增施CO_2气肥对温室结球莴苣光合作用影响的综合模型研究

为探讨不同温度和光照条件下增施 CO2 气肥对温室作物生长的影响 ,应用红外线 CO2 气体分析仪测定方法 ,对不同 CO2 浓度下结球莴苣光合作用速率的变化进行了深入系统的研究 ,并分别建立了低温条件下和中、高温条件下增施 CO2 气肥对光合作用速率影响的综合模型。研究结果表明 ,在一定范围内 ,随着光照度提高和温度上升 ,增施 CO2 气肥对于光合作用的促进效果提高 ,但是超过饱和点后会有负的效应。本实验条件下 ,结球莴苣光合作用最佳的生态因子组合为 :光照度 897.3μmol· m- 2 · s- 1 ,温度 2 8.9℃ ,CO2 浓度 2 16 0μL / L ,此时的净光合速率 (CO2 ) Pn为 36 .0 μm ol· m- 2· s- 1。     

日光温室施用CO2气肥对黄瓜生长发育的影响

日光温室内对黄瓜施用工业生产尾气瓶装CO2气肥的试验研究结果表明；从结瓜初期至结瓜盛期结束施放的效果最佳，产量分别比对照增产8.9%和27.1%，由于施用CO2后增强了黄瓜光合作用，使植株健壮生长，抗病性能明显增强，减少了防治病虫害的费用及由此造成的污染。对减少温室气体排放有一定实际意义。     

增施CO2气肥对温室结球莴苣光合作用影响的综合模型研究

为探讨不同温度和光照条件下增施CO₂气肥对温室作物生长的影响，应用红外线CO₂气体分析仪测定方法，对不同CO₂浓度下结球莴苣光合作用速率的变化进行了深入系统的研究，并分别建立了低温条件下和中、高温条件下增施CO₂气肥对光合作用速率影响的综合模型。研究结果表明，在一定范围内，随着光照度提高和温度上升，增施CO₂气肥对于光合作用的促进效果提高，但是超过饱和点后会有负的效应。本实验条件下，结球莴苣光合作用最佳的生态因子组合为：光照度897.3 μmol·m^-2·s^-1，温度28.9℃，CO₂浓度2160 μL/L，此时的净光合速率(CO₂)Pn为36.0 μmol·m^-2·s^-1。     

增施CO2对设施土壤栽培番茄的生长、产量和养分吸收特性的影响

在传统土壤栽培模式下,以越冬茬番茄为研究对象,设置自然环境(CK)和增施CO_2气体两个处理,分析比较不同处理区CO_2浓度和番茄干物质积累量、产量和氮磷钾养分吸收量的变化。结果表明,从移栽到定植后100 d (开花座果期),每天7:00～10:00期间,增施CO_2和CK区温室内CO_2浓度均大于设定的最低浓度700μmol/mol。增施CO_2提前了番茄的物候期,第一穗花期、座果期、果实膨大期、转色期和采收期相比CK区分别提前了4、4、6、15和22 d;增加了番茄的花层和果层数,对株高和叶片数无影响;产量比CK区提高了37. 8%;增加了番茄干物质累积量,定植后90、135和180 d,总干物质累积量比CK区分别提高了10. 2%、20. 8%和26. 0%,果实干物质累积量相比CK区分别增加了37. 8%、87. 2%和53. 0%;增施CO_2后番茄对氮、磷、钾累积吸收量相比CK区分别增加了42. 5%、61. 1%和50. 6%。综上所述,从移栽到定植后100 d,每天10:00之前温室内CO_2浓度在700μmol/mol左右,无需对温室内补充CO_2气体。增施CO_2可使番茄各物候期明显提前,花层和果层数量明显增加。增施CO_2后,番茄整个生育期对氮吸收量明显增加,开花座果期番茄对磷、钾吸收量显著增加,实际生产中增施CO_2情况下需适当调整氮、磷、钾肥的投入。     

有机无机肥配施对旱地冬小麦产量及土壤物理性质的影响

通过研究有机无机肥配施对西北旱地冬小麦产量和土壤物理性质的影响,在保证冬小麦高产稳产基础上兼顾土壤物理性质,明确西北旱地麦田配施定量有机肥的最佳施氮量,为农业可持续发展提供参考。以冬小麦为供试作物,在西北旱区麦田连续5年进行了田间定位试验,采用裂区设计,主处理为施氮量分别为0,75,150,225,300 kg/hm²的5个氮水平,副处理为是否配施有机肥（30 t/hm²）。于2019年6月收获小麦后取0—10,10—20,20—40 cm土层的样品,测定其土壤容重、饱和导水率以及水稳定性团聚体等相关指标。结果表明,有机无机肥配施较单施化肥能使冬小麦产量显著增加,5年内平均提高13%,且效果最好为N150+M处理。配施有机肥后,供试土壤容重降低,在0—10,10—20,20—40 cm土层施加有机肥较不施有机肥容重分别降低4%,2%和4%。在0—10 cm土层有机无机肥配施较单施化肥降低了各处理的土壤饱和导水率,但未达到显著差异。与N0处理相比,N0+M处理下>2 mm的水稳性团聚体含量在0—10,10—20,20—40 cm土层中分别增加224%,105%,3%。无论是否配施有机肥,0—40 cm土层中土壤团聚体的MWD和GMD值均无明显变化,但整体看来,施氮量为150 kg/hm²对供试土壤水稳性团聚体的MWD和GMD值更为有利,对水稳性团聚体的稳定有一定的促进作用。综上可知,当施氮量为150 kg/hm²时,与施用量为30 t/hm²的有机肥配施有利于西北旱地冬小麦增产及土壤结构的稳定。     

减施氮肥和增氧灌溉对水稻氮代谢关键酶活性及氮素利用的影响

该研究旨在分析减施氮肥和增氧灌溉对水稻氮代谢关键酶活性及氮素利用的影响。2020年以中旱221（旱稻）、中浙优8号（水稻）和IR45765-3B（深水稻）共3个品种为材料,设常规淹水灌溉（Conventional Flood Irrigation, WL）、微纳米气泡水增氧灌溉（Micro-nano Bubble Water Oxygenation Irrigation, MBWI）2个灌溉模式和常规施氮（195.0 kg/hm2）、减施氮肥（157.5 kg/hm2）2个氮水平,研究了减施氮肥和增氧灌溉对水稻关键生育时期氮代谢相关酶活性、植株含氮量、氮素积累量以及产量和氮肥利用率的影响。结果表明,与常规施氮处理相比,减施氮肥降低了氮代谢酶活性,而增氧灌溉有助于提高硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶、谷氨酸合酶、谷丙转氨酶活性。增氧灌溉和氮肥一定程度上有助于水稻氮素积累,增氧灌溉下减施氮肥处理比淹水灌溉常规施氮量的当季氮肥利用率分别提高15.6%、36.2%、21.5%（P<0.05）。增氧灌溉和增施氮肥显著增加水稻产量,中旱221增氧灌溉下减施氮肥比淹水灌溉常规施氮量处理增产3.5%（P<0.05）,而中浙优8号和IR45765-3B增氧灌溉下减施氮肥与淹水灌溉常规施氮量差异不显著（P>0.05）。相关分析表明,氮代谢酶活性与同时期叶片含氮量及氮素积累量大多呈显著或极显著的正相关。可见,增氧灌溉可以显著提高水稻氮素代谢相关酶活性,从而显著提高水稻氮素积累量、产量和当季氮肥利用效率,水稻氮肥减施条件下采用增氧灌溉有助于水稻维持较高氮肥吸收和利用效率,而谷氨酰胺合成酶活性可以用于预测水稻各时期氮素积累量。研究结果可为水稻氮肥减施和提高水稻氮肥利用效率提供理论和技术支持。     

氮磷钾配施沼气肥对早稻产量和品质的影响

通过田间试验研究沼气肥对土壤供氮能力以及早稻产量及其构成因素、品质性状、稻田主要病虫害的影响。结果表明:增施沼气肥可显著提高早稻的有效穗数和实粒数,显著提高产量。在等量氮磷钾下,与常规施肥相比增产17.81%。等量沼气肥下,沼气肥与常规施肥中减少20%氮和33%钾用量西施处理比与常规施肥配施处理略有减产,仅增产4.24%,但比常规施肥处理增产13.03%。施用沼气肥对早稻稻米碾米品质和外观品质影响不明显,但稻米的食味品质和营养品质明显改善。施用沼气肥还可以减轻水稻主要病虫害的发生和危害。     

保水剂与氮磷肥配施对玉米生长及养分吸收的影响

以夏玉米为研究对象,采用避雨桶栽试验方法精确控制水肥条件,研究保水剂(SAP)与5种氮磷肥配比(N∶P分别为1∶4,2∶3,1∶1,3∶2,4∶1)模式对土壤肥力水平、玉米植株生长及其养分吸收利用的效应。结果表明,保水剂与氮磷肥均衡施用(N∶P为1∶1)能够促进玉米植株的生长及对养分的吸收利用,生育期内平均株高、叶面积较其他处理分别提高了3.36%～7.19%,5.36%～29.26%;干物质积累与植株氮、磷累积量较其他处理分别提高了13.79%～27.61%,15.91%～32.47%,18.66%～33.75%;同时与未施保水剂处理相比,生育期内土壤平均无机氮含量减少5.42%,有效磷含量提高3.55%;在本试验条件下,施用SAP 1.68g/pot、N 2.89g/pot、P 2.89g/pot可得到最大玉米产量113.93g/pot,收获时产量较其他处理提高了18.69%～30.94%。试验结果为华北地区应用保水剂条件下的夏玉米氮磷肥施用配比提供了参考。     

温室多层覆盖传热的数值模拟与验证

为准确地掌握温室中不同材料和不同使用条件下多层覆盖的传热和保温特性,该文在前人研究的基础上建立了温室多层覆盖传热的理论模型,并开发了模拟其传热过程与计算传热量和传热系数的计算机程序,可根据覆盖材料的红外辐射特性、覆盖层构造参数以及工作环境等条件,定量分析覆盖层的传热情况,得出传热量以及传热系数的理论计算值。实测结果表明,传热量以及传热系数的理论计算值与试验测定值较为一致,表明该多层覆盖传热的理论模型具有较高的准确性。     

管道式加湿装置湿度场分布的数值模拟及试验验证

为掌握管道式加湿装置加湿流场的分布规律,该文针对压差原理的保鲜运输厢体,以脐橙为试验物料,建立厢体的1/4等比例三维紊流数值计算模型,结合有孔模型和组分传输模型,采用SIMPLE算法和壁面函数算法,运用Fluent软件对管道式加湿过程厢体内湿度场进行数值模拟,得出了厢体内纵截面和横截面以及货物表面的湿度分布云图。采用管道式加湿可以在246 s内将厢体内的相对湿度从75%升高到90%,厢体内湿度场分布均匀,相对湿度差小于2%,货物表面的相对湿度差不超过3%。经试验验证,试验结果与模拟结果相吻合,试验值与模拟值相对湿度最大偏差值不超过1.2%。通过所建立的模型研究不同回风道风速、管道直径、开孔数对货物表面湿度分布的影响。研究结果表明：加湿速率随回风道风速和管道直径的增大而增大,开孔数对加湿速率的影响不大（P>0.05）;货物表面湿度最大差值随回风道风速的增大而减小,随管道直径的增大先增大后减小,随管道开孔数的增加先减小后增大。该研究结果对于保鲜运输加湿装置的优化设计具有一定的参考价值。     

The effect of increased atmospheric carbon dioxide concentration on emissions of nitrous oxide, carbon dioxide and methane from a wheat field in a semi-arid environment in northern China

There are no reports on the effects of elevated carbon dioxide [CO₂] on the fluxes of N₂O, CO₂ and CH₄ from semi-arid wheat cropping systems. These three soil gas fluxes were measured using closed chambers under ambient (420 ± 18 μmol mol⁻¹) and elevated (565 ± 37 μmol mol⁻¹) at the Free-Air Carbon dioxide Enrichment experimental facility in northern China. Measurements were made over five weeks on a wheat crop (Triticum aestivum L. cv. Zhongmai 175). Elevated [CO₂] increased N₂O and CO₂ emission from soil by 60% and 15%, respectively, but had no significant effect on CH₄ flux. There was no significant interaction between [CO₂] and N application rate on these gas fluxes, probably because soil N was not limiting. At least 22% increase in C storage is required to offset the observed increase in greenhouse gas emissions under elevated [CO₂].     

螺旋流起旋器内部流场水力特性数值模拟与验证

为了有效解决低压平直管道在田间长距离调水中泥沙淤积问题,该文设计了一种螺旋流起旋装置:螺旋流起旋器。与传统的起旋装置相比,螺旋流起旋器的导叶被固定在与管道保持同心状态的料筒外壁面。该文基于RNG k-ε湍流模型,采用Fluent 12.0对不同导叶长度条件下螺旋流起旋器内部流场水力特性进行了非定常数值模拟,并将模拟值与试验值对比分析,结果表明:螺旋流起旋器内部流场模拟值与试验值基本吻合,且流速场和压力场的最大相对误差分别不超过6.4%和1.3%,进一步表明采用Fluent数值模拟求解螺旋流起旋器内部流场是可行的;随着导叶长度的增加,螺旋流起旋器下游流场的轴向流速的影响区域将逐渐减小,而径向流速、周向流速及涡量的影响区域将逐渐增大;螺旋流起旋器能耗损失与起旋效率均随着导叶长度的增加呈现出增大的变化趋势;螺旋流起旋器内部流场涡量主要分布于料筒近壁面、导叶近壁面及螺旋流起旋器的下游流场。该研究不仅为螺旋流起旋器的设计与优化提供了参考依据,同时还为进一步完善管道螺旋流长距离输固理论提供了坚实的理论基础。     

冷库空气幕流场的非稳态数值模拟及验证

为了真实地研究冷库空气幕开启后冷库气流场和温度场的变化规律,该文建立了冷库三维模型,利用CFD模拟软件对试验冷库空气幕的流场进行了非稳态模拟,预测库门和空气幕开启60 s内冷库温度场和气流场的变化,并对温度场模拟结果进行了试验验证。模拟结果得出库门和空气幕开启后,空气幕射流的中心主流速度衰减慢,而两侧气流的速度衰减快,库外热空气从入口两侧和底部侵入库内;冷库内靠近冷风机一侧底部的温度上升较快;侵入的热空气改变了冷气流的流动轨迹,冷热空气存在压力差导致冷库中心处形成多个涡旋,从而破坏了库内均匀的气流组织。在今后的研究中可以通过数值模拟优化冷库空气幕的送风速度、喷口宽度等参数,从而提高冷库空气幕的隔离性能,维持库内控温要求。     

鼓风冻结虾仁时间的数值模拟及实验验证

食品冻结时间对速冻食品的质量和速冻过程的能耗有着重要影响。为弥补实验测量耗时耗材局限性大的缺陷,该文采用计算流体力学（CFD）,对虾仁在鼓风冻结装置中的冻结过程及冻结时间进行了二维非稳态模拟。实验验证表明模型与实际吻合较好,冻结过程中最大温差1.5℃,冻结时间差异百分比为3.8%。在此基础上,还对可能影响食品冻结时间的多个参数（吹风方式,吹风速度,送风温度）进行了模拟研究,结果表明：相比于单侧送风,上下同时吹风的方式大大提高食品换热系数,从而大幅缩短冻结时间;上吹风速度恒定时,随着下吹风速度增大,冻结速率加快;降低送风温度,冻结时间明显减少,但减少的幅度随着冻结温度的降低而不断减小。     

Effect of CO2 enrichment on fruit growth and quality in Japanese pear (Pyrus serotina Reheder cv. Kosui)

Six year-old Japanese pear (Pyrus seratina Reheder cv. Kosui) trees grafted on P. serotina cv. Nihonyamanashi were grown in containers filled with Granite Regosol under glasshouse conditions. At different stages of fruit growth, pear trees were exposed to an elevated CO₂ concentration (130 Pa CO₂ ) along with a control (35 Pa CO₂). For one group of plants, CO₂ enrichment was applied for 79 d from 52 d after full bloom (DAB) to fruit maturity (long-term CO₂ enrichment) and for another group the same treatment was applied for 35 d from 96 DAB to fruit maturity (short-term CO₂ enrichment). The effects of the elevated CO₂ concentration on vegetative growth, mineral contents, and fruit production and quality were examined. Long-term CO₂ enrichment enhanced vegetative growth, without any significant effect on the mineral contents in either flower bud or fruit except for a remarkable increase in the K content. Long-term CO₂ enrichment increased the fruit size and fresh weight, but had no significant effect on the fruit quality. On the other hand, the short-term CO₂ enrichment did not induce any significant change in the fruit size but increased the fruit sugar concentration. Along with the reduction of the sorbitol concentration in fruit, the fructose and sucrose concentrations increased and these changes occurred earlier at elevated CO₂ than at ambient CO₂ concentrations. From these results, we concluded that the effect of CO₂ enrichment on fruit growth varies depending upon the growth stages of fruit: during the initial and fruitlet stages when fruit expansion occurs, CO₂ enrichment increases the fruit size, whereas, during maturation when fruit expansion has slowed down and sugar accumulation in fruit is active, it increases the fruit sugar concentration.     

包装箱内层装果品差压预冷温度场的数值模拟与验证

差压预冷能够快速降温,是果蔬采后处理的重要方法,温度是整个过程的核心,为了更精准地监控预冷包装小环境的温度变化,该文充分考虑果品采后的呼吸热和蒸腾潜热,建立包装箱内带衬垫层装球形果品的差压预冷数学模型,基于计算机流体力学,借助Fluent软件采用标准κ-ε模型和SIMPLE算法,利用UDF(user define function)模块实现热源项的加载,模拟包装箱侧面上开孔率为11.2%的圆形、键槽形2种开孔工况下间隔、平方间隔和错位间隔3种排列果品的瞬态温度场,并进行试验测试比较,得到的温度变化与模拟结果吻合性较好,验证了所建模型的可靠性。平方间隔排列时果品的温度分布较均匀,间隔排列时整体预冷较慢;水果内部存在温度梯度,表面和中心温度相差高达7℃左右;键槽形开孔利于冷风的横向扩散,错位间隔时较圆形开孔预冷均匀度提高约10%,温度低2℃。预冷时建议开孔设计与内部果品的排列相协调改善气流组织,错位间隔排列时键槽形开孔较宜。     

密闭遮光型甲鱼温室热环境模拟与试验

为了预测和评价密闭遮光型甲鱼温室的湿热环境,构建了甲鱼温室湿热环境的一维传热理论模型。采用欧拉数值计算方法求解甲鱼温室的传热方程组,编制了基于Matlab的计算机程序,根据屋顶材料的热传导系数、屋顶的红外辐射特性、温室的结构参数、温室热量输入与气象参数等条件,模拟甲鱼温室传热过程,该模型可以获得甲鱼温室任意时刻的屋顶内外表面温度、室内温湿度、养殖水体温度以及热流量等数据信息,可为甲鱼温室的湿热环境综合分析提供依据。通过建立相应试验方案对模型结果进行验证,实测结果表明,屋顶外表面、内表面模拟温度与实测温度平均误差为1.96和0.9℃,养殖水体与室内空气模拟温度与实测温度平均误差为0.32与1.3℃,室内相对湿度模拟与实测平均误差为3%。模型的理论计算值与试验测定值较为一致,表明甲鱼温室的一维传热理论模型具有较高的准确性。     

有机废弃物生物发酵法CO2施肥对大棚草莓的效果

试验结果表明,在塑料大棚中有机废弃物生物发酵法产生的CO2气体能在较长的一段时间内稳定在较高的水平,从而促进大棚草莓植株生长和发育,提早上市期,提高草莓的产量、品质。应用该CO2施肥技术后,草莓果实口感好,Vc含量提高11.25 mg.100 g-1,可溶性固形物和可溶性糖分别提高1.0和2.06个百分点,有机酸含量降低了0.10个百分点,硝酸盐含量下降了126.45μg.g-1。平均单果重比对照增加14.32 g,约提高67%,每公顷产量提高29.9%,增产、增效明显。