温室内密闭小环境降温除湿效果及蒸腾水循环利用

为探索密闭小环境对其内部温湿度及蒸腾水循环利用的影响,该研究对温室内盆栽做全密闭处理,基于“温差”热交换原理,通过调控盆栽小环境内的温湿度,降温除湿的同时回收利用蒸腾水。结果表明,利用“水-气温差”对密闭盆栽进行降温除湿回收蒸腾水,降温除湿效果显著,正午12:30左右,相比密闭对照盆栽,温度降低3℃左右,相对湿度下降7%;其他时间降温除湿效果虽不及正午,但白天平均降温2.4℃,相对湿度平均下降5%,蒸腾水最终都回收到U型管中。而利用“地-气温差”进行热交换、利用气泵使水汽循环,对密闭盆栽进行降温除湿回收利用蒸腾水。试验过程中,夜晚的降温除湿效果不显著。白天气泵运行期间,地-气热交换处理盆栽相对于密闭对照盆栽温度平均下降2.5℃左右;相对湿度平均下降10%。正午时分,降温除湿效果最为显著,相比密闭对照盆栽气温降5℃以上,与温室内的温差只有1.5℃;此时湿度下降15%。降温后凝结而成的水珠在高速气流的带动下重复利用于盆栽。由此可见,利用水-气、 地-气温差对密闭盆栽小环境可实现降温、除湿并实现蒸腾水的回收利用。     

灌溉水含盐量对辣椒产量品质及水分利用效率的影响

为探讨灌溉水含盐量对辣椒耗水、产量、品质和水分利用效率的影响,于2015年4—7月在江苏省农业气象试验站进行盆栽辣椒试验。试验共设置5个灌溉水盐分处理,灌溉水含盐量分别为0.9(CK)、1.6、2.7、4.7和7.0 d S/m。结果表明,耗水量随着灌溉水含盐量和饱和土壤浸提水含盐量(electrical conductivities of saturated soil extracts,ECe)的增加呈显著线性下降趋势。与CK处理相比,灌溉水含盐量高于1.6 d S/m时,辣椒产量显著降低27%~65%(P0.05)。通过相对产量与ECe的线性拟合得出,临界ECe为1.5 d S/m,ECe每增加1 d S/m产量降低5.61%,这也表明辣椒为中等盐分敏感的植物。灌溉水含盐量增加降低了果长、最大果宽、单果质量、果实个数和果实含水率,但增加了果实硬度和可溶性固形物。辣椒的水分利用效率也随着灌溉水含盐量增加而极显著线性下降(P0.001)。灌溉水含盐量为1.6 d S/m时,辣椒耗水、产量、品质和水分利用效率均没有显著降低,在水资源匮乏的地区可采用该电导率下的盐水对辣椒进行灌溉。研究为微咸水灌溉下辣椒生产和水分利用效率的提高提供了科学依据。     

基于热交换和集水仿生原理的作物蒸散凝结灌溉技术

根据作物蒸散、热交换、水气凝结、集水仿生学和节水灌溉的原理,系统提出一项农业节水新途径——作物蒸散凝结灌溉。通过创造低温凝结条件,聚集、冷凝作物蒸散发的湿热水气并高效收集,最后回灌到土壤中供根系吸收,如此循环往复,形成闭合的土壤-植物-大气连续体（SPAC）水分微循环。蒸散水气凝结和收集效率,水气回收率、能耗效率是衡量该项技术的关键参数。该技术适合严重缺水但新能源丰富的干旱、半干旱地区,实施方式分温室地源热泵型、空调除湿型和大田仿生集水型3种类型。未来技术研发重点在于高效集水仿生材料的突破和系统结构与运行     

交替隔沟灌溉对温室黄瓜生长及水分利用效率的影响

日光温室黄瓜生产中一直存在灌水量大,水分浪费严重等现象,针对这一问题,该试验以津育5号黄瓜（Cucumis sativus L）为试材,就交替隔沟灌溉和交替隔沟亏缺灌溉对日光温室黄瓜生长、灌溉水去向、水分利用效率和节水效果等的影响进行了研究。结果表明,交替隔沟灌溉减少了土壤水分的深层渗漏、土壤表面水分蒸发,植株蒸腾速率也略有下降,而植株光合作用没有受到明显影响,使同化产物有利于向果实分配,产量与对照持平,果实商品性和营养品质也有所提高。交替隔沟灌溉可节水37%～48%,作物水分利用效率提高47%～82%。此法简便易行,控漏减蒸效果明显,节水显著,在目前日光温室生产条件下极具推广应用价值。     

亏缺灌溉下异根嫁接提高黄瓜产量和水分利用效率

为了研究异根嫁接黄瓜对适度亏缺灌溉的响应,该试验以中农26号黄瓜(Cucumis sativas L.)为材料,以自根嫁接黄瓜适宜水分管理(每次20m3/667m2)为对照,研究异根嫁接黄瓜的根系、产量、品质和水分利用效率等指标对适度亏缺灌溉(每次12m3/667m2)的响应。结果表明:与对照比较,亏缺灌溉条件下,异根嫁接可明显促进根系生长,提高了水分利用效率,果实品质也有所改善,根系表面积、根干质量和水分利用效率分别提高8.0%、14.2%、和42.1%～53.9%。这一结果明确了通过异根嫁接可以提高黄瓜水分利用效率,同时也证明异根嫁接可以作为设施黄瓜农艺节水的最重要措施之一。     

宽垄覆膜沟灌模式下温室农作物高效节水灌溉研究

灌溉是实现温室农作物补充水分的唯一方式,高效灌溉温室农作物对水分节约与区域农业经济发展具有重要的意义。本文以山西省太原市某温室农作物试验基地为例,通过引入新型宽垄覆盖沟灌技术,研究在宽垄覆盖沟灌模式下农作物的生长规律。研究发现:①温室农作物不同生长时期给水率对农作物生长的影响程度不同,苗期灌水量影响较低,开花坐果期高供水量下对植株的产量产生劣化效应,而结果期高供水量可促进温室番茄的产量,但当供水量达到一定水平后,这种促进效果开始降低直至平稳;②采用宽垄覆膜沟灌技术后温室农作物最高水分利用效率达38.90kg/m^3,较常规灌溉模式有较大的提高。     

风速对盆栽苋菜蒸腾及物质积累的影响

通过温室盆栽试验,研究了2.0 m·s-1、1.0 m·s-1、0.4 m·s-1、0.0 m·s-1风速下风速气象因子对苋菜蒸腾耗水及生长的影响.结果表明:温室内盆栽苋菜的蒸腾速率及日蒸腾量受不同风速影响的表现相似,差异不显著,整体看来,蒸腾速率和日蒸腾量以1.0 m·s-1风速处理最大,0.4 m·s-1风速处理和对照次之,最大风速2.0 m·s-1处理最小.采用逐步回归分析了不同风速处理下盆栽苋菜的蒸腾速率、日蒸腾量与气象因子的相关关系,发现不同风速处理蒸腾速率与光照强度的正相关性最强,2.0 m·s-1风速处理的蒸腾速率与温度的正相关性次之,而其他处理的蒸腾速率与相对湿度呈显著负相关;日平均温度是影响各处理日蒸腾量的主要因素.盆栽苋菜的物质积累曲线表明,风速1.0 m·s-1处理的物质积累量最大,2.0 m·s-1处理最小.风速处理对温室盆栽苋菜的地上部鲜重、地下部鲜重以及根冠比均有极显著影响,且1.0m·s-1与2.0m·s-1风速间差异极显著.干物质重受风速影响显著,1.0 m·s-1处理干重最大.风速处理对盆栽耗水量和水分利用效率的影响未达显著水平,但1.0m·s-1风速处理的水分利用效率最大.     

覆盖方式对温室辣椒结果期生长和水分利用的影响

在日光温室条件下, 通过地膜覆盖、秸秆覆盖、地膜加秸秆覆盖和对照共4 个处理的小区试验, 研究覆盖方式对温室辣椒结果期生长及水分利用的影响, 从中筛选出有利于温室辣椒生产的较佳覆盖模式。结果表明: 地膜加秸秆覆盖处理结果初期土壤温度升温幅度大于秸秆覆盖, 结果盛期和结果末期土壤温度降温趋势小于地膜覆盖; 各覆盖处理都显著促进植株生长, 增加结果期辣椒叶片叶绿素相对含量和植株总干重及各部分干重, 并显著提高辣椒产量, 减少耗水量, 其中, 地膜加秸秆覆盖表现尤为突出; 地膜加秸秆覆盖、地膜覆盖和秸秆覆盖处理的水分利用效率分别为对照的2.17 倍、2.09 倍、1.67 倍。总之, 地膜加秸秆覆盖是利于日光温室辣椒生产、提高水分利用效率的较佳覆盖方式。     

紫色土坡耕地农田生态系统蒸散发与水分利用效率及其影响因素

蒸散发与水分利用效率是农田生态系统碳水循环的重要衡量指标。本研究利用涡度相关技术对紫色土坡耕地生态系统进行连续观测,获取2014—2018年碳水通量数据,分析紫色土冬小麦-夏玉米轮作下的雨养坡耕地农田生态系统蒸散发和水分利用效率变化特征及其对主要环境因子的响应规律。结果表明:紫色土坡耕地农田生态系统蒸散发日变化规律呈单峰型趋势,最大值均在14:00前后出现;一年中8月日蒸散发最高,1月最低;夏季日变化幅度最大,春季次之,冬季和秋季变化较为平缓。叶面积指数、温度为影响紫色土坡耕地蒸散发的最主要因子,其次为饱和水汽压差。水分利用效率在9:00—17:00期间基本呈先下降后回升的变化规律,冬季水分利用效率为全年最高;叶面积指数、CO2通量为影响水分利用效率的主要因子,其次为温度,相对湿度、饱和水汽压差等水分条件也显著影响了水分利用效率。年际差异分析结果表明,紫色土坡耕地夏季玉米生长盛期的水分利用效率对降雨响应更为敏感,同时冬季土壤水分为冬季蒸散发和水分利用效率的关键影响因子。未来仍需对紫色土坡耕地农田生态系统生长盛期蒸散发与水分利用效率动态进行深入研究,从而为探明当地主要作物应对春夏季季节性干旱威胁的系统性策略提供科学依据。     

几种降温措施在温室夏季降温中的应用研究

在夏季种植黄瓜的塑料温室内，利用冬季供热的水源热泵设备，配合外遮阳、内喷雾遮阳膜和温室上部的强制通风措施，研究了几种降温措施对温室夏季降温的效果，结果表明：试验用水源热泵的实际制冷系数为3.38，遮阳网的降温贡献率为59.35%，强制通风的降温贡献率为9.2%。当单位温室面积实际制冷功率为157.5 W/m²时，温室内平均温度较室外降低1.0℃，水源热泵在综合降温措施中的降温贡献率为31.5%。在中午前后开启水源热泵降温期间，在距地面1.5 m高度，温室东西水平方向温度分布均匀，南北方向15.0 m的距离内存在1.7℃的温差，温室中部距地面2.0 m高度的作物生长空间内存在1.6℃的温差，种植的黄瓜生长良好。采用水源热泵对温室冬季加温夏季降温时，应以满足夏季降温要求进行水源热泵的选型设计。     

基于蒸发皿蒸发量的椰糠盆栽番茄适宜灌溉量估算与试验

目前以实测蒸腾量、田间持水量或累计太阳辐射作为灌水依据建立的温室作物蒸腾模型中,其灌水依据的确定所需监测参数项多,且对监测仪器精度要求较高。基于此,该研究以20 cm蒸发皿蒸发量为灌水依据,设置日光温室椰糠盆栽番茄3个生育时期的不同蒸发皿系数灌水量水平（苗期：0.2（ET1）、0.4（ET2）、0.6（ET3）;开花坐果期：0.3（ET1）、0.5（ET2）、0.7（ET3）;成熟采摘期：0.7（ET1）、0.9（ET2）、1.1（ET3））,对番茄株产量、水分利用效率（Water Use Efficiency,WUE）及品质进行综合评价,筛选出较优灌水量水平;基于较优灌水量水平建立蒸腾模型,并以其余两个处理实测值对模型进行验证。结果表明：ET2处理株高、可溶性糖和可溶性蛋白质含量分别显著高于其他处理8.54%～14.27%、28.61%～32.99%和38.70%～70.83%;相较于ET3处理,ET2处理可在仅降低株产量2.50%情况下提高WUE10.05%和节约灌水量22.23%。对株产量、WUE及品质进行主成分分析,综合得分最高处理为ET2;各因子对日蒸腾量的影响程度大小依次为日累积净辐射（M）、日平均温度（T）、叶面积指数（Leaf Area Index,LAI）,日蒸腾量与M、T和LAI均呈极显著正相关;该研究基于ET2处理所建立的椰糠栽培番茄蒸腾模型拟合较好,均方根误差为49.88 g,相对误差为11.88%。研究结果可为日光温室椰糠栽培番茄高效生产和智能化灌溉提供科学依据和决策参考。     

温室封闭式栽培自适应灌溉方法

为了改进和提高温室封闭式栽培精细灌溉控制方法,针对利用Penman-Monteith(P-M)公式和传感器数据信息相结合进行灌溉控制中因为涉及参数较多而使用不便、需要近似计算导致建立的作物蒸腾模型精度不够等问题,该文根据封闭式栽培可以回收并循环利用多余灌溉水的特点,利用灌溉量与排出量的差值和温室小气候环境数据建立相对精确的作物蒸腾量计算模型,并在此基础上利用人工神经网络算法实现了温室封闭式栽培自适应灌溉控制,结果表明,在10 d内灌溉用水量为实际蒸腾量的97.8%,基本实现了按照作物需水量进行灌溉。研究对于实现按照作物蒸腾量进行准确的水分供给、节约灌溉用水量、提高水分利用效率具有一定的现实意义。     

4种用于温室除湿的亲水翅片管蒸发器热湿传递性能分析

温室冬季高效除湿需求已经成为制约中国温室产业高质量发展的技术难题之一。为了提高温室用冷冻除湿系统中亲水翅片管蒸发器的热湿传递性能，该研究建立了低温高湿工况下平翅片、带涡产生器平翅片、波纹翅片、开缝翅片4种亲水翅片管蒸发器空气侧的数值传热模型，采用蒸发器的换热量Q、努塞尔特数Nu、摩擦因子f、单位翅片面积析湿量和强化传热因子JF等评价参数，对比分析了低温高湿工况下4种亲水翅片管蒸发器空气侧热湿传递性能。结果表明，与平翅片相比，带涡产生器平翅片、波纹翅片、开缝翅片空气侧的Nu、Q和f均高于平翅片，且开缝翅片的Q和f在相同条件下均最大；4种翅片的f随入口风速的增大而大幅度减小，而相对湿度对f的影响较小；单位翅片面积析湿量均随入口风速和相对湿度的增大而增大，波纹翅片的除湿能力最优；在入口风速1～4 m/s和相对湿度80%～95%条件下，波纹翅片管蒸发器的JF因子平均值最大，其热性能最优；在冬季寒冷地区低温高湿的温室中，推荐选用波纹亲水翅片管蒸发器对温室内空气进行除湿。该研究可为温室低温高湿环境下除湿系统用亲水翅片管蒸发器的设计与应用提供参考。     

椰糠条栽培番茄的蒸腾反馈智能灌溉系统研制

为满足番茄椰糠条栽培条件下自动精量灌溉的需要,该研究研制了一套蒸腾反馈智能灌溉系统,包括蒸腾检测组件、通信组件、决策组件和灌溉组件。蒸腾检测组件基于压力传感器测定番茄蒸腾量;决策组件基于椰糠条的持水特性和番茄蒸腾量的变化建立了灌溉精量控制模型,精确控制水泵启动和关闭,使灌溉量根据作物蒸腾量的多少变化,并根据回液量及其电导率(Electrical Conductivity,EC)值变化判断调用正常灌溉模式或淋洗模式,使椰糠条始终处于适宜的含水量范围内,保持一定的水气比,以利于番茄根系生长和吸收营养液,解决灌溉不足造成的干旱胁迫和灌溉太多造成的营养液浪费和回液处理量大的问题;通信组件用于各模块间信号的传递。以荷兰RIDDER公司研发的基于光辐射积累量控制的灌溉系统为对照,检验该蒸腾反馈智能灌溉系统的应用效果。结果表明,在番茄盛果期,该系统的灌溉量比对照增加9.4%,回液量减少18%,且回液EC值比较稳定;与定时灌溉相比,减少灌溉量32%,减少回液量57%,有更多的营养液被植物吸收利用。栽培效果显示,使用该系统灌溉的番茄产量、株高、节数与使用荷兰RIDDER公司研制的灌溉系统的没有显著差异,取得了与之相同的灌溉效果;而且,在5 000 m~2温室内设备设计使用年限10 a条件下,该智能灌溉系统年运行成本与之相比还降低了20.8%,并能够满足自动精量灌溉的需求。若根据基质类型不同调整灌溉控制模型参数,该系统也可应用于岩棉条栽培、混合基质盆栽等其他无土栽培的智能精量灌溉。     

日光温室番茄不同空间尺度蒸散量变化及主控因子分析

明确日光温室作物不同空间尺度蒸散量及变化规律是提高水分利用效率、实现农业水资源合理配置的关键。该文针对华北地区典型日光温室,于2015—2016年在中国农业科学院新乡综合试验基地,以滴灌番茄为研究对象,参考20 cm标准蒸发皿的累积蒸发量,设计充分灌溉和亏缺灌溉2种水平,研究不同水平下番茄叶片蒸腾、单株耗水(用茎流速率表征)和群体蒸散量的日变化和生育期变化,并采用通径分析法确定影响不同空间尺度蒸散量的主控因子。结果表明:叶片蒸腾和气孔导度随太阳辐射变化,峰值出现在10:00—14:00之间,移栽54~58 d后充分和亏缺处理的叶片蒸腾和气孔导度开始出现差异;充分和亏缺处理的单株耗水在晴天差异最大,阴雨天最小,且滞后太阳辐射约1 h;全生育期充分和亏缺处理的日群体蒸散量分别在0.32~6.65和0.15~5.91 mm/d之间变化,群体蒸散量在盛果期最大,占总耗水量的31.7%~34.7%。净辐射对叶片、单株和群体尺度的蒸腾量影响均显著,而水汽压差仅对单株和群体尺度蒸散量影响显著,估算日光温室番茄单株耗水和群体蒸散量时需考虑风速影响。水分胁迫条件下,考虑叶温变量可显著提高单株耗水和群体蒸散量的估算精度。研究可为不同空间尺度蒸散量转换方法的选择以及尺度提升理论模型的构建提供借鉴。     

基于温室环境和作物生长的番茄基质栽培灌溉模型

为解决涵盖土壤蒸发和作物冠层蒸腾的土培作物蒸散模型不能直接应用于稻壳炭基质栽培番茄灌溉的问题,该研究首先通过修改Penman-Monteith模型的原始表达式来去除土壤蒸发部分,并引入TOMGRO模型来模拟番茄冠层生长,给出了阻抗参数的修正计算,得到了新的番茄基质栽培蒸腾模型。考虑到蒸腾模型中净辐射项削弱了室外太阳辐射对冠层及以下部整株植株的耗水影响,进而将新的蒸腾模型与太阳辐射线性比例供水模型结合建立蒸腾-辐射综合灌溉模型。结果表明,蒸腾-辐射综合灌溉模型对上海崇明A8温室番茄灌溉量的模拟结果与实际结果之间的相关系数高于0.95,平均相对误差小于20%。这说明蒸腾-辐射综合灌溉模型能够较好地估算温室稻壳炭基质栽培番茄的灌溉需水量,对深入研究温室灌溉实施具有参考价值。     

温室甜椒生长与产量预测模型

基于光温的作物生长模拟模型是进行温室作物和环境优化调控的有力工具。通过不同品种、不同生态地点的温室播期试验,定量分析辐射和温度对甜椒干物质分配和果实采收指数的影响,以及果实干物质量增长和鲜质量增长的关系,建立以辐热积为预测指标的甜椒干物质分配模型,并将其与光合作用驱动的干物质生产模型以及果实干物质量增长和鲜质量增长的定量关系相结合,建立温室甜椒生长动态与产量预测模型。利用与建模相独立的试验资料对模型进行检验,结果表明,模型对Venlo型连栋温室和日光温室中种植的不同品种甜椒的干物质生产与分配和产量的预测结果较好,建立的模型参数少且易获取,实用性较强,可以为中国温室甜椒生产中光温的管理提供决策支持。     

PC板温室的温湿度预测模型建立与分析

根据PC板温室内太阳辐射、通风、对流和作物蒸腾作用引起的质热交换物理过程,基于物质和能量守恒,建立了与温室内外气象参数、土壤蒸发、作物生长状况和土壤品质相关的温度与湿度预测模型,并根据所建模型及仿真结果对温室环境系统进行分析。     

灌溉量对亚低温下温室番茄生理生化与品质的影响

试验以番茄为材料,采用温室盆栽方法,对比研究了常温和亚低温下补充灌水80%蒸腾蒸发量,100%蒸腾蒸发量及120%蒸腾蒸发量的水分对温室番茄抗寒性及果实品质的影响。结果表明：与常温相比,亚低温使番茄植株叶片过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）活性、叶绿素含量、叶片相对含水率、可溶性蛋白含量降低,果实品质显著降低;使番茄叶片细胞膜相对透性、超氧化物歧化酶（SOD）活性升高;不论在亚低温还是在常温下,补充80%蒸腾蒸发量或120%蒸腾蒸发量灌水均使植株抗寒性降低,果实Vc、含糖量、可溶性固形物含量降低,总酸度增大。亚低温下水分胁迫引起植株抗寒性降低,认为在亚低温条件下,番茄开花座果期以蒸腾蒸发量的100%补充灌溉,有利于植株生长和果实品质品质的提高。