环境因子对温室甜瓜蒸腾的驱动和调控效应研究

为探明温室环境对甜瓜蒸腾的驱动和调控机理,以土壤相对含水率、空气温度、相对湿度和光辐射量为试验因素,按四因素五水平二次回归正交旋转组合设计,测定了不同环境因子组合下甜瓜叶片蒸腾速率和气孔导度。利用水量平衡法控制土壤含水率,用Li-6400型光合仪叶室控制温度、相对湿度和光辐射量,定量分析了瞬时尺度上土壤和气象环境因子对甜瓜叶片蒸腾速率影响的的主效应、单因子效应、边际效应和交互作用,建立了环境因子驱动的蒸腾速率模型。研究结果表明:除相对湿度外,土壤相对含水率、空气温度和光辐射量对蒸腾速率均为正效应,其中土壤相对含水率和空气温度的单因子效应趋近线性函数,光辐射量和相对湿度的单因子效应分别为开口向上和向下抛物线函数;土壤相对含水率和空气温度的边际效应随编码值的递增变化较平缓,且在试验编码范围内均为正效应,光辐射量和相对湿度对蒸腾的边际效应随编码值的增加分别呈显著递增和递减趋势,其正负效应临界编码值分别为-0.69和-1.49;环境因子对蒸腾的影响存在交互作用,表现为协同促进或拮抗调控作用,大气水汽压亏缺是环境影响蒸腾的重要中转因子,在瞬时尺度叶片蒸腾的调控中起主导作用。     

黄瓜气孔导度、水力导度的环境响应及其调控蒸腾效应

以营养生长期温室黄瓜为研究对象,通过四元二次正交旋转组合设计,分析稳态流条件下土壤相对含水率、空气温度、空气湿度和光合有效辐射对气孔导度、土壤植物系统总水力导度的影响及其调控蒸腾效应。结果表明,4个环境因子对气孔导度、总水力导度均有正效应,对其影响最大的环境因子分别是空气湿度、空气温度;土壤相对含水率与光合有效辐射、空气温度与空气湿度对气孔导度和总水力导度存在明显的交互作用;空气湿度对气孔导度、总水力导度的单因子效应为开口向上的抛物线函数,其他环境因子的单因子效应皆趋近于线性递增函数;各因子的边际效应分析表明,空气湿度是气孔导度的主要调控途径,除光合有效辐射外,其他因子均可有效调控总水力导度。采用通径分析方法研究了环境因子、气孔导度、总水力导度调控蒸腾效应,结果表明,空气温度、光合有效辐射和气孔导度均主要通过增强总水力导度对蒸腾作用产生间接正效应,其次是对蒸腾作用的直接正效应;土壤相对含水率主要通过增强总水力导度和气孔导度对蒸腾作用产生间接正效应;空气湿度的直接影响为负效应,但其主要影响途径为通过增强总水力导度和气孔导度对蒸腾作用的正效应;气孔导度与总水力导度响应环境因子变化并相互作用,协同调控蒸腾作用。     

太阳辐射及影响环境因子与核桃灌溉平衡分析

为了探究太阳辐射、温度及相对湿度对于核桃灌溉需求的影响,确定最适宜核桃生长的灌溉量,设计了核桃灌溉平衡分析系统。结果表明:温度、相对湿度变化趋势滞于太阳辐射变化。同时,确定建立蒸腾作用模型参数,建立核桃蒸腾作用模型,进而建立蒸发蒸腾量和蒸腾量之间的关系,并采用经验公式,计算核桃耗水量。采用正交实验分析,以产量及出核率为指标,探究不同生长时期最优用水量及最重要时期。最后,综合产量及出核率分析结果,确定了核桃生长不同时期最优灌溉量。     

温室膜下滴灌甜瓜需水量与水分生产函数研究

对日光温室膜下滴灌条件下甜瓜耗水规律、产量以及水分生产函数进行了研究。结果表明:甜瓜水分消耗呈现开花前期与开花—坐果期小、膨大期大、成熟期小的规律,耗水高峰出现在膨大期。甜瓜产量与总耗水量之间呈二次抛物线关系,最佳灌水量为112.39 mm。同时,应用Jensen模型拟合了甜瓜水分生产函数,水分生产函数的敏感指数按膨大期→开花-坐果期→成熟期→开花前期的顺序依次降低。     

基于环境VPD决策的温室甜瓜灌溉系统设计与试验

为实现温室甜瓜栽培的精准自动灌溉,设计了一种基于甜瓜最优生长需求的灌溉决策系统。兼顾甜瓜产量、品质、水氮利用效率3个类别10个指标建立综合评价体系,引入融合最大隶属度的AHP法确定甜瓜栽培综合最优的日灌水水平,采用K-means聚类算法对日最优灌溉量与环境温湿度数据进行分析,建立了甜瓜不同生育期基于环境饱和水汽压差（Vapor pressure deficit,VPD）聚类结果的定量灌溉决策模型。结果表明,灌水水平120%蒸腾蒸发量下甜瓜综合生长最优,不同生育期内VPD与灌溉量在聚类形心数为3时轮廓系数(0.72)最大,组间轮廓清晰,界限分明,且在VPD较高时,灌水量显著增高,聚类结果最优。自动灌溉系统采用RS485型温湿度传感器实时监测温室内的环境参数,由STM32F103ZET6单片机实现基于模型的灌溉控制,由电子流量计对灌水量计量反馈,并通过云平台实现远程监控功能。系统应用验证试验表明,甜瓜在产量、可溶性固形物含量和可溶性蛋白含量上略优于常规农艺管理,在节水方面优势显著,甜瓜全生育期累积节省灌水量15.9%,并极大地降低劳动力成本,实现自动精量灌溉。     

玉米栽培因子与水分利用效率模型研究初探

采用均匀试验设计和均匀设计极大值回归分析的方法,以先玉335为试验材料,研究了水肥等栽培因子对玉米水分利用效率的影响及其耦合效应。从多因素分析表明其影响顺序为:底钾(x5)>追氮(x6)>补水(x7)>密度(x2)>底氮(x3)>播期(x1)>追肥/补水生育期(x8)>底磷(x4)。在数学模型中,各栽培因子间耦合效应对玉米产量影响都达到了极显著水平,且在正效应中,底钾(x5)与追氮(x6)的耦合效应对玉米水分利用效率的影响最大。当播期为4月16日,密度为80959.6株/hm2,底施氮量为3.7 kg/hm2,底施磷量为1.2 kg/hm2,底施钾量为0.0056 kg/hm2,追施氮量为3.5 kg/hm2,补灌量为0.024 m3/hm2,在玉米6片展叶时追肥-补水,玉米水分利用效率达到理论最高值42.66 kg/(mm.hm2)。     

温室番茄叶片生理指标日变化特性及其与生态因子的关系

以温室春-夏季番茄为试验材料,采用小区试验方法,探讨了花果期和盛果期不同土壤水分条件下番茄叶片生理指标日变化特性、水分利用效率WUEL及生态因子间相关性。结果表明,番茄不同生育期生理指标日变化峰值时间不同;日均气孔导度、蒸腾速率随土壤水分的增加而变大,而日均光合速率最大值出现在70%土壤相对含水率的处理;两生育期蒸腾速率和光合速率受气孔调节的效应明显。在试验范围内,土壤水分越低,WUEL越高,番茄花果期WUEL较大。光合有效辐射是影响叶片光合速率重要生态因子。     

温室环境控制方法研究进展分析与展望

温室环境优化调控方法和技术能有效改善温室作物的生产条件,提高光能资源的利用效率,从而实现温室作物的高产、高效、优质生产。为了充分利用国内外的研究成果,促进我国在该领域的研究与应用,从基于设定值、智能算法、多目标优化、多因子耦合和基于作物生长信息的环境控制方法等5方面,综述了温室环境控制方法的国内外研究进展。针对我国该领域的研究现状和存在的问题,提出今后应解决光/温/营养耦合高效控制机理、植物表型高通量检测方法等重大科学问题,突破信息感知、物联网、智慧管控等关键技术,形成具有中国特色的温室智能化测控技术体系。     

遮光、密闭环境对番茄植株蒸腾的影响

在茎热平衡技术测定植株茎流的原理基础上,结合温室内气象数据采集仪器,通过对小温室做遮光、密闭处理,探讨番茄茎流的变化规律。结果表明,密闭温室处理后晴天番茄茎流变化趋势不变,但白天茎流明显减小,此时影响茎流的环境参数除光照外,温室内的大气温度、空气相对湿度以及CO2浓度等都不能忽略。人为改变光照,使茎流随之发生改变,变化规律与光照强度的变化规律相似,所不同的是茎流变化曲线稍稍滞后于光照的变化曲线;茎流随光照的降低而逐渐减小,在时间上有一个延迟。当白天遮光变温室为"黑暗"状态时,茎流缓慢减小,但此时茎流却远远大于夜晚茎流,而且白天温室内"黑暗"状态处理的不同时间段茎流减小的快慢是不一样的。     

温室番茄光合作用模拟模型中环境因子的影响

在建立温室内番茄群体光合作用模拟模型的基础上,综合考虑了温室内各种环境参数对番茄生长与光合作用的影响,构建了温度、CO2浓度及水分对番茄光合作用速率的影响函数,从而可以更准确地计算番茄群体光合日总量,为温室番茄栽培模拟模型的研究提供了一定的理论依据。     

考虑时空变异特性的温室多环境因子优化策略

本文考虑温室环境的时空变异特性,通过构建温室建筑计算流体力学（CFD）模型,结合带精英策略的非支配遗传算法（NSGA-Ⅱ）,建立C++-Fluent联合优化框架,实现温室环境因子的多目标、高效率优化。CFD温室模型在江苏省镇江市的一处温室进行实地验证;迭代优化算法由C++实现并通过超级计算机提高计算效率;优化目标包括作物区域温度场、二氧化碳浓度分布以及控制温室风机能耗。研究结果表明,CFD温度场和速度场与监测点实验值吻合度高,平均相对误差分别为4.9%和7.05%;为获得某场景下作物生长温度场、二氧化碳浓度分布的最优值且维持温室风机的低能耗,温室湿帘入口温度为[296.6K,302K],风机出口风速为[2.9m/s,5.5m/s]。此时作物区域的温度场、二氧化碳浓度分布及风机能耗均在最优范围,有助于提高作物产量,降低温室能耗;超级计算机Linux系统下开发的优化方案计算效率比个人计算机大幅提高,计算时长缩短约88.09%。本文所提策略充分考虑温室环境的时空变化特性,对温室内多环境因子实现多目标、高效率优化。     

根域限制对温室膜下滴灌网纹甜瓜耗水特征与果实品质的影响

【目的】利用根域限制技术调节温室网纹甜瓜生长及耗水特性,研究适宜的根域限制方式和限根深度。【方法】以西州蜜25号为试材,设置2种限根方式(纱网布和塑料布)和6种限根深度(10、20、30、40、50、60 cm)组合的根域限制处理,研究了限根对温室膜下滴灌甜瓜耗水特性、干物质积累、果实产量和品质的影响。【结果】与常规种植相比,纱网布限根对甜瓜植株干物质积累量、果实产量和果实外观品质影响不显著(P>0.05);塑料布限根显著降低了甜瓜植株干物质积累量、果实产量、果实横纵经和果形指数(P<0.05)。适度根域限制显著提高了甜瓜的水分利用效率,10 cm和20 cm纱网布限根甜瓜的水分利用效率分别比CK提高了10.90%和5.47%,10 cm和20 cm塑料布限根甜瓜的水分利用效率分别比CK提高了8.06%和4.39%,限根深度过深水分利用效率显著降低。限根显著影响了果实营养品质,限根深度为10、20、30 cm的纱网布限根和限根深度为20、30、40 cm的塑料布限根提高了甜瓜果实可溶性总糖、可溶性固形物量和酸糖比。【结论】温室膜下滴灌条件下,限根深度10~20 cm的纱网布限根对温室网纹甜瓜的营养生长和生殖生长影响不显著,可提高水分利用效率和果实品质,是适宜根域限制方式。     

秋季温室番茄环境因子变化规律研究—基于无线传感网络

环境因子是制约蔬菜产量与品质的关键因素。为了精准指导温室番茄生产管理、探索环境因子变化对其影响,利用无线传感网络(Wireless Sensor Network,WSN)采集了连栋温室番茄在不同生育期、高度、位置下环境因子数据。数据分析发现:不同发育期温湿度变化范围不同,光照强度减弱,光照时间减少,二氧化碳浓度变化延迟;白天,冠层的温度、光照强度比其他高度的大,湿度比其他高度的低,中间层与根部接近,夜间3个高度环境因子相近;不同位置温度由南向北、湿度由北向南呈高到低之势,光照强度和二氧化碳浓度最大差值分别为6 562.5 lux及9 3.7 6×1 0-6。测试结果表明:WSN可为番茄连栋温室环境调控提供参考和决策支持。     

干热河谷区橙子树蒸腾耗水环境响应与生理调节研究

为探究西南干热河谷地区典型经济林木橙子树的蒸腾耗水机制,利用热扩散式探针TDP、冠层分析仪、土壤水分传感器TDR、全自动气象站等设备获取橙子树蒸腾量、叶面积指数、土壤含水率和气象因子（气温、辐射、饱和水汽压差、降雨量等）的长期数据。对橙子树蒸腾规律的环境控制和生理调节特征进行系统研究,结果表明：相比于干季和雨季,干热季橙子树表现出较为保守的水分利用机制,日蒸腾量、冠层导度和退耦系数都显著低于其他两个季节。干季和雨季,橙子树蒸腾活动受太阳辐射和饱和水汽压差的交替控制,而干热季蒸腾活动主要受饱和水汽压差的驱动。冠层导度与气象因子日内动态变化特征之间存在时滞效应,且这种效应在不同天气不同季节具有差异。受叶面积指数影响,饱和水汽压差与冠层导度在整个年份呈负对数相关关系,其他环境因子与冠层导度在叶面积指数小于4m2/m2时呈负对数相关关系,大于等于4m2/m2时呈二次函数相关关系。不同环境条件下虽然冠层导度对饱和水汽压差的敏感性不同,但蒸腾耗水在大多数环境条件下基本遵循等水势调节策略,但个别环境条件下存在环境胁迫应对失衡风险。研究结果可为干热河谷区橙子园环境胁迫诊断提供直接依据,有利于灌溉制度的科学优化和节水调控技术体系的高效制定。