大跨度保温型温室的热环境模拟

大跨度保温型温室为拱型钢骨架结构,南北走向,相邻温室间距仅2m,相比于传统日光温室土地利用率提高到91%,且仍具有日光温室节能的特点。为分析和评价该温室的蓄热保温性能,基于温室热传导、对流换热、太阳辐射、天空辐射、作物蒸腾、自然通风等热物理过程,构建了温室内热环境变化模型,并利用Matlab软件对其进行求解,模拟在冬季连续4个典型工作日无加温条件下,每10min的室内空气温度和作物根区温度,并将模拟值与实测值进行对比分析。结果表明,模型对大跨度温室内空气温度模拟的平均绝对误差在±1.3℃之内,模拟值与实测值间直线方程的决定系数（R2）为0.99（n=576）,回归估计标准误差（RMSE）和相对误差（RE）分别为1.6℃和16.4%;作物根区温度实测值与模拟值的绝对误差在±0.6℃之内,直线方程的R2为0.91（n=576）,RMSE和RE分别为0.76℃和6.7%。模型模拟值与实测值较为一致,可为温室环境精准调控和结构优化设计提供理论依据。     

基于风洞系统的生菜空气动力学研究

针对目前利用计算流体力学软件(Computational fluid dynamics,CFD)进行植物工厂内部气流模拟仅在空载植物工厂中进行,忽略了生菜对气流存在阻碍的问题,采用风洞试验,对生菜冠层空气动力学参数进行研究。利用风洞系统测定了生菜冠层的阻力系数(C_D),并求得在不同叶面积密度(L)的情况下生菜冠层渗透率(K)与动量损失系数(C_f)之间的关系,将生菜栽培板置于风洞试验段中间位置,分别测量风洞试验段竖直方向和水平方向不同测点位置的稳态压力与风速。通过已求得的参数得到CFD建模中建立生菜多孔介质模型需要的粘滞阻力系数与惯性阻力参数。结果表明:1)本试验测得的生菜冠层阻力系数为0.02;2)成熟生菜(L=32.5 m~2/m~3),其渗透率为0.04 m~2,动量损失系数为0.13;3)动量损失系数C_f取值为0.1～1.0,当叶面积密度L为10、20、30 m~2/m~3时,作物冠层渗透率K的取值范围分别为0.25～25.00、0.06～6.25、0.03～2.78 m~2;4)成熟生菜的粘滞阻力系数为25,惯性阻力系数为1.3。     

不同光谱条件对越冬型拱棚韭菜生长发育及产量品质的影响

应用5种颜色棚膜（紫色P，蓝色B、绿色G、黄色Y、红色R），研究不同光谱特征条件下拱棚光照度、温度、韭菜生长指标及品质产量等指标，比较分析得出：紫色棚膜的特征曲线（P）与自然光的特征曲线（S）在可见光范围内（380~780 nm）相似度较高。紫色棚膜内部的温度（P）值一直高于其他颜色棚膜处理的温度。5种颜色棚膜处理的韭菜株高增长速率由高到低分别为P值（2.52 cm/d）> Y值（2.01 cm/d）> G值（1.90 cm/d）> R值（1.80 cm/d）> B值（1.37 cm/d）。紫色棚膜处理叶片鲜质量积累3茬平均速率为 277.60 mg/d，紫色棚膜处理韭菜叶片干质量积累平均速率（P）值最高，达到22.42 mg/d，其他处理依次为Y值 18.47 mg/d，R值17.68 mg/d，G值15.63 mg/d，B值10.79 mg/d。紫色棚膜处理假茎鲜质量的积累平均速率（P）值最高，达到106.52 mg/d，其次为Y值77.71 mg/d，G值74.62 mg/d，R值69.87 mg/d，B值60.22 mg/d。3茬平均韭菜假茎干质量积累速率中， P值最高，为8.17 mg/d， R值最低，仅为4.07 mg/d。3茬韭菜根鲜质量积累平均速率为P值（119.84 mg/d）>Y值（117.89 mg/d）>R值（102.28 mg/d）>G值（98.99 mg/d）>B值（72.36 mg/d）。3茬韭菜根干质量积累平均速率方面，P值（50.98 mg/d）> R值 （38.81 mg/d）>G值（37.59 mg/d）Y值（37.18 mg/d）> B值（24.43 mg/d）。绿色棚膜处理的叶片中可溶性糖含量（G）值最高，为23.95 mg/g，红色棚膜处理（R）值次之，为23.28 mg/g；黄色棚膜处理叶片中可滴定酸含量的（Y）值最高，达到2.75 mg/g，紫色棚膜处理的P（值）为2.55 mg/g，各处理叶片和假茎中维生素C含量差异极大，叶片中维生素C含量是假茎中的7~14倍。紫色棚膜处理3茬韭菜总产量最高为103.95 t/hm²，其他处理依次为：Y值（88.84 t/hm²）> R值（82.99 t/hm²）> G值（82.27 t/hm²）>B值（68.36 t/hm²）。通过不同光谱特征条件下光照度、温度、韭菜生长指标及品质产量等综合评价得出：在西北地区冬季拱棚韭菜生产过程中，紫色棚膜的应用更有利于韭菜的生长发育及产量提升。     

外源补光状态下温室黄瓜光合作用的研究

对外源补光状态下温室黄瓜的光合作用进行了研究。在一定光照强度范围内 ,净光合速率随外源光照强度增大而增大。同一光照强度下 ,早晨补光时黄瓜叶片的净光合速率比晚上大 ,光合启动时间也长于晚上。连续早晚补光植株叶片的净光合速率高于一次性补光的叶片 ,但光合启动时间相对缩短。     

不同红蓝LED组合光源对叶用莴苣光合特性和品质的影响及节能评价

 为了探求适合叶用莴苣生长的节能高效的光源参数,采用红、蓝光波峰组合分别为红光（R）660 nm + 蓝光（B）450 nm的LEDA型和红光（R）630 nm + 蓝光（B）460 nm的LEDB型光源,每种光源设置R/B分别为6、8和10的3种比例,处理叶用莴苣。结果表明：LEDA型与LEDB型光源处理的叶用莴苣光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度、维生素C、总糖和硝酸盐含量均无显著差异,但均较荧光灯光源（对照）显著提高了光合速率。两种光源不同R/B处理的上述指标变化趋势一致,均表现为R/B = 8时（LEDA2、LEDB2）最优,其中LEDA2处理比荧光灯处理光合速率提高38%,维生素C含量增加8.3%,硝酸盐含量降低9.2%;LEDB2处理时光合速率提高48%,硝酸盐含量降低6.5%。LEDA型光源处理的叶绿素a、b和（a + b）含量显著高于LEDB型光源处理,且分别表现为LEDA3和LEDB2处理的含量最高。此外,对光源装置耗电量的计算表明,LEDB型光源的单株耗电量比LEDA型和荧光灯（对照）分别节省53.3%和27.7%。因此,红、蓝光波峰分别为630 nm + 460 nm的组合LED光源,R/B = 8的条件下,在提高叶用莴苣光合速率和品质以及降低耗电量3个方面体现优势。     

中国设施农业研究现状及发展战略

本文以设施农业的发展背景分析为基础,介绍了目前国际上在温室智能化管理、节能与新能源利用、高效栽培、植物工厂和温室机器人等设施农业关键技术领域的发展趋势,对我国设施农业的研究现状和问题进行了系统阐述。针对目前我国设施农业存在的问题,提出了今后的发展战略和建议。     

基于LabVIEW的温室番茄雾培控制系统设计

针对雾培对智能控制的技术需求,以LabVIEW为开发平台,采用功能模块化与虚拟仪器结合的设计思想,以雾培根域环境与温室环境多因子协调控制为核心,研发了基于LabVIEW的温室番茄雾培自动控制系统。系统由远程计算机、控制现场计算机、数据采集卡、传感器和执行机构等部分组成,使用LabVIEW工具包和MySQL实现关联数据库管理,并通过WEB服务器实现远程监控。该系统具有人机界面友好、功能全面、操作简便的特点,可广泛用于温室番茄雾培的自动化管理。     

基于CFD的不同走向大跨度保温型温室温度场模拟

大跨度保温型温室是针对日光温室之间南北间距较大,土地利用效率不高而设计的。该温室可将日光温室南北间距缩减为2m以内,同时具有日光温室的良好保温特征,但一直以来缺乏对该大跨度保温型温室的光温性能评价。本研究利用计算流体力学软件(Computational fluid dynamics,CFD)构建三维稳态温室模型,模拟不同走向对温室光温环境的影响,为温室建设提供理论依据。在模型中采用太阳射线追踪法加载太阳辐射,通过离散坐标辐射模型(Discrete ordinates,DO)模拟热辐射的影响。将模拟结果与试验测量结果进行对比,模型模拟值与实测值绝对偏差在0.3~2.1℃范围内,验证了构建的CFD温室模型的准确性。利用已验证的模型模拟结构尺寸完全相同,走向分别为东西与南北的2栋温室内的温度场分布情况,比较分析不同时刻(6个案例)温室内温度场差别。模拟结果表明,在上午10:00和下午14:00,2种走向温室内温度差异不明显在正午12:00,南北走向温室内温度比东西走向温室高2.8℃。在室温分布均匀性方面,利用CFD后处理软件提取6个案例在每一节点处的模拟值,统计6个案例温室温度的相对标准偏差,结果表明,在早、中、晚的3个时间段内,南北走向温室的RSD值均低于东西走向温室。综合模拟与测试结果表明,双拱大跨度保温型温室在北方地区应选用南北走向,温室的光照分布、温度分布都优于东西走向。     

基于CFD的人工光植物工厂气流场和温度场的模拟及优化

为探究植物工厂内风速及温度分布规律,利用计算流体力学软件(Computational fluid dynamics,CFD)建立人工光植物工厂三维模型,将整个植物工厂作为计算域划分网格并进行模拟计算。设计了侧进侧出式、侧进侧上出式、侧进上出式3种气流循环模式,并将试验植物工厂设置为上进侧出式。模拟结果表明:风速与温度的平均绝对误差、平均百分误差及均方根误差分别为0.12m/s、1.1℃;11%、4%;0.18m/s、1.3℃,与实际测量结果相比模拟准确。3种优化模式的风速值、温度值及二者均匀性均优于上进侧出式。分析比较植物冠层平面风速及温度值,得出侧进侧出式为最佳气流循环模式。与上进侧出式相比,侧进侧出式平均风速增加0.51m/s,均匀性指标变异系数降低17%,平均温度降低0.5℃。     

喷雾降温联合自然通风在大跨度温室中的试验

为提高日光温室土地利用率、增大日光温室操作空间,设计了一种新型南北走向的大跨度温室。该温室在夏天种植作物时,室内温度较高,尤其在晴天,即便通风口全开进行自然通风,中午温室内温度亦可高达40 ℃以上。为降低大跨度温室内温度,该文提出了一种高压喷雾降温方法,高压喷雾装置由过滤器、储水箱、管道、高压泵、控制器解压阀和喷头组成。根据现有的研究理论,计算温室的喷雾量为0.27 g/（m2·s）,选择锥心式喷头,喷头孔径为0.3 mm,雾滴直径为0.02~0.03 m,喷头流量为1.3~2.4 g/s,喷头安装密度为0.3个/m2。试验期间设置了60 s开300 s关、90 s开300 s关和120 s开300 s关的3种喷雾运行模式,并在夏季典型晴天开展了喷雾降温试验,选择室外环境差异小的3个典型晴天的3个时段进行比较。试验结果表明,3种喷雾系统运行模式下,试验温室与对照温室相比,气温分别要低3.0、5.1和6.0 ℃,空气相对湿度分别增加10.2%、20.1%和23.8%。同等室外环境条件下,3种喷雾系统运行模式下的喷雾蒸发冷却效率分别为26.3%、39.4%和47.2%,从降温效果、空气相对湿度增加量及喷雾蒸发冷却效率结合来看,系统运行120 s关闭300 s的喷雾模式的降温效果最为理想。综合认为,该研究为北方大跨度温室夏季降温调控奠定了基础。