基于WSN的温室CO 2 气肥优化调控系统研究

CO 2是植物进行光合作用的重要原料，合理增施可提高作物的光合速率。为实现温室CO 2气肥的精细管理，设计了基于无线传感器网络(WSN)的温室CO 2气肥调控系统。该系统由监控节点、智能网关和远程管理软件组成，其中监控节点能够自动实时监测温室环境信息(CO 2浓度、光照强度、空气温湿度和土壤温湿度)，并控制CO 2增施气阀的开关；智能网关不仅能实现监控节点与远程管理软件之间的通信，还可在本地实现对温室环境信息的显示与存储，以及CO 2增施调控等操作；远程管理软件除了具备基本的数据接收、存储和查询功能外，还可通过建立的光合速率预测模型对CO 2气肥实现远程自动调控。本文以番茄为研究对象，采用开发的系统实时获取环境信息，使用LI-6400XT光合速率仪获取单叶净光合速率，建立了基于支持向量机(SVM)的番茄光合速率预测模型。为了提高预测模型的通用性，实验将苗后期番茄在4个CO 2浓度梯度进行培育，其中C1、C2、C3分别进行700、 1 000 、1 300 μmol/mol浓度的CO 2增施，CK为对照组(CO 2浓度约为450 μmol/mol)。数据分析采用SVM算法，以多种环境信息作为输入变量，以单叶净光合速率作为输出变量，得到光合速率预测模型。经过测试与验证，CO 2浓度调控系统能够稳定可靠地采集温室环境信息，适合应用在温室环境中；光合速率模型预测值和实测值相关系数为0.981 5，均方根误差为1.092 5 μmol/(m 2 ·s)，具有较好的预测效果，为温室番茄CO 2定量增施调控提供了依据