一种基于密度分布特征的CO2范围寻优方法技术

设施环境中CO2不足导致作物生长受限，而由于CO2气体的波动性较大，很难实现精准的补施，本发明专利技术采用适宜CO2范围为补施CO2阈值区间调控CO2能够促进植物的生长，设施环境中CO2不足，针对设施环境CO2施肥效应中的气体调控精度受限问题，本发明专利技术通过分析CO2快速响应曲线的分布特征，获取CO2关于净光合速率的密度分布，以累积贡献度为依据，选取适宜的CO2范围，为CO2补施浓度控制提供依据，能够促进植物的生长，解决设施环境中CO2不足，设施环境CO2施肥效应中的气体调控精度受限等问题。肥效应中的气体调控精度受限等问题。肥效应中的气体调控精度受限等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于密度分布特征的CO2范围寻优方法


[0001]本专利技术属于设施农业环境调控领域，涉及设施农业CO2环境控制，特别涉及一种基于密度分布特征的CO2范围寻优方法。

技术介绍

[0002]针对封闭半封闭的设施栽培环境，CO2浓度远远低于设施内作物生长需求，CO2浓度的增加能够提高植物的光合同化速率，促进植物生长，适量的控制CO2能够提高农作物的产量和品质，而CO2为气体，在空气中分布不均且易受周围气体环境波动影响，现在的寻优方式虽然在理论上非常精准，但对基础数据的要求非常高，数据的波动性极大影响寻优结果，导致调控精度受限，很难实现个位数的精准控制。

技术实现思路

[0003]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于密度分布特征的CO2范围寻优方法，采用适宜CO2范围为补施CO2阈值区间调控CO2，能够促进植物的生长，以解决设施环境中CO2不足，设施环境CO2施肥效应中的气体调控精度受限问题。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0005]一种基于密度分布特征的CO2范围寻优方法，包括如下步骤：
[0006]步骤1，获取CO2快速响应曲线；
[0007]步骤2，依据CO2快速响应曲线，分析数据特征分布；
[0008]步骤3，根据CO2快速响应曲线波动范围选取净光合速率段宽，并根据净光合速率的幅值/段宽划分段数；
[0009]步骤4，分析CO2效率；
[0010]步骤5，计算每段单位CO2对光合的提升效率，采用贡献度分析，当CO2浓度到第N段时，CO2累积效率达到近似值(保留两位小数)为1，此后单位CO2浓度的继续增加对净光合速率的提升效率近似值(保留两位小数)为0，则选取第N段为相应光温条件下CO2适宜区间。
[0011]所述步骤1中，采用LI
‑
6800便携式光合仪器，设定CO2浓度梯度范围为0
‑
1600ppm，自动测量时间为16min，根据样品叶室和参比叶室CO2浓度差决定光合速率，测量过程中CO2浓度及光合速率值由自动测量系统均匀计数，直至时间到达16min，停止计数，得到以CO2浓度为横坐标，以光合速率为纵坐标的CO2快速响应曲线。通过空叶室测试进行数据修正，去掉开始和结束的野点，得到修正后的快速CO2响应曲线，此时CO2浓度范围为[CO2a,CO2b]，光合速率范围为[Pna,Pnb]。
[0012]所述步骤2中，所述CO2快速响应曲线中，净光合速率Pn随CO2浓度增加，先极速增加，后波动增加至稳定，CO2快速响应曲线频率分布直方图中，统计总频数Num，每段分布CO2点数为n，前期CO2点分布稀疏，随CO2浓度的增加，频数增加，CO2点越来越密，至光合达到稳定时，分布最密，即，n随Pn增加而增加，在相同Pn增加范围内，CO2频数增加，即CO2分布的密度增加。
[0013]所述步骤3中，采用差分法选取CO2特征点，通过CO2快速响应曲线数据集的二阶差分数据集，寻找二阶差分最接近0的拐点，通过一阶差分的求和结果判断原始数据趋于稳定的区域，并以此为段宽划分依据，平稳区域内的极差即为段宽CO2i，根据光合速率幅值变化[Pna,Pnb]，并由此确定段数n＝(Pnb
‑
Pna)/CO2i，即段数＝光合极差/段宽。
[0014]所述步骤4中，单位CO2效率随着CO2浓度的增加先极速增加后极速下降至平缓下降，对此趋势进行高斯非线性拟合，拟合决定系数R2为0.9510，均方根误差为0.0001，Unit
‑
CO2‑
efficiency＝
△
Pn/(n
i
×
([CO2b
‑
CO2a]/Num))，即单位CO2效率＝该段Pn变化量/(频数
×
(总CO2范围/总频数))。
[0015]与现有技术相比，本专利技术以CO2密度分布选取适宜段宽为补施范围，提高原始数据的容错性，增加寻优的抗干扰能力，以实测数据去寻优，减小了由于数据拟合引起的误差，大大提高了寻优的准确性，能够提供设施环境CO2的统一补施方案。
附图说明
[0016]图1是本专利技术寻优方法流程示意图。
[0017]图2是快速CO2响应曲线示意图。
[0018]图3是快速CO2响应曲线净光合速率频数分布示意图。
[0019]图4是CO2差分分布示意图，其中(a)为一阶差分示意图，(b)为二阶差分示意图。
[0020]图5为PPFD取200μmol
·
m
‑2·
s
‑1时单位CO2效率变化趋势示意图。
[0021]图6为PPFD取200μmol
·
m
‑2·
s
‑1时CO2效率帕累托图。
具体实施方式
[0022]下面结合附图和实施例详细说明本专利技术的实施方式。
[0023]设施环境中CO2不足导致作物生长受限，而由于CO2气体的波动性较大，很难实现精准的补施，本专利技术采用适宜CO2范围为补施CO2阈值区间调控CO2能够促进植物的生长，设施环境中CO2不足，针对设施环境CO2施肥效应中的气体调控精度受限问题，本专利技术通过分析CO2快速响应曲线的分布特征，获取CO2关于净光合速率的密度分布，以累积贡献度为依据，选取适宜的CO2范围，为CO2补施浓度控制提供依据，如图1所示，本专利技术具体包括如下步骤：
[0024]步骤1，获取CO2快速响应曲线。
[0025]采用LI
‑
6800便携式光合仪器(LI
‑
COR，Inc.，Lincoln，NE，USA)，LI
‑
6800的Auto Control功能在算法上允许用户自定义CO2控制的起始和终止浓度，以及变化方式和花费时间。通过该自动测量系统功能，设定CO2浓度梯度范围为0
‑
1600ppm，自动测量时间为16min，根据样品叶室和参比叶室CO2浓度差决定光合速率，测量过程中CO2浓度及光合速率值由自动测量系统均匀计数，直至时间到达16min，停止计数，得到以CO2浓度为横坐标，以光合速率为纵坐标的CO2快速响应曲线。为消除系统误差，通过空叶室测试进行数据修正，去掉开始和结束的野点，得到修正后的快速CO2响应曲线，此时CO2浓度范围为[CO
2a
,CO
2b
]，光合速率范围为[Pna,Pnb]。
[0026]步骤2，依据CO2快速响应曲线，分析数据特征分布。
[0027]如图2所示，CO2快速响应曲线中，净光合速率Pn随CO2浓度增加，先极速增加，后波动增加至稳定。如图3所示，CO2快速响应曲线频率分布直方图中，统计总频数Num，每段分布
CO2点数为n，前期CO2点分布稀疏，随CO2浓度的增加，频数增加，CO2点越来越密，至光合达到稳定时，分布最密，即，n随Pn本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于密度分布特征的CO2范围寻优方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，获取CO2快速响应曲线；步骤2，依据CO2快速响应曲线，分析数据特征分布；步骤3，根据CO2快速响应曲线波动范围选取净光合速率段宽，并根据净光合速率的幅值/段宽划分段数；步骤4，分析CO2效率；步骤5，计算每段单位CO2对光合的提升效率，采用贡献度分析，当CO2浓度到第N段时，CO2累积效率达到近似值为1，此后单位CO2浓度的继续增加对净光合速率的提升效率近似值为0，则选取第N段为相应光温条件下CO2适宜区间。2.根据权利要求1所述基于密度分布特征的CO2范围寻优方法，其特征在于，所述步骤1中，采用LI
‑
6800便携式光合仪器，设定CO2浓度梯度范围为0
‑
1600ppm，自动测量时间为16min，根据样品叶室和参比叶室CO2浓度差决定光合速率，测量过程中CO2浓度及光合速率值由自动测量系统均匀计数，直至时间到达16min，停止计数，得到以CO2浓度为横坐标，以光合速率为纵坐标的CO2快速响应曲线。3.根据权利要求2所述基于密度分布特征的CO2范围寻优方法，其特征在于，通过空叶室测试进行数据修正，去掉开始和结束的野点，得到修正后的快速CO2响应曲线，此时CO2浓度范围为[CO2a,CO2b]，光合速率范围为[Pna,Pnb]。4.根据权利要求1所述基于密度分布特征的CO2范围寻优方法，其特征在于，所述CO2快速响应曲线中，净光合速率Pn随CO2浓度增加，先极速增加，后波动增加至稳定，CO2快速响应曲线频率分布...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡瑾，陈丹艳，张军华，汪志胜，
申请(专利权)人：西北农林科技大学，
类型：发明
国别省市：