防蟲(chóng)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(guó)南方地區(qū)蔬菜生產(chǎn)的主要設(shè)施類(lèi)型，近年來(lái)用防蟲(chóng)網(wǎng)覆蓋塑料大棚進(jìn)行綠色農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)的面積不斷擴(kuò)大。防蟲(chóng)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(zhǎng)、上市期和產(chǎn)量.由于防蟲(chóng)網(wǎng)覆蓋塑料大棚屬于簡(jiǎn)易設(shè)施，棚內(nèi)一般沒(méi)有環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器。防蟲(chóng)網(wǎng)覆蓋塑料大棚小氣候預(yù)測(cè)模型可以利用棚外氣象要素預(yù)測(cè)棚內(nèi)小氣候狀況，因此，是獲取防蟲(chóng)網(wǎng)覆蓋塑料大棚小氣候信息的重要手段。本研究以防蟲(chóng)網(wǎng)覆蓋塑料大棚小白菜生產(chǎn)為研究對(duì)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(yàn)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(jìn)一步用獨(dú)立的試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行了檢驗(yàn)。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(zhǎng)對(duì)光溫的反應(yīng)，綜合光溫指標(biāo)--輻熱積為預(yù)測(cè)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(duì)熱效應(yīng)，PTEP和TEP分別為日輻熱積和累計(jì)輻熱積(M

4、J.m-2);T、Ta、Tob和Tou分別為小白菜生長(zhǎng)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(shí)測(cè)值之間1：1線(xiàn)的R2＞0.97，RMSE＜0.300m2.m-2,RE＜18.0％。小白菜葉寬模擬值與實(shí)測(cè)值之間1：1線(xiàn)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(jì)算模型
　　 根

5、據(jù)田間試驗(yàn)資料，應(yīng)用回歸統(tǒng)計(jì)分析方法，建立了大棚塑料薄膜透光率與太陽(yáng)高度角(τ)的統(tǒng)計(jì)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(yáng)高度角，φ為地理緯度，δ為太陽(yáng)赤緯，ω為時(shí)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(shí)際值之間1:1線(xiàn)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(jì)模型
　　 根據(jù)試驗(yàn)觀(guān)測(cè)資料，用回歸統(tǒng)計(jì)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(jì)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(yáng)總輻射(w.m-2).大棚內(nèi)凈輻射模擬值與實(shí)測(cè)值之間1:1線(xiàn)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(jì)模型
　　 根據(jù)大棚內(nèi)田間試驗(yàn)觀(guān)測(cè)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(jì)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(shí)測(cè)值之間1:1線(xiàn)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(chóng)網(wǎng)的流量系數(shù)和綜合風(fēng)壓系數(shù)
　　 根據(jù)不同防蟲(chóng)網(wǎng)覆蓋塑料大棚內(nèi)小白菜蒸騰實(shí)測(cè)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(chóng)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(chóng)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(chóng)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(duì)棚內(nèi)小氣候的反饋?zhàn)饔茫鶕?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(yáng)輻射、溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速、氣壓）為驅(qū)動(dòng)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(chóng)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(guò)大棚塑料薄膜的熱交換量，J/s;qrad為到達(dá)大棚內(nèi)太陽(yáng)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(duì)濕度，kg.m-3;xout為大棚外空氣絕對(duì)濕度，kg.m-3,t為時(shí)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(yàn)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)（獨(dú)立樣本）對(duì)模型進(jìn)行了檢驗(yàn)。結(jié)果表明，模型對(duì)夏季晴天、多云天、陰天蒸騰速率預(yù)測(cè)值與實(shí)際觀(guān)測(cè)值之間1:

12、1線(xiàn)的決定系數(shù)（R2)分別為0.95、0.91、0.94，回歸估計(jì)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(duì)誤差(RE)分別為14.27％、18.05％和15.80％;對(duì)夏季晴天、多云天、陰天棚內(nèi)空氣溫度預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值之間1:1線(xiàn)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(duì)夏季晴天、多云天、陰天棚內(nèi)空氣相對(duì)濕度預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值之間1:1線(xiàn)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(chóng)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(dòng)變量，以大棚結(jié)構(gòu)、地理位置和作物等為參數(shù)，預(yù)測(cè)防蟲(chóng)網(wǎng)覆蓋塑料大棚內(nèi)空氣溫度和相對(duì)濕度.模型預(yù)測(cè)精度高，機(jī)理性強(qiáng)，實(shí)用性強(qiáng)，為我國(guó)該類(lèi)塑料大棚內(nèi)溫濕度預(yù)測(cè)、大棚結(jié)