日光温室作物冠层夏季光照强度与空气温湿度

针对温室内不同时间、位置的环境参数存在变异性,且随天气与季节变化,日光温室冠层光照强度、空气温度和空气相对湿度的分布差异性问题,构建了基于无线传感器网络的环境监测系统。环境感知节点部署在作物冠层位置,集成了光照强度、空气温湿度等传感器。首先,基于实时采集的温室环境数据,采用反距离加权算法进行插值分析,得到环境参数的离散曲面;其次,通过基于质心坐标的K-means聚类算法,得到了温室内连通及非连通区域的代表性特征点;最后,采用半变异函数与变异系数方法对温室环境的空间变异性与时间变异性进行分析。实验结果表明,夏季日光温室在下午表现为高温与高光照,08:00、16:00的光照强度分别为12:00的24.2%、72.9%,08:00的空气温度（27.7℃）较12:00、16:00低约6.0℃,对应的空气湿度（90%）高约30%。晴天最大光照强度分别为阴天、雨天的1.4倍和4.6倍,晴天、阴天最高空气温度高于雨天（29.5℃）约6℃,最小空气相对湿度远低于雨天（84%）。夏季日光温室晴天与阴天表现为高温和低湿,雨天表现为高湿和低光照。各环境参数中,光照强度的空间变异性最强,变程为10.34m。空气温湿度的空间变异性较弱,整体分布均匀。光照强度、空气温度和空气相对湿度的时间变异性均为中等变异程度。环境参数的特征点及时空变化规律有助于日光温室传感器的高效部署,为揭示作物与环境的交互作用提供了基础。     

新型双屋面日光温室在北京市的应用与试验

为了了解新型双屋面日光温室在北京地区的应用效果,寻找适合北京市推广的节能型温室结构,以新型双屋面日光温室和4种传统的日光温室为研究对象,分别选取典型晴天、典型阴天、雪天及连续1周的数据,进行保温性能分析。试验结果表明:典型晴天、典型阴天和雪天条件下,室外温度越低,光照越少,新型双屋面日光温室的长时间保温效果越好,雪天新型双屋面日光温室的平均温度低于日光温室+空气热源泵,高于其余3种类型温室,且白天夜间温差较小,仅为1.5℃。新型双屋面日光温室1周的平均温度比砖+混凝土和砖+聚苯板日光温室分别高3.97和3.85℃,但比日光温室+空气热源泵和土墙下凹式日光温室分别低6.67和2.06℃;其中,白天最高温度仅次于日光温室+空气热源泵,高于其他类型温室,且变化幅度较大,夜间最低温度比日光温室+空气热源泵和土墙下凹式日光温室分别低35%和14%,比砖+混凝土和砖+聚苯板日光温室分别高56%和50%,说明新型双屋面日光温室的保温效果优于传统的砖+混凝土和砖+聚苯板日光温室。     

基于太阳光照强度的夏季玻璃温室温度建模

基于传热学、能量平衡以及质量平衡的温室理论模型,在分析太阳光照强度和太阳辐射强度关系的基础上,研究了夏季晴天玻璃温室封闭情况下太阳光照强度和温室温度关系;通过试验确定了温室自身降温的参数和太阳光照与温室温度变化率之间的参数,建立了温室室内温度和太阳光照以及温室室外温度之间的模型;通过晴天和多云天、雨天和阴天的试验验证发现:模型在这3种天气的均方根误差分别是0.500 3、0.474 7、0.629 1℃,模型能精确地模拟晴天温室温度,对雨天和阴天模拟效果也较好。这种建模方式在节约成本的同时也提出了另一种新思路,有一定的参考和推广价值。     

基于物联网的日光温室冠层特征温度时空变化规律分析

针对日光温室冬季反季节生产中冠层温度时空分布不均的问题,以典型西北日光温室为研究对象,建立了40通道PT100温度场监测系统,对冬季番茄冠层全天候动态温度数据进行采集,在此基础上,采用克里金插值算法进行冠层温度场建模,通过差分进化算法获取温度极值点,分析了不同天气条件下冠层特征温度的时空变化规律。结果表明,晴天、多云天、阴（雨）天插值验证的R2均大于0.94,平均均方根误差分别为1.34、0.95、0.40℃,该算法更适用于阴（雨）天及夜间低温冠层温度场的插值;在不同天气条件下,温室冠层温度全天整体上呈现西高东低、内高外低的趋势,阴（雨）天温室内温度整体变化规律趋于一致,晴天、多云天气揭被后,受外界光辐射等因素影响室内温度分布差异性较大,晴天夜间温度的下降程度大于阴（雨）天;冠层极值点分布结果表明,在不同天气条件下,极值特征点在日光温室中分布区域基本相同,冠层最高温点主要位于温室中部[22.0m,2.5m]附近,最低温点主要位于温室东部外膜[4.0m,5.48m]附近。日光温室冠层极值特征点的获取为温室栽培、温度灾害监测与传感器部署等研究提供了理论基础。     

不同方式封装的相变材料蓄热效果研究——基于日光温室

相变材料应用于日光温室中可以将温室白天多余的热量转移至夜间,起到调节温度的作用。为此,测试了经过两种不同方式封装后的相变材料在日光温室中的实际应用效果。通过与普通砖墙温室对照分析发现:两种类型相变材料温室均具有一定蓄热保温性能。内渗型相变材料温室比普通日光温室室温晴天夜间平均高0.9℃,阴天夜间平均高0.3℃;外挂型相变材料温室晴天比普通砖墙温室夜间温度平均高0.7℃。通过对两种类型相变材料温室综合应用效果比较发现,内渗型优于外挂型。此结果为相变材料在温室中的应用提供参考。     

日光温室集散热增温蓄热系统的优化与试验研究

为研究设计适用于南疆和田地区日光温室冬季夜间增温蓄热设备,设计了日光温室集散热增温系统,改进了系统集散热器,测试了系统冬季夜间增温蓄热效果,分析了系统对日光温室空气温度、相对湿度以及0cm深土壤温度和15cm深土壤温度的影响和系统集放热效率。试验结果表明：系统在典型晴天试验温室较对照温室温度可以增温4.3℃,试验温室较对照温室平均相对湿度降低8.65%;阴天试验温室较对照温室平均温度增温2.4℃,平均相对湿度降低6.8%,且系统综合平均集热效率为52.6%,表明该日光温室增温系统在和田地区富余的光热资源条件下具有显著效果。     

基于灰色关联度模型的温室茶树腾发量影响因素研究

根据青岛市城阳区东旺瞳村的试验温室茶园小型智慧监测气象站监测的影响茶树腾发量数据,将Penman-Monteith作为基本方程,借鉴参考作物腾发量模型进行茶树腾发量计算,通过灰色关联度模型分析温室各环境因子对温室茶树腾发量的影响大小。试验结果表明:①温室茶树腾发量的大小与环境因子有着密切的关系,随着温度、光照强度等环境因素的改变,茶树腾发量也会随之发生相应的变化;②在温室茶园中茶树在晴天、阴天以及雨天时各环境因子对腾发量的影响大小程度排列顺序是相同的,即:土壤含水量温度相对湿度光照强度,且晴天时茶树腾发量远远大于阴天与雨天,阴天和雨天温室茶树腾发量基本相同。因此在农业温室灌溉设施中,可以通过调节主要环境因素来影响作物腾发量,达到节约水源的目的,并且促进茶树的有效生长,提高茶叶质量与产量,可以为温室茶树精准灌溉提供重要决策依据。     

温室环境-作物湿热系统CFD模型构建与预测

以栽有番茄的Venlo型两连栋玻璃温室为研究对象,对作物蒸腾和土壤蒸发与室内外环境因子之间的关系进行了分析。在充分考虑太阳辐射影响和室内水蒸气传输过程基础上,结合多孔介质模型,构建了求解温室环境〖CD*2〗作物湿热系统的CFD数学模型,并对边界条件的设置进行了探讨。采用Fluent软件对不同天气条件和种植密度温室内温度分布模式进行了3-D数值模拟与预测。结果表明：室内温、湿度模拟值与实测值平均相对误差分别为5.7%和2.1%,CFD模型有效,边界设置合理。晴天室内作物区平均温度较阴天时高1.6℃左右,相对湿度约低3%,太阳辐射对温、湿度分布有影响;双密度栽培作物区温度较单密度高0.8℃,相对湿度高19%。温室背风侧温、湿度略高于迎风侧,作物区温、湿度分布比较均匀,作物和土壤腾发作用对室内温、湿度分布有影响。     

半封闭温室关键系统设计与应用

半封闭温室是近年来新兴温室,其中温室气候走廊和正压送风系统是半封闭温室的关键系统设计。本文通过对半封闭温室内夏季温度分布的均匀性和风道风速测试试验,验证温室的降温能力和送风系统性能。试验结果表明,国产风机SFG5-4配套35米长风道,送风相对比较均匀,风速在4.3-4.7m/s之间;对于温度分布规律来说,在同一水平方向上,半封闭温室内各点的平均温差在1-1.8℃范围内,在同一高度方向温室内各点的平均温差在2.2-3.5℃范围内,且3.5米湿帘比2米湿帘降温效果好。     

三种蓄热设备在组装式日光温室中的应用效果

为研究适用于组装式日光温室的蓄热增温设备,在组装式试验温室中安整水袋式、水幕式和双源热泵主动蓄放热设备,研究其蓄放热量、增温效果、蓄放热成本和节能率等指标,通过试验表明:双源热泵晴天蓄热量和放热量最高,分别为704.99MJ和539.62MJ,晚间温室放热时段平均温度较对照温室高3.51℃,但节能率为29.58%,使用成本较高,双源热泵阴天蓄热量和放热量分别为185.73MJ和222.78MJ,放热时间试验温室平均温度较对照温度高2.08℃;水幕式主动蓄放热设备晴天蓄热量和放热量分别为434.62MJ和337.19MJ,放热时段试验温室平均温度较对照温室高3.13℃,节能率为70.53%;水袋式主动蓄放热设备晴天蓄热量和放热量最低,分别为167.42MJ和157.16MJ,放热时段试验温室平均室温较对照普通温室高1.40℃,节能率为69.18%。通过综合性能分析,采用水幕式主动蓄放热设备具有节能率高、使用成本低的优点,双源热泵蓄放热设备具有蓄放热量大、增温速度快的优点,可根据温室生产需要进行选择安装使用。     

温室方位角对日光温室温度环境的影响

温室方位角对室内温度环境有直接影响.通过对具有不同朝向日光温室室内温度环境的对比实验, 探讨了温室方位角对室内温度环境的影响.测试结果表明,晴天时, 南偏西温室室内夜间温度高于正南及南偏东温室;阴天时, 温室朝向对室内温度环境无明显影响.     

考虑日光温室空间异质性的黄瓜叶片湿润时间估算模型研究

叶片湿润时间（LWD）是植物病害模型的重要输入变量之一，它与许多叶部病原菌的侵染有关，影响病原侵染和发育速率。为了准确地预测日光温室黄瓜病害的发生时间和方位，本研究于2019年3月和9月在北京两个不同类型日光温室内按照棋盘格法设置了9个采样点部署温湿光传感器和目测叶片湿润时间，每隔1 h采集一次温度、湿度、辐射和叶片湿润数据进行定量估算分析。分析结果表明：BP神经网络模型在两个温室的试验条件下获得了相似的准确度（ACC为0.90和0.92），比相对湿度经验模型估算叶片湿润时间的准确度（ACC为0.82和0.84）更高，平均绝对误差MAE分别为1.81和1.61 h，均方根误差RSME分别为2.10和1.87，决定系数R²分别为0.87和0.85；在晴天和多云天气条件下，叶片湿润时间的空间分布总体规律是南部＞中部＞北部，南面是叶片湿润平均时间（12.17 h/d）最长的区域；由东向西方向上，叶片湿润时间的空间分布总体规律是东部＞西部＞中部，中部是叶片湿润平均时间（4.83 h/d）最短的区域；雨天的叶片湿润平均时间比晴天和多云长，春季和秋季分别为17.15和17.41 h/d。这些变化和差异对温室黄瓜种群水平方向的叶片湿润时间分布具有重要影响，与大多数高湿性黄瓜病害的发生规律密切相关。本研究为预测温室黄瓜病害分布提供了有价值的参考，对控制病害流行和减少农药使用具有重要意义，提出的区域化分析温室内叶片湿润时间的方法，可以为模拟日光温室叶片湿润时间的空间分布提供参考。     

节水灌溉稻田水碳通量日变化特征

为了揭示不同天气条件对节水灌溉稻田水碳通量日变化的影响,采用涡度相关系统对节水灌溉稻田水碳通量进行了连续监测,分析了不同天气条件下节水灌溉稻田水汽与CO_2日变化特征。结果表明:节水灌溉稻田各月阴天与晴天典型日内水碳通量变化趋势相似,阴天变化呈现多峰变化,晴天下变化较稳定。夜间和凌晨变化较小,差异也较小,白天差异较大。水稻全生育期各月阴天下典型日稻田水汽通量的峰值是晴天下水汽通量峰值的0.5倍左右。各月之间阴天和晴天的水汽通量在生育中期的八九月峰值均较大。节水灌溉稻田夜间以呼吸排放CO_2为主,白天以光合固定CO_2为主。7、10月阴天典型日稻田CO_2通量峰值是晴天峰值的0.5倍左右,而在水稻生长旺盛的八九月,两种天气条件稻田CO_2通量日变化多数时段偏差较小。     

新型大跨度单体塑料大棚温光性能分析

为提高塑料大棚土地利用率及提升农业机械在棚内的便利操作,设计一种新型大跨度单体塑料大棚,并对大棚温光环境性能进行分析,为浙南地区新型大棚的研发与推广提供理论参考.以大跨度单体塑料大棚为试验对象,对大棚内外温度和光照环境进行测试和分析.新型单体塑料大棚跨度为9.6 m,脊高4.5 m,棚门采用双轨道三扇推拉门设计有利于农...     

日光温室湿度分布的数值模拟

以山西晋中地区日光温室作为研究对象,通过在温室内部布点测量温、湿度的试验和采用CFD进行数值模拟的方法,研究了冬季晴朗天气状况下,采用畦灌方式的日光温室在自然通风条件下内部湿度的分布规律。结果表明,冬季晴朗天气状况下,日光温室在08:00左右湿度达到最高值,14:00左右温度达到最高值;室内温、湿度显著负相关,温度每升高1℃,湿度降低3.31%;温室内部温度实测值与模拟值误差在±3℃以内,湿度实测值与模拟值误差在6.8%以内,整体拟合情况较好,证明了所建立模型的准确性;温室湿度在南北走向、东西走向变化不太明显,垂直方向上分层比较明显。太阳辐射所提供的热量足以维持温室所需,草帘的保温效果显著,无需对温室进行加温,但是温室夜间湿度较高,甚至接近饱和,需要对湿度进行控制。     

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。      

滇中地区作物生长期时空变化特征及影响因子分析

为了探究气候变化对作物生长期的影响,根据1964—2013年滇中地区49个气象站点逐日的最高气温、最低气温和降水数据,采用M-K检验和小波分析,研究了滇中地区作物生长期的时空变化特征及其影响因素。结果表明,(1)滇中地区多年平均作物生长期(GSL)为362.58 d,1964—2013年GSL、无霜日和Tmin均呈显著上升趋势,其中GSL增幅约为0.371 d/10 a,Tmax呈微上升趋势,降水量则呈显著减少趋势,而通过M-K检验得知滇中平均GSL突变时间约为1988年,1999年后呈显著上升趋势,并具有9 a和25 a的周期变化;(2)滇中地区作物生长期空间上表现出中部高,东西低的分布特征,且GSL上升趋势从中南部向东西部越来越明显,尤其是东北部和西北部均呈现出显著上升的趋势;(3)GSL与无霜日和Tmin表现出极显著正相关性关系,且GSL变化受Tmin影响最为显著。     

Forage evapotranspiration and photosynthetically active radiation interception in proximity to deciduous trees

Practically all of the extensive body of research on evapotranspiration (ET) in agricultural systems has been done for open fields. There is a lack of information on how the microclimate variability within silvopasture systems affects water requirements of forages. Small 26 cm diameter, 23 cm deep lysimeters planted with either orchardgrass (Dactylis glomerata L.) or tall fescue (Schedonorus phoenix (Scop.) Holub) were placed in the ground along the north and south edge of two 15 m wide × 50 m deep notches cleared into a mature second growth hardwood forest. One notch opened to pasture on the east receiving more early day solar radiation and one to pasture on the west receiving more wind and late day solar radiation. There was no significant difference in ET between orchardgrass and tall fescue. North edges, receiving more direct beam radiation, had significantly higher ET (39%) than south edges which received a higher percentage of diffuse radiation. The west notch had significantly higher ET (11%) than the east notch. At the sunniest sites, advection provided 20% of the energy used for ET while at the shadiest sites it provided more than half (56%) with the rest provided by incident solar radiation. Dates where photosynthetically active radiation (PAR) was restricted by clouds resulted in decreased ET relative to PAR compared to more sunny days. However, sites where PAR was restricted by tree shade had higher ET relative to PAR than more open sites. These results indicate tree modification of microclimate does not decrease forage ET to the extent that PAR is decreased.     

北方干寒地区日光温室CO2预测模型建立与冬季试验

根据质量平衡原理,构建了适用于北方干旱、寒冷地区典型日光温室CO2动态预测模型。模型定量描述了作物光合和呼吸作用、土壤呼吸作用、CO2施肥、自然通风及闭膜后的冷风渗透对室内空气中CO2的动态影响过程。利用内蒙古农牧业科技园区的日光温室对模型进行了冬季验证。结果表明,模型能较好地预测北方干旱、寒冷地区冬季晴天、多云天气的日光温室室内空气CO2浓度的动态变化过程,且预测值和实测值之间的相对误差小于10%。