溫室內(nèi)不同濕熱環(huán)境變化規(guī)律及其對(duì)作物騰發(fā)量的影響.pdf

文章編號(hào) 1007 4929 2020 02 0001 07 溫室內(nèi)不同濕熱環(huán)境變化規(guī)律 及其對(duì)作物騰發(fā)量的影響 葛建坤1 劉艷飛1 羅金耀2 劉增進(jìn)1 李小平2 1 華北水利水電大學(xué) 鄭州450046 2 武漢大學(xué)水資源與水電工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 武漢430072 摘 要 針對(duì)不同濕熱環(huán)境下 溫室內(nèi)土壤 空氣溫濕度和作物騰發(fā)量的變化規(guī)律進(jìn)行研究 以期揭示三者之間 的相互影響機(jī)理 為溫室栽培的濕熱環(huán)境調(diào)控 保溫保墑和節(jié)約水資源提供理論依據(jù) 以溫室盆栽番茄為研究對(duì)象 設(shè)置了3種不同的濕熱環(huán)境處理 即溫室內(nèi)正常開(kāi)放式環(huán)境 T1 溫室內(nèi)加設(shè)包裹式全封閉塑料小棚環(huán)境 T2 及溫 室內(nèi)加設(shè)頂開(kāi)式半封閉塑料小棚環(huán)境 T3 實(shí)測(cè)3個(gè)處理的微氣候變化 土壤墑情及作物騰發(fā)量 并對(duì)其變化規(guī)律進(jìn) 行對(duì)比分析 結(jié)果表明 在秋冬季 土壤濕度的變化趨勢(shì)與作物騰發(fā)量在整個(gè)生育期內(nèi)基本一致 土壤溫度與作物 騰發(fā)量在開(kāi)花坐果期呈相反的變化趨勢(shì) 在開(kāi)花坐果期內(nèi) 空氣濕度與作物騰發(fā)量同增減 而在成熟采摘期 騰發(fā) 量增加時(shí) 空氣濕度變化幅度反而較小 且空氣溫度和濕度呈相反的變化規(guī)律 在整個(gè)生育期內(nèi) 土壤濕度與空氣 濕度表現(xiàn)出一致的變化規(guī)律 土壤溫度與空氣溫度的變化趨勢(shì) 變化幅度在開(kāi)花坐果期內(nèi)基本一致 而采摘后期 其 變化幅度有較明顯的差異 空氣溫度較土壤溫度大 在整個(gè)生育期內(nèi) 3個(gè)處理的作物騰發(fā)量變化趨勢(shì)基本一致 但T2變化幅度較T1 T3大 且受土壤 空氣溫度的影響較大 T2處理作物騰發(fā)量的修正P M模擬值與實(shí)測(cè)值擬合度 較高 R2為0 851 4 封閉式溫室環(huán)境空氣和土壤的溫濕度較適宜冬季作物生長(zhǎng) 其保溫保墑效果良好 且水分得到了 較為充分的利用 節(jié)約了一定的水資源 為溫室管理提供參考 關(guān)鍵詞 濕熱環(huán)境 溫濕度特征 作物騰發(fā)量 節(jié)約水資源 中圖分類(lèi)號(hào) S275 6 S626 5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A Variation Law of Different Humid and Hot Environment in Greenhouse and Its Effect on Crop Evapotranspiration GE Jian kun1 LIU Yan fei1 LUO Jin yao2 LIU Zeng jin1 LI Xiao ping2 1 North China University of Water Resources and Electric Power Zhengzhou 450046 China 2 State Key Laboratory of Water Resources and Hydropower Engineering Science Wuhan University Wuhan 430072 China Abstract This experiment studied the variation law of soil air temperature and humidity and crop evapotranspiration in greenhouse under different humid and hot environments in order to reveal the interaction mechanism among them and provide theoretical basis for regulating and controlling the humid and hot environment preserving moisture and saving water resources in greenhouse cultivation In this experiment the greenhouse potted tomatoes were used as study material Three different kinds of humid and hot environmental treatments were set up namely normal open greenhouse environment T1 encapsulated fully enclosed plastic shed environment T2 and top semi enclosed plastic shed environment T3 in greenhouse The micro climate change soil moisture and crop evapotranspiration of the three treatments were measured The law of change was compared and analyzed The results were as following In autumn and winter the change trend of soil moisture was basically the same as that of crop evapotranspiration in the whole growth period and the change trend of soil temperature and crop evapotranspiration was opposite in the flowering and fruit setting period During the flowering and fruit setting period air humidity 收稿日期 2019 05 14 基金項(xiàng)目 國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目 51709110 51809094 51779093 河南省科技計(jì)劃項(xiàng)目 162300410138 河南省高等學(xué)校重點(diǎn)科研項(xiàng)目 計(jì)劃項(xiàng)目 18A570005 河南省高校創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)支持計(jì)劃項(xiàng)目 19IRTSTHN030 作者簡(jiǎn)介 葛建坤 1983 男 副教授 碩士生導(dǎo)師 主要從事節(jié)水灌溉理論與技術(shù)研究 E mail 54012012 通訊作者 劉增進(jìn) 1961 男 教授 碩士生導(dǎo)師 主要從事節(jié)水灌溉理論與技術(shù)研究 E mail 2024692826 1節(jié)水灌溉 2020年第2期 and crop evapotranspiration increased and decreased while in the mature harvesting period air humidity changed slightly and air temperature and humidity changed in the opposite way During the whole growth period soil moisture and air humidity showed the same change rule The change trend and range of soil temperature and air temperature were basically the same during flowering and fruit setting period but in the later period of harvesting the change range was obviously different Air temperature was larger than soil temperature During the whole growth period the trend of crop evapotranspiration of the three treatments was basically the same but the change range of T2 was larger than that of T1 and T3 and was greatly affected by soil and air temperature The modified P M simulation value of crop evapotranspiration of T2 treatment was better than the measured value and R2 was 0 851 4 It can be concluded that the temperature and humidity of air and soil in enclosed greenhouse are more suitable for winter crop growth The effect of heat preservation and moisture conservation is good and the water is fully utilized which saves a certain amount of water resources and provides reference for greenhouse management Key words hot and humid environment temperature and humidity characteristics crop evapotranspiration water conservation 水資源危機(jī)已經(jīng)成為影響全球經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的核心問(wèn)題 之一 水資源不足嚴(yán)重制約農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展 目前 農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 采用的常規(guī)灌溉方式 節(jié)水效果有限 農(nóng)業(yè)水資源的循環(huán)利用 在一定程度上可以緩解農(nóng)業(yè)水資源不足的問(wèn)題 1 大氣中的 水具有流動(dòng)性 難以將其固定在一個(gè)封閉的空間內(nèi) 因此 回收 利用大氣水蒸氣有一定的困難 如果可以將水蒸氣固定在一 個(gè)封閉的空間內(nèi) 利用晝夜溫差將水蒸氣液化后 自動(dòng)回歸土 壤和作物 可實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)利用 2 常規(guī)日光溫室具有的 封閉性特點(diǎn) 可使土壤蒸發(fā)和作物蒸騰產(chǎn)生的水蒸氣大部分被 封閉在有限的空間內(nèi) 通過(guò)溫室的封閉循環(huán) 在一定程度上可 實(shí)現(xiàn)蒸散發(fā)水的循環(huán)利用 3 在北方秋冬季 氣候干燥寒冷 溫室內(nèi)氣溫較低 水分較少 不宜于作物生長(zhǎng)發(fā)育 設(shè)置封閉 的小溫室在循環(huán)利用蒸散發(fā)水的情況下還可以起到保溫保墑 的作用 不僅有助于作物在冬季生長(zhǎng) 生產(chǎn) 而且可以減少人工 補(bǔ)溫 封閉式溫室環(huán)境最直接的影響是室內(nèi)溫濕度變化和耗 水過(guò)程 作物生長(zhǎng) 發(fā)育對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境的溫濕度變化極為敏感 溫 濕度的變化直接或間接影響作物的產(chǎn)量和品質(zhì) 因此 為解決 農(nóng)業(yè)水資源不足 調(diào)控室內(nèi)濕熱環(huán)境等問(wèn)題 探明溫室內(nèi)蒸散 發(fā)水循環(huán)利用對(duì)空氣和土壤溫濕度變化規(guī)律及耗水過(guò)程的影 響尤為重要 近年來(lái) 有關(guān)溫室內(nèi)濕熱環(huán)境變化規(guī)律的研究 屢見(jiàn)不鮮 但多集中在空氣溫度 濕度或土壤溫度 濕度單因素方面 而空 氣溫濕度和土壤溫濕度之間的變化規(guī)律及二者之間的交互影 響關(guān)系 研究者較少 塔娜等 4 對(duì)不同含水率下土壤溫度變化 規(guī)律進(jìn)行了模擬擬合 以期實(shí)現(xiàn)寒冷干旱地區(qū)的土壤溫度控 制 徐景花 5 研究的大棚溫濕度變化規(guī)律對(duì)作物生長(zhǎng)的影響 局限于數(shù)據(jù)的單一觀測(cè) 且需大量人工補(bǔ)溫 范士杰等 6 通過(guò) 設(shè)置地膜覆蓋和綠肥的不同處理 進(jìn)行了其對(duì)馬鈴薯田間土壤 耕層溫度的影響研究 路海東等 7 研究了黑色地膜對(duì)玉米根 區(qū)土壤水溫環(huán)境水分利用效率的影響 Qiu Rangjian等 8 進(jìn)行 了不同灌溉方式對(duì)溫室辣椒能量分配的研究 Yuan Hongbo 等 9 提出了基于溫度積分算法的溫室環(huán)境控制方法 利用溫度 積分原理對(duì)每一時(shí)間葉片的溫度調(diào)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算 根據(jù)得到的 溫度調(diào)節(jié)點(diǎn)結(jié)合當(dāng)前實(shí)際溫度進(jìn)行環(huán)境控制 李國(guó)師等 10 通 過(guò)對(duì)溫室內(nèi)每日最低氣溫的連續(xù)觀測(cè) 運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對(duì)溫 室保溫性能進(jìn)行了分析 提出了溫室最低地溫與最低氣溫的簡(jiǎn) 單線性關(guān)系 Kittas等 11 提出了一個(gè)溫室能量模型 通過(guò)一個(gè) 方程把溫室室溫與室外的環(huán)境變量以及溫室的特性等聯(lián)系起 來(lái) SHARMA等 12 ABBES等 13 針對(duì)不同結(jié)構(gòu)的溫室 建立 了能夠定量描述溫室內(nèi)的對(duì)流換熱 蒸騰蒸發(fā)凝結(jié)等物理過(guò)程 的溫濕度動(dòng)態(tài)機(jī)理模型 可見(jiàn) 溫室內(nèi)溫濕度的變化對(duì)作物蒸 騰蒸發(fā)有很大的影響 然而前人多以單一因素來(lái)進(jìn)行研究 故 空氣和土壤的溫度 濕度之間的變化關(guān)系值得探討 耗水量是溫室節(jié)水灌溉研究的關(guān)鍵性因素 是溫室管理制 度制定的主要參考依據(jù) 耗水過(guò)程關(guān)乎試驗(yàn)的研究意義及試驗(yàn) 方案的設(shè)計(jì) 植物耗水量受自身生理特性和溫室環(huán)境因子的共 同影響 14 水是農(nóng)業(yè)的命脈 是植物進(jìn)行一切生理活動(dòng)的主 要成分和載體 其中95 99 的水分用于蒸騰作用 15 其是 植物水分關(guān)系中起支配作用的一個(gè)過(guò)程 具有多種生理功能 是植物生長(zhǎng)發(fā)育和適應(yīng)環(huán)境的基礎(chǔ) 郭占奎等 16 通過(guò)大型稱(chēng) 重式蒸滲儀實(shí)測(cè)覆膜滴灌條件下櫻桃西紅柿蒸騰量 分析了溫 室微環(huán)境氣象條件及水面蒸發(fā)量的變化規(guī)律 邱讓建等 17 應(yīng) 用雙作物系數(shù)模型估算了溫室番茄耗水量 研究表明溫室生產(chǎn) 中植株蒸騰為耗水最主要部分 可見(jiàn) 溫室內(nèi)作物蒸騰規(guī)律的 研究受到廣泛重視 能否準(zhǔn)確快速地測(cè)定作物蒸騰量將直接影 響作物水分管理的精確控制 故本試驗(yàn)對(duì)溫室盆栽番茄騰發(fā) 量變化進(jìn)行探討 以期為溫室灌溉制度提供理論依據(jù) 因此 本文以探明溫室環(huán)境濕熱變化特征 改善溫室濕熱 環(huán)境為目標(biāo) 明確溫濕度變化規(guī)律和耗水過(guò)程 使得作物水分 得以充分利用 節(jié)約水資源 可為冬季溫室栽培采取保溫保墑 等環(huán)境調(diào)控措施提供參考 為緩解農(nóng)業(yè)水資源不足等問(wèn)題提供 理論依據(jù) 1 材料與方法 1 1 試驗(yàn)區(qū)概況 試驗(yàn)于2017年10月 2018年1月在華北水利水電大學(xué)智 能溫室 34 16 34 58 N 112 42 114 14 E 海拔75 m 內(nèi) 進(jìn)行 年平均降雨量640 9 mm 年平均氣溫在14 14 3 之間 無(wú)霜期220 d 全年日照時(shí)間約2 400 h 屬于北溫帶大陸性季風(fēng) 氣候 試驗(yàn)溫室坐北朝南 跨度9 6 m 長(zhǎng)度56 m 開(kāi)間4 m 為 鋼架結(jié)構(gòu) 溫室四周及頂部均是玻璃材質(zhì) 溫室南北面各安裝 了兩臺(tái)大型排風(fēng)扇可保證內(nèi)外空氣交換 溫室內(nèi)裝有大型管道 式供暖設(shè)備 試驗(yàn)區(qū)土壤為壤土類(lèi) 0 60 cm的平均容重 田 間持水率和凋零系數(shù)分別為1 49 g cm3 0 32和0 09 cm3 cm3 1 2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)設(shè)計(jì)3個(gè)不同濕熱環(huán)境處理 即溫室內(nèi)正常開(kāi)放式環(huán) 2溫室內(nèi)不同濕熱環(huán)境變化規(guī)律及其對(duì)作物騰發(fā)量的影響 葛建坤 劉艷飛 羅金耀 等 境 T1 溫室內(nèi)加設(shè)包裹式全封閉塑料小棚環(huán)境 T2 及溫室 內(nèi)加設(shè)頂開(kāi)式半封閉塑料小棚環(huán)境 T3 每個(gè)處理20個(gè)盆栽 將3個(gè)處理中長(zhǎng)勢(shì)一致的植株任意選取3株并做好標(biāo)記作為 觀測(cè)對(duì)象 取三者均值進(jìn)行分析 栽盆均采用口徑23 cm的花 盆 每一株掛有吊線以便吊掛植株 使其保持直立生長(zhǎng) 番茄 品種均為 金頂新星 于2017年9月育苗 10月移栽 采用滴灌 方式灌水 滴頭間距30 cm 滴頭流量為2 0 L h 灌水時(shí)間0 5 h 確保滴頭與植株一一對(duì)應(yīng) 溫室內(nèi)安裝有 80 cm蒸發(fā)皿 待累積蒸發(fā)量達(dá)到20 2 mm時(shí)進(jìn)行灌水 將兩次灌水相隔的 天數(shù)作為一個(gè)灌水周期 3個(gè)處理的灌水量保持一致 有研究 表明 18 19 盆栽表層土壤的溫濕度動(dòng)態(tài)變化明顯 對(duì)騰發(fā)量的 影響很大 本試驗(yàn)就表層土壤的溫濕度進(jìn)行重點(diǎn)研究 且由于 試驗(yàn)需要 苗期不作為主要研究?jī)?nèi)容 為防止好濕性病原菌感 染作物 T2處理每隔7 d空氣置換一次 試驗(yàn)起止時(shí)間分別 為 苗期 2017年9月25日 10月25日 開(kāi)花坐果期 2017年 10月26日 12月20日 和成熟采摘期 2017年12月21日 2018年1月25日 10月20日開(kāi)始數(shù)據(jù)測(cè)量 周期為97 d 1 3 試驗(yàn)觀測(cè)項(xiàng)目 1 3 1 氣象資料 溫室內(nèi)外氣象因子由小氣候自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)記錄 在日光溫 室中間位置安裝有氣象自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 該系統(tǒng)包括凈輻射 NR LITE2 Kipp Zonen Delft Netherlands 總輻射 LI200X Campbell Scientific Inc USA 和溫濕度 CS215 Campbell Sci entific Inc USA 所有氣象數(shù)據(jù)每隔30 min由CR1000數(shù)據(jù)采 集系統(tǒng) Campbell USA 自動(dòng)記錄 水面累積蒸發(fā)量采用E601 蒸發(fā)皿于每日7 00 8 00之間進(jìn)行測(cè)量 1 3 2 土壤表層溫濕度 采用澳作生態(tài)儀器有限公司生產(chǎn)的Hydra土壤水分 鹽 分 溫度測(cè)試儀 精度為水分 3 vol 標(biāo)定后 0 5 vol 鹽分 20 標(biāo)定后 2 溫度 0 6 測(cè)定0 10 cm土壤表層 的溫濕度 并同時(shí)采用地溫計(jì)測(cè)定10 cm深度的土壤溫度加以 校正 每次的測(cè)點(diǎn)保持一致 以防對(duì)土壤結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重?fù)p害 1 3 3 空氣溫濕度 采用掛壁式溫濕度計(jì)9013測(cè)定距地面0 5 m和2 m處的 空氣溫度以及空氣濕度 1 3 4 作物騰發(fā)量測(cè)定 采用深圳市成功信諾普電子有限公司生產(chǎn)的TCS 150型 電子秤 精度為0 02 kg 測(cè)定被標(biāo)記盆栽的質(zhì)量 測(cè)量的 兩次之差為土壤蒸發(fā)量和植物蒸騰量 1 4 數(shù)據(jù)處理 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel軟件進(jìn)行處理 分析并繪制圖表 采用 IBM SPSS數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行方差分析 采用鄧肯新復(fù)極差法 進(jìn)行顯著性檢驗(yàn) 2 結(jié)果與分析 2 1 不同溫室環(huán)境土壤溫度 濕度的變化特征 圖1為不同溫室環(huán)境下表層土壤溫度的變化規(guī)律 結(jié)果表 明 3個(gè)處理的溫度變化趨勢(shì)相似 整個(gè)生育期內(nèi)呈現(xiàn)下降趨 勢(shì) T2土壤溫度處于T1和T3之間 相應(yīng)的最高溫度和最低溫 度隨著生育期呈現(xiàn)總體減小的變化趨勢(shì) 土壤溫度的變化較大 程度上影響著作物騰發(fā)量的形成 在整個(gè)生育期內(nèi)3個(gè)處理 土壤溫度的變化幅度明顯不同 T1和T2的土壤溫度變化幅度 明顯比T3大 T2的溫度基本保持在20 T3的溫度則在20 以下 灌水后 T1溫度變化的幅度明顯 變幅為6 T2次 之 為4 5 T3變化緩慢 為3 在相同的太陽(yáng)輻射下 晴 天時(shí)T1和T3溫度日變化量為2 3 T2為3 5 陰天時(shí) T1和T3的溫度日變化量在1 左右 T2在2 左右 可見(jiàn) 密閉微環(huán)境在光照條件相對(duì)較弱的情況依然可以保持較適宜 的土壤溫度 其保溫效果明顯 有效改善了溫室濕熱環(huán)境 圖1 土壤溫度變化曲線 圖2為不同溫室環(huán)境下表層土壤濕度變化規(guī)律 可以看 出 在整個(gè)生育期內(nèi)3個(gè)處理的土壤濕度變化趨勢(shì)基本一致 但變化幅度有明顯的差異 12月2日之前 T1 T3 T2 12月2 日之后 T1 T2 T3 灌水后 T2 T1 T3 但當(dāng)光照加強(qiáng)溫度升 高時(shí) T2濕度變化率較快而且11月12日最低值為3 11月 21日為5 陰天時(shí) 由于隔間的保墑作用 T2土壤濕度有突 變?cè)龃蟮内厔?shì) 說(shuō)明 冬季溫室設(shè)置的密閉微環(huán)境可以改變土 壤水分的變化趨勢(shì) 降低水分的消耗速率 從而使更多的水分 保留在土壤中 即有助于作物的生長(zhǎng)又節(jié)省了水量 20 較大程 度上減少了土壤蒸發(fā) 使得作物水分得到充分利用 保墑效果 較好 圖2 土壤濕度變化曲線 2 2 不同溫室環(huán)境土壤溫度與作物騰發(fā)量關(guān)系對(duì)比 圖3為不同溫室環(huán)境下土壤溫度與作物騰發(fā)量之間的變 化關(guān)系曲線 可以看出 秋冬季 在開(kāi)花坐果期內(nèi)3個(gè)處理的土 壤溫度與騰發(fā)量之間呈相反的變化關(guān)系 即土壤溫度升高時(shí) 3溫室內(nèi)不同濕熱環(huán)境變化規(guī)律及其對(duì)作物騰發(fā)量的影響 葛建坤 劉艷飛 羅金耀 等 作物騰發(fā)量減少 土壤溫度降低時(shí) 作物騰發(fā)量增加 但土壤 溫度最高值與作物騰發(fā)量最小值在時(shí)間上存在差異 并非一一 對(duì)應(yīng) 即T1最高地溫在10月26日 為27 5 最低地溫在1 月25日 為11 6 而最低騰發(fā)量在11月22日 為1 88 mm d 最高騰發(fā)量在12月23日 為5 65 mm d T2最高地溫在10 月26日 為28 4 最低地溫在1月25日 為10 8 而最低 騰發(fā)量在12月10日 為1 13 mm d 最高騰發(fā)量在12月29 日 為5 65 mm d T3最高地溫在10月26日 為28 7 最低 地溫在1月25日 為10 5 而最低騰發(fā)量在12月13日 為 1 51 mm d 最高騰發(fā)量在12月29日 為5 65 mm d 可見(jiàn) 對(duì) 于溫室盆栽作物而言 土壤溫度的變化在一定程度上對(duì)作物騰 發(fā)量有較大的影響 但與此相比 作物騰發(fā)量的形成以作物蒸 騰為主 土壤蒸發(fā)次之 故空氣溫濕度對(duì)騰發(fā)量的影響相對(duì)更 大 對(duì)空氣溫濕度的變化特征及其之間的變化關(guān)系進(jìn)行研究 有助于制定適宜的溫室濕熱環(huán)境調(diào)控制度 圖3 T1 T2和T3處理土壤溫度與作物騰發(fā)量關(guān)系曲線 2 3 不同溫室環(huán)境空氣溫度 濕度的變化特征 通過(guò)對(duì)3個(gè)不同溫室環(huán)境不同空間位置空氣溫度的比較 分析 圖4 可知 在整個(gè)生育期內(nèi)距地面0 5 m處T1和T3處 理氣溫變化規(guī)律及幅度無(wú)明顯的差異 變幅均在15 25 范圍 內(nèi) T2波動(dòng)范圍在20 左右 較T1 T3波動(dòng)范圍小 距地面2 m處3個(gè)處理氣溫變化規(guī)律基本一致 在成熟采摘后期 T2處 理與T1 T3存在一定的差異 從變幅來(lái)看 3個(gè)處理波動(dòng)范圍 均較大 T1處理最低溫度達(dá)到11 最高溫度則達(dá)到了30 T3處理的溫度變化為12 29 而T2處理基本保持在15 30 之間 相對(duì)于T1 T3較高 3個(gè)處理中T2空氣溫度的均值較 大 為21 且氣溫在盛果采摘期變幅明顯大于開(kāi)花坐果期 可見(jiàn) 全封閉式環(huán)境的較高溫度使得作物騰發(fā)量增加 待夜間 溫度降低 利用晝夜溫差可回收較多的水分 提高作物利用效 率 另外 T2處理對(duì)作物開(kāi)花坐果期和作物底層有很好的保溫 作用 而在作物盛果期和采摘期以及作物冠層 保溫效果不是 很明顯 因此 由于后期作物葉片萎蔫 蒸騰速率減小且防止病 蟲(chóng)害 可適當(dāng)調(diào)整塑料薄膜的封閉時(shí)間 圖4 距地面0 5 m和2 m處的空氣溫度變化曲線 圖5為不同溫室環(huán)境下空氣濕度的變化規(guī)律 結(jié)果表明 3 個(gè)處理的空氣濕度在整個(gè)生育期內(nèi)也呈現(xiàn)出一致的變化趨勢(shì) 濕度均在60 90 之間 開(kāi)花坐果期空氣濕度變化幅度較大 變化范圍在20 90 之間波動(dòng) 而成熟采摘期空氣濕度變化 幅度較小 變化范圍在50 90 之間波動(dòng) T1和T3空氣濕 度無(wú)較大差異 T2濕度在苗期較T1 T3小 而開(kāi)花坐果期和成 熟采摘期較T1 T3大 特別在成熟采摘期最高可達(dá)99 濕度 較大 可見(jiàn) 在相同的灌溉條件下 設(shè)置的封閉式環(huán)境有較多 的水分分布在空氣中 因此 在冬季干燥的情況下起到保濕的 作用 而且可利用晝夜溫差將水蒸氣液化并回歸土壤 進(jìn)而達(dá) 4溫室內(nèi)不同濕熱環(huán)境變化規(guī)律及其對(duì)作物騰發(fā)量的影響 葛建坤 劉艷飛 羅金耀 等 到節(jié)約水資源的效果 在改善溫室濕熱環(huán)境的情況下起到了保 溫保墑的效果 但在成熟采摘后期 T2處理由于空氣濕度相 對(duì)較高 作物蒸騰在一定程度上減緩 導(dǎo)致騰發(fā)量減少 可見(jiàn) 較高的空氣濕度不利于作物騰發(fā) 故 在成熟采摘期應(yīng)加強(qiáng)溫 室通風(fēng) 降低溫室濕度 有助于作物生長(zhǎng)發(fā)育 圖5 空氣濕度變化曲線 2 4 不同溫室環(huán)境空氣溫度與濕度關(guān)系對(duì)比 圖6分別為T(mén)1 T2 T3處理下空氣濕度和溫度之間的變化 關(guān)系曲線 可以看出 在相同處理下 3個(gè)處理的空氣濕度與距 地面2 m處空氣溫度和距地面0 5 m處空氣溫度均呈相反的變 化趨勢(shì) 且距地面0 5 m處的溫度遠(yuǎn)小于距地面2 m處的溫度 但在整個(gè)生育期內(nèi) 3個(gè)處理的空氣濕度最大時(shí) 空氣溫度卻不 是最小 反而相對(duì)較高 當(dāng)空氣濕度最小時(shí) 空氣溫度也并非最 高 反而相對(duì)較低 且在整個(gè)生育期內(nèi) 空氣濕度相對(duì)較高所 占的天數(shù)為T(mén)2 T1 T3 相反空氣溫度相對(duì)較高所占的天數(shù)為 T3 T1 T2 空氣濕度相對(duì)較低所占的天數(shù)為T(mén)3 T1 T2 距地 面0 5 m處空氣溫度相對(duì)較低所占的天數(shù)為T(mén)2 T3 T1 距地面 2 m處空氣溫度相對(duì)較低所占的天數(shù)為T(mén)3 T2 T1 可見(jiàn) 在 溫室濕熱環(huán)境下 空氣濕度和溫度之間不僅受到彼此的影也受 到其他因素的影響 比如太陽(yáng)輻射 土壤溫濕度 作物光合蒸騰 能力等 故探明空氣溫濕度之間的變化特征及其對(duì)作物騰發(fā)量 和土壤溫濕度的交互影響機(jī)理 對(duì)溫室濕熱環(huán)境進(jìn)行合理調(diào)控 具有重要意義 2 5 不同溫室環(huán)境作物騰發(fā)量的變化特征 圖7為不同溫室環(huán)境下作物騰發(fā)量的變化特征 結(jié)果表 明 3個(gè)處理作物騰發(fā)量在開(kāi)花坐果期變化幅度比成熟采摘期 大 在整個(gè)生育期內(nèi) T1作物騰發(fā)量的變化范圍在1 88 5 65 mm d之間 T2在1 13 5 65 mm d之間 T3在1 51 5 65 mm d之間 T2變化幅度明顯較T1 T3大 與土壤溫度和空氣溫度 的變化特征保持一致 灌水后 3個(gè)處理的作物騰發(fā)量明顯增 大 T2處理最為明顯 在灌水后一個(gè)周期內(nèi) 騰發(fā)量波動(dòng)范圍 基本保持在2 0 5 0 mm d之間 變化幅度較為穩(wěn)定 作物騰發(fā) 量的變化特征與空氣濕度和土壤濕度變化特征保持一致 但在 成熟采摘期 騰發(fā)量與空氣濕度略有差異 這可能是后期作物 葉片萎蔫 騰發(fā)量以土壤蒸發(fā)為主的原因 并且由于封閉式處 理 導(dǎo)致空氣濕度較大 騰發(fā)量減少 故 全封閉式小溫室內(nèi) 作 物騰發(fā)量在開(kāi)花坐果期變化明顯 水分得到了較為充分的利 用 在成熟采摘期需加強(qiáng)溫室內(nèi)外的空氣流通 置換出多余的 水分 有利于提高作物果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì) 可為溫室管理提供一 圖6 T1 T2和T3處理空氣溫濕度關(guān)系曲線 圖7 作物騰發(fā)量變化曲線 定的參考 綜上所述 溫室中設(shè)置全封閉式環(huán)境 土壤和空氣溫濕度 相對(duì)開(kāi)放式環(huán)境溫濕度較高 保溫保墑效果明顯 且蒸騰蒸發(fā) 產(chǎn)生相對(duì)較多的水蒸氣 可充分利用水蒸氣液化成的水分 在 冬季溫室盆栽中可節(jié)約一定量的水資源 為了更好說(shuō)明本研 5溫室內(nèi)不同濕熱環(huán)境變化規(guī)律及其對(duì)作物騰發(fā)量的影響 葛建坤 劉艷飛 羅金耀 等 究中濕熱環(huán)境調(diào)控的可應(yīng)用性 本文運(yùn)用前人的研究成果對(duì) T2處理的作物騰發(fā)量進(jìn)行模擬 并與實(shí)測(cè)值進(jìn)行相關(guān)性分析 對(duì)修正P M模型可行性進(jìn)行驗(yàn)證 以期為日后相關(guān)研究提供 參考 2 6 修正P M公式可行性驗(yàn)證 P M公式是計(jì)算參考作物的蒸發(fā)蒸騰量乘以一定的需水 系數(shù) 得到實(shí)際作物的蒸發(fā)蒸騰量 它以能量平衡和水汽擴(kuò) 散理論為基礎(chǔ) 既考慮了作物的生理特征 又考慮了空氣動(dòng)力 學(xué)參數(shù)的變化 有較充分的理論依據(jù)和較高的計(jì)算精度 P M 方程式 21 ET0 Rn G Cp es ea ra 1 rs ra 1 式中 ET0為參考作物騰發(fā)量 mm d 為作物系數(shù) Rn為地表 凈輻射 MJ m2 d G為土壤熱通量 MJ m2 d es為飽和水 汽壓 kPa ea為實(shí)際水汽壓 kPa 為飽和水汽壓曲線斜率 kPa 為干濕表常數(shù) kPa 該公式分為兩部分 前一部分為輻射項(xiàng) ETrad 后一部分 為空氣動(dòng)力學(xué)項(xiàng) ETaero 溫室中風(fēng)速u(mài) 0時(shí) 空氣動(dòng)力學(xué)阻抗ra P M公式 可簡(jiǎn)化為 ET0 0 408 Rn G r 2 由式 2 可知 空氣動(dòng)力學(xué)項(xiàng) ETaero 為零 層流副層和冠 層之間相當(dāng)于一個(gè)電容模型 即顯熱通量P和蒸發(fā)耗能 ET0 均為零 Rn G 此時(shí) 太陽(yáng)凈輻射全部消耗于增加土壤的熱 能 顯然 這和實(shí)際情況是相矛盾的 22 因此 式 2 是否適用 于溫室環(huán)境 還有待進(jìn)一步研究 為了避免風(fēng)速為零時(shí)計(jì)算結(jié) 果和實(shí)際相矛盾的問(wèn)題 需將P M公式進(jìn)行修正后應(yīng)用 修正 P M公式 23 為 ET0 P M修正 0 408 Rn G 1 713 es ea T 273 1 64 3 通過(guò)對(duì)T2處理作物騰發(fā)量模擬值和實(shí)測(cè)值的對(duì)比分析 如圖8所示 在本試驗(yàn)中 修正后的P M公式計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè) 值的變化特征在整個(gè)生育期內(nèi)基本保持一致 部分生育期稍有 差異 比如苗期 模擬值較實(shí)測(cè)值大 而成熟采摘后期部分模擬 值較實(shí)測(cè)值小 可能是苗期植株較小 騰發(fā)量主要以土壤蒸發(fā) 為主且由于封閉式環(huán)境中濕度相對(duì)較大 盆栽騰發(fā)能力相對(duì)減 小 而成熟采摘期 植物開(kāi)始萎蔫 莖葉中的水分大量損失 加 之后期灌水周期變長(zhǎng) 盆栽中水分較大程度減少的緣故 從整個(gè)生育期來(lái)看 T2處理的作物騰發(fā)量模擬值和實(shí)測(cè) 值的變化趨勢(shì)基本保持一致 且通過(guò)對(duì)騰發(fā)量模擬值與實(shí)測(cè)值 的相關(guān)性分析 如圖9所示 二者呈線性正相關(guān)關(guān)系 R2 0 851 4 其相關(guān)性相對(duì)較高 可見(jiàn) 模擬結(jié)果與本試驗(yàn)所設(shè)置的 封閉式溫室環(huán)境黏合度較高 雖然在個(gè)別生育階段存在差異 但對(duì)于本試驗(yàn)而言 修正P M模型是可行的 修正P M模型 可正常發(fā)揮其數(shù)值估算的作用 且能較好地反映本試驗(yàn)中作物 騰發(fā)量的變化特征 可見(jiàn) 全封閉式環(huán)境下作物蒸騰蒸發(fā)過(guò)程 正常 保溫保墑效果良好 關(guān)于存在的差異 可能由于溫室內(nèi) 圖8 T2處理作物騰發(fā)量模擬值與實(shí)測(cè)值變化曲線 設(shè)置了不同形式的小溫室影響了室內(nèi)主要?dú)庀笠蜃幼兓木?故 其詳因還需進(jìn)一步的研究 圖9 T2處理模擬值與實(shí)測(cè)值相關(guān)性分析 3 討 論 1 研究得出封閉式環(huán)境保溫保墑效果較好 土壤溫濕度 能在一定時(shí)間段內(nèi)保持較好適宜作物生長(zhǎng)的濕熱環(huán)境 與王思 倩等 24 研究結(jié)果相似 主要原因是冬季土壤干旱 溫度較低 通過(guò)塑料薄膜密閉處理減少了內(nèi)外熱量和水分交換 研究中 密閉溫室土壤所能增加的水熱量有待進(jìn)一步分析 土壤動(dòng)態(tài)保 墑過(guò)程和由蒸發(fā)所節(jié)約的水量可以進(jìn)一步研究 2 研究得出全封閉式環(huán)境中空氣溫濕度相對(duì)無(wú)任何處理 的開(kāi)放式溫室環(huán)境較高 且有較多水蒸氣生成 可利用晝夜溫 差將水蒸氣液化回收利用 與李天來(lái)等 25 和Piscia等 26 針對(duì) 溫室內(nèi)大量水蒸氣 提出夜間將溫室密閉空間內(nèi)的水蒸氣凝結(jié) 在薄膜上 使水分重返土壤的研究結(jié)果一致 主要原因是溫室 密閉 減少了空氣流通 作物蒸騰和土壤蒸發(fā)產(chǎn)生大量的水蒸 氣保留在溫室內(nèi) 研究中 密閉溫室內(nèi)濕熱之間的交互機(jī)理有 待進(jìn)一步分析 密閉溫室內(nèi)濕熱空間分布情況和可循環(huán)利用的 水分含量有待進(jìn)一步研究 3 研究得出封閉式環(huán)境作物騰發(fā)量較無(wú)任何處理的開(kāi)放 式溫室環(huán)境高 且變化幅度較大 與Yuan Hangbo等 3 研究結(jié) 果相似 主要原因是密閉微環(huán)境空氣溫度較高 土壤濕度較大 作物蒸騰速率加快 從而蒸騰量相對(duì)較大 研究中 作物氣孔 導(dǎo)度和蒸騰速率以及微環(huán)境對(duì)其影響有待進(jìn)一步分析 蒸騰量 對(duì)封閉式環(huán)境溫濕度的響應(yīng)機(jī)制有待進(jìn)一步研究 4 研究得出修正P M模型相對(duì)較好地模擬了封閉式環(huán) 境作物騰發(fā)量 其與實(shí)測(cè)值相關(guān)性較高 這與Liu Hao等 27 和 6溫室內(nèi)不同濕熱環(huán)境變化規(guī)律及其對(duì)作物騰發(fā)量的影響 葛建坤 劉艷飛 羅金耀 等 Li F等 28 研究結(jié)果相似 修正P M模型可正常發(fā)揮其數(shù)值估 算的作用 且能較好地反映本試驗(yàn)中作物騰發(fā)量的變化特征 研究中 可能由于本試驗(yàn)不同溫室環(huán)境處理的原因 作物騰發(fā) 量模擬值與實(shí)測(cè)值在一定程度上存在差異 具體原因還需在完 善優(yōu)化試驗(yàn)的基礎(chǔ)上做進(jìn)一步的研究 4 結(jié) 論 本文通過(guò)設(shè)置不同封閉形式的溫室環(huán)境對(duì)秋冬季日光溫 室不同濕熱環(huán)境下盆栽番茄的土壤 空氣溫濕度和作物騰發(fā)量 的變化規(guī)律及三者之間的相互影響機(jī)理進(jìn)行了研究 得出以下 結(jié)論 1 在整個(gè)生育期內(nèi) 土壤濕度的變化趨勢(shì)與作物騰發(fā)量 的變化趨勢(shì)基本一致 土壤溫度的變化趨勢(shì)與作物騰發(fā)量的變 化趨勢(shì)呈現(xiàn)出相反的規(guī)律 即作物蒸騰 蒸發(fā)量增加時(shí)土壤溫 度反而降低 開(kāi)花坐果期 此規(guī)律較為明顯 2 在整個(gè)生育期內(nèi) 空氣溫度的變化直接影響著騰發(fā)量 的變化 溫度較高時(shí) 作物騰發(fā)量隨之增大 在開(kāi)花坐果期 空 氣濕度與作物蒸騰量同增減 而在成熟采摘期騰發(fā)量增加 空 氣濕度變化幅度反而較小 空氣濕度增大幅度尤為明顯 且空 氣溫度 濕度之間呈現(xiàn)相反的變化規(guī)律 3 在開(kāi)花坐果期內(nèi) 土壤溫度與空氣溫度的變化趨勢(shì) 變 化幅度均基本一致 采摘后期其變化幅度有較明顯的差異 土 壤濕度與空氣濕度在整個(gè)生育期內(nèi)表現(xiàn)出相似的變化規(guī)律 在 開(kāi)花坐果期和成熟采摘期 T2處理的土壤濕度和空氣濕度均 明顯增大 密閉式溫室環(huán)境起到保墑作用的同時(shí)也增加了溫室 濕度 4 全封閉式溫室環(huán)境保溫保墑效果較好 作物蒸騰量較 大 水蒸氣充分利用效果明顯 但在成熟采摘期 溫室內(nèi)濕度較 大不利于果實(shí)成熟 需加強(qiáng)通風(fēng)及時(shí)置換溫室內(nèi)外空氣 進(jìn)而 降低溫室濕度 通過(guò)運(yùn)用修正P M模型對(duì)作物騰發(fā)量進(jìn)行可 行性分析 在部分生育期 修正P M公式模擬值與實(shí)測(cè)值存在 一定的差異 但從整個(gè)生育期而言 本試驗(yàn)運(yùn)用修正P M模型 進(jìn)行溫室作物騰發(fā)量的數(shù)值模擬效果較好 相關(guān)性相對(duì)較高 參考文獻(xiàn) 1 ZHANG B Z XU D LIU Y et al Multi scaleevapotranspiration of summer maize and the controlling meteorological factors in north China J Agricultural and Forest Meteorology 2016 216 5 1 12 2 李 霞 解迎革 薛緒掌 等 溫室內(nèi)密閉小環(huán)境降溫除濕效果 及蒸騰水循環(huán)利用 J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 2010 26 8 254 259 3 YUAN H B WANG H H PANG S J et al Design 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