不同通风方式下日光温室微环境和番茄产量品质差异分析及气流场模拟_李栋恒.pdf

李栋 恒 葛 静 胡 豪 等 null 不同通风方式下日光温室微环境和番茄产量品质差异分析及气流场模拟 null null 江苏农业科学 nullnullnullnull nullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 不同通风方式下日光温室微环境和番茄产量 品质差异分析及气流场模拟 李 栋 恒 null 葛 静 null 胡 豪 null 张亚 红 null 周 娟 null 李佳 豪 null 马海 梅 null nullnull 宁夏 大学葡萄酒与园艺学院 宁夏银川 nullnullnull nullnull 宁夏大学农学院 宁夏银川 nullnullnull 摘 要 为探究日光温室不同通风方式对室内微环境及秋冬茬番茄生长发育的影响 选取顶部下翻盖式通风与传 统 卷膜式通风 null 种通风方式的日光温室 以传统卷膜式通风为对照 nullnull 基于顶部下翻盖式通风设计 null 种不同的开张 度 nullnullnull nullnull 处理 和 nullnullnull nullnull 处理 对 null 座温室室内微环境和作物生长进行监测分析 利用 nullnullnull 仿真技术对室内气流 场分布进行模拟 根据实测值分析 晴天白天 nullnull nullnull nullnull 的平均空气温度分别为 nullnullnull nullnull nullnullnull nullnull nullnullnull nullnull null 全天平均湿 度分别为 nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull 平均光照度分别为 nullnull nullnullnull null nullnullnull null nullnullnull nullnull 平均 nullnull null 浓 度 nullnull nullnull 相较于 nullnull 分别 提高了 nullnullnullnullnullnull和 nullnullnullnull nullnull nullnull 温室内的光照度有所增加 土壤温度无显著差异 番茄品质和产量综合表现 nullnull null nullnull null nullnull 可见 不同通风方式和开张度会影响气流场的运动轨迹 进而影响到室内环境因子变化 顶部下翻盖式通风相较 于传统卷膜式通风 可以有效避免冬季冷空气对作物冠层直吹带来的不利影响 外部气流从顶部翻盖式风口进入温 室 能够使空气气流沿着后墙和土壤表面流动 降温除湿效果和果实品质与产量较 nullnull 温室表现优异 综合来看 顶 部下翻盖式通风方式的 nullnull 和 nullnull 温室更适合作物生长 其中开张度为 nullnullnull的 nullnull 温室更适合夏季的高温天气 在室内 微环境中降温除湿表现较好 开张度为 nullnullnull的 nullnull 温室更适合秋冬茬番茄 番茄作物品质和产量表现较好 关键词 日光温室 通风方式 微环境 nullnullnull 模拟 开张度 番茄 产量 品质 气流场模拟 中图分类号 nullnullnullnullnullnull null null 文 献 标志码 null 文章编号 nullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnull nullnullnull 收稿 日期 nullnull nullnull nullnull 基金项目 宁夏回族自治区重点研发计划项目 编号 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null 作者简介 李栋恒 nullnull null 男 山西长治人 硕士研究生 从事温室 设施环境调控的研究 null null nullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnull 通讯作者 葛 静 博士 讲师 硕士生导师 从事农业气象学及设施 环境调控的研究 null null nullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnull 通 风 作为日光温室调节室内环境的主要手段 之一 能有效调节日光温室室内空气温度和湿度 提高 nullnull null 浓 度 促 进作物良好生长 null nullnull 目 前 常 见的通风方式主要 有顶部通风 底部通风和后墙通 风等 通过不同的通风方式能有效改变室内环境 科学合理的通风能够提高作物产量和经济效 益 null nullnull 万敏等研究不同通风方式对室 内 环境及作 物蒸腾的影响 在原有的上 下通风口基础上 增设 后墙通风 并对室内环境进行模拟 null 刘 建 荣等为 了增强日光温室的环境调控能力 在日光温室后墙 墙体上设置鼓风机进行强制通风 null 严 露 露等认 为 采用后坡整体开窗式通风 日光温室内温度 光 照度 风速等环境更加适宜番茄生长 null 随 着 计算 机技术的发展 使用计算流体力学 nullnullnull 仿真技术 对日光温室内部环境进行模拟可以降低地域和时 间对日光温室的影响 减少温室作物环境监测 通 风测试 设备布点 数据采集等工作量 该技术已成 为研究温室微气候的实用性工具 nullnull 主 要 应用于不 同地区 不同通风方式 室内环境模拟等 且室内外 环境条件的 nullnullnull 数值模拟研究与试验结果均吻合 良好 nullnull nullnullnull 薄 国 魁利用 nullnullnull 模拟不同通风模式下 番茄不同生育期的室内环境 nullnull 丁莹莹通过实测 值 与 模拟值对比分析得到了风机盘管供热的最佳 送风方案 提出了一种基于虚拟介质的大型温室相 似模拟方法 nullnull 薛晓萍等模拟自然通风条件下日 光温室内空气相对 湿度分布 得出风向为温室自然 通风降湿的主要动力因素 nullnull 上述研究从不同角 度阐述了多因素 通风对温室环境的影响 但 关于翻 盖式通风方式及开张度的研究较少 为进一步研 究不同通风方式及开张度对日光温室内部环境的 影响 本研究根据国内日光温室通风发展现状 结 合课题组前人研究进展 nullnull nullnullnull 对顶部下翻盖式 通 风 口设计 null 种开张度方式与传统卷膜式通风做对比 对温室内环境因子展开分析 旨在为日光温室通风 方式的进一步设计提供参考 nullnullnull 江 苏 农业科学 nullnullnullnull 年第 nullnull 卷第 nullnull 期 1 材 料 与方法 nullnullnull 试验材料 nullnullnullnullnull 供试温室 试验地点位于宁夏银川市贺兰 县金贵镇新起点现代农业设备有限公司 nullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnull 座供试温室均为宁夏第 null 代新型装 配式节能日光温室 温室坐北朝南 东西走向 东 西长为 null null 南北跨度 null null 后墙为厚度 nullnull null null 高 nullnullnull null 异质复合保温蓄热墙体 脊高 nullnull null null 种植区 宽为 nullnullnull null 温室覆盖棚膜为单层 nullnull 膜 外覆盖保 温被 采用顶部通风 试验温室上通风口均匀分布 null 个下翻盖通风口 形状为矩形 长 nullnull null null 宽 nullnullnull null 面积为 nullnull null null null 相邻下翻盖通风口间距为 nullnullnull null 开启方式为安装链条式开 窗 机推动 电流 null null null 推拉力 nullnull null 行程 nullnull nullnull null在距地高度 nullnullnull null 处 设置宽 nullnullnull null 长 null null 的前屋面底部卷膜 式通风口 所有通风口处均有 null 目防虫网 对照温 室除上通风口为卷膜式通风外 其余参数与试验温 室一致 日光温室南北方向剖面图和侧面东西方 向三维简图如图 null 和图 null 所示 以 nullnull 年 null 月 null 日 null null 的日光温室室内 外 实 测数据作为边界条件 当天的风向为东偏北 nullnull 风速为 nullnull null nullnullnull 建立日光温室 nullnullnull 模型 采 用标准 null nullnull 湍流模型 nullnull 湍流模型进行计算 nullnull 网 格生成及边界条件设置采用 nullnullnull nullnullnullnullnullnullnull null 的 nullnullnullnullnull 软件进行几何建 模 网格采用 nullnullnull nullnullnullnullnullnullnull null 中的 nullnull 软件进行网格划分 并对进出风口进行加密处理 nullnullnullnullnull 室内作物 宁夏天缘种业提供品种为伊亚的 粉色中熟球型番茄 南北纵向种植 株距 nullnull null null 行 nullnullnull 江 苏 农业科学 nullnullnullnull 年第 nullnull 卷第 nullnull 期 距 nullnullnull null 每 垄 种植 null 行 垄宽 nullnullnull null 沟宽 nullnullnull null 定植日期为 nullnull 年 null 月 null 日 缓苗期 null null null 座 温室管理模式统一 每座温室的基肥为高浓度通用 复合肥 null null 锌腐酸磷酸二铵 null null 微生物菌剂 null null 追肥采用滴灌水溶肥 水肥一体机进行滴灌 该茬试验时间为 nullnull 年 null 月 null 日至 nullnull 年 null 月 null 日 nullnullnull 试验方法 nullnullnullnullnull 室内外环境测点 温室内部共设 null 个采集 点 均匀分布 主要集中于作物生长区 监测点布置 如图 null 所示 监测点 A null null A null 为兆泰盛电子科技的 温 湿 度传感器 距地面 nullnullnull null 数据每 null nullnullnull 自动上 传 null 次 监测点 B null null B null 通过浙江托普云农科技的 土壤 温度传感器监测土壤温度 水分 位于地下 null null 每 null nullnullnull 上传 null 次数据 监测点 C null C null 位 于 风 口正下方 距地面 nullnull null null 可监测风速和风向 M null 为紫藤气象站采集系统 位于温室中部 距 地面 nullnullnull null 通过收集室内其他监测点位传感器上传的 数据并提供数据下载 同时可监测该点位的空气温 度 湿度 光照度和二氧化碳浓度 M null 为 戴 维斯气 象站 可用于测定室外空气温度 湿度 光照度 规 定温室正西方向为 x 轴正向 竖直向上方向为 z 轴 正向 正南方向为 y 轴正向 以温室后墙和东墙的交 点为原点 温湿度测点坐标分别为 A null null null null null null A null null null nullnull null A null null nullnull null nullnull null A null null nullnull null null null A null null null nullnullnull A null null nullnull null nullnull null A null null null null nullnullnull A null null null nullnull null A null null nullnull null null null null各监 测点 仪器详细参数如表 null 所示 表 1 各试验仪器详细参数 仪 器 null工 具 公司 null型号 指标 测量范围 精度 null分 辨 率 紫藤气象站采集系统 北京紫藤连线科技 温度 nullnull nullnull null nullnullnullnull null 湿度 null nullnullnullnull nullnullnull 光照度 null nullnull null nullnullnull nullnull null 浓度 null nullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnullnull 戴维斯气象站采集系统 美国 nullnullnullnullnull 温度 nullnull nullnull null nullnullnullnull null 湿度 null nullnullnullnull nullnullnull 光照度 null nullnull null nullnullnull 温湿度传感器 兆泰盛电子科技 温度 nullnull nullnull null nullnullnullnull null 湿度 null nullnullnullnull nullnullnull 土壤温度传感器 浙江托普云农科技 温度 nullnull nullnull null nullnullnullnull null 风速风向传感器 浙江托普云农科技 风速 null nullnull nullnullnull nullnullnull nullnullnull 风向 null nullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnull 生 理 指标测定 盛果期测定番茄果实的品 质 可溶性固形物含量用手持式数显糖度计测定 nullnull nullnull 可溶性总糖含量用 null null null null null 蒽 酮 比色法 测定 有机酸含量用酸碱滴定法 维生素 null 含量用 钼蓝比色法测定 硝酸盐用硫酸 null 水杨酸法测 定 nullnull 同时记录采收重量 单 株 总果数 单株产量 并计算平均单果重和平均单株产量 最后折合成总 产量 nullnullnull 江 苏 农业科学 nullnullnullnull 年第 nullnull 卷第 nullnull 期 nullnullnull 数 据 处理 试验数据采用 nullnullnull nullnull 进行整理 nullnullnullnull nullnull 绘图 nullnull nullnull null 进行分析 nullnullnull nullnullnullnull 对 日光温室进行环境模拟 2 结果与分析 nullnullnull 典型天气条件下不同通风方式室内外空气温 度差异 选取 nullnull 年 null 月 null 日 图 null null null 典型晴天和 nullnull 年 null 月 null 日 图 null null null 典型阴天的室内空气 温度对比分析 在相同天气条件下 各温室温度变 化趋势一致 呈单峰曲线 在 null null 温度达到最高 在典型晴天白天 null null null null nullnull nullnull nullnull 温室 增 温迅速 最高温分别为 nullnull null nullnull null nullnull null null nullnull 最高气温比 nullnull nullnull 高 nullnullnull nullnullnull null nullnull nullnull nullnull 与室外的白天平均空气温度分别为 nullnull null nullnull null nullnull null nullnullnull null 晴天夜间 null null null null 与凌晨 null null null null null 座温室平均空气温度分别为 nullnull null nullnull null nullnull null null 和 nullnull null nullnull null nullnull null null 均为 nullnull null nullnull null nullnull 典型阴天白天 null null null null nullnull nullnull nullnull 温 室 最 高 温 分 别 是 nullnull null nullnull null nullnullnull null nullnull 温室最高气温比 nullnull nullnull 高 nullnull null nullnullnull null nullnull nullnull nullnull 温室与室外白天的平均气温分 别为 nullnull null nullnull null nullnull null nullnull null null 夜间 null null null null 与凌晨 null null null null null 座温室平均空气温 度分别为 nullnull null nullnull null nullnull null null 和 nullnull null nullnull null nullnullnull null 均为 nullnull null nullnull null nullnull 虽然夜间 nullnull 温度最 高 但 null 座温室最大温差仅为 nullnullnull null 差异不显著 综上分析 无论白天还是阴天 顶部下翻盖式通风 方式的 nullnull 和 nullnull 温室通风效果均优于卷膜式通风 方式的 nullnull 温室 选取 nullnull 年 null 月 null null 日 null null 典型晴天下温度 图 null null null 数据进行分析可知 连续 null null 日光温室中最高温均出现在 null null nullnull nullnull nullnull 温室与室外连续 null null 中最高温度依次是 null nullnull null nullnullnull nullnull null null nullnull 温室每天的最高温度与试验温 室对比是最高的 连续 null null 为 nullnull null null nullnullnull null 比 每天温室外最高空气温度多 nullnull null null nullnull null null null 内 nullnull nullnull nullnull 温室室内平均温度 nullnull null nullnullnull nullnullnull null nullnull 温室室内气温明显高于 nullnull 温室 nullnullnull 典型天气条件下不同通风方式室内外相对湿 度差异 选取典型晴天 nullnull 年 null 月 null 日 图 null null null 和 典型阴天 nullnull 年 null 月 null 日 图 null null null 的室内相对 湿 度 数据对比分析 在相同天气条件下 各温室相 对湿度的变化趋势基本一致 总体呈 null 形曲线 无 论晴天还是阴天 室外相对湿度总是高于室内 典 型晴天在保温被揭开后室内相对湿度达到最大并 开始下降 nullnull nullnull nullnull 温室与室外的相对湿度最大 值分别为 nullnullnull nullnullnull null null 全天 nullnull nullnull 和 nullnull 温室室内平均相对湿度为 nullnullnull nullnull null nullnullnull nullnull 温室的平均相对湿度最高 分别比 nullnull nullnull 高 nullnull null nullnull null 晴天夜间 null null null null 与凌晨 null null null null null 座温室平均相对湿度分别 为 nullnullnull nullnullnull nullnull null 和 nullnull null nullnull null nullnull null nullnull 温室的平均相对湿度最大 最高相差 nullnullnull 江 苏 农业科学 nullnullnullnull 年第 nullnull 卷第 nullnull 期 null null 典 型 阴天全天 nullnull nullnull 和 nullnull 温室与室外平 均相对湿度分别为 nullnull null nullnull null nullnull null 晴 天夜间 null null null null 与凌晨 null null null null null 座 温室平均相对湿度分别为 nullnull null nullnull null nullnull null 和 nullnull null nullnull null nullnull null 整体 nullnull 温 室湿度偏高 选取 nullnull 年 null 月 null null 日 null 天典 型晴天下湿度 图 null null null 数据进行分析可知 室内外 相对湿度变化在 null null 左右达到最小 在连续 null null 的典型晴天白天 null null null null nullnull nullnull 和 nullnull 温 室 的 平均相对湿度为 nullnull null nullnull null nullnull nullnull nullnull 温室分别比 nullnull 和 nullnull 温室的平均相对湿度低 null nullnull null null 结合 null 月温度变化综合分析可以 看出 nullnull 温室白天室内降温除湿效果优于 nullnull nullnullnull 典 型 天气条件下不同通风方式室内 nullnull null 浓 度 差 异 选取典型晴天 nullnull 年 null 月 null 日 图 null null null null 典型阴天 nullnull 年 null 月 null 日 图 null null null 数据进行分 析 各温室 nullnull null 浓 度 变化趋势基本一致 呈 null 形 曲线 白天揭被前达到最大值 后随着番茄进行光 合作用 nullnull null 浓 度 逐渐减少至最小值 在通风口关闭 后开始递增 在典型晴天 nullnull nullnull 和 nullnull 温室最大 nullnull null 浓 度 分别为 null nullnull null nullnull null nullnull nullnullnullnullnullnull 平均 nullnull null 浓 度 分别为 null nullnull nullnullnull null nullnullnull null nullnullnullnullnullnull 最 小 nullnull null 浓 度 分别为 nullnull nullnull nullnull nullnull 在典型阴 天 nullnull nullnull nullnull 温室平均 nullnull null 浓 度 分别为 nullnull nullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnull 最 大 值 分 别 为 null nullnull null nullnull null nullnull nullnullnullnullnullnull 最 小 值 分 别 为 nullnull nullnull nullnull nullnullnullnullnullnull 综上分析 nullnull null 浓度 总体 nullnull null nullnull null nullnull 说明采用顶部下翻盖式通风方式的温室可以更 好地补充 nullnull null 使番茄更好地生长 nullnullnull 典 型 天气条件下不同通风方式室内外光照度 差异 选取典型晴天 nullnull 年 null 月 null 日 图 null null null 和 典型阴天 nullnull 年 null 月 null 日 图 null null null 温室内环境 数据进行分析 在相同的天气条件下 各温室光照 度变化趋势与室外保持一致 在典型晴天 光照度 不断增强 在 null null 时达最大值 nullnull nullnull nullnull 室外最 大光照度依次为 null nullnull null nullnull null nullnull null nullnull nullnull 室外光照度在 null null 分别比 nullnull nullnull nullnull 高 null null null nullnull null nullnull nullnull nullnull nullnull 温室室内及室外平均光 照度为 null nullnull null nullnull null nullnull null nullnull 在典型阴 天 nullnull nullnull nullnull 温室和室外光照度最大为 null nullnull null nullnull null nullnull null nullnull nullnull nullnull 温室光照度最大值分 别仅比 nullnull nullnull 温室高 null nullnull null nullnull nullnull nullnull nullnull nullnull 温室室内及室外平均光照度为 null nullnull null nullnull null nullnull null nullnull nullnull nullnull 温室平均光照度分别比 nullnull nullnull 温室平均光照度高 null nullnull null nullnull nullnull 光照度差异较 小 总体来说 nullnull 和 nullnull 温室的光照度优于 nullnull 温 室 通过以上数据分析 不同典型天气 null 栋温室光照 度的差异可能是由不同通风方式带来的影响 也有 可能是方位角和 nullnull 薄膜老化的原因 nullnull nullnullnull 不同通风方式下室内外土壤温度的差异 由 图 null 可 知 nullnull nullnull nullnull 温室土壤温度随室外 温度升降而同步变化 null 座温室内土壤温度均高于 nullnullnullnull null 满足番茄生长发育的要求 nullnull nullnull nullnull 温室 平均土壤温度最高值分别是 nullnullnullnull nullnullnull nullnullnull null nullnullnull 江 苏 农业科学 nullnullnullnull 年第 nullnull 卷第 nullnull 期 差 距 不 大 温室外的平均土壤温度最高值为 nullnullnull null null 座试验温室的平均土壤温度最高值比室 外分别高 nullnullnull nullnullnull null nullnull 温室的平均土壤温度最 高值比室外高 nullnull null null null 座日光温室平均土壤温度 最高值温差相差 nullnull null null nullnullnull null null 说明下翻盖通风 口开张度的不同对日光温室平均土壤温度的影响 相对较小 没有显著性差异 nullnull null 不同通风方式对温室内番茄品质和产量的 影响 由表 null 可知 nullnull 温室番茄的可溶性固形物含量 为 nullnullnull 显著高于其他温室 与 nullnull 和 nullnull 温室相 比分别增加了 nullnullnullnull nullnullnullnull nullnull 温室番茄的维生 素 null 含量最高 nullnull 温室番茄维生素 null 含量最低 分 别为 nullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnull null nullnull nullnull 和 nullnull 温室的硝 酸盐 可溶性糖和有机酸含量没有显著性差异 由 表 null 可知 nullnull 和 nullnull 处理的平均单果重与 nullnull 有显著 差异 横纵径与单株总果数无显著性差异 各处理 番茄产量表现为 nullnull null nullnull null nullnull nullnullnull 日光温室室内气流场模拟结果分析 试验日光温室的 nullnullnull 数值模拟选取 nullnull 年 null nullnullnull 江 苏 农业科学 nullnullnullnull 年第 nullnull 卷第 nullnull 期 表 2 不同通风方式对温室内番茄品质的影响 日光 温室 可溶性固形物含量 null 硝酸盐含量 nullnullnullnull 维生素 null 含量 nullnullnullnullnull null 可溶性糖含量 null 有机酸含量 null nullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull null nullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull null nullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnull 表 3 不同通风方式对温室内番茄产量的影响 日 光 温室 平均单果重 null 横径 nullnull 纵径 nullnull 单株总果数 个 单株产量 nullnull 株 nullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnull null nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnull null nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnull 注 同列数 据后 不同小写字母表示在 nullnull水平下差异显著 月 null 日 典 型 晴天 null null 的实测室内外环境数据 图 null 为试验温室和对照温室室内实测值和模拟值的 验证 模拟值与实测值变化趋势基本一致 各测点 气温的模拟值与实测值的最大偏差为 nullnull null null 平均 相对误差为 nullnull nullnull 相对湿度的最大偏差为 null nullnull 平均相对误差为 nullnull nullnull 这说明日光温室内的模拟 值和实测值之间差异小 模拟结果是有效的 该计 算模型能够用于本试验 规 定 x 轴 为正西方向 y 轴为正南方向 z 轴为 日光温室高度 图 null 是日光温室模型沿 x 轴截面的 气流场分布云图 nullnull nullnull 和 nullnull 这 null 座温室日光温室 东西方向各截面为 x nullnull null null null nullnull 温室从东西方 向的 null 个截面分析 温室底部 中部 顶部存在明显 的气流风速梯度差 中部风速最低 中心位置的气 流速度为 nullnull null nullnullnull 温室气流在沿温室防护结构 流动过程中由于速度相对较大 所以使周围的温度 降低 如果日光温室内种植的是叶菜 可能会造成 一定的冻害 nullnull 温室中心位置的气流速度为 null null nullnullnull 中部截面空气气流运动较平缓 其余 null 个 截面气流运动相对活跃 nullnull 温室气流速度大小呈 现梯度分布 在垂直地面 nullnullnull null 处的平面上气流速 度较小 而且在东西方向上气流速度整体分布较为 对称 稳定的气流速