单屋面温室光照环境的数值实验

建立了分析单屋面温室直射光透光率、反射率及室内阴影率的计算机数学模型,并且利用该数学模型对三折式温室举例计算了温室方位角及温室长度与直射光透光率、反射率、室内阴影率的日变化关系。     

高纬度地区多功能日光温室设计

高纬度地区的传统日光温室常由于结构设计不合理,冬季生产需要补温,果蔬种植和加工环节分离,运输中容易发生冻害,制约该地区温室的冬季生产。该文基于传统日光温室优点及存在问题,结合高寒地区气候特点,从温室结构优化和功能创新2方面提出新型日光温室设计方案。利用经典温室设计理论,结合生产实际,对采光角度、前屋面弧度、保温性能等进行优化,并对雪荷载、风荷载、屋面活荷载、作物吊挂荷载进行计算,利用结构分析软件midas计算温室结构的受力稳定性,对温室各参数设计的合理性进行验证。优化结果为:总跨度16 m,一层种植部分跨度9 m,生产加工部分跨度7 m,总高度6.5 m,前屋面主采光角37°,土地利用率达到1.7。该设计实现了高纬度地区温室冬季不加温种植果蔬,利用传统温室后墙的遮阴部分,创造地上、地下3层使用空间,显著提高了土地利用率,实现种植、加工、存储多种功能集成,是高纬度地区日光温室的一种创新尝试,可以作为棚室种植园区的核心节点温室。     

利用多余光照光伏发电的温室透明覆盖材料的研制

针对高于光饱和点的多余光照对植物生长没有意义的问题,该文研究了一种可利用多余光照实施光伏发电的新型实体复合抛物面聚光(compound parabolic concentrate)温室透明覆盖材料。利用光学仿真软件对不同入射角的太阳光进行追踪,并对该透明覆盖材料在实际天气下的透过率和发电功率进行试验研究。仿真结果与试验输出功率以及覆盖材料实际透过率的趋势相吻合,在正午阳光强烈时覆盖材料透过率低,最低时只有32%;而上、下午透过率相对较高,在60%左右。研究表明此新型温室覆盖材料可以较好地调节光照,使温室内的光照度更加均匀,进而改善温室内光热环境,同时利用多余光照发电,实现太阳能综合利用。     

日光温室太阳辐射模型构建及应用

太阳辐射是影响日光温室光、热环境的重要参数,准确获得温室内部墙体与地面的太阳辐射照度变化规律可对温室设计建造、温室内环境调控与作物生产起到重要的指导意义。该文在总结已有日光温室太阳辐射模型的基础上,通过气象数据,地球、太阳的运动规律以及太阳光线与日光温室前屋面入射角的关系,建立了较为完善的日光温室太阳辐射模型,并利用该模型对温室内部辐射规律进行分析。采用典型晴天数据对模型进行检验,结果显示计算值与实测值平均偏差最大为63.46 W/m~2,平均绝对误差最大为63.48 W/m~2,均方根误差最大为79.18 W/m~2,决定系数在0.95～0.99范围内。利用该模型分析温室内部辐射规律发现,相比不同位置屋面角度的影响而言,透光率受时间即太阳方位与太阳高度角的影响更大。温室墙体表面与地面太阳辐射照度随季节不断变化,春秋分是一年中墙体与地面接受太阳辐射时间最长的节气,该日墙体表面与地面太阳辐射照度大致相当。春分到秋分期间,地面辐射照度高于墙体表面;从秋分到春分期间,墙体表面太阳辐射照度大于地面。不同区域温室内太阳辐射日积累量主要受纬度影响,低纬度地区较高纬度地区而言,冬季太阳辐射日积累量大,夏季太阳辐射日积累量小。研究结果可为日光温室内墙体蓄热、屋面优化、作物种植、围护结构能量平衡等研究提供理论参考与相关数据。     

日光温室主动采光机理与透光率优化试验

中国的日光温室实现了高效的太阳能利用,温室采光面的采光设计是其结构设计中的一个极其重要的方面。但是,在实践的设计中,对于自然光入射角小于40°的光照透过率未进行深入的理论研究,使得温室采光的设计长期停滞于经验设计为主的状态。该文采用光学理论计算和试验研究的方法,详细分析了温室采光面在小幅调整条件下自然光的透过率,以及温室采光面角度调整与室内光照强度透过率的增加之间的定量关系。从经典光学理论出发,推导了温室采光设计的计算系统计算方法,并结合理论要求并进行试验研究。通过理论推导和试验得到,对于可以主动改变采光角度的主动采光温室条件下,在太阳光入射角达到20°,30°和40°时,太阳光的强度透过率,分别达到了85.68%,76.47%,64.72%。特别是当入射角大于40°时,直射光强度透射率下降更加明显,在入射角为50°和60°时,直射光强度透射率分别为53.38%和39.67%。理论分析和试验研究表明,将温室采光面的倾角从25°提高到35°,理论计算与试验结果均表明通过小幅改变温室采光面的角度即可达到大幅提高温室强度透过率,当温室采用了可以改变采光角度的主动采光屋面后,温室内的光照强度透过率可以提高20.7%~22.8%。     

日光温室气象环境综合研究(三)——几种弧型采光屋面温室内直射光量的比较研究

本文计算了北京地区四种弧型采光屋面的温室内10～4月各月平均太阳直接辐射日总量(简称直射光总量),并进行了比较。结果表明10～4月室内直射光总量均以圆面——抛物面组合型温室最高,椭圆面最低。圆面和抛物面相比,冬季(11～2月)前者优于后者,春季(3～4月)相反。     

冻融交替对土壤CO2及N2O释放效应的研究进展

在秋冬交替和冬春交替时期高纬度地区和高海拔生态系统表层土壤常有冻融交替频繁发生。由于冻融交替作用通过改变土壤水热性质而对土壤物理、化学、生物学特性产生效应。冻结通常导致土壤团聚体破裂、微生物细胞及细根死亡,释放出活性较高的有机物,增强随后融解的土壤的反硝化和呼吸活性,从而影响土壤生物、生物化学过程以及生物地化循环。已有对苔原、泰加林等北极和亚北极生态系统的研究表明,土壤冻融交替次数、冻融极端温度、土壤水分、土壤团聚体结构变化等对CO2和N2O的释放通量影响较为显著,一般在冻融的最初几个循环温室气体排放会增加,随后会降至一个较为稳定的水平。目前,冻融循环变化背景下的温室气体排放研究主要是针对北方高纬度地区,而且对冻融交替影响土壤温室气体排放的机理研究也不够。我国面积广大的青藏高原高海拔地带在全球增温背景下,轻微增温会导致季节性冻土表层冻融交替次数增加,甚至冻土季节消失,加强全球增温背景下我国高山亚高山季节性冻土生态系统效应和过程研究,特别是土壤暖化导致的温室气体排放变化通量和变化机理的研究,对揭示全球变化的区域效应以及高海拔生态系统的管理都具有重要作用。     

新疆节能日光温室结构优化初探

文章通过研究新疆节能日光温室、即长后坡日光温室的太阳直射光在温室内的分布，给出确定节能日光温室优化设计的计算流程。     

不同产地中国沙棘优树子代生态经济性状分析

对不同产地共 5 7个家系沙棘优树子代在黄土高原沟壑区生态经济价值进行的分析结果表明 ,地理纬度的差异是造成各产地沙棘优树子代在黄土高原沟壑区的生态、经济价值差异的主要原因。高纬度地区的沙棘优树子代具有较高的经济价值 ,其果径和百果重高于低纬度地区优树子代、远远高于当地普通沙棘 ,棘刺数也较当地普通沙棘明显减少 ,但生长量明显小于低纬度地区的沙棘优树子代和当地普通沙棘 ,是黄土高原地区营造经济生态型水保林的良好材料 ;低纬度地区优树子代具有较高的生态经济价值 ,其果径和百果重高于当地普通沙棘 ,但小于高纬度地区优树子代 ,生长量接近当地普通沙棘 ,是营造生态经济型水保林的良好材料     

行向对不同穗型水稻群体微气象特性影响的研究-Ⅰ行向对群体内太阳直接辐射影响的理论分析

通过几何模拟，从理论上分析了北半球夏半年不同行向水稻遮荫宽度在不同纬度、不同季节的日变化，结果表明：中、低纬度地区东西行向遮荫宽度较小，有利于群体充分利用光能，而高纬度地区则以南北行向有较大优势，此外，还讨论了行向、行距与光能利用的关系。     

东北地区不同纬度梯度农田土壤Olsen-P的分布特征

本文研究了中国东北地区不同纬度梯度农田土壤Olsen-P在0～100cm剖面中的分布特征。结果表明,除公主岭和大石桥外,其他各点土壤Olsen-P含量在0～20cm土层较高,20～40cm土层迅速下降,40～100cm各土层又逐渐升高,但底层要远低于表层。不同纬度梯度下各点0～20cm土层Olsen-P含量为暗棕壤>黑土>棕壤,高纬度地点Olsen-P含量具有高于低纬度地点的趋势;20～100cm各土层Olsen-P含量总体表现为黑土和暗棕壤相对较高,棕壤区偏低,没有明显的纬度分异现象。施肥等农田管理措施对0～20cm土壤Olsen-P含量有明显影响,其他土层Olsen-P含量可能主要受磷素运移特点和成土母质等因素影响。     

Effects of latitude-related factors and geographical origin on anthocyanidin concentrations in fruits of Vaccinium myrtillus L. (bilberries)

Two data sets are presented to identify the effect of growth location and origin of parental plant on anthocyanidin concentrations in Vaccinium myrtillus fruits. Bilberries were collected from wild populations growing at different latitudes and from cultivated plants originating from different geographical locations but grown in the same location for over 10 years. High-performance liquid chromatography analysis showed that anthocyanidin concentrations varied significantly with latitude and with geographical origin, with higher values form northern latitudes or from a more northerly origin of parent plants. The results show that anthocyanidin concentrations in bilberries are under strong genetic control but are also influenced by climatic factors. Furthermore, the proportions of specific anthocyanidins differed between latitudes and between plants with different parental origins. The diversity in anthocyanidin concentration and composition has important implications for plant breeders and for future development of varieties with high antioxidant capacity.     

Analysis of photoperiod sensitivity within a collection of tropical maize populations

We analyzed the variability of a large maize (Zea mays L.) collection of152 tropical populations for photoperiod sensitivity and grain productivityunder long-day conditions to investigate their potential adaptation to temperateconditions. A multilocal experimental design was used: one location withshort-day conditions (Guadeloupe), one location with medium-day conditions (latesowing in the south of France) and two locations with long-day conditions (earlysowing in both the North and South of France). The photoperiod sensitivity wasestimated by the slope of the regression of thermal time from sowing to 50%anthesis on photoperiod. We found highly significant effects of latitude andaltitude of the collecting site of the population on photoperiod sensitivity anda significant but small interaction between these two factors. Populationsoriginated from low altitudes and low latitudes are highly sensitive tophotoperiod, whereas highland populations never display a high photoperiodsensitivity, whatever the latitude of origin. Grain productivity under long-dayconditions was not highly correlated with photoperiod sensitivity. Andeanpopulations were little sensitive to photoperiod and exhibited poor grainproduction under long-day conditions. In contrast, some populations from theCaribbean such as populations from Cuban Flint and Early Caribbean racesexhibited a good grain production although sensitive to photoperiod. The goodadaptation of some Caribbean material to temperate conditions is consistent withthe hypothesis of the successful introduction of Caribbean germplasm in southernregions of the Old World.     

中国的冻土

中国冻土面积大,分布规律特殊,对于研究世界冻土的形成、分布具有重要意义。中国冻土有高纬度冻土和高海拔冻土两种。高纬度冻土分布于东北地区,北纬53—46°N,面积38.2×10⁴km²,纬度高而海拔较低,这类冻土的一系列特征主要受高纬度的影响;高海拔冻土主要分布于青藏高原和西部高山,面积176×10⁴km²,占北半球高海拔冻土面积的75.7%,居世界首位,大部分分布于北纬35°N以南,最南达27°左右,纬度低而海拔高,其一系列特征主要受海拔高度的影响。两类冻土的土壤类型和性状各具特点,差异很大。高纬度冻土具有湿寒特点,植被为森林,土壤有机质含量高,pH低,不含CaCO₃,盐基不饱和;高海拔冻土具有干寒特点,植被为草原和荒漠,土壤有机质含量很低,PH高,盐基饱和,大多富含石灰,部分含石膏磐层。目前中国及国际上均未将冻土列为独立的土壤分类单元,我们建议在中国土壤中,增设一个冻土土纲,下设正常冻土(高纬度冻土)和高寒冻土(高海拔冻土)两个亚纲。     

Characterization of the United States germplasm collection of zigzag clover (Trifolium medium L.)

Summary The United States germplasm collection of zigzag clover,Trifolium medium L. was evaluated for chromosome number and latitude of collection site to determine their relationship to forage and seed yield and other agronomic characters. The objective was to locate optimum sites for future collection of high forage- and seed-yielding genotypes. Chromosome numbers ofT. medium var sarosiense were uniformly hexaploid (2n = 48) butT. medium varmedium ranged from 64 to 80, with decaploids more frequent in the collection than octoploids. No numbers intermediate between the hexaploid (2n = 8x = 48) and the octoploid (2n = 6x = 64) were found though intermediates have been reported in other studies. Chromo some numbers were only weakly related to latitudes of collection sites. Correlation data suggested that accessions with high chromosome numbers tended to be strongly leafmarked and procumbent, but chromosome numbers were not related to forage or seed yield. Also, correlation evidence in one experiment suggested that accessions from lower latitudes tended to be more vigorous and to produce more seed heads than those from higher latitudes. However, the correlation coefficients were quite low and were non-significant in another experiment. The U.S. collection should be expanded to include collections from additional southern locations in the northern hemisphere and the Crimea and Caucasus of the former USSR. All data and seeds have been entered into the USDA Agricultural Research Service’s Germplasm Information Resources Network and are available for general use.     

玻璃温室和塑料大棚内逐时气温模拟模型

2014-2016年在江苏省不同地区选择塑料大棚和玻璃温室进行设施内气温监测,基于设施内日最高和最低气温,采用余弦分段函数、正弦分段函数、正弦-指数分段函数、一次分段函数和神经网络模型分别模拟不同季节和不同天气状况（晴天和阴雨天）下的逐时气温日变化,探究利用室内最高和最低气温模拟计算逐时气温的方法,以及设施内逐时气温日变化规律。结果表明：5种模型均可通过当日最高、最低气温模拟逐时气温变化,其中神经网络模拟精度较高（RMSE=0.69℃）,并且受温室类型、天气状况和季节变化的影响较小,普适性较高;正弦-指数分段函数模拟效果最好（RMSE=0.43℃）,且受天气和季节的影响较小,但其受温室本身特性和地区的影响较大;余弦分段函数（RMSE=0.85℃）和正弦分段函数（RMSE=0.78℃）模拟效果相近,且受天气和地区的影响;一次分段函数准确度较低（RMSE=0.90℃）且误差变化较大。各方法对塑料大棚内逐时气温的模拟精度均高于玻璃温室。模型模拟精度的季节变化因模型和温室类型有一定差异,但通常情况下,春季和冬季的模拟误差大于秋季,夏季误差最小。     

日光温室后屋面投影宽度与墙体高度优化

关于日光温室合理的后屋面投影宽度、墙体高度一直存在争议。该文根据不同日期太阳直射光线在日光温室后墙上的投影高度变化,要求当室外最低温度低于0℃时,保证在中午前后4 h(10:00-14:00)内至少有一部分后墙能接受太阳光直射为条件,得出不同纬度地区日光温室墙体接受太阳光直射的合理时期,并据此得出日光温室后屋面投影宽度、墙体高度的计算方法。利用该方法对中国不同结构类型的日光温室后屋面投影宽度、墙体高度进行计算分析,结果显示后屋面投影宽度占跨度的比例为0.04~0.23,其中纬度位于34°~38°之间的西北地区日光温室后屋面投影宽度占跨度的比例最小,为0.04~0.11。该方法计算结果与典型日光温室结构参数吻合,具有可行性,可为中国日光温室的优化设计提供理论指导。     

1999-2010年陕甘宁黄土高原区气候对植被物候的影响

基于Spot Vegetation数据,采用植被物候分析、Hurst指数及偏相关系数等方法,分析了1999-2010年陕甘宁黄土高原区植被物候的时空变化特征、未来趋势及其驱动因素。结果表明:(1) 1999-2010年陕甘宁黄土高原区多年平均物候呈纬度地带性。随着纬度増高,生长季始期逐渐推迟,生长季长度缩短,生长季末期提前,反之,生长季始期呈提前,生长季长度延长,生长季末期推迟。(2)近12 a陕甘宁黄土高原区多年物候Hurst指数变化表现为同向持续性面积大于反持续性面积,呈较弱的持续性变化,分布规律大致都呈东西走向。(3)受降水影响,陕甘宁黄土高原区多年物候同时与纬度以及河流网有关。低纬度温度高,可促进植被对水分的吸收,因此在低纬度或者水资源丰富地区,植被返青提前,生长周期延长;相反,干旱低温的高纬度地区,植被生长停滞提前,生长周期缩短。