日光温室土壤温度环境边际效应

为探索日光温室边际区域的界限和边际环境特点,在暖温带的河南省郑州市冬春季,选择当地有代表性的全钢架无支柱日光温室,实测了边际土壤温度,测试确定日光温室边际区域的界限点。结果表明：土温界点在不同时期是不同的。11月下旬土温界点距离南底脚105 cm。在最冷的1月,土温界点距南底脚270 cm。3月下旬,此界点距南底脚仅为45 cm。土温界点在一天中也是不同的。代表最冷季节的1月中旬最远界点出现在6︰00～8︰00,距南底脚285 cm,最近界点出现在15︰00～17︰00,距南底脚150 cm。边际区域的界点可作为日光温室优化设计的指标,并指导设施保护区域自然资源的充分利用。     

下沉式日光温室内温光环境分析

对下沉式日光温室内气温、后墙内表面温度和太阳总辐射进行多点连续测定,以了解其温、光环境特点,并与非下沉式日光温室进行对比分析.结果表明,晴天下沉式日光温室内气温和后墙内表面温度至13:00达到最高,分别为35.53℃和41.80℃,气温升高速率为6.48℃/h,室内外平均温差为17.47℃,差温为14.20℃.阴天下沉式日光温室内气温和后墙内表面温度至14:00达到最高,分别为15.83℃和15.35℃,气温升高速率为1.27℃/h,室内外平均温差为9.78℃,差温为2.47℃.小雪天下沉式日光温室内后墙内表面温度在13:00最高,为18.71℃,气温下降速率为0.10℃/h,室内外平均温差为5.67℃,差温为-0.19℃.冬季下沉式日光温室内平均最低温度为7.35℃.晴天下沉式日光温室内太阳总辐射透过率为25％～80％,室内外太阳总辐射呈直线正相关,室内太阳总辐射的日变化呈抛物线趋势,室内太阳总辐射在空间分布上比非下沉式日光温室更复杂,需要采取合理措施改善温室内光照环境并合理利用空间.试验结果可为下沉式日光温室的管理以及指导日光温室内作物生产提供依据.     

下沉式日光温室土质墙体热特性的试验与分析

为探明下沉式日光温室土质后墙温度分布及变化规律,进而正确评价其保温性能,2009年12月-2011年6月在河南省荥阳市对下沉式日光温室的土质墙体的热特性进行了2a的连续监测,并对结果进行系统分析。结果表明:墙面温度受室内、外气温和太阳辐射的共同影响,具有与气温相同的日变化和季节变化规律;墙面温度影响墙内各深度层次的温度分布,沿墙的厚度方向由室内表面向室外表面温度递减;墙内存在热稳定层,其位置及厚度随季节而变化,厚度与墙体厚度正相关;1～3月份,热稳定层位于墙体厚度的中心位置,2m厚的墙体处没有热稳定层,3m厚的墙体处热稳定层厚30cm,4m厚的墙体处热稳定层厚70cm;4、5月份,其位置外移至距外表面100cm处,厚度也比1～3月份增加10～20cm;综合温室造价、墙体保温性及土地利用率等各方面因素,建议在河南地区下沉式日光温室土质后墙建造参数为顶宽2.5m,底厚(后墙与室外地面连接处)4.0m,后墙高度(距室外地面)不宜大于2.5m。该研究为该型温室的建造和发展提供一定的参考。     

日光温室南墙内置泡沫板的保温效果

为提高日光温室越冬栽培时土壤耕层温度,在温室南墙内侧分段填埋20cm(T1)、30cm(T2)、40cm(T3)3种不同高度泡沫板,以不填埋泡沫板为对照(CK)。连续30d观测并记录温室内离南墙30cm处不同深度土壤的温度值,从而对不同高度泡沫板的保温效果进行分析。结果表明,在温室南墙内侧填埋泡沫板有利于增加室内土壤耕层温度,且土壤耕层温度与填埋泡沫板高度呈正相关。在试验范围内以填埋40cm深度泡沫板效果最佳,与CK相比,南侧边际耕层温度可增加1~2℃。填埋泡沫板在晴天不影响土壤蓄热,而雪天、阴天土壤温度也可保持在8℃以上,避免了冻害的发生,在不影响作物(番茄)正常生长的条件下还可有效提高根系活力。研究结果可为减少气象灾害对温室生产的影响以及指导日光温室越冬茬作物生产提供依据,在越冬茬作物栽培中具有推广意义。     

全膜双垄沟播带状秸秆还田模式对土壤温度的影响

在田间全膜双垄沟播膜下设置带状秸秆还田不同模式,研究玉米生育期内土壤耕层温度的变化规律。结果表明,在玉米非种植带将5 cm长秸秆按3 750 kg/hm2深翻15 cm与土壤混匀后,土壤温度日(8:00～20:00时)变化增温速度最快,逐日变化幅度最高,相应的0～25 cm土层温度振幅最大。不同秸秆还田方式玉米生育期0～15 cm土层温度日变化不同,苗期(5月13日)膜下秸秆还田0～15 cm土壤温度随着白天气温的升高快速增高,16:00时达最高峰,为26.8～28.9 ℃,持续2 h后迅速下降;拔节期(6月10)土壤温度在16:00时达到最高,随后缓慢下降。玉米生长后期不同处理0～15 cm土层温度没有差异。整个玉米生长期内,土壤温度的逐日变化表现出S型波动。各处理0～25 cm土层温度的振幅随着土壤深度增加和生育期延后而减小。     

日光温室平板微热管阵列蓄热墙体热性能试验

为提高日光温室复合结构墙体热稳定层的温度并提升温室墙体材料的蓄热性能,该研究提出一种新型日光温室平板微热管阵列蓄热墙体(Micro Heat Pipe Array,MHPA),搭建了小型MHPA墙体温室试验台,采用对比试验的方法,结合温室墙体温度、墙体蓄放热量以及温室环境温度等评价参数,对比分析了典型日MHPA墙体的蓄放热特性及其改善温室热环境效果。结果表明,与普通温室相比,冬季典型晴天,放热时段(17:00至次日9:00)MHPA墙体内表面平均温度提高1.6～2.3℃,由室内向室外沿墙体厚度方向0～370 mm区域内MHPA墙体内部的平均温度提高2.7～4.0℃;MHPA温室的平均温室环境温度提升1.2～1.5℃,地表面平均温度提升0.6～1.0℃;MHPA墙体的日总蓄热量提高了8.93%～14.35%,日总放热量提高了2.24%～8.07%,且在夜间23:00至次日7:00 MHPA墙体的放热速率高于普通墙体的,平均提升11.53%。因此,MHPA墙体引入于日光温室墙体中可提升温室墙体材料的蓄放热性能,改善温室热环境。该结果可为日光温室平板微热管阵列蓄热墙体的应用提供参考。     

越冬期埋土防寒层厚度对贺兰山东麓葡萄园土壤温度的影响

2019/2020年和2020/2021年冬季于贺兰山东麓葡萄园开展不同埋土防寒层厚度试验,结合不同深度土壤温度监测结果,研究越冬期葡萄园埋土防寒层覆盖下根区土壤温度变化规律,明确不同埋土防寒层厚度对根区土壤温度和葡萄越冬冻害的影响,为葡萄越冬冻害监测、评估及葡萄园冬季埋土管理提供参考。结果表明：（1）酿酒葡萄越冬期（12月−翌年2月）土壤温度呈先下降后上升的趋势;土壤温度随土层深度的增加而增加,波动随深度增加而缩小,埋土防寒层的覆盖,进一步减少了土壤温度的波动。（2）土壤温度随着埋土防寒层厚度的增加而增加,与不埋土处理（H0）相比,埋土防寒层厚度60cm（H60）处理, 20cm日最低土壤温度冬季可提高0.2～2.7℃,冬季平均可提高1.1℃;40cm土壤温度冬季可提高0.1～1.3℃,冬季平均可提高0.6℃。（3）0cm、20cm、40cm土壤温度日较差随着埋土防寒层厚度增加而减小,且极值出现时间依次滞后,60cm土壤温度几乎恒定。（4）20cm土壤温度,根干（C0）处显著高于距根干50cm（C50）、距根干100cm（ C100）和距根干150cm（C150）(P<0.05),距离根干越远土壤温度越低。土壤温度最低日,埋土防寒层厚度30cm、40cm、50cm三个处理根干（C0）处20cm土层温度较C50、C100和C150分别提高1.7～2.2℃、1.7～3.3℃、2.4～3.4℃。可见,根系受冻风险随土壤深度增加而降低,增加埋土防寒层厚度可提高土壤温度,减少土壤温度的波动,最低温度出现的时间随着埋土防寒层厚度增加而出现滞后。越冬冻害发生程度随埋土厚度增加而减少,其中副根受冻率高于主根。     

日光温室土壤速效养分的累积和淋移特征研究

通过对不同年限日光温室土壤速效养分积累和淋移特征的研究.结果显示:日光温室土壤硝态氮含量明显高于室外粮田,铵态氮含量稍高于温室外粮田,5年、10年和14年日光温室0-100 cm土层硝态氮累积总量分别是相邻粮田积累量的4.3,5.8,7.1倍,日光温室土壤中硝态氮大量积累、淋失强烈、淋移至底层以下.5,10,14年日光温室表层土壤速效P含量均超过200 mg/kg,0～100 am土层土壤速效P积累总量分别是温室外粮田的6.2,13.2,18.0倍,5年低龄温室土壤P索淋移至40-60 cm心土层,10年以上高龄温室土壤P索淋移至底层.5.10,14年目光温室表层土壤速效K的含量均超过300 mg/kg,0～100 cm土层土壤速效K累积总量分别是温室外粮田积累量的1.8,2.9,4.4倍,10年以上高龄温室土壤K索淋移至底层以下、淋失强烈.日光温室土壤速效养分的富集率是速效P>硝态N>速效K,日光温室土壤速效养分的淋移淋失深度和强度是硝态N>速效K>速效P.     

基于CFD的下沉式日光温室保温性能分析

为了深入了解下沉式日光温室的保温性能,该文基于非稳态传热模型,采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)软件模拟盖帘状态下下沉式日光温室的温度场,并采用试验对CFD模拟温室内的温度场进行验证,验证结果表明,CFD对下沉式日光温室盖帘状态下温度场的模拟具有较高的可信度.为了提高下沉式日光温室的保温效率,使用CFD软件对不同盖帘时间的下沉式日光温室的温度场进行模拟,并分析其对热能分布的影响.结果表明,不同盖帘时刻对下沉式日光温室夜间温度的影响差异显著;在午后弱光、室内外温差较大条件下,提前盖帘可以显著提高日光温室内夜间温度.该研究为CFD在下沉式日光温室研究中的应用及下沉式日光温室盖帘管理提供参考.     

日光温室浅层土壤水媒蓄放热增温效果

该文以太阳能为热源,以水为蓄热介质,以温室浅层土壤为蓄热体,白天通过水的循环将热量收集并储存到温室浅层土壤中,夜间通过土壤的自然放热将热量释放到温室中,提高温室夜间温度。结果表明：此蓄热方法增加了温室的蓄热量,在盖上保温被以后,试验温室与对照温室温差开始增加,平均气温差为4.0℃。试验温室土壤深度60 cm以上区域温度一直高于对照温室,0 cm处夜间平均温差为3℃,30 cm处夜间平均温差为3℃,60 cm处夜间平均温差为5℃。因此,此方法既提高了空气温度,也提高了作物根部土壤温度。     

基于CFD的日光温室墙体蓄热层厚度的确定

日光温室墙体蓄放热能力的优劣取决于墙体蓄放热特性与蓄热层厚度,确定日光温室蓄热层厚度,对于推进日光温室墙体改进意义重大。该研究以温室内太阳辐射与室外气温作为输入条件,按照试验温室实际尺寸和相关关系进行参数化建模并模拟计算不同月份墙体蓄热层厚度。选择乌鲁木齐地区2018年1月-4月典型晴天进行测试,以温室地面、墙体表面的太阳辐射为输入条件,室外空气温度为边界条件,利用AutodeskCFD软件对晴天9:00至次日9:00的温室砖墙内部温度场进行了模拟,并通过对比墙体内部0、10、20、30、40、50 cm处温度测点的实测值与模拟值验证模拟结果的准确性。结果表明,温室墙体模拟结果与测试结果吻合度较高,1月9日、2月9日、3月6日各层平均误差均在1.5℃以下,4月6日实际值与模拟值误差较大,模拟值较实际值滞后,趋势随着深度与墙体温度的升高而更加明显。在温室墙体材料、结构、室内外的光温环境的共同影响下,温室墙体传热是一个复杂的非稳态过程。砖墙温室与土墙温室类似,墙体可划分为"保温层、稳定层、蓄热层",各层的厚度与墙体蓄热材料、保温材料的热物性有关。对墙体温度场、各层的温度衰减因子以及延迟时间分析可知,墙体厚度在0～30 cm范围内,墙体温度波动较为明显,墙体厚度大于30 cm时,温室墙体一天内温度波动较为平缓,波幅较小。随着气温回升,温室墙体内部温度整体提高,各层温度波动相差不大。在温室结构、保温性能不变的情况下,温室蓄热层厚度及波动情况受外界光温环境的综合影响较小。综上所述,采用CFD模拟温室墙体温度场的变化,并根据温室墙体温度场变化确定温室墙体蓄热层厚度是可行的,可靠性较高。该研究可为其他区域优选温室墙体结构,推进日光温室墙体改进提供依据和参考。     

基于温波传递理论的日光温室土墙体蓄热层及墙体厚度分析

为研究日光温室土质墙体蓄热层变化规律和墙体最适厚度,测试分析了北墙(厚330 cm)水平方向不同深度温度,结果表明:随墙内深度的增加墙体两侧温波昼夜变化幅度趋于缓和,由内向外温度逐渐降低;从温波振幅看,墙体内50~230 cm温波振幅接近0,基本处于稳定状态,0~50和280~330 cm变化幅度都较大,证实日光温室北墙体存在波动层、稳定层和保温层;提出了利用室内最低气温和墙体内温度确定每日蓄热层厚度的方法,得到试验期间温室墙体蓄热层厚度在55~200 cm之间;同时提出了一种利用墙内温波传播速度计算墙体厚度的方法,对探讨日光温室墙体厚度具有重要意义。     

日光温室热工缺陷面积热红外图像测量方法

隔热层和气密性缺陷是日光温室保温蓄热性能差的重要因素,为了快速检测日光温室热工缺陷区域及测量该区域的面积,该文借助热红外成像仪和Lab VIEW软件平台,构建了基于热红外图像的日光温室热工区域面积测量方法。以陕西杨凌西北农林科技大学园艺场日光温室北墙风口为测试对象,通过现场实测数据与理论计算结果进行比较分析。首先,利用热红外成像仪实时检测出日光温室北墙通风口表面与墙体内表面存在的明显温度差异,其最大温差高达8.4℃。基于温度差异,能快速找出温室内围护结构不同位置所存在的明显散热区域。然后通过直方图法、均方根法和人工提取法分别计算了散热区域面积,其中直方图面积测量方法具有较好的效果,平均相对误差为5.4%;人工提取法次之,平均相对误差为6.0%,均方根法最大,平均相对误差为11.8%。研究结果表明,基于热红外图像的直方图面积测量方法能快速检测出热工缺陷区域的面积,为进一步自动定量分析整个日光温室热工缺陷区域的面积及散热量提供了理论方法,在温室围护结构热工损耗计算方面具有较大地应用潜力,可为农民和企业提出日光温室优化改造建议。     

日光温室土墙传热特性及轻简化路径的理论分析

为减小日光温室土墙厚度,该研究在分析土墙温度变化的基础上提出了土墙轻简化路径并进行了理论分析。根据测试分析,土墙可划分为用于储蓄热量的蓄热层和防止热量从蓄热层向室外方向流失的保温层。土墙86.9%的部分为保温层。模拟结果表明使用由47 cm厚夯土和7 cm厚聚苯板(热阻等于3.13 m厚夯土保温层)构成的复合墙在夜间的放热量与3.6 m厚土墙相近。使用保温材料替代夯土保温层来减薄土墙在理论上可行。另外,根据模拟,当土壤20 cm深处温度提高至23℃后,土壤供热量可超过测试条件下土壤和土墙放热量总和。为此,土墙在理论上可通过以下2条途径实现轻简化:1)使用保温材料建造墙体保温层;2)使用土壤蓄热替代墙体蓄热。     

装配加温除湿系统的轻简装配式日光温室设计及性能试验

针对中国传统日光温室土地利用率低、建设成本高、墙体构造各异及温度和湿度环境难以调控等突出问题,该研究设计出一种轻简装配式日光温室,并配套了基于温室主动蓄放热原理的冬季夜晚加温和除湿系统,其温室骨架可与主动蓄放热系统结合为一体。研究结果表明:相比于传统砖墙日光温室,轻简装配式温室冬季夜晚温度提高4.5℃以上;采用基于主动蓄放热系统热能的除湿系统,可将温室夜间相对湿度降低14%,相对湿度控制在80%以下;该温室可实现整体式装配安装,大大减少了施工时间和安装成本,温室后墙厚度为166 mm,与后墙为600 mm厚的砖墙温室相比,墙体占地面积减少72%,显著提高了土地利用率。     

温室蔬菜栽培对土壤DTPA浸提态铁锰铜锌含量的影响

对沈阳市大民屯镇蔬菜生产基地温室番茄栽培条件下0~30 cm土层土壤DTPA浸提态微量元素含量的调查表明,温室土壤DTPA浸提态Mn、Cu、Zn含量高于相邻的露地菜田,0~20 cm土层DTPA-Fe含量低于露地土壤。与露地菜田相比,高量施肥条件下温室土壤DTPA-Zn富集是微量元素变化的一个主要特征,11年和5年温室土壤0~20 cm土层DTPA-Zn平均含量分别是露地菜田的4.0和4.8倍。温室栽培条件下高量施用有机肥、土壤pH降低及土壤Eh变化是引起土壤DTPA浸提态微量元素变化的主要因素。     

黄土高原肥水坑施技术下苹果树根系及土壤水分布

为了解黄土丘陵区雨养条件下山地老果园布设肥水坑(water-wertilizer pit,WFP)技术对红富士老果树(Malus pumila Mill)根系及土壤水分空间分布特征的影响,以无肥水坑处理为对照(CK),利用管式TDR系统监测0~300 cm土层土壤含水率,利用根钻法获得21a生旱地果园0~300 cm土层的根系干质量密度。结果表明:WFP能够显著增加果园含水率低值区间(≥40~80 cm土层)土壤含水率,WFP60(60 cm坑深)处理土壤平均含水率增量(145.4%)最显著。WFP40(40 cm坑深)根际土壤湿润区主要集中在≥40~100cm土层,WFP60在≥20~140 cm土层,WFP80(80 cm坑深)主要集中在深层土壤≥140 cm土层。在0~200cm试验土层,WFP60处理土壤多次平均含水率值都最高,为11.02%,依次为WFP40(10.67%)和WFP80(9.80%)。总根系质量密度WFP60处理最大(594.76 g/m3),WFP40(579.08 g/m3)和WFP80(491.82 g/m3)次之,CK最小(372.12 g/m3)。根系在0~100、≥100~200和≥200~300 cm土层中的分配比例为:CK(69.88%、13.74%和16.38)、WFP40(66.04%、14.26%和19.70%)、WFP60(70.35%、24.08%和5.58%)和WFP80(46.54%、15.04%和38.42%),其根系分布与水分分布正相关。该研究表明WFP能够显著改变土壤水分在不同土层深度的分布,坑深越大向下湿润的土体范围也越深;从而显著促进果树根系的生长和根系在不同湿润土层的分配比例关系。总体而言,WFP60处理效果显著好于WFP40和WFP80处理。研究结果将对黄土高原旱地果园集雨和灌溉制度的制定和肥水坑技术的推广提供参考。     

灌区土壤盐分空间变异及多因素响应关系

[目的]研究土壤含盐量空间特征和分布格局,分析土壤盐分空间格局与地下水、土壤物理特性参数间的空间响应关系,为灌区盐渍化防控提供理论依据。[方法]以黄河南岸灌区吉格斯太灌域为例,网格化布点,分层采样测定土壤含盐量、表层土壤含水量、颗粒组成、干容重并换算热容量及导热率,同步监测地下水埋深及含盐量,采用经典统计方法和地统计方法分析土壤含盐量空间分布特征及其与物理特性和地下水等因素间的空间相关性。[结果]灌域处于非盐化—轻度盐化状态,土壤含盐量呈中等空间变异程度,总体呈现相对独立的随机分布,空间结构特征可以用高斯模型和指数模型描述。土壤含盐量与地下水埋深呈显著负相关,与地下水含盐量呈显著正相关,地下水埋深1.6 m区域发生轻度盐渍化风险较高。0—20 cm土壤含盐量与黏粒含量、容重、含水量、导热率及热容量显著空间正相关,相关范围约2～6 km;与砂粒含量呈显著空间负相关,相关范围约2～4 km。20—60 cm土壤盐分与0—20 cm土壤黏粒、砂粒含量、导热率、热容量及含水量呈显著相关,相关范围与土壤表层略有差异。[结论]黏粒含量较高,含水率较大,地下水埋深1.6 m的区域是灌域盐渍化防控的重点区域。