内容简介

本书较系统的介绍了计算机技术在农业生物环境检测、控制与管理中的应用。全书共12章，分为综

述与应用两部分。1，2章为综述部分，介绍了农业生物环境的构成和农业生物环境工程、计算机测控管

理应用技术。3～12章为应用部分，分述了农田环境生物信息的采集与处理，农田环境气候信息的采集

与处理、土壤环境信息的采集与处理、植物电生理信息的采集与处理，模拟温室环境的监测与管理、果蔬

贮藏环境的监测与管理、池塘养殖环境的监测与管理、禽类养殖环境的监测与调控、微生物发酵环境监

控、农业生物环境的保护与监测技术。

本书供农业生物环境技术人员、农业生物科学技术人员参考。也可作为高等院校电子信息技术、建

筑与环境、计算机应用技术等专业的教学参考书。

目录

1 农业生物环境与农业生物环境工程

1.1 农业生物环境的构成

1.2 农业生物环境的功能

1.2.1 促进能量转换实现能量流动

1.2.2 促进生物代谢物质的循环

1.2.3 为农业生物的生产提供适宜的环境

1.3 环境因子变化对生物的影响

1.3.1 光照对生物的影响

1.3.2 温度对生物的影响

1.3.3 水分对生物的影响

1.3.4 二氧化碳对生物的影响

1.4 生态系统与生态平衡

1.4.1 生态系统的组成

1.4.2 生态系统的结构模式

1.4.3 生态平衡与物质循环

1.5 农业生物环境工程

1.5.1 农业生物环境工程的构成与分类

1.5.2 农业生物环境工程的功能

1.5.3 农业生物环境工程的发展与应用

参考文献

2 计算机数据采集管理系统应用基础

2.1 概述

2.1.1 数据采集管理系统的典型结构

2.1.2 数据采集管理系统的监控程序

2.1.3 数据采集管理系统的基本功能

2.1.4 数据采集管理系统的主要技术指标

2.1.5 设计数据采集管理系统涉及的一些问题

2.2 集中数据采集处理系统

2.2.1 集中数据采集处理系统的构成

2.2.2 采用单片机的小型数据采集处理系统

2.2.3 集中数据采集处理系统的性能特点

2.2.4 集中数据采集处理系统的应用

2.3 集散型数据采集管理系统

2.3.1 现场测控站

2.3.2 通信总线

2.3.3 监控管理站

2.4 分布式数据采集与管理网络

2.4.1 现场测控级

2.4.2 监控管理级

2.4.3 综合管理级

2.4.4 通信网络

2.4.5 分布式数据采集与管理系统的特点

2.5 计算机测控管理系统的发展与新技术的应用

2.5.1 开放性技术

2.5.2 过程I/O技术

2.5.3 数据库管理技术

2.5.4 可靠性技术

2.5.5 多媒体技术

参考文献

3 农田环境生物信息的采集与处理

3.1 概述

3.1.1 农田环境生物系统的基本结构

3.1.2 农田环境生物系统的信息

3.1.3 农田环境生物信息的特点与研究方法

3.2 农田环境生物信息的采集与处理系统

3.2.1 农田环境生物信息采集与处理系统的组成

3.2.2 农田环境生物信息采集与处理系统的功能

3.3 农田环境生物弱信息的增强技术

3.3.1 系统背景的消除与降低

3.3.2 随机背景的消除与降低

3.4 农田环境生物多元信息的提取技术

3.4.1 化学计量学方法的应用

3.4.2 生物多元信息的提取方法

3.5 农田环境生物宏观形态结构信息的提取

3.5.1 计算机图象处理技术的应用

3.5.2 图象输入方法

3.5.3 图象处理方法

3.6 生物信息采集与处理系统在农业生产中的应用

参考文献

4 农田气候信息的采集与处理

4.1 农田气候要素及其对生物的影响

4.1.1 太阳辐射

4.1.2 空气温度

4.1.3 空气湿度

4.1.4 近地面风速

4.1.5 农田气候变化对农业生物的影响

4.2 农田气候信息采集与处理系统

4.3 农田气候信息采集与处理系统的构成和功能

4.3.1 采集处理系统的构成

4.3.2 采集处理系统功能的扩展

4.4 采集处理系统的数据通信

4.4.1 RS232－C串行通信总线

4.4.2 异步通信适配器

4.5 采集处理系统应用软件设计

4.5.1 数据采集程序设计

4.5.2 风速测量程序设计

4.5.3 硬时钟读程序设计

4.5.4 系统主程序设计

4.6 系统可靠性设计

4.7 农田气候信息采集与处理系统的应用

参考文献

5 土壤环境信息的采集与处理

5.1 土壤的构成和物理、化学性质

5.1.1 土壤的构成

5.1.2 土壤的物理、化学特性

5.1.3 盐渍土与土壤水盐运动

5.2 土壤信息的采集

5.2.1 土壤水盐含量的电磁监测——TDR法

5.2.2 土壤养分的连续流动分析

5.3 土壤－作物系统中氮素行为的模拟

5.3.1 模拟的目的和方法

5.3.2 模型分类

5.3.3 所选模拟模型的原理

5.3.4 源汇项和数值方法

5.3.5 模型运行框图

5.3.6 模拟的输入和输出

5.3.7模型的应用

5.4 区域水盐监测预报的信息系统——PWSIS

5.4.1 PWSIS总体概要

5.4.2 PWSIS的硬件环境

5.4.3 PWSIS数据库管理子系统

5.4.4 PWSIS矢量数据管理子系统

5.4.5 PWSIS信息应用子系统

5.4.6 PWSIS信息输出子系统

5.4.7 PWSIS的应用

参考文献

6 植物电生理信息的采集与处理

6.1 植物生理电现象及其研究

6.2 植物电生理信息采集与处理系统的构成和功能

6.2.1 植物电生理信息的采集

6.2.2 电生理信号调理系统

6.2.3 系统输入输出接口

6.3 植物电生理信息采集与处理系统应用软件设计

6.3.1 单项采集处理应用软件设计

6.3.2 综合采集处理应用软件设计

6.3.3 综合采集处理软件的升级

6.3.4 图形处理软件的设计

6.4 采集处理系统在植物生理学研究中的应用

参考文献

7 模拟温室环境监控与管理

7.1 模拟温室及分类

7.2 模拟温室的功能及调节系统

7.2.1 日光温室的结构

7.2.2 模拟温室的功能

7.2.3 模拟温室环境因子的调节系统

7.2.4 模拟温室的气流组织

7.2.5 光照温室热辐射的消除

7.3 模拟温室环境监测与调控

7.3.1 单片机组成的监控系统

7.3.2 温室环境监测系统

7.3.3 温室环境控制系统

7.4 群体温室的网络管理

7.5 模拟温室在农业生物学中的应用

参考文献

8 果蔬贮藏环境监控与管理

8.1 果蔬贮藏生理基础

8.1.1 呼吸作用及其影响因素

8.1.2 蒸腾作用及其影响因素

8.1.3 生理病害

8.2 果蔬贮藏方式及其特点

8.2.1 自然冷源贮藏

8.2.2 机械制冷贮藏

8.2.3 气调贮藏

8.3 果蔬贮藏环境监控与管理系统

8.3.1 智能监测站

8.3.2 机械制冷库的温度调控

8.3.3 气调冷藏库的综合调控

8.3.4 串行通信总线

8.3.5 中心管理机

参考文献

9 池塘养殖环境的监控与管理

9.1 水产养殖环境的构成和分类

9.2 水产养殖环境因子变化对养殖生物的影响

9.2.1 水温的影响

9.2.2 溶解氧的影响

9.2.3 水体透明性的影响

9.2.4 水体pH值的影响

9.3 池塘养殖环境监控系统

9.3.1 监控系统的硬件组成

9.3.2 监控系统的监测功能

9.3.3 监控系统的调控功能

9.3.4 监控系统的软件功能

9.4 群塘养殖环境监控管理网络

参考文献

10 禽类养殖环境监测与调控

10.1 环境因子对禽类生长发育的影响

10.1.1 环境因子对禽类生长发育的影响

10.1.2 禽类适应环境的生理调节机能

10.2 密闭式鸡舍环境监控系统的组成与功能

10.2.1 通风降温和通风换气子系统

10.2.2 加温子系统

10.2.3 照明子系统

10.2.4 喂料、集蛋、清粪子系统

10.2.5 监控主系统

10.3 控制软件设计

10.3.1 控制算法

10.3.2 数据格式

10.3.3 系统软件总体结构

10.4 监控系统抗干扰措施和容错设计

10.4.1 抗干扰措施

10.4.2 容错设计

10.5 监控系统的技术性能及其在禽类养殖中的应用

参考文献

11 微生物发酵环境监控

11.1 微生物发酵所需的外界条件和工艺要求

11.1.1 微生物发酵适宜的外界条件

11.1.2 微生物发酵的工艺要求

11.2 微生物发酵罐自动监控系统

11.2.1 传感器

11.2.2 主要参数的自动调节和测定

11.3 微生物发酵罐的计算机监控

11.3.1 计算机的监控功能

11.3.2 计算机生产管理与调度

参考文献

12 农业生物环境污染监测

12.1 概述

12.1.1 环境污染是人类所面临的严重挑战

12.1.2 环境污染的种类与来源

12.1.3 环境污染监测的发展

12.2 环境污染自动监测系统

12.2.1 监测装置

12.2.2 遥控遥测装置

12.2.3 数据处理系统

12.3 环境污染自动监测系统的运行方式

12.3.1 监测子站的结构与运行方式

12.3.2 监测中心站的结构与运行方式

12.4 遥测

12.4.1 被动遥测

12.4.2 主动遥测

12.5 遥感监测

12.5.1 遥感监测的工作方式

12.5.2 大气污染遥感监测

12.5.3 水污染遥感监测

12.5.4 地面污染遥感监测

参考文献

（2）土壤水

土壤水是植物生长、代谢所需水分的主要来源。但并非所有的土壤水都能被植物所利

用。不受重力的影响而被土壤保持的水分称为田间持水量，通常是植物可利用水的上限。

植物出现永久萎蔫时的土壤含水量，是植物可利用水的下限。高于萎蔫时的土壤含水量，

低于田间持水量的土壤水，属于植物可利用的有效水。植物从土壤中吸收水分与植物根系

的生长发育有关，与土壤含水有关，也与植物地上部分的生长发育状况有关。

植物在整个生长发育过程中都需要水分。但不同时期水分缺乏对植物的影响是不同

的，缺水对植物危害最大的生育阶段称为水分临界期（一般在四分孢子分裂期前后），此时

正值细胞分裂、分化和生长的旺盛时期，对缺水十分敏感。

合理灌溉，保持植物体内的水分平衡，通常以土壤有效水和植物水分临界期为依据；

也可依据植物的形态指标，如叶片卷缩、叶色转浓绿、嫩芽变红、叶子变韧以及植物的生理

指标，如气孔的开放度、蒸腾速率、叶面温度等，作为合理灌溉的依据。

植物对水的需求量是相当大的。但植物对水的利用率，在目前生产条件下仍是很低

的。据统计，有效精耕细作的农作物，1t水可产生0.7kg～1.2kg的干物质，而粗放管理的

农作物消耗1t水只能产生0.2kg的干物质。这说明提高水资源的利用率，是农业增产的

重要方面。

水具有比热容大，表面涨力大，流动性强，汽化热高等物理特性。水分在植物体内的运

动，不仅有利于各种生理活动，而且有利于调节植物的体温变化。水的表面涨力大，植物体

内含有一定的水分能使植株挺立、叶片展开，这有利于植物进行光合作用。

（3）大气水

大气水的存在对生物的影响反应在3个方面：①大气水的存在可以调节生物与环境

间的水分传输速率，保持生物与环境间水分的相对平衡，维持生物的生命活动。②水分随

大气的运动及相态变化可有效地调节和稳定大气的温度。蒸发1g水，大约需要吸收

2428J汽化潜热；水由气态转化为固态凝华，大约要释放出2847J·g1的热量。在地面温

度条件下，水很容易由气态转变为液态或固态；也容易又由固态转变为液态或气态。大气

水相态的变化和热能的传递，为生物的生长、繁育创造了一个常温常压的环境。③大气水

分相态的变化又会给生物造成危害。大气中的水分由于地面的长波辐射冷却后，在近地面

会形成可见的雾，雾漂浮于上空形成云；当云层水气不断上升时，遇到低温会凝结成水珠；

水珠的快速下降，会酿成冰雹，对生物造成危害。近地面的水气，在低温的生物体表面会结

露，如果生物体的温度低于冰点以下，即形成霜。早霜、晚霜的出现常对生物的生长造成危

害。

1.3.4二氧化碳对生物的影响

二氧化碳气体存在于大气、土壤和水体中，大气中的二氧化碳含量约占0.034％。近

年来随着工业的发展和森林面积的缩小，二氧化碳含量出现上升趋势，据一些专家估计，

到下一个世纪，空气中二氧化碳的含量将会增加一倍。水中的二氧化碳浓度比大气含量

少，但仍可维持水生植物进行光合作用。土壤中二氧化碳的浓度却远远高于大气中的含

量，在根系生长旺盛的土壤中，二氧化碳的含量有时可以超过大气含量的两个数量级。

植物进行光合作用需要从大气中吸收二氧化碳，而植物、动物的呼吸作用又向大气释

放出二氧化碳。二氧化碳是生物进行生理代谢的重要的循环物质。

大气中的二氧化碳浓度随时间、空间在变化，一般白天浓度降低，夜间浓度升高。在日

，照强，气温高，植物生长旺盛的夏季，二氧化碳浓度低，而冬季二氧化碳浓度高。近地面大

气中二氧化碳浓度高，随高度的增加而降低。但在光照充足的植物顶部空间，二氧化碳浓

度又极度亏缺。

农作物进行光合作用，需要从大气中吸收二氧化碳，在一定范围内作物的光合作用强

度随二氧化碳浓度的提高而直线上升。在作物进行光合作用旺盛的中午，叶片周围二氧化

碳含量亏缺，二氧化碳的含量成为进行光合作用的重要限制，出现所谓光合作用“午休”现

象，影响干物质的积累，适时进行二氧化碳施肥，可以有效地提高作物产量。

1.4 生态系统与生态环境

自然界是一个有机的整体。由生物群落和无机环境所构成的自然整体，称为生态系

统。生物群落是指相互有直接或间接联系的各种生物的总体。生态系统反映了生物与生

物，生物与其存在环境之间的相互关系。生物系统在其规模上有大有小，一个池塘、一块草

地、一片森林、一段河溪、一座城市都可以组成一个生态系统；一个包括农田、草地、森林、

池塘、河湖、城市的区域也是一个生态系统；整个地球生物圈是一个最大的生态系统。但不

论生态系统大小，其基本组成都是相同的。

1.4.1生态系统的组成

生态系统由4个基本成分组成，即生产者、消费者、分解者和非生物环境。如表1.2

所示。

生产者主要指绿色植物，它吸收太阳光能，利用环境中的二氧化碳和水，将无机物合

成为有机物并储存起来。另一些是指能利用化学能将无机物转化为有机物的化学能自养

微生物。

消费者是指直接或间接利用植物制造的有机物取得营养和能量的各类动物。

分解者是指广泛分布于土壤和水中，时刻不停地分解各种有机化合物的微生物，包括

细菌、真菌、放线菌等。它们把复杂的有机物分解成结构简单的无机化合物，例如水、二氧

化碳、矿物质等，释放到土壤、水和大气中，再等待被绿色植物重新吸收、利用。

非生物环境（无机环境）是指生态系统中的各种无生命的无机物、有机物和各种自然

因素，如光、热、水、氧、二氧化碳以及各种无机盐类、氨基酸等。它们是构成土壤环境、水环

境、大气环境的基础，统称为生态环境。

生态环境是各种生物进行生命活动的空间和外界条件，也是生态系统进行物质循环

和能量流动的重要环节。