作物智慧栽培学——信息-农艺-农机深度融合的新农科

在社会发展进入万物智联新时代、农业科学步入数据密集型知识发现的新阶段和智慧农业技术成为国家实施乡村振兴战略的重要抓手的背景下,传统作物栽培学理论技术体系已无法满足智慧栽培发展的需要,亟需加快与其他相关学科深度融合、协同创新,发展作物智慧栽培学。本研究首先阐述了作物智慧栽培的内涵和特征,然后阐明了作物智慧栽培学的概念、研究内容和关键技术以及相应的学科体系,最后提出了作物栽培学的发展趋势、面临挑战及对策建议。围绕智慧栽培中“联接、感知、认知、管控”四大关键环节开展重大科学发现、前沿技术突破和产业模式创新,构建智慧栽培理论技术体系,推动传统栽培向智慧栽培转型升级,有助于实现作物生产的可持续发展,加速推进农业现代化。

基于物联网技术绿色植物智慧栽培试验

传统监测温室环境因素和绿色植物生长的方法往往存在时空分辨率低、劳动强度大、需要时间多、缺乏自动化和同步性等问题。为了解决这些问题,本研究开发了一个基于物联网(IoT)的系统,以木质素纤维材料作为绿色植物培养基质,监测绿色植物温室环境因素和绿色植物的生长状态。整个系统由一个基于物联网的环境监测系统和一个基于物联网的无线成像平台组成。同时还开发了图像处理算法来估计绿色植物生长面积。对4种不同环境条件下的绿色植物栽培进行了长期试验。结果表明,当温室中的温度和相对湿度分别控制为28.83±2.58(℃)和71.81±8.88(%RH)时,绿色植物日平均增长率约为79.41mm^(2)/d,且木质素材料作为培养基质可以有效促进绿色植物生长。研究结果可为物联网系统监测绿色植物生长提供具有高时空分辨率的定量信息收集的巨大潜力,将有效地促进未来绿色植物培养策略的更新。