设施生菜光合和蒸腾速率影响因素分析与预测模型构建

光合速率及蒸腾速率是植物的2个重要生理指标。在全人工环境下,选取意大利生菜作为对象,设计并开展多环境变量对生菜光合速率及蒸腾速率影响的嵌套实验,得到环境因子对生菜光合速率及蒸腾速率的影响规律,应用神经网络构建生菜幼苗期光合速率及蒸腾速率预测模型。针对幼苗期生菜,选择温度、相对湿度、光子通量密度（Photosynthetic photon flux density, PPFD）及CO2浓度共4个环境影响因素,采用随机森林方法对数据进行相关性分析。结果表明,与蒸腾速率相关性由大到小的因素依次为CO2浓度、温度、相对湿度、PPFD,与光合速率相关性由大到小的因素依次为CO2浓度、PPFD、温度、相对湿度;采用枚举法确定隐藏层节点数和训练函数,通过遗传算法优化BP神经网络的初始权值和阈值,构建GA-BP神经网络生理指标预测模型。应用测试数据对模型进行验证,光合速率及蒸腾速率预测值与实测值的决定系数分别为0.96212、0.97944,均方根误差（RMSE）分别为2.9832μmol/(m2·s)、0.0014358mol/(m2·s),表明GA-BP神经网络在模型精度和迭代次数方面性能显著提高。研究结果可为设施生菜生产环境调控提供有效依据。     

披碱草气体交换参数对土壤水分条件的响应

通过灌区试验研究,探讨了披碱草(Elymus dahuricus Turcz)不同土壤水分条件下蒸腾速率、净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、叶面温度、水蒸汽浓度差的日变化规律,分析了蒸腾速率与气体交换特征参数的关系。试验结果表明:光合速率、蒸腾速率随着土壤含水量的降低而下降;蒸腾速率、净光合速率、气孔导度、水蒸汽浓度差在自然状态和充分供水状态下均呈双峰曲线特征,蒸腾速率、净光合速率、在凋萎缺水状态下出现三峰特征;胞间CO2浓度的日变化规律与蒸腾速率、净光合速率的日变化规律相反,呈W型;蒸腾速率与水蒸汽浓度差的相关度极高,线性关系明显。     

油茶籽网带式干燥机的温度均匀性仿真研究

为了改善网带式干燥机内温度场的分布均匀情况,缓解油茶籽干燥后储存过程中出现的发霉变质问题,保证干燥品质和出油率,以多孔介质模型代替油茶籽物料层,建立干燥机的温度场仿真模型。采用计算流体动力学(CFD)技术对腔内温度场进行数值模拟和预测,研究入口热风速度大小对干燥腔内温度均匀性的影响。结果表明:在入口风速为6～8m/s时,腔内的温度分布不均匀系数最小,干燥后最均匀。研究为油茶籽干燥机工作参数的选择提供了依据,对缩短油茶籽干燥机的研发周期和降低成本具有重要的意义。     

红蓝光交替照射下生菜能量利用与光合性能分析

针对植物工厂中人工光源能耗大的问题,进行了交替供光模式提高生菜能量利用率、降低光源能耗的研究。试验在全人工光型植物工厂中进行,采用供光模式可调的红蓝LED光源,以不同间隔（5、10、15、30、60min）的红蓝光交替照射生菜,并以纯红光、纯蓝光以及红蓝光同时照射作为对照,分析了红蓝光交替照射对生菜能量利用及光合性能的影响。结果表明：与红蓝光同时供光的处理相比,所有交替光处理下的生菜地上部鲜质量、LUE、EUE均有所提高,提高幅度分别为18.6%~53.6%、34.3%~78.6%、34.6%~79.4%,其中红蓝光30min间隔交替照射下生菜鲜质量、LUE、EUE均最高,分别为115.50g、5.84%、1.92%;交替光照射的处理之间,随着交替时间间隔的延长,叶片净光合速率有逐渐提高的趋势;红蓝光30min间隔交替照射下生菜叶片净光合速率、水分利用效率、Ψo、RC/CSo、PⅠabs、ABS/CS、TRo/CS、ETo/CS均得到显著提高,该处理下PSⅡ光合机构的比活性整体最高。纯红光下,生菜地上部生物量最大,但LUE和EUE均显著小于红蓝光30min间隔交替照射处理;纯蓝光下,PⅠabs表现为所有处理间的最大值,但LUE和EUE在处理间最低或与最低值无显著性差异,纯蓝光下总叶面积及整体光合能力受到限制;红蓝光5min间隔交替照射更有利于刺激生菜叶片中类胡萝卜素的合成和积累,进而有利于对光合器官的保护。     

热风干燥室流动传热数值模拟

为提高热风干燥室气流均匀性,提出增设循环风机的优化方案,并模拟分析循环风机数量对干燥室气流组织的影响。结果表明:干燥室内设置三台循环风机的方案4,室内工作区域温度为349.21 K,风速变异系数为22.5%,温度不均匀系数为3.2%,有效地提高了气流均匀性;在三台循环风机的方案基础上,逐步增加循环风机的数量,发现干燥室均匀性效果提升不明显。     

导向管喷动床中煤和稻秸粒混料的流动特性试验

将导向管喷动床改进为煤粒和稻秸粒混料气化设备，通过导向管喷动床内进行的稻秸粒与煤粒混合物料冷态流动特性试验，给出喷动的流体力学条件。研究了床层压降随表观风速的变化规律，稻秸粒和煤粒混合比例、喷口直径和导向管喷口间距3因素对床层压降与表观风速关系曲线的影响以及对物料循环速率与风量关系曲线的影响。进行了3因素12拟水平的均匀设计试验，采用SPSS软件进行回归分析，分别得到了物料循环速率、单位床高压降及单位有效功率的物料循环速率3个因变量各自与稻秸粒和煤粒混合比例、导向管喷口间距及喷口直径3个自变量之间关系的多元回归方程，用于预测稻秸煤粒混料在导向管喷动床中喷动时的流体力学参数。     

不同灌溉制度对温室番茄光合特性的影响

光合对植物生长有直接影响,是作物产量形成的基础,因此研究不同灌溉制度对温室番茄生理变化的影响,对于温室番茄生产有积极的意义.试验采用传统灌溉方式为对比,研究了温室番茄滴灌条件下的灌溉制度对其光合参数及水分利用效率的影响.结果表明:滴灌可以使温室番茄的净光合速率峰值提前,提高水分利用效率;番茄的气孔导度与净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率显著相关;灌水量较低时,可以通过缩短灌水间隔来提高温室番茄的水分利用效率.     

基于神经网络的出菇房CFD温度均匀性预测模型

为预测出菇房内环境性能指标,采用CFD建立菇房模型并通过试验数据验证仿真结果准确性,对比可知温度的平均相对误差为4.9%,引入温度均匀性指标,设计正交试验进行CFD数值模拟,利用模拟数据训练GMDH(group method of data handling,数据处理组合法)型神经网络,最后得出温度均匀性指标的预测模型。分析结果表明,预测值与CFD仿真值相关系数达到0.942 5,平均绝对误差仅为0.042,预测精度较高,为出菇房的进一步优化提供可靠依据。     

顶部送风式差压预冷机温度场均匀性试验

对顶部送风式差压预冷机温度场均匀性进行了试验。根据直观分析法进行了预冷效率、耗电量的试验，结果表明，影响预冷效率和耗电量的因素由大到小依次为风温、堆码高度和风速。分别测定了宽度方向温度均匀性、左右方向温度均匀性和上下方向温度均匀性，试验结果表明，温度均匀性都符合设计要求，能够达到均匀快速预冷的目的。     

盐胁迫对苣荬菜光合生理特性及水分利用率的影响

分别用0、3、6、9、12 g/kg NaCl处理苣荬菜,对苣荬菜叶绿素含量、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度等光合生理特性及水分利用率进行研究.结果表明:在盐胁迫下,许多植物的光合性能会受到不同程度的影响,其影响程度取决于盐浓度和植物的抗盐能力.随着NaCl浓度梯度的不断上升,叶绿素含量和水分利用率的趋势均为先上升后下降,净光合速率、蒸腾速率、气孔导度则随之下降,而胞间CO2浓度先下降随后上升;苣荬菜对盐胁迫有一定的适应能力.     

耕作措施对大豆生理变化特征的影响

通过对不同水土保持耕作下大豆叶片净光合速率、蒸腾速率的测定,结果表明:不同水土保持耕作下的叶片在整个生育期内净光合速率的变化趋势基本一致,在结荚期净光合速率达到最大,其中振动深松+行间覆膜+垄向区田和免耕秸秆覆盖的净光合速率明显高于常规耕作的净光合速率,分别是常规耕作的1.63和1.36倍;大豆叶片的蒸腾速率在花期达到最大值,最大值为9.56 mmol/(m2.s),振动深松+行间覆膜+垄向区田叶片比常规耕作的叶片蒸腾速率高1.15倍。从苗期到花期,由于叶片的净光合速率和蒸腾速率都以相近的速度增长,因而水分利用效率变化不大。     

涝渍胁迫对冬小麦净光合速率变化的影响

在水位调控技术的基础上,采用田间试验研究了麦田水位调控下,冬小麦不同生育期、不同农田水层深度、地下水埋深下净光合速率变化规律.研究结果表明,淹水水位较浅且历时适中对冬小麦的净光合速率影响最小,相同水位、相同淹水历时条件下,水位回落速度越快净光合速率越大;不同控水条件下,冬小麦各生育期净光合速率日变化曲线呈“M”形.上午随光合有效辐射增强和温度的升高急剧增大,下午随有效辐射减弱和温度的降低大幅度下降,中午变化较缓,净光合速率峰值出现在11:00和13:00左右,12:00左右有明显的下降,即出现“午休”现象;此外,小麦净光合速率与光合有效辐射、太阳总辐射、大气温度、空气相对湿度和风速存在一定的相关性,其中净光合速率与太阳总辐射、光合有效辐射、空气温度有较强的相关性,与空气湿度和风速相关性较弱.     

蓄水坑灌条件下不同灌水下限幼龄苹果树叶片光合特性研究

以3a生矮砧红富士为试验材料,采用LI-6400XT便携式光合仪,对蓄水坑灌条件下不同灌水下限(分别为田间持水率的50%、60%、70%)幼龄苹果树叶片光合特性进行研究,并通过通径分析与多元逐步回归分析量化各影响因子与净光合速率的关系。结果表明:蓄水坑灌条件下不同灌水下限叶片净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、胞间CO2浓度变化规律基本一致。当土壤水分不足时,净光合速率主要受土壤含水率影响;当土壤水分充足时,净光合速率主要受光合有效辐射影响。气孔导度主要受光合有效辐射影响,地面灌溉条件下气孔导度对环境变化的响应更积极。蒸腾速率主要受土壤含水率和光合有效辐射的影响,土壤水分充足时,蒸腾速率对光合有效辐射的响应更敏感。相同条件下,土壤含水率越高蒸腾速率越大。     

自然通风条件下多塑料大棚群温度场的CFD分析

为了研究多个塑料钢管大棚组成的温室群环境温度分布情况,采用标准k-ε湍流模型和DO辐射模型建立相应的温室群数值模型,在自然通风条件下对塑料钢管大棚内温度分布进行了CFD分析和试验验证。结果显示:CFD模拟值与实测值吻合性良好,平均相对误差为4.2%,验证了所建CFD模型的可行性。采用此模型分析了大棚间距对棚内温度分布的影响,结果表明:增加大棚间距能够降低后排室内的平均温度,提高温度分布的均匀性,减小温室之间的平均温差。     

不同土壤对拉巴豆生长及光合特性的影响

土壤是影响植物生长的重要因子.选取重庆市典型和具有代表性的4种主要土壤为对象,以拉巴豆为试验材料,通过盆栽模拟试验,研究了不同土壤类型对拉巴豆生长、生理及光合特性的影响.结果表明:在微酸性和酸性的灰棕紫泥土壤上,拉巴豆生长、生理和净光合速率显著优于灰岩黄壤与碱性紫色土,其地上生物量是后者的2～3倍,估计与拉巴豆起源于热带和亚热带且长期适应酸性土壤有关;拉巴豆的生理及光合特性与其长势呈正相关,对于不同土壤类型和不同光合指标,其日变化曲线有所不同,但净光合速率、蒸腾速率和叶片气孔导度日变化均为单峰曲线,峰值均在10:30左右,微酸性紫色土的峰值最高,其次为酸性紫色土,最后为灰岩黄壤和碱性紫色土.     

CFD技术在人工光植物工厂的应用前景

计算流体力学软件(Computational Fluid Dynamics,CFD)是以电子计算机为工具的软件系统,它可以准确的模拟密闭环境内的温度和气流分布,目前广泛应用于航空航天、船舶、环境、建筑等多个领域。人工光植物工厂作为现代农业的发展形势,具有安全卫生、高质高产、环境可控等优点,但由于造价高,资源消耗大,无法广泛推广。利用CFD技术分析植物工厂内温度和气流场不仅可以减少运行能耗,同时稳定的环境还可以保证植物的产量。本文主要介绍CFD技术在农业领域的应用,分析其未来在植物工厂的前景。     

白瓜子薄层干燥试验研究

利用薄层干燥试验台,进行白瓜子薄层干燥试验,并探讨了热风温度、风速等因素对干燥速率的影响,结果表明热风温度对干燥速率的影响最大,其次是风速.根据试验分析建立了描述薄层干燥的数学模型.     

集装箱植物工厂研制与试验

针对植物工厂投入成本高、内部运行成本高和可移动性差等现状,开发了一种集装箱植物工厂。集装箱植物工厂由模块化栽培设施构成,主要包括栽培系统、补光系统、环境调控系统、营养液系统和控制系统等。生菜栽培试验结果表明,集装箱植物工厂可用于蔬菜生产种植,其产量和品质具有一定的提高。      

基于CFD的冷藏车车厢内部温度场空间分布数值模拟

以短距离运输冷藏车为研究对象,建立了求解车厢温度场分布的计算模型。模型以车厢内冷气出风口风速、空气温度、车厢壁面以及货物区温度作为初始边界条件,采用计算流体力学（CFD）非稳态剪切压力传输（SST）k-ω模 型,模拟不同边界条件和货物不同堆栈方式车厢内温度场分布情况;在特定边界条件下,交替改变出风口风速和货物堆栈方式,通过对比分析,确定最佳出风口风速和货物堆栈方式。结果表明当风速为5m/s,堆栈方式为中间及两侧留空时冷藏车厢体内温度场分布均匀性最佳。经试验验证,模拟结果与实测结果基本吻合,温度平均绝对误差不高于1℃。     

水分传感器位置及灌水阈值对膜下滴灌棉花生理指标及产量的影响

为了探索适宜的水分传感器位置、决策阈值因素对膜下滴灌棉花生理生长及产量的影响,通过大田试验,分别设置3种灌水阈值和决策传感器的二因素三水平完全处理试验。结果表明:水分传感器位置因素对棉花叶片光合特性(净光合速率Pn、蒸腾速率Tr、气孔导度Gs、胞间CO2浓度Ci、水分利用效率WUE)、棉花株高、叶面积指数达到显著性水平(P0.05),灌水阈值因素对棉花以上指标未达到显著性水平(P0.05),水分传感器位置与灌水阈值对棉花生理生长以及产量达到显著性水平(P0.05)。棉花叶片Pn、Tr、Gs和Ci、WUE最大值均在T5处理,气孔限制值Ls最大值在CK处理。棉花净光合速率与蒸腾速率、气孔导度之间密切相关,棉花产量与棉花净光合速率、叶面积有较好的相关关系,净光合速率与叶面积在一定程度上能反映棉花产量。根据试验结果,初步认定水分传感器位置在地表下40 cm、中等灌水阈值(T5)为适宜方案,可为新疆自动化控制灌溉提供理论依据。