植物工厂系列谈(三)--植物工厂研究现状及其发展趋势

营养液栽培技术的进步为植物工厂的产生和发展奠定了良好的基础,与土壤栽培相比,营养液栽培能加速作物生育进程,使一年的栽培茬数增加15%～20%,莴苣和芹菜一年可栽培6～8茬,黄瓜和番茄1.8～2.2茬。目前,植物工厂无论是移动式栽培系统还是固定立体式栽培系统全部采用营养液栽培技术。1840年德国科学家李比希提出植物矿物质营养学说奠定了无土栽培的理论基础。1929年美国加利福尼亚州立大学格里克教授应用营养液栽培番茄取得成功,标志着营养液栽培进入生产应用阶段。最早应用于生产的国家是美国、英国、丹麦、荷兰,而最具特色尤其是近年来发展…     

设施环境中红光与远红光比值调控的研究进展

该文详述了近年来国内外设施园艺环境中R/FR比值对植物形态、生长发育的影响以及实验、生产中R/FR比值调控方法的研究进展。介绍了几种人工光源及光质调控薄膜的R/FR特性，对进一步开展此项研究工作提出建议。     

不同LED光质对生菜生长和营养品质的影响

在玻璃温室条件下,呆用土培盆栽的方法栽培生菜,于采收前在人工光照培养箱内用不同光质的发光二极管（LED）光源进行6d连续光照处理（光周期为24h）,探讨了采收前不同光质LED连续光照处理对土培生菜生长及营养品质的影响。结果表明,白光处理下生菜的地上部生物量最小,蓝光处理的地上部生物量最大,红光居中。不同光质处理对生菜叶片叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量均无显著影响。与白光相比,红光和蓝光处理显著降低了生菜地上部分硝酸盐的含量,而红蓝光处理的生菜地上部分硝酸盐的含量略低于白光处理。4种光质处理中,以红蓝光处理的VC含量最高,红光处理次之,白光和蓝光处理最低。另外,与白光处理相比,红光处理显著提高了生菜地上部的花青素含量,蓝光处理生菜地上部花青素含量最低,白光处理与红蓝光处理略高。总之,呆收前以LED红光或红蓝光进行连续光照处理,对提高设施土培生菜的营养品质的效果较好。     

日光温室土质墙体内热流测试与分析

对山东省寿光市下沉式日光温室的土质墙体内不同厚度处的温度、室内外气温及墙体表面太阳辐射进行连续观测,以分析土墙内温度和热流的变化,探明日光温室后墙热传导规律。结果表明:日光温室土质后墙内热量传递呈现一定的日变化规律,墙体热流传导主要沿厚度方向,表层蓄、放热过程明显。在试验条件下,晴天时,白天通过墙体累计吸热量为2657kJ·m-2,夜间向温室内累计放热量为1865kJ·m-2;雪天时,通过墙体累计吸热量为18kJ·m-2,累计放热量为859kJ·m-2。在下沉式日光温室土质墙体内存在有效蓄热层和保温层,墙体各层功能不同,因此建议在墙体建造时选用不同功能材料分层处理,以发挥日光温室墙体的最大蓄热保温能力。     

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。     

基于RSM和GA-BP-GA优化的油茶籽仿真参数标定

采用逆向工程技术,在EDEM软件中建立了油茶籽离散元模型;通过物理试验测得油茶籽堆积角为(27.93±1.46)°,以及密度、碰撞恢复系数和油茶籽-钢板间静摩擦因数的参数区间,采用Plackett-Burman Design和最陡爬坡试验筛选显著性因素;以堆积角为响应值,采用响应面(RSM)和机器学习对显著性参数进行优化和对比。结果显示,基于遗传算法(GA)的BP人工神经网络的预测能力与稳定性优于随机森林、支持向量机和BP人工神经网络;采用GA寻优得到油茶籽-油茶籽间静摩擦因数为0.443、油茶籽-钢板间静摩擦因数为0.319、油茶籽-油茶籽间滚动摩擦因数为0.063,测得仿真堆积角为27.63°,与实际堆积角的相对误差为1.09%;采用RSM得到油茶籽-油茶籽间静摩擦因数为0.383、油茶籽-钢板间静摩擦因数为0.335、油茶籽-油茶籽间滚动摩擦因数为0.064,测得仿真堆积角为26.99°,相对误差为3.33%。研究结果表明,在油茶籽参数标定中,GA-BP-GA的参数优化效果优于RSM,并且该研究所建油茶籽模型与参数标定结果可用于离散元仿真。     

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。      

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。     

荷兰温室环境调控技术进展

环境调控技术是温室工程的核心,是温室周年生产的基础保障和获取高产稳产的重要手段。20世纪60年代初,随着荷兰温室技术的快速发展,环境调控技术陆续得到应用与推广。首先是采暖系统率先引入温室的冬季增温,使用的燃料由最初的煤炭逐渐升级到油和天然气;随后,CO2施肥技术开始在温室生产中推广使用;60年代中期,第一个温室模拟气候控制系统问世,虽然当时仅能控制加热和通风机构,但为后来的计算机控制系统奠定了基础;此后,温室补光、通风开窗机构、天沟保温等光温调节技术相继得到开发应用;80年代初,可移动式保温幕开始推广应用,为温室冬季夜…     

设施园艺与观光农业系列(3)——观光农业园的规划设计要求

观光农业园的规划选址一般应位于大城市近郊或旅游线上,要和周围环境相协调.以交通、通讯、供水、供电方便,立地生态条件好,环境优雅,无污染的自然农业用地为好,也可选择依山傍水的地块,与自然景观相融.根据规模、投资能力和功能设置的需要进行规划,作为一个综合性的农业休闲观光园,一般需要具备如下几大功能区: