一种工厂化鱼菜共生系统中氮营养调控方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种工厂化鱼菜共生系统中氮营养调控方法及系统，涉及水产养殖领域，方法包括：根据初始作物冠层图像和预设的作物临界氮营养需求模型确定当前作物氮营养需求值；判断当前作物氮营养需求值是否小于当前种植槽水体氮营养含量值；若否，则将鱼菜全循环模式更改为养殖自循环模式，然后开启种植自循环模式；若是，则维持鱼菜全循环模式的开启状态；在预设时间段之后，获取工厂化鱼菜共生系统中的更新后作物冠层图像，根据预设的作物氮营养诊断模型确定作物更新后的氮营养数据，进而调控鱼菜全循环模式、养殖自循环模式和种植自循环模式的开闭状态。本发明专利技术可保证工厂化鱼菜共生系统全生命周期氮营养的可靠供给。系统全生命周期氮营养的可靠供给。系统全生命周期氮营养的可靠供给。

【技术实现步骤摘要】
一种工厂化鱼菜共生系统中氮营养调控方法及系统


[0001]本专利技术涉及水产养殖
，特别是涉及一种工厂化鱼菜共生系统中氮营养调控方法及系统。

技术介绍

[0002]鱼菜共生系统是一种集水产养殖和作物水培于一体的生态养殖模式，其充分利用水产养殖尾水中所含有的氮营养元素(主要包括氨氮、亚硝态氮、硝态氮等)，为作物提供必需的氮营养补给(主要是硝态氮)。但是，鱼菜共生系统存在以下问题：(1)养殖对象和水培作物生命周期不同步的固有问题，且生物处理单元将氨氮转换为作物易于吸收的硝态氮需要一定的作用时间，导致养殖尾水中的氮营养供给动态变化。(2)水培作物不同生长阶段的氮营养需求存在差异性。(3)养殖对象对水体环境要求较高，养殖过程中主要以养殖对象为重心，忽略水培作物的氮营养供给及调控。这种情况下，动态变化的氮营养供给一定程度上很难保证水培作物全生命周期的氮营养需求，易导致作物产量不稳，进而导致鱼菜共生系统整体产量及经济效益不佳。
[0003]目前，大多数作物氮营养诊断及调控相关的研究主要集中于大田、设施两大主要种植场景，而在工厂化鱼菜共生场景和生态种养模式下鲜有人研究及探索。氮营养诊断及调控方法多为单一模型诊断，且面对的主要是单一对象，不存在异类对象之间的环境互斥性，在应对复杂、动态变化场景时存在一定的误判风险。因此，亟需一种适用于工厂化鱼菜共生系统的氮营养诊断及调控策略。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种工厂化鱼菜共生系统中氮营养调控方法及系统，解决工厂化鱼菜共生系统水培作物的氮需求和氮供给问题，进而保证工厂化鱼菜共生系统的鱼菜整体产量。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种工厂化鱼菜共生系统中氮营养调控方法，工厂化鱼菜共生系统的工作模式包括鱼菜全循环模式、养殖自循环模式和种植自循环模式；所述鱼菜全循环模式用于养殖池与种植槽之间的水体循环流通；所述养殖自循环模式用于养殖池内部的水体循环流通；所述种植自循环模式用于种植槽内部的水体循环流通；
[0007]所述工厂化鱼菜共生系统中氮营养调控方法包括：
[0008]获取所述工厂化鱼菜共生系统中的初始作物冠层图像；所述初始作物冠层图像为所述鱼菜全循环模式下的作物冠层图像；
[0009]根据所述初始作物冠层图像和预设的作物临界氮营养需求模型，确定当前作物氮营养需求值；
[0010]判断所述当前作物氮营养需求值是否小于当前种植槽水体氮营养含量值，以得到第一结果；
[0011]若所述第一结果表示否，则将所述鱼菜全循环模式更改为养殖自循环模式，然后开启种植自循环模式；
[0012]若所述第一结果表示是，则维持所述鱼菜全循环模式的开启状态；
[0013]在预设时间段之后，获取所述工厂化鱼菜共生系统中的更新后作物冠层图像，根据所述更新后作物冠层图像和预设的作物氮营养诊断模型，确定作物更新后的氮营养数据；
[0014]根据所述作物更新后的氮营养数据，调控所述鱼菜全循环模式、所述养殖自循环模式和所述种植自循环模式的开闭状态。
[0015]可选地，所述作物临界氮营养需求模型的构建步骤包括：
[0016]获取不同采样周期内，所述工厂化鱼菜共生系统中每种试验作物的平均冠层覆盖度、地上部干重以及氮浓度；
[0017]针对任一种试验作物，对所述试验作物的地上部干重、平均冠层覆盖度以及对应的氮浓度进行方差分析，以得到限氮组和非限氮组；所述限氮组中的试验作物为施氮量不能满足生长需求；所述非限氮组中的试验作物为施氮量满足生长需求；
[0018]对于所述限氮组中的多个试验作物，将所述地上部干重、所述平均冠层覆盖度分别与所述试验作物的氮浓度进行线性拟合，以对应得到地上部干重
‑
氮浓度曲线、平均冠层覆盖度
‑
氮浓度曲线；
[0019]对于所述非限氮组中的多个试验作物，计算地上部干重的平均值、平均冠层覆盖度的平均值，以分别得到平均干重值和平均冠层覆盖度的平均值；所述平均干重值的限氮组和非限氮组划分，与所述平均冠层覆盖度的平均值的限氮组和非限氮组划分一一对应；
[0020]以所述平均干重值为横坐标向所述地上部干重
‑
氮浓度曲线所处坐标系的横坐标轴做第一垂线，获取所述第一垂线与所述地上部干重
‑
氮浓度曲线交点的第一纵坐标值；以所述平均冠层覆盖度的平均值为横坐标向所述平均冠层覆盖度
‑
氮浓度曲线所处坐标系的横坐标轴做第二垂线，获取所述第二垂线与所述平均冠层覆盖度
‑
氮浓度曲线的交点的第二纵坐标值；
[0021]根据所述第一纵坐标值和所述第二纵坐标值确定所述试验作物的临界氮浓度值；
[0022]根据不同采样周期内得到的所述试验作物的临界氮浓度值以及对应的平均冠层覆盖度，确定模型公式N
c
＝aX
‑
b
中的系数a和系数b，以得到所述试验作物的作物临界氮营养需求模型；
[0023]其中，N
c
为作物临界氮浓度值，即作物氮营养需求值，X为平均冠层覆盖度。
[0024]可选地，根据所述初始作物冠层图像和预设的作物临界氮营养需求模型，确定当前作物氮营养需求值，具体包括：
[0025]根据所述初始作物冠层图像，计算单株作物的平均冠层覆盖度；
[0026]将所述平均冠层覆盖度输入至预设的作物临界氮营养需求模型中，以得到当前作物氮营养需求值。
[0027]可选地，所述作物氮营养诊断模型包括氮营养指数子模型和预训练好的氮营养分级子模型；
[0028]根据所述更新后作物冠层图像和预设的作物氮营养诊断模型，确定作物更新后的氮营养数据，具体包括：
[0029]获取所述更新后作物冠层图像对应的实际氮浓度值；
[0030]根据所述更新后作物冠层图像和所述预设的作物临界氮营养需求模型，计算更新后作物氮营养需求值；
[0031]将所述实际氮浓度值和所述更新后作物氮营养需求值，输入至所述氮营养指数子模型，以得到氮营养指数；
[0032]将所述更新后作物冠层图像输入至所述氮营养分级子模型，以得到氮营养分级指数；所述氮营养指数和所述氮营养分级指数构成作物更新后的氮营养数据。
[0033]可选地，所述氮营养指数子模型为：
[0034]NNI＝N
t
/N
c
；
[0035]其中，NNI表示氮营养指数，N
t
表示实际氮浓度值，N
c
表示作物氮营养需求值；
[0036]所述氮营养分级子模型为：
[0037]Ni＝ConvNeXt(image)；
[0038]其中，N
i
表示氮营养分级指数；N
i
＝[N0，N1，N2，N3，N4，N5]，image表示作物冠层图像数据；N0，N1，N2均表征氮缺乏，N本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种工厂化鱼菜共生系统中氮营养调控方法，其特征在于，工厂化鱼菜共生系统的工作模式包括鱼菜全循环模式、养殖自循环模式和种植自循环模式；所述鱼菜全循环模式用于养殖池与种植槽之间的水体循环流通；所述养殖自循环模式用于养殖池内部的水体循环流通；所述种植自循环模式用于种植槽内部的水体循环流通；所述工厂化鱼菜共生系统中氮营养调控方法包括：获取所述工厂化鱼菜共生系统中的初始作物冠层图像；所述初始作物冠层图像为所述鱼菜全循环模式下的作物冠层图像；根据所述初始作物冠层图像和预设的作物临界氮营养需求模型，确定当前作物氮营养需求值；判断所述当前作物氮营养需求值是否小于当前种植槽水体氮营养含量值，以得到第一结果；若所述第一结果表示否，则将所述鱼菜全循环模式更改为养殖自循环模式，然后开启种植自循环模式；若所述第一结果表示是，则维持所述鱼菜全循环模式的开启状态；在预设时间段之后，获取所述工厂化鱼菜共生系统中的更新后作物冠层图像，根据所述更新后作物冠层图像和预设的作物氮营养诊断模型，确定作物更新后的氮营养数据；根据所述作物更新后的氮营养数据，调控所述鱼菜全循环模式、所述养殖自循环模式和所述种植自循环模式的开闭状态。2.根据权利要求1所述的工厂化鱼菜共生系统中氮营养调控方法，其特征在于，所述作物临界氮营养需求模型的构建步骤包括：获取不同采样周期内，所述工厂化鱼菜共生系统中每种试验作物的平均冠层覆盖度、地上部干重以及氮浓度；针对任一种试验作物，对所述试验作物的地上部干重、平均冠层覆盖度以及对应的氮浓度进行方差分析，以得到限氮组和非限氮组；所述限氮组中的试验作物为施氮量不能满足生长需求；所述非限氮组中的试验作物为施氮量满足生长需求；对于所述限氮组中的多个试验作物，将所述地上部干重、所述平均冠层覆盖度分别与所述试验作物的氮浓度进行线性拟合，以对应得到地上部干重
‑
氮浓度曲线、平均冠层覆盖度
‑
氮浓度曲线；对于所述非限氮组中的多个试验作物，计算地上部干重的平均值、平均冠层覆盖度的平均值，以分别得到平均干重值和平均冠层覆盖度的平均值；所述平均干重值的限氮组和非限氮组划分，与所述平均冠层覆盖度的平均值的限氮组和非限氮组划分一一对应；以所述平均干重值为横坐标向所述地上部干重
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氮浓度曲线所处坐标系的横坐标轴做第一垂线，获取所述第一垂线与所述地上部干重
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氮浓度曲线交点的第一纵坐标值；以所述平均冠层覆盖度的平均值为横坐标向所述平均冠层覆盖度
‑
氮浓度曲线所处坐标系的横坐标轴做第二垂线，获取所述第二垂线与所述平均冠层覆盖度
‑
氮浓度曲线的交点的第二纵坐标值；根据所述第一纵坐标值和所述第二纵坐标值确定所述试验作物的临界氮浓度值；根据不同采样周期内得到的所述试验作物的临界氮浓度值以及对应的平均冠层覆盖度，确定模型公式N
c
＝aX
‑
b
中的系数a和系数b，以得到所述试验作物的作物临界氮营养需求
模型；其中，N
c
为作物临界氮浓度值，即作物氮营养需求值，X为平均冠层覆盖度。3.根据权利要求1所述的工厂化鱼菜共生系统中氮营养调控方法，其特征在于，根据所述初始作物冠层图像和预设的作物临界氮营养需求模型，确定当前作物氮营养需求值，具体包括：根据所述初始作物冠层图像，计算单株作物的平均冠层覆盖度；将所述平均冠层覆盖度输入至预设的作物临界氮营养需求模型中，以得到当前作物氮营养需求值。4.根据权利要求1所述的工厂化鱼菜共生系统中氮营养调控方法，其特征在于，所述作物氮营养诊断模型包括氮营养指数子模型和预训练好的氮营养分级子模型；根据所述更新后作物冠层图像和预设的作物氮营养诊断模型，确定作物更新后的氮营养数据，具体包括：获取所述更新后作物冠层图像对应的实际氮浓度值；根据所述更新后作物冠层图像和所述预设的作物临界氮营养需求...

【专利技术属性】
技术研发人员：李道亮，张盼，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：