日光温室正压湿帘冷风降温性能及冷负荷计算模型

负压湿帘风机降温被广泛应用于温室生产中,但存在降温均匀性差、限制温室长度及对温室密闭性要求高等不足。为克服负压湿帘风机降温的局限性,提高日光温室降温能力,该研究设计了日光温室正压湿帘冷风降温系统,其气流组织方式为湿冷空气从南屋面底部进入日光温室,热空气由顶开窗排出室外。在北京地区无作物的日光温室对系统夏季降温增湿效果及性能进行试验,试验结果表明:在典型夏季高温白天,正压湿帘冷风降温系统配合遮阳网可将日光温室试验区内平均气温控制在30.7～33.4℃,比采用自然通风配合遮阳网的对照区低5.4～11.1℃,比室外低2.4～5.4℃,降温效果良好;夜间系统对温室降温幅度减小。该系统可有效缓解低湿胁迫,日光温室试验区空气平均相对湿度为49.8%～62.3%,比对照区及室外分别高13.6%～21.2%和13.6%～24.6%。室内风速0.35～1 m/s,气流分布差异性较小。试验条件下,正压湿帘冷风降温系统的平均降温效率为91%,比传统的负压湿帘风机高10个百分点以上;实际平均耗水量为0.035～0.079 g/(m~2·s),且耗水量与室外空气水蒸气饱和压差(VPD,vapor pressure deficit)呈正相关(P0.01,r=0.64)。同时,研究构建了日光温室冷负荷计算模型及湿帘冷风降温设备合理选型方法,其中冷负荷模型是降温设备选型的基础,普遍适用于各种日光温室降温方法的研究。计算得到日光温室夏季降温冷负荷为299.1W/m~2,应安装的正压湿帘冷风降温系统最大比通风量为0.067 m/s。该研究为日光温室正压湿帘冷风降温方法的工程应用提供了技术参考,为日光温室安全越夏生产环境控制提供了理论基础。     

深层渗灌对冬小麦蒸散动态及水分利用效率的影响

为了解渗灌方式下冬小麦的水分蒸散动态及水分利用情况,设置春不灌水(T1)、地上灌拔节水(T2)、地下灌拔节水(T3)、地下灌拔节水+开花水(T4)、地上灌溉拔节水+开花水(T5)5个水分处理,利用称重式蒸渗仪研究了5种水分管理模式下冬小麦的蒸散特征、水分动态及水分利用效率。结果表明,从全生育期来看,冬小麦的耗水速率呈双峰曲线变化,渗灌(T3和T4)的蒸散速率高峰出现在灌拔节水后第五天,常规灌溉(T2和T5)的高峰值出现在灌拔节水后第三天;从每天蒸散动态来看,渗灌和常规灌溉耗水速率均呈"单峰曲线"变化,渗灌拔节水前期呈现"反奢侈耗水"现象,将更多的水用在拔节后期-灌浆期,而渗灌开花水明显抑制了冬小麦耗水,全生育期耗水总量比常规灌溉低1.99%~4.77%;渗灌主要增加了60~100cm土层含水量,常规灌溉增加了0~40cm土层含水量;渗灌增加了穗粒数、千粒重、水分利用效率和收获指数,降低了生物量、籽粒的氮素积累量。综合来看,渗灌通过影响不同土层含水量改变植物的耗水模式,即抑制土壤蒸发并将节余水用于生长后期;提高了水分利用效率和收获指数,降低了籽粒蛋白质含量。     

城市地下空间混合型植物工厂实践与评价

正利用北京市西城区某地下停车场,通过配备环境调控系统、LED人工光源系统、营养液循环系统、叶菜立体栽培系统、食用菌与芽苗菜栽培系统、计算机智能控制系统等,建立了混合型植物工厂,具有低碳节能的优势,可为城市地下空间植物工厂的设计、施工及商业化发展提供参考。     

日光温室后墙蓄放热帘增温效果的性能测试

为了增加日光温室有效蓄热量,改善日光温室夜间温度环境,保障作物安全越冬,该文设计了一种以日光温室后墙为结构支撑的温室蓄放热帘增温系统,白天利用该系统的集放热板吸收太阳辐射热,并通过水介质将热量储存于蓄热水池中;夜晚通过水介质的循环将蓄积的热量释放到温室中,以提高夜晚温室内空气温度。试验结果表明：晴天时应用温室蓄放热帘增温系统能将温室夜间平均气温提高4.6℃,阴天时能提高温室夜间平均气温4.5℃;试验期间当室外最低气温为-12.5℃时,对照温室最低气温仅为5.4℃,而试验温室最低气温为10.1℃;该系统在阴天平均集热效率为42.3%,在晴天时平均集热效率为57.7%;与电加热方式相比该系统的节能率达到51.1%以上。     

温室主动蓄放热-热泵联合加温系统热力学分析

主动蓄放热-热泵联合加温系统加温和节能效果显著,在温室加温领域应用前景广阔,但系统技术参数及工艺仍有待优化。该文通过对系统进行能量平衡和可用能(Exergy)分析,得出系统及各组件的性能系数、可用能损失、损失比和可用能效率,以此为依据对系统进行性能评价和优化。试验结果表明:系统平均1 d中集热和保温阶段可用能损失总量为9.77×104 kJ,可用能效率为48.7%;可用能损失最大、可用能效率最低的组件是主动蓄放热装置,其次是热泵装置、循环水泵和蓄热水箱,其可用能损失比分别为78.7%、8.3%、7.7%、5.3%,可用能效率分别为25.6%、38.3%、75.0%、88.2%。就整个系统而言,最需要进行技术优化的是主动蓄放热装置与热泵装置,可用能损失主要由有限温差传热引起,降低传热温差、减少有限温差传热过程以及改进生产工艺是优化的重点。试验期间系统的集热效率为89.0%~100.5%,热泵装置制热性能系数(coefficient of performance,COPHp)达5.48~6.08,性能远远高于传统太阳能热水系统以及水、地源热泵。该研究为温室加温系统性能评价和优化设计提供思路。     

地膜覆盖与常规灌溉对冬小麦耗水特征和产量的影响

为了进一步明确地膜覆盖的农业生产潜力,本研究在北京市昌平区小汤山镇国家精准农业示范基地(40°10′33.26″N,116°23′37.07″E)设计4个试验处理[T1:地膜覆盖(在传统地膜覆盖的基础上膜上覆盖1 cm土层)+不灌水;T2:无地膜+冻水;T3:无地膜+冻水+拔节水;T4:无地膜+冻水+拔节水+开花水],利用称重式蒸渗仪研究该种地膜覆盖下的冬小麦耗水特征和产量形成机制。结果表明,4种处理的累计蒸散量随着播种天数而呈现三次多项式动态方程,且4种处理的绝对系数R20.99,拟合性较高。T1、T4的土壤?作物系数(Kc)最大理论值与实际最大值均出现在抽穗期,而T2、T3出现在拔节期,且4种处理的Kc随播种天数呈二次方程,绝对系数R20.70(T2为0.69)。从阶段耗水量看,播种—拔节期,T1显著低于T2(T3/T4);拔节—成熟期,T1与T2差异不显著,但均显著低于T3和T4处理(P0.05);在孕穗—开花和开花—成熟期,T1比T2分别增加了3.10 mm和21.43 mm的耗水量(P0.05);生长后期,增加了对50~100 cm土层的水分消耗。从蒸散速率及Kc看,T1的蒸散高峰值高于T2,但低于T3和T4;T1的冬后蒸散高峰最大值出现时间(播后215 d)晚于T2、T3和T4(播后194 d);T1的Kc最大值出现时间与T4相同(播后214 d),但晚于T2、T3(分别为播后200 d、199 d)。与T2、T3相比,T1增加了旗叶叶片水势,延缓了叶片衰老,而且土壤表层(0~5 cm)的温度增加了0.5℃,但增加不显著,这利于降低棵间的土壤蒸发。从产量与产量构成及水分利用效率看,T1的穗粒数和千粒重高于T2和T3,低于T4,但差异不显著;T1产量与T2和T3差异不明显,但显著低于T4,水分利用效率显著提高了22.6%(P0.05)。上述结果表明,在底墒水充足的条件下,地膜覆盖可代替冻水、拔节水的作用,通过减少前期土壤蒸发,为冬小麦生长后期节省大量水分,在保证产量的前提下降低冬小麦全生育期耗水量,提高作物水分利用效率。     

主动蓄放热-热泵联合加温系统在日光温室的应用

为提高主动蓄放热系统集热效率,增强日光温室抵御低温能力,设计了一套主动蓄放热-热泵联合加温系统。白天运行主动蓄放热系统,将北墙获得的太阳辐射能储存到蓄水池中;根据天气情况及蓄水池水温变化适时开启热泵机组,降低主动蓄放热系统循环水温,进而提升其集热效率;夜间室内气温较低时,通过主动蓄放热系统放热。试验结果表明：与对照温室相比,试验温室夜间气温高出5.26～6.64℃;热泵机组制热性能系数COPHp为4.38～5.17,主动蓄放热系统可为热泵机组热源提供充足的热量,保证理想的热源温度;在日光温室特定的光热环境下,主动蓄放热-热泵联合加温系统的集热效率达到了72.32%～83.62%,总体COPSys值达5.59,节能效果显著。该研究为提高日光温室夜间温度提供了新思路。     

金霉素在不同耕作棕壤中的吸附与解吸研究

[目的]阐明棕壤对金霉素的吸附行为特征。[方法]参照OECD Guideline 106,采用批平衡试验方法,研究了金霉素在不同耕作条件棕壤中的吸附与解吸行为。[结果]金霉素在棕壤中的吸附行为可以用Freundlich和Langmuir模型进行良好的线性拟合,所得lgKf值在2.962~3.014;滞后系数平均为0.021 9~0.033 5。[结论]金霉素在棕壤中的吸附能力较强,吸附机制属于物理吸附;金霉素在4种棕壤中的解吸过程均具有一定的滞后效应;4种土壤中金霉素的吸附参数Kf值与土壤有机质含量呈显著正相关。     

连栋玻璃温室天沟结构对栽培区光环境的影响分析

为降低北方地区连栋温室冬季生产能耗、提高温室保温性能，设计了大斜面外保温连栋玻璃温室，即寿光型智能玻璃温室。该温室采用大天沟设计，安装了外保温被及传动机构，因此形成了较宽的遮阴带，影响了栽培区的太阳辐射及温室透光率。为分析天沟尺寸对室内光环境的影响，构建了连栋温室天沟对温室栽培区内不同位置辐射强度影响的动态模型，并基于该模型对室内光环境进行了均匀性与敏感性分析。结果表明：天沟结构对栽培区内日累积辐射平均值的影响程度从大到小依次为天沟间距、天沟宽度、天沟垂直厚度和天沟高度；寿光型智能玻璃温室的天沟设计为相邻两天沟间距12.00m、天沟水平宽度1.60m、垂直厚度0.86m、天沟下沿离地面高度6.30m，可以保证栽培区内最佳的光照均匀性。不同情景下的模型模拟结果表明，为确保栽培区内光照均匀性，在栽培区内辐射强度变异系数最小的情况下，山东省寿光地区温室天沟高度、天沟垂直厚度之和与天沟间距、天沟宽度之和的比值在0.49～0.54之间。本研究可为寿光型智能玻璃温室在不同地区的设计应用提供理论依据。     

基于负压灌溉系统的温室番茄蒸发蒸腾量自动检测

针对目前关于作物蒸发蒸腾量测量方法中存在测定成本高、工作强度大及精确度差等问题,设计了一种测量作物蒸发蒸腾量的负压灌溉系统(negative pressure irrigation,NI)。为验证测量结果的精确性,以水量平衡法为对照(CK),采用田间小区定位试验,研究了NI条件下日光温室番茄周年土壤水分动态变化,并对比分析了温室番茄蒸发蒸腾量及水分利用效率。结果表明:NI条件下的温室番茄0~20 cm土壤含水率及0~100 cm土体贮水量变化稳定,周年变化幅度分别为21.4%~23.8%和322.2~333.3 mm。负压灌溉系统测量的春茬番茄蒸发蒸腾量呈单峰曲线变化,季节变化幅度为0.46~5.68 mm,最高值出现在5月20日;秋茬番茄的蒸发蒸腾量季节变化幅度小于春茬番茄,仅为0.56~3.43 mm,最高值出现在10月12日。NI测定的番茄周年蒸发蒸腾量为533.4 mm,低于CK计算结果(541.6 mm),但并无显著性差异(P0.05)。2种方法测定的周年蒸发蒸腾量呈极显著线性正相关关系(P0.01),相对误差绝对值的平均仅为3.83%~7.71%,绝对误差绝对值的平均也只有2.14~5.08 mm。2种方法得到的温室番茄水分利用效率也无显著性差异。综合分析,负压灌溉系统能够实现温室番茄蒸发蒸腾量的计算,其结果不仅与水量平衡法无显著差异,而且简便快捷、使用成本低、测定结果可靠,为温室作物的蒸发蒸腾量测量提供了新的技术手段。