仿真实验结果表明，与常规MPC灌溉决策相比，本研究的MPC灌溉决策虽然产量有些下降，但是节省了更多的灌溉水，并且提高了灌溉水生产效率。与基于Jensen模型的决策相比，本研究的MPC灌溉决策不仅节省了灌溉水，还提高了产量，显著提升了灌溉水生产效率。本研究方法可进一步节约水资源，增强灌溉水生产效率，有效服务于农业用水智慧灌溉。

高光谱遥感是目前农作物研究的重要技术手段。为促进农作物生长周期的健康发展和基础研究，提高遥感技术在农作物研究中的应用水平，笔者概述了高光谱遥感在农作物研究中的分析算法，重点讨论了高光谱遥感在农作物长势、农作物信息监测和农作物信息提取方面的研究进展。针对目前仍需深入开展的叶面积指数、生物量估算、氮素监测、叶绿素监测、病虫害监测、重金属监测、农作物碳氮比和水分含量等研究进行了系统综述。分析结果表明，在农作物研究中高光谱遥感技术与人工智能的结合已初见成效，但仍难以满足现代农业的智能化需求，若与新一代信息技术和大模型集成交叉将发挥巨大的研究潜力。

近年来，中国设施农业作为农业现代化的重要形式之一，得到了迅速发展。在设施园艺中，设施通风是设施环境调控的一种关键手段，用于调节设施内的温度、相对湿度以及风速等环境因素，它直接影响着设施内作物的生长发育、产量和品质。本研究针对设施通风调控技术装备的发展现状进行综述，分析总结了通风技术装备存在应用不到位、通风装备能耗较高和智能通风系统稳定性较差的问题，并对今后的发展趋势进行探讨，建议今后要深入研究，突破技术瓶颈，为设施园艺发展提供有力支持。

为阐明秸秆纤维尺寸对真空脱水成型的育秧基质块干燥及吸水速率的影响，利用粗粉发酵磨浆(A)，细粉发酵磨浆(B)，细粉发酵(C)3种纤维处理工艺经真空脱水制备水稻育秧基质块，通过基质块中纤维尺寸频率分布、纤维与水分结合能，结合不同基质块孔隙度、干燥和吸水速率变化，拟合出育秧基质块的干燥及吸水模型。结果表明，磨浆和粉碎分别减小纤维直径和长度，基质块A的纤维长宽比最大为19.5，持水孔隙和总孔隙度分别达到85.66%和93.48%，纤维与水分结合能(X_A=0.11 kg water/kg DS)显著优于其余纤维处理工艺。干燥动力学Logarithmic模型较优拟合出基质块水分损失速率，纤维长宽比最小的基质块C的水分干燥速率最快为0.29 kg/(kg·h)，水分扩散系数最大为1.962×10^-5 m²/s，基质块C达到饱和含水率的时间最短为61.5 min，但饱和含水率数值最低为531.06%。综上所述，细分发酵工艺制备的纤维长宽比小的基质块干燥效率和吸水速率最优。

为避免连栋温室因局部构件破坏而引起整体结构破坏，本研究选取咸阳地区某Venlo型连栋温室作为研究对象，基于抗连续倒塌基本机理提出了一种改进的敏感性分析方法，得到了连栋温室结构关键构件及其分布规律。使用MIDAS-GEN软件对温室骨架截面进行设计优化，而后在ANSYS软件中将优化后的结构通过结合拆除构件法和敏感性分析方法确定柱子的敏感性系数。结果表明：（1）长边柱的敏感性系数与中柱接近并大于短边柱，短边柱敏感性系数大于角柱；（2）长边柱靠近两端敏感性系数显著上升，有桁架铰接的柱相较于其他柱敏感性系数略高；（3）中柱的敏感性系数与直接应力呈现正相关性，而长边柱和短边柱则相反。研究结果可为连栋温室优化、抗连续性倒塌等研究提供参考。

为了推动农业可持续发展，改善农业水资源利用效率，实现农业种植全程机械化、智能化，实现根茎类作物的增产增效。通过总结分析我国起垄覆膜技术、起垄覆膜机械以及地膜的研究进展，结合智能农机发展现状，提出了对作物起垄、覆膜、抛土、打孔一体化、水、肥、药精准灌溉一体化操作的起垄铺管覆膜复式作业机械的发展构想。

农业高效节水服务是推动农业节水工程可持续利用的重要手段。基于新疆南疆、北疆和东疆地区的2028户棉农的实地调查数据，利用二元Logistic回归模型，从地域差异视角和棉农特征视角分析了棉农对农业高效节水服务的行为选择与路径。研究结果表明，政府推广服务影响棉农选择农业高效节水服务的行为在南疆、北疆和东疆地区的显著性依次减弱；户主年龄、受教育程度和家庭劳动力比重对棉农选择农业高效节水服务行为的影响不显著；户主节水技术经验、耕地细碎化程度、灌溉用水保障率和节水灌溉服务组织数对棉农选择农业高效节水服务行为具有显著性影响，且影响程度较大。最后提出提升水资源保障率、加强小农户土地规模化经营、增加农业高效节水服务组织供给3个方面的路径。

为有效缓解来自人口、环境和资源方面的压力，发展植物工厂非常重要。智慧植物工厂是设施农业发展的高级阶段，研究如何将机器学习应用在植物工厂中有效提高生产效率，促使植物工厂向智能化方向发展是一个重要的新课题。通过将机器学习与作物表型研究相结合，建立作物生长模型，并应用到生长环境监测中（病、虫、草、旱涝、营养等），及精准调控植物工厂室内环境及营养液智能调控等方式中，解决好中国植物工厂成本高、作物产量低的问题，助力植物工厂向信息化、自动化、智能化、精准化和个性化方向发展。

为改善传统日光温室抵御自然灾害能力差、土壤利用率低等问题，提出一种新型装配式异质复合墙体日光温室。该温室由骨架构成承重结构，墙体由蓄热层和保温层构成，厚度仅30 cm，实现土地资源的高效利用。本研究主要对温室冬季应用效果进行测试与分析，分别在温室内外布置31个温度、1个太阳辐照量和1个室外风速测点。结果表明：连续阴天状况下，温室内日最低空气温度范围为6.5~8.9℃；土壤日最低温度范围为15.3~18.2℃；温室墙体内表面最低温度范围为6.5~9.6℃；均维持在番茄适宜生长温度范围内。同时对温室连续1个月的室内温度进行分析，无低于番茄最低耐受温度的情况出现。所设计温室在连续阴天的不利状况下具有较好的保温和蓄热性能，可实现番茄的越冬生产。本研究可为装配式日光温室的建造和发展及新型复合墙体材料的选择提供一定的理论依据。

为了计算不同致灾风力对湖北省设施农业造成灾害的概率，并分析致灾风力变化特征。本研究利用湖北省1991—2020年的气象观测数据，结合灾情数据资料，用双条件约束定义了轻度、中度、重度、特重等级指标。结果表明：风速越大，设施农业致灾概率越大；四季致灾风力出现天数分布均匀，春、夏两季出现天数大于秋、冬两季；EEMD分析结果表明，湖北省设施农业致灾风力存在2~3年、6年和15年左右的准周期变化，且2008年以前一直保持稳定，2008年后表现为显著的上升趋势，未来致灾风力日数可能出现增多趋势；设施大棚风灾风险整体呈现中部地区高，东西部低的趋势，襄阳市风灾风险最大。整体来看，孝感市、恩施州、武汉市、宜昌市、黄冈市、十堰市、咸宁市处于风灾轻中度风险区，有利于设施农业发展。

在综合利用计算机科学、地理信息科学、面向服务科学等多学科理论、方法和技术的基础上，以物联网、云计算、人工智能和自动控制理论为指导，设计泵房控制终端、田间控制终端、气象站监测终端、墒情监测终端，建立基于气象的水肥一体智能灌溉模型，构建水肥一体智能灌溉云服务系统。依据土壤墒情和气象要素灌溉决策技术的数学模型，形成灌溉方案，通过智慧灌溉水肥一体化系统将方案下发到水肥一体化设备，从而实现灌溉和施肥从科学决策到精准执行全链条的管理。通过应用实例探究其应用效果，并对云服务技术嵌入水肥一体灌溉设备的效果进行了分析评价。实例表明，应用水肥一体智能灌溉设备可达到节水36.36%、节肥26.17%、增产16.67%、苹果优质果比例提升13%，具有极大的推广应用价值。

根菜类作物如甜菜、马铃薯等作物营养丰富，适合大面积种植，具有广阔的发展前景。但是，根菜类作物地上与地下生育进程和长势有很大区别，仅观测地上部长势不能准确判断地下部块根的生育进程。为解决实时观测地下部块根的生育进程，满足自动化管理的需要，设计一种块根自动测定装置，该装置由X型测定夹、阻值式变位计、内置导线、数据存储器等部件组成。利用该装置对甜菜块根生长进行田间测定试验，结果表明，该装置能够实时监测出甜菜块根生长状况，可以比较准确地判断甜菜所处生育时期以及块根直径，通过试验调查，所开发的装置对甜菜块根测定误差范围为2%~7%。

比较筛选水稻冠层SPAD值估测模型，为无人机多光谱遥感反演水稻SPAD值提供依据。利用无人机获取水稻拔节期、抽穗期、乳熟期的冠层多光谱影像，选取7种常用的植被指数，利用3种回归方法建立基于植被指数的水稻叶片SPAD值反演模型。结果表明，在不同生育期与水稻叶片SPAD值相关系数最高的植被指数不相同，拔节期最高的是GNDVI，抽穗期最高的是CI_Green，乳熟期最高的是CI_Rededge。抽穗期是水稻叶片SPAD值反演的最佳时期，模型具有较好的建模精度和估测效果，其中多元线性回归的建模精度较高，偏最小二乘回归模型的估测效果最好。试验结果可为水稻长势的实时无损监测提供参考。

随着科学技术的发展，农业的发展越来越趋于信息化、现代化，智慧农业是未来农业发展的必然趋势。温室控制系统是智慧设施农业的核心，是实现设施农业规模化发展、集约化生产的关键。本研究综述了温室控制相关研究进展，以期在今后的研究中起到一定的作用。温室控制系统自20世纪70年代发展至今越来越成熟，本研究对比了温室控制系统的控制算法、主控芯片、各种传感器，通过对近些年来包括控制系统在内的感知层、传输层和应用层等组成部分综述，并介绍了市面上比较主流的传感器、网络传输技术以及主控芯片，旨在为温室控制系统的设计提供一种可选择的方案，并对温室设施农业中存在的问题和未来的发展方向进行了分析和展望。

为了分析甜菜机组作业各环节实际作业时间、辅助作业时间和承接作业时间,优化机组的运用管理,最大化发挥甜菜机械作业潜能,本研究采用跟踪甜菜播种机组和收获机组现场作业,测试、记录相关数据,并对数据进行分析、处理,计算出作业效率。结果表明,甜菜播种机组作业效率为63.99%,甜菜打叶切顶机组作业效率为60.51%,甜菜挖掘装载机组作业效率为64.32%。甜菜机械作业效率已成为甜菜作业机组选型配套、合理运用的重要依据。

为探究暗管排水对水稻生育后期植株氮、磷、钾养分吸收以及产量构成的影响,以‘南粳46’为试验材料,通过苏州太仓东林农场两块相临的暗管排水田块与传统明沟排水田块进行试验。在暗管排水田距离排水沟和暗管不同的位置采集水稻样品,未铺设暗管的田块取样作对照,分析孕穗期、抽穗期和成熟期水稻植株氮磷钾含量以及产量构成之间的差异。结果表明：随苗沟距的增加,水稻植株氮磷钾养分吸收有减小趋势,靠排水沟越近的区域影响最显著。苗管距2.5 m处植株各器官氮磷钾含量以及产量最高,水稻各器官氮、磷、钾吸收量相对于对照组最高分别可提高25.17%、80.16%和35.19%;产量在苗沟距15 m、苗管距2.5 m处理下达到9.97 t/hm²,大于对照组15.22%,产量差异主要由水稻群体的穗粒数、结实率和千粒重产生。暗管排水可以有效增加稻田氮磷钾养分的吸收和稻田局部增产,但自由暗管排水可能导致暗管正上方表层土壤养分流失而影响水稻植株氮磷钾养分吸收,对于氮磷钾养分吸收规律需后期结合土壤渗漏强度以及渗漏量与土壤养分含量的关系做进一步分析。

微喷带作为一种高效节水灌溉技术,在冬小麦、夏玉米已广泛应用,为探明影响微喷带单组流量的主要结构参数。本试验采用完全随机试验探究微喷带下单组微孔不同微孔数量（X₁,1、2、3、5孔）、微孔夹角(X₂,0、30、60、90o)与微孔间距(X₃,0.2、0.4、0.8、1.2 cm)对微喷带单组流量(Q)的影响。微孔数量对单组流量的影响起主导作用,其次微孔夹角,微孔间距最小。微孔数量由1孔增加至5孔时,湿润面积、湿润率、流量、灌水强度峰值增加89.11%、13.73%、339.38%、25.06%。随微孔间距与夹角的增加,湿润面积与单组流量呈先增加后降低趋势;湿润率呈减小趋势;灌水强度峰值无显著性变化规律。多元线性回归方程为Q=22071.74 X₁+11247.09 X₂-7.34 X₃-34430.54,该模型可解释单组流量的程度在80.00%以上,可用实现对单组流量的预估。本研究可为微喷带参数设计提供理论参考。

为研究不同含水率的条件下异位发酵床垫料：抗剪强度、黏聚力、内摩擦系数、压缩载荷的变化规律。本研究采用土壤力学试验方法,测定垫料五种不同含水率的相关参数。结果表明：当垫料含水率为29.22%~36.13%时,抗剪强度、内摩擦角系数会随着含水率的增大而增大;当含水率为45.55%~61.11%时,抗剪强度、内摩擦角系数会随着含水率的增大而减小。黏聚力不会因含水率的改变而出现明显变化;垫料的压缩载荷随加载时间增大而增大,递增幅度逐渐增大。

为综合评价农机维修企业运营情况,用数据包络分析(DEA)法和文本聚类法对调研的116个农机维修企业进行分类统计和技术效率分析。结果表明：农机维修企业技术效率处于较低水平,平均生产技术效率为0.642,纯技术效率和规模效率分别为0.736、0.880。不同类型农机维修企业效率不同,以组建方式分,品牌三包型技术效率最高、社区便利型次之、自我保障型最低;以业务等级分,企业的业务等级越高,技术效率也越高。为提高企业技术效率,从加强从业人员培训、拓展业务范围、争取资金投入等方面提出对策建议。

水稻机插秧同步侧深施肥技术作为2018年农业农村部重大引领技术之一,具有省工、增产、提高肥料利用效率的优势,充分了解和认识中国水稻机插秧同步侧深施肥技术推广应用的可行性及限制因素,制定科学有效的推广方案及扶持政策,对深入推进中国水稻机插秧同步侧深施肥技术发展,助力水稻化肥减量增效具有重要意义。本文从国外水稻机插秧同步侧深施肥技术推广的经验与启示、中国水稻机插秧同步侧深施肥技术推广基础以及水稻机插秧同步侧深施肥技术优势等三方面对我国水稻机插秧同步侧深施肥技术推广应用的可行性进行了阐述,从区域生产条件差异、生产成本增加、配套技术不足等多方面对中国水稻机插秧同步侧深施肥技术推广应用的限制因素进行了深入分析并提出对策与建议,以期为进一步推进中国水稻机插秧同步侧深施肥技术大面积推广应用提供参考。

为了提高土壤中阳离子交换量检测的准确度和效率,针对国标方法的不足,在原理不变的条件下对空白、浸提、离心等实验步骤进行优化。通过对比实验、平行性实验以及条件实验,分析本方法的准确度、精密性和稳定性。结果表明：通过实验测试,对空白试验进行重新定义,将国标方法中的浸提时间由60 min优化为30 min,离心时间由10 min优化为20 min,大大缩减了一个样品的测试时间。在该条件参数下,对4种不同类型的国家土壤有证标准物质进行测试,得出阳离子交换量测定值与土壤标准物质标准值吻合。本方法效率高,准确度和精密性良好,操作简单,适用于大批量土壤中阳离子交换量的测定。

基于民勤荒漠植物非称量蒸渗仪试验系统研发过程,对民勤不同监测时段的非称量蒸渗仪结构设置、试验监测及其监测结果应用情况进行对比分析。结果表明:民勤非称量蒸渗仪试验研究起步较早,先后经历了5代非称量蒸渗仪试验系统的研发改造过程。第1、2、3代非称量蒸渗仪试验系统的建立,使民勤荒漠植物蒸渗试验得到逐步发展与完善;第4代荒漠植物非称量蒸渗仪试验系统增设了渗漏监测,模拟了荒漠植物真实的补水状态,设计出不同地下水恒位补偿式蒸渗仪和渗漏型蒸渗仪,实现了地下补水与地面灌水试验的同步监测;第5代荒漠植物非称量蒸渗仪试验系统通过扩容改造,实现了荒漠植物林木与林分尺度蒸渗试验的同步监测,并基于电子传感技术实现蒸渗监测自动化管理,为尺度水平荒漠植物蒸散耗水研究及其监测数据的网络资源共享提供保障。

机器学习在图像识别领域的成功应用,为农作物品种的自动识别提供了一种新的思路。为了全面了解机器学习在农作物品种识别中的应用现状,把握农作物品种识别的发展趋势和研究方向,本文归纳了农作物图像的常用获取方法,分析了光谱图像和RGB图像结合机器学习方法识别农作物品种的研究现状。基于RGB图像进行农作物品种识别研究起步较早,图像获取成本较低,识别率一般;基于高光谱图像进行农作物品种识别研究近年来发展迅速,识别精度较高,但图像获取成本较高,且易受环境因素影响。通过总结,指出了农作物品种识别研究中存在的问题,认为深度学习在农作物品种自动识别上具有广泛的应用前景

为了探究热泵技术在农业领域可持续发展的应用前景,通过对热泵的发展概况、工作原理以及在各种温室上的应用展开分析探讨。综述了国内近20年的热泵在温室上的应用,研究表明：热泵在温室的应用上存在着一定的地域局限性和环境局限性,而复合型热泵可以通过相互间的取长补短打破这一局限性。因此今后需要将复合型热泵作为重点研究对象,促使热泵在温室上应用更为广泛。热泵系统作为一种节能、高效、环保的新型节能技术,受到大众的青睐,在农业领域的可持续发展有较好的应用前景。

旨在实现冬小麦各生育期叶绿素含量的准确估测,探究其时空变化规律。利用无人机获取冬小麦越冬期、返青期、拔节期、孕穗期和灌浆期的高分辨率多光谱图像,同时采集地面SPAD数据。选取三类光谱参数建立反演模型,优选出各生育期的最佳预测模型,并定量监测试验区冬小麦叶绿素含量时间变化和空间分布。结果表明：原始波段模型和波段倒数对数模型分别为越冬期及其他生育期叶绿素含量预测的最佳模型,拟合精度R²>0.59;时空分布上,灌浆期前试验区冬小麦叶绿素含量呈南北高、中部低特点,灌浆期则呈北高南低的趋势,叶绿素含量从越冬期到拔节期逐步增加,拔节期到孕穗期开始降低,孕穗期到灌浆期则大幅度降低。本研究建立的倒数对数预测模型,精度较高,且适用于返青到灌浆的4个生育期,对于试验区冬小麦叶绿素含量有较好的时空监测效果。

蒸渗仪对研究农田水分循环具有重要意义,为了厘清蒸渗仪的应用现状和发展趋势,更好地应用其进行农业科学研究。笔者通过系统梳理中国近二十年来蒸渗仪的发展情况,总结了蒸渗仪的测量原理及分类,大型称重式蒸渗仪和微型蒸渗仪等制造工艺的发展,以及蒸渗仪在作物蒸发蒸腾量、地下水浅埋区地下水利用、干旱半干旱区凝结水等方面的实际应用。认为未来蒸渗仪应面向网络信息化发展需求,以实现网络终端调控、在线交流和网络信息共享等目标;应综合考虑观测任务及长期应用等,结合其他仪器以站（群）方式发展,同时考虑环境效应;应参考研究区土壤状况、水文气象等统一制定微型蒸渗仪区域参考标准,而非大范围行业规范;应重视地下水-土壤-作物-大气连续体各界面水分运移机理与应用研究;应考虑其在学科、行业等基础研究中的支撑作用,研究对象应更加广泛。

为实现分布式测量的农业小气候观测系统设计,需要设计一种体积小、成本相对较低的观测传感器。设计中应用STM32系统,采用现代电子设计技术及智能化的软硬件开发,实现传感器的设计制造。结果表明,应用STM32系统进行主控单元硬件设计,及STM32系统自带的标准库函数开发固化软件,不仅功能上能够满足要求,而且设计及生产成本均较低。设计完成的一体式传感器不仅能够更好地满足农业小气候观测需求,而且较集中控制方式的农业小气候观测系统有安装维护上的优势,其体积小,而且“全无线”设计,不会影响农事活动。基于物联网的智能化传感器设计为实现分布式测量打下了基础。

旨在为芝麻科技工作者进一步开展创新性研究和提高中国芝麻生产国际竞争力提供参考。笔者针对目前国内芝麻生产机械化存在的问题和研究现状,收集、整理了近十年以来的国内外芝麻研究相关文献,综述了国内外芝麻科研信息,重点分析了国内外适应机械化种植的芝麻育种、芝麻种植机械研究和芝麻农机农艺融合与配套栽培技术研究的现状。最后阐述了芝麻机械化科研领域的发展方向。

循环水养殖系统为当前水产养殖先进生产力的发展方向,其具养殖水环境高度可控、产品质量安全可靠、节水、节地等特点,符合国家转变经济增长方式,节能减排的战略需求。循环水养殖水净化装备是循环水养殖系统核心组成。其为循环水养殖生产中的水产养殖对象提供良好水生态环境,提高水产养殖品产量及质量,提升资源利用率。本文以循环水养殖系统水净化典型工艺为主线,对其主要环节包括悬浮物去除、溶解性有机物降解、杀菌消毒、增氧、调温等所涉及的装备技术进行探讨及总结,并提出发展建议,以期为精准、高效、节能循环水养殖系统构建,推进其进一步应用提供支持。

为了观测降水数据的准确性,选取了南通市4个台站2018年4月—10月份的DCS1型称重式降水传感器和SL3-1型翻斗雨量传感器观测的降水数据,分析两者观测的日降水量和降水总量等方面的差异。结果显示：在选取的观测样本中,以人工观测的降雨日数为参考,称重传感器的平均一致率为91.2%;以翻斗传感器观测的降雨日为参考,称重传感器的一致率为94.5%。称重传感器观测的累积降水量与翻斗传感器观测的累积降水量相对平均误差为-1.55%,符合中国气象局规定的相对误差不超过±4%的规范要求。在分析日降水量方面,发现称重传感器比翻斗传感器观测量平均偏小0.29 mm;有明显性降水时,两者在日降水量等级判别上基本一致。称重传感器观测的数据小于翻斗传感器观测的数据概率要高,两种传感器观测的差值分布较为一致。称重传感器在捕捉微量降水的能力不比翻斗传感器差,甚至更好。称重传感器观测的日降水量与翻斗传感器观测的日降水量相关系数为0.99826,达到0.01显著相关的水平。