《设施农业气象保障关键技术》

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设施农业是现代农业发展的重要方向,受气候变化影响,低温、高温、寡照、大风、暴雪等灾害重发、频发,严重制约了设施农业发展。设施农业气象服务起步较晚,设施作物气象灾害指标、灾害监测预警与风险评估、环境调控等关键技术缺乏导致现有气象服务无法满足设施农业快速发展需求。该成果依托公益性行业(气象)科研专项、国家自然科学基金和江苏省科技支撑计划项目,系统开展设施农业气象保障技术研究,成果如下:

1.制定设施小气候观测规范行业标准,发展了设施环境信息采集传输和质量控制技术。针对设施内小气候时空变化的复杂性,编制了针对果蔬作物生产的“设施农业小气候观测规范-日光温室和塑料大棚”行业标准;提出一种簇头轮换机制,基于物联网传感技术实现了设施环境数据无损采集与传输,解决了高延迟和高错误率条件下通信系统中小气候数据传输效率和质量不高的问题。

2.创建和发展了设施农业精细化服务气象灾害指标体系。利用环境控制试验和设施栽培试验,研究低温、寡照、高温对设施作物的致灾机理,提出基于光合参数和荧光参数确定设施作物低温、寡照、高温气象灾害指标的方法,克服了已有研究以日均气温、最高气温及形态指标确定灾害等级造成的灾害诊断时效性差的缺点;制定了杨梅冻害等级行业标准,为设施杨梅冻害监测、预警及评估提供依据;利用风洞试验确定了日光温室和塑料大棚表面风压分布规律,结合设施负载确定了设施风灾等级指标,解决了预报、预警服务中风灾指标过于粗放、不区分不同设施类型的问题。

3.集成设施小气候预报模型,创新了设施农业气象灾害预警和风险评估技术方法。集成多元回归、BP神经网络、谐波法、核ELM等方法,构建设施小气候预报模型,克服了常见的设施小气候预报模型普适性差的缺陷,结合天气预报产品可预报未来1-7天设施小气候;构建了设施农业气象灾害预警模型,实现了设施内低温、高温、寡照、大风、暴雪及病害潜势等的预警,提出一种设施葡萄叶片白粉病潜势预报方法,获发明专利授权;构建了基于温光效应的设施作物生长发育模型,解决了设施农业气象灾害风险评估中数量化、模型化、动态化的技术需求,实现了设施农业气象风险的动态、定量评估。

4.提出了设施农业环境的优化调控技术。提出光质(R/FR)调控、昼夜温差调控等技术方法,创新了亚高温胁迫及干旱胁迫下设施作物水分管理技术方法,集成了设施环境管理系统,实现了针对不同作物、不同发育阶段的光照管理、温度调控、灌溉管理等智能化决策服务。

5.研发了设施农业气象灾害监测预警与气象保障业务系统。建立了设施农业数据库管理子系统、设施作物情报子系统、设施农业预报子系统、设施作物气象灾害预警评估子系统,并在业务部门进行了推广应用。

依托该项目,获发明专利授权5项,制定行业标准2项,出版专著3部,取得软件著作权15项,发表论文78篇,其中SCI收录6篇,EI收录4篇。成果在全国推广面积107万亩,减少经济损失6.7亿元。

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