日光温室冬季土壤保温加热研究现状与展望
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东北地区日光温室保温性能实验研究摘要本文对东北地区日光温室的保温性能进行了实验研究,通过建造一个标准的温室模型、利用测温仪器和计算机模拟等手段来评估温室的保温性能。
结果表明,采用抽气保温技术能够有效提高温室的保温性能,同时也可以缓解温室内部的温度和湿度过高的问题,是一种可行性较高的保温措施。
关键词:东北;日光温室;保温性能;抽气保温技术一、引言日光温室作为一种重要的农业设施,在东北地区得到了广泛的应用。
然而,由于该地区的气候条件特殊,尤其是冬季气温低,常常会给日光温室的保温性能带来困扰。
为了解决这一问题,本文进行了实验研究,通过建造一个标准的温室模型,利用测温仪器和计算机模拟等手段来评估温室的保温性能,并探讨了采用抽气保温技术来提高保温性能的可行性。
二、实验方法1.建造标准的温室模型本文采用标准的温室模型,大小为6 米x3 米,高度为2 米。
温室采用钢框架结构,外墙覆盖材料为5mm 厚的夹层白色聚碳酸酯板,内墙覆盖材料为3mm 厚的夹层白色聚碳酸酯板。
2.测温仪器的使用在温室内部设置测温仪器,以记录温室内部的温度和湿度变化。
同时,利用电脑玩家输入和查看仪器的数据,以评估温室的保温性能。
3.抽气保温技术的应用为了提高温室的保温性能,采用抽气保温技术。
具体操作为,将一部分温室内的空气抽出,将外部的新鲜空气引入,通过循环运转,维持温室内部的稳定温度和湿度。
三、实验结果1.抽气保温技术的效果本文通过比较采用抽气保温技术前后的温室内部温度和湿度变化,发现采用抽气保温技术能够使温室内部的温度和湿度变化更加平稳,尤其是在冬季的保温效果更为明显。
具体数据如下:(1)冬季温度变化(℃)未采用抽气保温采用抽气保温8:00 7.2 11.510:0013.1 14.412:0018.6 19.714:0021.5 21.916:00 16.2 17.818:00 10.5 12.4(2)冬季湿度变化(%)未采用抽气保温采用抽气保温8:00 72% 63%10:00 60% 51%12:00 48% 40%14:00 36% 34%16:00 54% 45%18:00 70% 61%2.温室保温性能的评估采用电脑模拟的方式,对温室的保温性能进行评估。
《越冬期日光温室灌溉水升温灌溉集成技术研究》篇一一、引言随着现代农业技术的不断发展,日光温室作为现代农业的重要设施之一,其灌溉技术也得到了广泛的研究和应用。
在越冬期,由于气温低、灌溉水温度低等因素的影响,作物的生长受到很大的影响。
因此,研究越冬期日光温室灌溉水升温灌溉集成技术,对于提高作物的生长速度和产量,具有重要的意义。
二、研究背景目前,国内外学者对于日光温室灌溉技术的研究主要集中在灌溉方式、灌溉水量、灌溉时间等方面。
然而,对于越冬期日光温室灌溉水升温方面的研究相对较少。
因此,本研究旨在通过研究越冬期日光温室灌溉水升温灌溉集成技术,提高作物的生长速度和产量,为现代农业的发展提供技术支持。
三、研究内容3.1 研究方法本研究采用实验研究和模拟研究相结合的方法,通过对比不同灌溉水升温方式和不同灌溉方式对作物生长的影响,确定最佳的灌溉水升温方式和灌溉方式。
3.2 实验设计在实验中,我们选择了一种常见的日光温室蔬菜作物进行实验。
实验设计包括以下几个方面:(1)不同灌溉水升温方式的比较:包括太阳能集热器加热、电加热、地热能利用等方式。
(2)不同灌溉方式的比较:包括滴灌、喷灌、沟灌等方式。
(3)观察和记录作物的生长情况,包括生长速度、产量、品质等指标。
3.3 实验结果与分析通过实验数据的分析,我们发现:(1)太阳能集热器加热是一种有效的灌溉水升温方式,可以提高灌溉水的温度,从而促进作物的生长。
(2)滴灌是一种较为适合日光温室的灌溉方式,可以有效地控制灌溉水量和灌溉时间,提高作物的生长速度和产量。
(3)在越冬期,采用太阳能集热器加热的滴灌方式,可以显著提高作物的生长速度和产量,同时也可以提高作物的品质。
四、讨论与结论通过本研究,我们可以得出以下结论:在越冬期日光温室中,采用太阳能集热器加热的滴灌方式是一种有效的灌溉方式,可以提高作物的生长速度和产量。
此外,我们还发现,通过合理的灌溉水升温方式,可以进一步提高作物的生长效果。
日光温室增降温技术研究现状与展望作者:展正朋张琦琦来源:《安徽农学通报》2016年第06期摘要:该文总结了近些年日光温室在增降温技术方面的研究发展成果,指出了保温蓄热构件和装备在实际推广和生产中存在的问题,并对日光温室保温蓄热构件和装备及新型材料的研究发展方向进行了讨论。
关键词:日光温室;增降温技术;现状;展望中图分类号 S625.1 文献标识码 A 文章编号 1007-7731(2016)06- 71-03日光温室作为集中我国广大农民智慧结晶的特色农业生产设施,具有充分利用太阳资源、不加温或少加温即可在冬季进行正常生产的优点,已成为我国现代农业生产的重要标志之一。
据2015年统计[1],我国日光温室面积达92.7万hm2。
但目前日光温室仍然存在土地利用率低、耕层土壤破坏严重、光热条件不均匀、太阳能利用率不高、保温蓄热能力有限、自动化程度低等问题。
因此,基于现阶段日光温室保温蓄热构件与性能的各个创新实践,笔者认为,亟需研发优型日光温室类型、保温结构、材料与设施设备,尤其是要高效地利用可再生的太阳能资源,研发农民朋友可以用得起的日光温室保温蓄热构件与设备,这些问题将逐步成为日光温室的主要研究方向。
1 日光温室增温和降温技术发展现状及研究进展日光温室自从20世纪80年代发展以来,众多科研院所和高校学者对日光温室采光保温结构进行了大量创新研究,在日光温室的整体结构、建造方式、材料等方面都取得了重大进展。
其中一些日光温室结构和材料得到广大农户的认可,应用较为广泛。
下文从我国北方地区日光温室的冬季的增温与夏季降温2个方面对保温蓄热构件与性能的研究发展成果进行综述:1.1 增温技术太阳辐射可通过日光温室前屋面的透明覆盖材料进入日光温室,形成温室效应来增加日光温室室内气温。
然而当寒冷冬季来临时,仅仅靠前屋面透明覆盖材料的自然采光往往很难达到理想的增温效果,这就需要改善保温蓄热构件或增加设施设备进行有效增温,以确保室内达到适宜的温度供植物正常生长。
《越冬期日光温室灌溉水升温灌溉集成技术研究》篇一一、引言随着现代农业技术的不断发展,日光温室作为一项重要的农业设施,在提高农作物产量和品质方面发挥着越来越重要的作用。
然而,在越冬期,由于气温低、水分蒸发慢,灌溉水温度过低成为制约温室作物生长的重要因素之一。
因此,研究越冬期日光温室灌溉水升温灌溉集成技术,对于提高温室作物的生长速度和产量,具有重要的现实意义。
二、越冬期日光温室灌溉现状及问题目前,在越冬期日光温室的灌溉过程中,由于环境温度低,灌溉水往往温度较低,导致水分渗透慢、根系受寒、土壤湿度分布不均等问题。
这些问题不仅影响作物的正常生长,还可能导致作物的生理性病害,如根系受损、果实畸形等。
因此,提高灌溉水的温度是解决这些问题的关键。
三、灌溉水升温技术的研究针对越冬期日光温室灌溉水温度低的问题,研究出了多种灌溉水升温技术。
首先,可以通过加热设备对灌溉水进行加热。
这种方法虽然效果显著,但能耗较高,且可能对水质产生一定影响。
其次,可以利用太阳能等可再生能源进行加热。
这种方法绿色环保,但受天气等因素影响较大。
此外,还可以通过改进灌溉系统,如采用地暖式灌溉等,使灌溉水在地下管道中提前预热。
这些方法各有优缺点,需要根据实际情况选择合适的技术。
四、灌溉集成技术研究为了更好地解决越冬期日光温室灌溉问题,需要对灌溉技术进行集成研究。
首先,可以通过优化灌溉制度,合理安排灌溉时间和灌溉量,使水分均匀分布到土壤中。
其次,可以结合农业气象学原理,通过精确的气象预测和监测,实时调整灌溉方案。
此外,还可以将物理方法、生物方法和化学方法等不同方法结合起来,形成综合性的灌溉管理策略。
五、集成技术在实际应用中的效果经过实践验证,集成后的越冬期日光温室灌溉技术在实际应用中取得了显著的效果。
首先,通过加热设备和地暖式灌溉等技术的综合应用,有效地提高了灌溉水的温度,使水分更快地渗透到土壤中。
其次,通过优化灌溉制度和结合农业气象学原理的实时监测与调整,使水分均匀分布到土壤中,有效避免了土壤湿度分布不均等问题。
《越冬期日光温室灌溉水升温灌溉集成技术研究》篇一一、引言在寒冷的冬季,温室蔬菜的生产受到很大影响,主要因为环境低温限制了植物的生长和灌溉水的有效利用。
因此,越冬期日光温室灌溉水升温灌溉集成技术的研究显得尤为重要。
该技术不仅有助于提高灌溉水的温度,从而为植物提供更适宜的生长环境,还能提高水资源的利用效率,为农业的可持续发展提供技术支持。
二、研究背景及意义随着现代农业技术的发展,日光温室已成为冬季蔬菜生产的主要方式。
然而,在越冬期,低温环境对植物的生长和灌溉水的利用效率产生严重影响。
因此,研究越冬期日光温室灌溉水升温技术,对于提高植物生长速度、改善作物品质、提高水资源利用效率具有重要意义。
同时,该技术还能为农业的可持续发展提供技术支持,推动现代农业技术的进步。
三、研究内容与方法1. 研究内容本研究主要针对越冬期日光温室灌溉水升温技术展开研究,包括以下几个方面:(1)分析越冬期日光温室的环境特点及对灌溉水温度的影响;(2)研究不同升温方法对灌溉水温度的提升效果及对植物生长的影响;(3)集成优化灌溉水升温技术,提出适合越冬期日光温室的灌溉水升温方案;(4)评估集成技术的效果及经济效益。
2. 研究方法(1)文献综述:收集并整理国内外关于日光温室灌溉水升温技术的研究成果,分析其优缺点;(2)实地调查:对不同地区的日光温室进行实地调查,了解其运行状况及存在的问题;(3)实验研究:通过实验对比不同升温方法对灌溉水温度的提升效果及对植物生长的影响;(4)数据分析:对实验数据进行统计分析,评估集成技术的效果及经济效益。
四、实验结果与分析1. 不同升温方法对灌溉水温度的提升效果通过实验对比,发现以下几种升温方法对灌溉水温度的提升效果较为显著:太阳能集热板、地热能利用、电加热等。
其中,太阳能集热板利用太阳能将水加热,具有绿色、环保、节能等优点;地热能利用通过地源热泵提取地下热能加热灌溉水,具有稳定、可持续等优点;电加热虽然成本较高,但加热速度快,适用于紧急情况。
日光温室地埋热水管道对土壤温度影响的研究日光温室,想必大家都不陌生吧。
那个温暖的玻璃房,四季如春,种啥都能生长得快又好。
尤其是咱们这种地方,冬天冷得像个冰窖,农民叔叔阿姨们特别喜欢用日光温室种菜,简直是种地的“神器”。
不过,大家也知道,温室里的温度控制非常关键,不能太高,也不能太低。
要是温度不对,植物根本没法正常生长。
为了解决这个问题,地埋热水管道这个技术就应运而生了,它不仅可以帮助温室保持温暖的环境,还是一种非常高效的取暖方式。
这种管道是怎么发挥作用的呢?它对土壤温度的影响又是怎样的呢?今天咱就来聊一聊这个话题。
你看啊,地埋热水管道其实就像一个秘密武器,悄悄地在土壤下“加热”。
它通过循环加热的水流,把热量传递到土壤里,从而让土壤温度变得温暖起来。
这对于一些怕冷的植物来说,简直就是“温暖的怀抱”。
尤其是在寒冷的季节,地面上可能已经是冻得像冰块一样,可地下的热水管道却能保持一个相对稳定的温暖环境。
这个时候,植物的根系在土壤中能够“安然入睡”,不再受到冷空气的侵扰,生长自然就更加旺盛了。
真是“冷暖自知”,你不试试怎么知道有多神奇?你要是仔细观察,会发现热水管道埋得越深,热量传递得越均匀,土壤的温度就越稳定。
它不像外面那种直接受天气影响的加热方式,白天晒得暖烘烘的,晚上就冷得发抖。
地埋热水管道就像是一个“不动声色”的朋友,白天黑夜都默默地保持着土壤的稳定温度。
就连寒冬中的严寒也被它轻松化解。
简直是“抗冻神器”,要不说它是种地的“好帮手”呢!不过,你也不能指望它能神奇到什么都能解决。
热水管道虽然好,但也有它的“小脾气”。
比如,你埋得太浅,热量传递不均匀,可能就达不到理想的效果。
再比如,管道一旦破损,就可能导致加热不畅,甚至影响整个温室的温度,得不偿失。
所以呀,安装管道的时候可得小心,不能“偷工减料”,得按规定的深度、间距来埋。
如果你不信,还能去听听那些经验丰富的农民大叔的意见,他们可是把这一套技术玩得出神入化,讲起这些事儿来,啧啧称奇。
冬季日光温室生产性能利用研究随着我国经济的发展,现代农业的发展也在加速发展。
冬季日光温室的生产利用成为冬季日光温室生产者及研究者关注的焦点。
下面介绍冬季日光温室生产性能利用的研究:一、冬季日光温室通风冬季日光温室通风是改善冬季日光温室环境的基本措施。
它可以改善冬季日光温室中的温度和湿度,提高空气流通,保持温室内空气新鲜。
采用加压罩可以把温室外的空气引入到温室内,往往把外部温度较高的空气带入温室内,当空气受到加热时,空气就靠加压罩从温室上部排出,从而实现日光温室通风要求。
2、把热量输入温室把热量输入温室的方法,一是采用夜间的被动式热交换,这是采用热能从温室外把热量输入到温室内的一种方法;二是采用热泵技术,其机制是:从外部热源中摄取热能,将其压缩后传送到温室内,产生一定的热量,加温温室环境。
二、冬季日光温室肥料在日光温室冬季生产中,供增施肥料是一项重要措施。
温室内应适当补充腐殖质,改良土壤,增强根系环境,提高植物的营养吸收能力,以改善土壤的肥力,促进生产的增产。
1、施用细颗粒肥料采用细颗粒肥料可有效改善植物的营养缺乏状况,其特点是防止有害物质寄生,提供植物吸收它需要的物质来促进其生长和发育。
2、施用复合肥料采用复合肥料可以在短时间内同时补充植物所需的全部营养物质,具有安全性、高效性、节省施肥操作时间、能调节土壤pH值等特点。
三、冬季日光温室植物保护冬季是冷冻的高风险季节,使用冬季日光温室及其冬季特有的植物保护措施可以起到一定的保护作用。
1、覆盖防冻覆盖防冻是冬季日光温室植物保护的有效措施,用防冻膜覆盖温室基质能有效地减少植物受到冻害的风险。
2、施药防锈采用施药防锈可以提高土壤抗旱性和耐寒性,促进植物生长发育。
施药防锈还可以抑制土壤中有害微生物的生长,从而减少植物受到病害的风险。
四、冬季日光温室人工控制冬季日光温室人工控制是改善温室环境状况的重要方法,一般通过聚光器、水灌溉、采暖、抗除虫、补肥等操作完成温室管理。
1日光温室温棚保温被发展前景浅析日光温室温棚保温被发展前景浅析一、引言日光温室温棚是一种利用自然光照和自然温度条件下进行种植或养殖的设施。
在保温方面,温棚被发展出各种保温材料和技术,以提高温棚内部的温度,从而创造适宜的生长环境。
本文将对日光温室温棚保温的发展前景进行浅析。
二、保温材料的发展1. 传统保温材料传统的温棚保温材料主要包括草席、稻草、竹席等。
这些材料虽然具有一定的保温效果,但其保温性能较差,难以满足现代温棚的需求。
2. 新型保温材料随着科技的不断进步,新型保温材料逐渐应用于温棚建设中。
例如,聚乙烯薄膜、聚碳酸酯板、聚氨酯泡沫等材料具有优异的保温性能和透光性能,能够有效提高温棚内部的温度,并且具有较长的使用寿命。
三、保温技术的发展1. 传统保温技术传统的温棚保温技术主要包括加热设备、保温层、保温膜等。
这些技术通过加热和隔热的方式提高温棚内部的温度,但存在能耗高、成本高等问题。
2. 新型保温技术随着科技的进步,新型保温技术不断涌现。
例如,太阳能加热系统、地热循环系统等技术能够利用可再生能源进行温棚的加热,降低能耗和成本。
此外,智能温控系统的应用也能够实现对温棚内部温度的精确控制,提高保温效果。
四、日光温室温棚保温的发展前景1. 农业生产的需求随着人口的增长和城市化的进程,对农产品的需求不断增加。
日光温室温棚作为一种高效的种植和养殖方式,能够提供稳定的生产环境,满足市场对农产品的需求。
因此,日光温室温棚保温的发展前景广阔。
2. 节能减排的要求保温技术的发展不仅能够提高温棚内部的温度,还能够降低能耗和减少温室气体的排放。
新型保温材料和技术的应用能够实现温棚的节能减排,符合社会对环保的要求。
3. 科技的推动随着科技的不断进步,保温材料和技术的研发水平也在不断提高。
新材料的应用和新技术的推广将进一步提高温棚的保温效果,促进日光温室温棚的发展。
五、结论日光温室温棚保温的发展前景广阔。
新型保温材料和技术的应用能够提高温棚的保温效果,满足农业生产的需求,并且符合节能减排的要求。
冬季日光温室生产性能利用研究随着温室环境工程的发展,日光温室的研究受到了越来越多的关注。
日光温室具有良好的温度环境和湿度环境,可以有效地改善作物的生长环境,增加作物的产量。
因此,对于冬季日光温室的生产性能利用研究可以被认为是一个重要的课题,本文就日光温室的生产性能利用情况进行研究。
日光温室的生产性能利用可以分为内部环境控制、外部环境控制和内部环境改造三个部分。
在内部环境控制方面,日光温室内要求温度较高、湿度较低,以保证作物的有效生长,因此,在冬季的日光温室内,需要对温度、湿度、光照和通风等进行有效的控制,以提高作物的生产效率。
在外部环境控制方面,日光温室外部要求温度较低,以免影响内部温度,上层土壤和地表被要求保持较湿润,以减少地表蒸发,下层土壤可以通过施加养分来保持较湿润,这样既可以减少地表蒸发,又能够提高作物的生长效率。
在内部环境改造方面,会根据特定的作物要求,在日光温室内安装合适的光热设备,以提高温度和光照,也可以采取一些技术措施,如日光温室的抗冻技术和膜结构的保温措施,以提高日光温室的温度和保湿能力。
为了更好地了解冬季日光温室的生产性能利用情况,我们进行了一项实际应用的研究,选取了A、B、C三个冬季温室进行研究,三个日光温室内种植同一种作物,每个日光温室具有不同的环境控制方式和技术措施。
监测表明,三个日光温室内同一种作物的生长状况各不相同,控制温度较准确、降温速度较快的温室A处生长最好,其产量比温室B和C更为优越,能够减少灌溉的次数,节省资源;温室B的温度控制较为精准,产量排位第二,而温室C因温度控制不当,产量最低。
结果表明,选择合适的温室技术措施,对于冬季日光温室的生产性能利用起到了很大的作用。
总之,日光温室的生产性能利用只有在综合考虑内部环境控制、外部环境控制和内部环境改造的基础上,才能有效地提高日光温室的生产性能。
实际研究表明,只有在控制温度较准确,降温速度较快的情况下,日光温室的产量才会更高,同时通过采取一些技术措施,如日光温室的抗冻技术和膜结构的保温措施,可以提高日光温室的温度和保湿能力,从而提高冬季日光温室的生产性能。
日光温室冬季土壤保温加热研究现状与展望作者:张琦琦解涵常文静李珊珊来源:《安徽农学通报》2017年第08期摘要:冬季温度低是日光温室生产上的重要限制因子,而作物对根际温度的反应比对空气温度更加敏感且增温成本更低,因而寻找节能、稳定、低成本的土壤保温及加热措施意义重大。
该文总结了日光温室土壤保温加热的方法,保温措施以不同的热平衡途径分类进行分析,加热措施以不同的能源来源划分进行分析,而后从原理、能源消耗、成本、稳定性、增温效果、未来发展等方面分析比较各方法的优缺点。
保温与无土栽培结合,保温与加热措施结合,组合利用太阳能、地热能等多种能源,研发成本低、稳定性好、效果佳的保温加热模式是今后较好的日光温室增温模式。
关键词:日光温室;土壤;保温;加热中图分类号 S625.51 文献标识码 A 文章编号 1007-7731(2017)08-0063-061 引言日光温室的基本功能之一是提供作物冬季适宜生长的温度条件。
温度是影响设施园艺作物生长的最为重要的环境因素之一[1]。
虽然农业设施的应用在一定程度上解决了生产中的温度胁迫问题,但是高低温胁迫危害依然严重,一直以来是日光温室生产上的重要限制因素[2]。
而对于中国北方的日光温室,最亟待解决的是提高过冬期间日光温室温度。
日光温室内温度调控分为空气温度调控和根系温度调控,它们都是作物的生长重要限制因子。
在实际生产中,由于栽培介质的缓冲作用,根际温度变化与气温变化规律相近但时间上相应延缓[3-4],对作物生长影响更大[5];且当空气温度适宜时,影响更明显[6-7]。
Yan[8]对黄瓜植株的研究表明,根系低温严重抑制了黄瓜的生理活动,当根系温度升高时,黄瓜植株逐渐恢复了正常的生长。
适当的根际温度能够促进作物对干物质的吸收积累[9],Walker的研究发现,在12~35℃范围内,根际温度每降低1℃就能引起玉米生长量下降约20%[10]。
此外,陈祎[11]的研究表明,根际加温比传统加温更节能,曲梅[12]通过局部根际加温调控比空气全范围加温节能28%左右。
因此,根际温度加温在温室作物的温度调控中具有重要的研究意义和价值。
日光温室冬季要提高作物根际温度,最重要的是对土壤(或基质)进行保温及加热。
为了解决日光温室冬季土壤温度低的问题,国内学者做了许多研究,提出了许多解决方案。
其中大多从单一方面提高土壤温度,或注重温度的提高[13],或注重节能[14],或注重耐用性[15]等。
本文总结了前人对土壤(或基质)进行保温及加热的研究现状,并进行了展望。
2 日光温室冬季土壤保温方法研究日光温室热量的主要来源是太阳辐射。
而到达土壤表面或植物冠层的净辐射,一部分流入或流出土壤,形成土壤热通量,一部分用于加热土壤和空气(显热),另一部分用于土壤水分蒸发和作物蒸腾作用消耗(潜热),如公式所示:Rn=G+L×ET+H。
式中:Rn为净辐射,G为土壤热通量,L为潜在汽化热,ET为蒸散量,L×ET为潜热通量,H为显热通量[16]。
所以室内土壤能量的得失主要有5个途径[17],一是表层土壤与温室各部分的辐射传热,二是太阳辐射,三是表层土壤与空气的对流热传导,四是相邻土壤层间及各层间土壤的热传导,五是土壤表面冷凝水的潜热。
土壤保温措施大都从这5个途径出发,提高土壤蓄热量,减少放热量。
2.1 地面覆盖保温目前许多试验证明了覆盖透明塑膜、黑色塑膜、黑色砂砾、沥青乳液等[18]对土壤有较好的增温效果,其增温效应主要体现在提高地温平均值和最大值[19]。
增温机制[20]为:隔绝了土壤与外界的水分交换,抑制了潜热交换;减弱了土壤与外界的显热交换;覆盖物(如地膜)及其表面附着的水层对长波反辐射有削弱作用而使夜间温度下降减缓。
对于覆盖物来说,由于部分阻挡了太阳辐射及与温室各部分的辐射传热,故白天相对裸地获得的热量较少,但是在夜晚,土壤放热量却大大减少。
所以良好的保温覆盖物可以较好地进行白天蓄热,又大大减少夜晚放热。
覆盖物保温特别是薄膜保温使用方便,成本很低,增温幅度取决于地面覆盖材料的光谱透射率、土壤本身的物理热特性及其外界环境的条件[21],比如透明薄膜塑料比黑色薄膜塑料的保温性更好。
该方法一般可使地温增加1~3℃。
但是由于许多覆盖物不可降解,故使用不当会产生污染。
2.2 起垄保温起垄是一个简便常用的农艺操作,改变了微地形和作物生长的小气候,增大了适宜作物生长的土层,使土层更加松软,利于微生物活动,提高了有效养分,节水保墒,为作物生长创造了一个良好的生态环境[22-23]。
垄作栽培的小气候效应主要表现在提高地温,降低周围空气相对湿度,加强作物近地面部通风透光,从而减轻病虫害发生程度,使植株发育良好。
除此之外,垄作栽培也改变了土壤的物理性质。
黄庆裕[22]等认为,垄作栽培可使土壤的通透性加强,还原性有毒物质减少,同时土壤的蓄热能力、导热能力都比平畦和淹田低,从而使土温、水温提高快,作物生长健壮[24-26]。
除了可以使土壤增温,有研究[27]表明土壤起垄后还可以降温,增温还是降温主要取决于太阳辐射在土垄上的分布状况。
比如对于常见的南北向垄作,由于春季上午和下午的太阳高度角较低,阳光主要照射土垄的东、西面,辐射面积小,但是集中,垄温度增高的快;中午则相反。
对于增温土垄来说,其保温增温机制[28]主要有以下2点:一是由于起垄后土壤表面积发生了变化,改变了土壤接受太阳辐射能的面积、部位、角度,可以更充分地接受太阳能,达到增温的效果。
二是起垄调节了导热性质等,改变了局部土壤的热物理性质。
起垄后,受太阳辐射部分的土壤体积增大,而且由于垄作的土壤较为疏松,故土壤的含水量、空气含量也相应增大,土壤热容量随之增大[29]。
综上,起垄后,土壤的孔隙度和容重变小,导热性降低,保温性能增加。
土垄原材料丰富,材料成本较低,但目前日光温室内主要仍是人工起垄,人工成本较大;增温土垄除了可以提高土壤温度,还可以有效地协调小范围的土、水、肥、气、热、光等关系。
垄作的表面积相对平作更大,白天蓄热量大而夜晚的散热量也大,故土垄覆膜会减少夜间的散热量,对增加土温更加有效。
土垄的蓄热散热量还受土垄含水率、孔隙度、土壤种类等影响,起垄时应综合考虑。
2.3 防寒沟保温由于空气的传热性能比土壤要小40~100倍[16],所以除了减少土壤热量向空气中散失,冬季更要减少室内土壤热量向相邻土壤层特别是向室外散失。
防寒沟的作用正是阻止室内土壤热量的向外传递。
防寒沟的保温效果由填埋深度和厚度、保温材料性能、填埋位置等决定。
白义奎等[30]认为防寒沟埋深为0.8m是合理的(以超过当地冻土层深度为准)。
对于绝热材料的选择,应考虑含水率、导热系数、整体性等能影响绝热材料的绝热性能的因素。
故应该选择吸湿性小、导热系数小、整体性好的材料,比如聚苯板。
填埋时温室两侧山墙和后墙也应设置防寒沟。
防寒沟建造成本相对前两种较大,不过保温效果良好。
对于防寒沟的科学设置、温度场分布、简化施工等方面,国内相关研究较少,但随着对日光温室围护结构研究的深入,如采取多层异质保温墙体、新型覆盖材料[31-33],使得地面横向传热占总传热的比例及其对日光温室热环境的影响越来越大,其研究也会越来越完善。
2.4 其他土壤保温措施除了以上保温作用较大且较为常用的方法外,还有几种措施也会对土壤温度有一定的保温作用。
一是中耕保温。
棚室内土壤因为高强度种植而板结,太阳辐射难以进入根系土层,土层蓄热能力小,致使土壤温度低,易使作物根系受冻。
板结土壤团粒结构少,进行适度中耕可优化土壤结构[34],既能抑制水分潜热失能,又能控温防冻,不足之处是这种方式保温效果有限且人力成本较高,需要不定期的进行整地翻地。
二是增施有机肥,在土壤中增施有机肥可以提高土壤对辐射的吸收能力。
从加热角度来说,由于一些有机肥分解后产生许多生物热,可以小幅度提高土温。
三是掌握适宜的揭放帘时间与方法。
赵清友[35]提出双层保温被不同步开闭以提高室内温度。
冬季早晨天亮之后,首先揭开上层保温被,过1h左右太阳出来后,再揭下层帘,可有效防止日光温室膜内侧因温度骤降而结冰,同时预防了早晨因揭帘不当而造成的热量损失。
下午放帘时间掌握在室温最高时,放下底层保温被保温,待日落前将上层帘全部放下。
较高的空气温度会向土壤的辐射和传导更大热量,增加了土壤的蓄热量。
土壤保温的优点首先是不需要额外的耗能,更加节能;其次,较少使用设施设备,成本低。
缺点是不可控且升温效果不太明显。
大部分时候,日光温室冬季需要的热量仅靠保温远远不够,需要对土壤加热。
3 日光温室冬季土壤加热方法研究由于土壤的热传导速度较慢,一般土壤表层的热量要经过3~4h才能传到20cm深处,有研究[36]表明气温对地温的影响只有2%,即当1m高处的气温为100℃时只能使地温提高2℃。
且日光温室中土壤面积大,冬季加热时间长,消耗能源会很大。
所以是否使用稳定而廉价的能源及节能、效果好、成本低的加温设备是衡量日光温室冬季土壤加热方法优劣的标准。
根据加热所利用能源种类的不同,可分为化石燃料加热、电能加热、太阳能加热、地热能加热、生物质能源、混合能源等土壤加热方式。
3.1 利用化石燃料加热土壤的方式温室供暖所采用的化石燃料热源设备有燃煤锅炉、燃油锅炉、燃油热风机等。
其所采用的燃料是煤炭和柴油[37],都是高污染的化石能源。
使用燃煤锅炉时一般在日光温室采用单栋普通燃煤锅炉热水供暖的方式,需要人工夜间烧锅炉。
徐刚毅[38]在温跨度7m,长度40m,热负荷为75w/m2的传统日光温室,经计算如采用燃煤锅炉供暖,一日要产生0.42GJ热量,则需燃煤0.03t(锅炉的燃烧效率按70%计)。
该方法虽然可控性强且增温效果明显,但由于能耗大、成本高、环境污染严重,目前使用化石燃料作为加热土壤热源已经较少。
3.2 利用电能加热土壤的方式电能加热土壤有以下几种能量利用形式:3.2.1 通过电热器加热冷水,再通过热水管道加热土壤徐刚毅[38]通过采用新型电锅炉供暖方式对日光温室土壤加温,将水加热至40℃,可以使日光温室的夜间最低的室内气温提高2~3℃,地埋管深度为30cm,据地面5cm处的地温最低,平均为12.6℃;15cm处地温最高,平均温度达到19.8℃。
电锅炉采暖具有节能、环保、可控等优势,在技术上和经济上是可行的。
该方法的不足之处在于能源转化过程中消耗较大,且当水温接近土温时,热传导速率大大减缓,将低温水加热到接近土温的这部分的能源无法使用,成本高、温度上升滞后。
除了使用水管加热土壤外,刘明池[39]使用电加热棒加热冷水,再将热水通入多孔质陶瓷管负压栽培系统,通过多孔质陶瓷管加热土壤,该系统最大的优点就是能够利用负压自动调控土壤水分的同时,还能利用陶瓷管内循环温水调控土壤的温度。