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本發明公開一種基于植物氮肥施用量優化的栽培方法，該栽培方法基于一栽培裝置，包括支架，支架的上部設有營養液箱，中部設有栽培箱，栽培箱內盛放陶粒砂；植物氮肥施用量優化的步驟如下：1)準備N15標記氮素含量依次增加的多組營養液；2)將其中一組營養液注入儲液箱，利用營養液對各栽培箱種的植物進行培養，并定時對營養液充氧和更新；3)待植物生長至特定時間或生長期時，測得剩余和殘留的營養液中的氮素質量a，陶粒砂吸收的氮素質量b，植株內的氮素質量c，計算對植物施用氮肥中總的氮素質量m；4)依次應用剩余的各組不同氮素含量營養液，得到各組營養液對應的a、b、c和m，通過比較分析確定植物氮肥施用量。

本發明公開了一種精細化作物施肥系統及施肥方法，所述施肥系統包括：全方位移動平臺以及設于全方位移動平臺上的施肥裝置、檢測裝置和控制裝置，全方位移動平臺、施肥裝置和檢測裝置受控于控制裝置；施肥裝置包括：肥料箱；出液管，一端與輸送泵相連，另一端連通有噴桿，噴桿設有若干噴頭；輸送泵，通過管路與肥料箱的底部連通，用于將肥料泵入出液管；驅動裝置，與輸送泵相連，用于驅動輸送泵運行；機械臂，噴桿固定在該機械臂上；檢測裝置包括固定在機械臂上的雙目相機和光譜儀。本發明還公開了一種精細化作物氮肥施肥方法。本發明能夠通過雙目相機和光譜儀全面分析作物的特征信息，從而實現精細化施肥，且結構簡單，噴施更加靈活。

本發明公開了一種優化植物氮肥施用量的實驗系統，包括密閉的栽培室，所述的栽培室內設有支架，支架上放置有一個或多個培養皿，各培養皿通過兩路輸液管與為植物提供不同氮素含量營養液的營養液循環裝置連通；所述栽培室還設有用于栽培室內外空氣互換的換氣裝置，以及為植物提供生長所需光照、溫度和濕度的環境控制裝置。本發明還公開了一種優化植物氮肥施用量的方法。本發明的整個實驗周期極少需要人工操作，各個變量可基本實現自動化控制，可實現實驗的便利進行；并為植物生長提供適宜的生長環境，防止因植物生長狀況不合格對實驗造成不利影響。