防蟲網(wǎng)覆蓋塑料大棚小氣候模擬模型研究.pdf

1、單棟塑料大棚是我國南方地區(qū)蔬菜生產(chǎn)的主要設(shè)施類型，近年來用防蟲網(wǎng)覆蓋塑料大棚進行綠色農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)的面積不斷擴大。防蟲網(wǎng)覆蓋塑料大棚內(nèi)的小氣候狀況直接關(guān)系到棚內(nèi)作物的生長、上市期和產(chǎn)量.由于防蟲網(wǎng)覆蓋塑料大棚屬于簡易設(shè)施，棚內(nèi)一般沒有環(huán)境監(jiān)測儀器。防蟲網(wǎng)覆蓋塑料大棚小氣候預(yù)測模型可以利用棚外氣象要素預(yù)測棚內(nèi)小氣候狀況，因此，是獲取防蟲網(wǎng)覆蓋塑料大棚小氣候信息的重要手段。本研究以防蟲網(wǎng)覆蓋塑料大棚小白菜生產(chǎn)為研究對象，將大棚內(nèi)空氣熱量與質(zhì)量平

2、衡的理論分析與不同定植期的小白菜生產(chǎn)試驗研究相結(jié)合，定量分析棚外氣象條件--大棚結(jié)構(gòu)--棚內(nèi)小氣候--棚內(nèi)作物之間的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，建立了塑料大棚內(nèi)小氣候模擬模型，并進一步用獨立的試驗數(shù)據(jù)對模型進行了檢驗。本文的主要研究結(jié)果如下：
　　 1.建立了小白菜葉面積指數(shù)和葉寬的模擬模型
　　 根據(jù)小白菜生長對光溫的反應(yīng)，綜合光溫指標(biāo)--輻熱積為預(yù)測指標(biāo)，構(gòu)建了小白菜葉面積指數(shù)(LAI)和葉寬（d)的模擬模型：RTE(tin)

3、＝｛0（tin＜Tb)(tin-Tb)/（Tob-Tb)（Tb≤tin＜Tob)1(Tob＜t＜＜T)（Tm-tin）/(Tm- Tom)（Tou＜tin≤Tm）0（tin＞Tm）
　　 PTEP=｛?RTE(tm(j))/24}×PAR
　　 TEP=ΣPTEP
　　 y=C/(1+ea十b.TEP)
　　 式中，RTE(ti)為棚內(nèi)氣溫tin的相對熱效應(yīng)，PTEP和TEP分別為日輻熱積和累計輻熱積(M

4、J.m-2);T、Ta、Tob和Tou分別為小白菜生長下限溫度、上限溫度、最適溫度下限和最適溫度上限(℃).C為小白菜葉面積指數(shù)或葉寬的最大值，a、b為與小白菜有關(guān)的參數(shù)。小白菜葉面積指數(shù)模擬值與實測值之間1：1線的R2＞0.97，RMSE＜0.300m2.m-2,RE＜18.0％。小白菜葉寬模擬值與實測值之間1：1線的R2＞0.94,RMSE＜0.27cm,RE＜11.0％.2.建立了塑料大棚塑料薄膜透光率的計算模型
　　 根

5、據(jù)田間試驗資料，應(yīng)用回歸統(tǒng)計分析方法，建立了大棚塑料薄膜透光率與太陽高度角(τ)的統(tǒng)計模型：
　　 τ=0.649+0.254.10-3.2sinpi0.127
　　 sinβ=sinφ·sinδ+cosφ·cosδ·cos[2π(ω-1)/24]
　　 sinδ=-sin(π.23.45/180)·cos[2π(Dy+10)/365]
　　 cosδ=(1-sinδ.cosδ)0s
　　 式中，

6、β為太陽高度角，φ為地理緯度，δ為太陽赤緯，ω為時角，D，為日序，以1月1日為1，依次排列。塑料薄膜透光率的模擬值與實際值之間1:1線的R、RMSE和RE分別為0.91、1.45％和1。85％.
　　 3.建立了大棚內(nèi)凈輻射統(tǒng)計模型
　　 根據(jù)試驗觀測資料，用回歸統(tǒng)計分析方法建立了棚內(nèi)凈輻射與棚外總輻射之間的統(tǒng)計模型：
　　 Rn=-5.5143+0.6967.τ.So
　　 式中，Rn為大棚內(nèi)凈輻射(w

7、.m.2),τ為大棚薄膜透光率(％)，So為棚外太陽總輻射(w.m-2).大棚內(nèi)凈輻射模擬值與實測值之間1:1線的R2、RMSE和RE分別為0.96、22.4w·m‘和19.6％.
　　 4.建立了小白菜葉溫的統(tǒng)計模型
　　 根據(jù)大棚內(nèi)田間試驗觀測數(shù)據(jù)，應(yīng)用多元回歸分析方法，建立了小白葉溫的統(tǒng)計模型：
　　 Ti=20.38476+0.14778ttn+1.67901×10-2Rn
　　 式中，T1為小白

8、菜葉溫，℃：Rn為棚內(nèi)凈輻射，J·s－1·m-2;tin為棚內(nèi)氣溫，℃。小白菜葉溫模擬值與實測值之間1:1線的R2、RMSE和RE分別為0.63、1.5℃和5.6％.
　　 5.確定了不同目數(shù)防蟲網(wǎng)的流量系數(shù)和綜合風(fēng)壓系數(shù)
　　 根據(jù)不同防蟲網(wǎng)覆蓋塑料大棚內(nèi)小白菜蒸騰實測數(shù)據(jù)和棚內(nèi)外的氣象數(shù)據(jù)，應(yīng)用Penmam-Monteith蒸騰模型，確定了20目、25目和28目防蟲網(wǎng)覆蓋塑料大棚自然通風(fēng)下的流量系數(shù)和綜合風(fēng)壓系數(shù)。2

9、0目、25目和28目防蟲網(wǎng)覆蓋塑料大棚的平均流量系數(shù)分別為0.771、0.758和0.736，平均綜合風(fēng)壓系數(shù)分別為0.33、0.37和0.39.
　　 6.構(gòu)建了防蟲網(wǎng)覆蓋塑料大棚內(nèi)小氣候模擬模型
　　 充分考慮作物蒸騰對棚內(nèi)小氣候的反饋作用，根據(jù)能量平衡和質(zhì)量平衡原理，建立了以塑料大棚外氣象要素（太陽輻射、溫度、相對濕度、風(fēng)速、氣壓）為驅(qū)動變量，以塑料大棚結(jié)構(gòu)（容積、表面積、通風(fēng)窗面積、棚內(nèi)地表面積）、覆蓋材料（塑料

10、薄膜、防蟲網(wǎng)）、小白菜（葉寬、葉面積指數(shù)）等為參數(shù)的塑料大棚內(nèi)小氣候模擬模型：
　　 qa=qv+qc+qrad-qtran+qs
　　 dXi,,/dt=[(A/V).E.10-3]+(Gv/V)(Xour-Xin)式中，qa為大棚內(nèi)溫度變化導(dǎo)致的空氣能量變化，J/s；qr為自然通風(fēng)導(dǎo)致大棚內(nèi)空氣能量變化，J/s；qc為通過大棚塑料薄膜的熱交換量，J/s;qrad為到達大棚內(nèi)太陽輻射能導(dǎo)致大棚內(nèi)的空氣能量變化，J/s;

11、qtr為小白菜蒸騰消耗的潛熱，J/s；qs為大棚內(nèi)空氣與小白菜之間的顯熱交換，J/s：xin為大棚內(nèi)空氣絕對濕度，kg.m-3;xout為大棚外空氣絕對濕度，kg.m-3,t為時間，s：Gr為大棚自然通風(fēng)率，m3.s-1;V為大棚容積，m3：A為大棚內(nèi)地表面積，m2;E為小白菜蒸騰速率，g.m-2·s－1.
　　 用試驗觀測數(shù)據(jù)（獨立樣本）對模型進行了檢驗。結(jié)果表明，模型對夏季晴天、多云天、陰天蒸騰速率預(yù)測值與實際觀測值之間1:

12、1線的決定系數(shù)（R2)分別為0.95、0.91、0.94，回歸估計標(biāo)準(zhǔn)誤差(RMSE)分別為0.018g.m-2·s－1、0.014g.m-2·s－1和0.015g.m-2.s－1，相對誤差(RE)分別為14.27％、18.05％和15.80％;對夏季晴天、多云天、陰天棚內(nèi)空氣溫度預(yù)測值與實測值之間1:1線的決定系數(shù)（R2)分別為0.96、0.93和0.92,RMSE分別為1.6、1.5和1.2℃，RE分別為5.6％、5.5％和4.5％

13、；對夏季晴天、多云天、陰天棚內(nèi)空氣相對濕度預(yù)測值與實測值之間1:1線的R2分別為0.89、0.88和0.80，RMSE分別為4.4％、4.6％和4.0％，RE分別為5.4％、5.5％和4.4％.
　　 本研究建立的防蟲網(wǎng)覆蓋塑料大棚內(nèi)小氣候模擬模型，以大棚外氣象因子為驅(qū)動變量，以大棚結(jié)構(gòu)、地理位置和作物等為參數(shù)，預(yù)測防蟲網(wǎng)覆蓋塑料大棚內(nèi)空氣溫度和相對濕度.模型預(yù)測精度高，機理性強，實用性強，為我國該類塑料大棚內(nèi)溫濕度預(yù)測、大棚結(jié)