陜西楊凌溫室內外太陽輻射特性分析.pdf

<p>分類號：S482.2+99學校代碼：10712U D C：632研究生學號：2012054061密級：公開2017 屆 在 職 攻 讀 碩 士 學 位 研 究 生 學 位 （ 畢 業(yè) ） 論 文陜西楊凌溫室內外太陽輻射特性分析類型農業(yè)推廣領域、方向設施園藝研究生張淑娟指導教師楊振超副教授完成時間2017年9月中國陜西楊凌研究生學位論文的獨創(chuàng)性聲明本 人 聲 明 ： 所 呈 交 的 職 教 碩 士 學 位 論 文 或 碩 士 專 業(yè) 學 位 論 文 是 我 個 人 在 導 師 指 導 下獨 立 進 行 的 研 究 工 作 及 取 得 的 研 究 結 果 ； 論 文 中 的 研 究 數 據 及 結 果 的 獲 得 完 全 符 合 學 校 關 于 規(guī) 范 西 北 農 林 科 技 大 學 研 究 生 學 術 道 德 的 暫 行 規(guī) 定 ,如 果 違 反 此 規(guī) 定 ， 一 切 后果 與 法 律 責 任 均 由 本 人 承 擔 。盡 我 所 知 ， 除 了 文 中 特 別 加 以 標 注 和 致 謝 的 地 方 外 ， 論 文 中 不 包 含 其 他 人 已 經 發(fā) 表或 撰 寫 過 的 研 究 結 果 ， 也 不 包 含 其 他 人 和 自 己 本 人 已 獲 得 西 北 農 林 科 技 大 學 或 其 它 教 育機 構 的 學 位 或 證 書 而 使 用 過 的 材 料 。 與 我 一 同 工 作 的 同 事 對 本 研 究 所 做 的 任 何 貢 獻 均 已在 論 文 的 致 謝 中 作 了 明 確 的 說 明 并 表 示 了 謝 意 。研 究 生 簽 名 ： 時 間 ： 年 月 日導師指導研究生學位論文的承諾本 人 承 諾 ： 我 的 碩 士 專 業(yè) 學 位 研 究 生 張 淑 娟 所 呈 交 的 碩 士 學 位 論 文 是 在 我 指導 下 獨 立 開 展 研 究 工 作 及 取 得 的 研 究 結 果 ， 屬 于 我 現 崗 職 務 工 作 的 結 果 ， 并 嚴 格 按 照 學校 關 于 規(guī) 范 西 北 農 林 科 技 大 學 研 究 生 學 術 道 德 的 暫 行 規(guī) 定 而 獲 得 的 研 究 結 果 。 如 果違 反 學 校 關 于 規(guī) 范 西 北 農 林 科 技 大 學 研 究 生 學 術 道 德 的 暫 行 規(guī) 定 ， 我 愿 接 受 按 學 校有 關 規(guī) 定 的 處 罰 處 理 并 承 擔 相 應 導 師 連 帶 責 任 。導 師 簽 名 ： 時 間 ： 年 月 日關于研究生學位論文使用授權的說明本 學 位 論 文 的 知 識 產 權 歸 屬 西 北 農 林 科 技 大 學 。 本 人 同 意 西 北 農 林 科 技 大 學 保 存 或向 國 家 有 關 部 門 或 機 構 送 交 論 文 的 紙 質 版 和 電 子 版 ， 允 許 論 文 被 查 閱 和 借 閱 ； 同 意 西 北農 林 科 技 大 學 將 本 學 位 論 文 的 全 部 或 部 分 內 容 授 權 匯 編 錄 入 中 國 優(yōu) 秀 碩 士 學 位 論 文 全文 數 據 庫 和 中 國 學 位 論 文 全 文 數 據 庫 進 行 出 版 ， 并 享 受 相 關 權 益 。本 人 保 證 ， 在 畢 業(yè) 離 開 （ 或 者 工 作 調 離 ） 西 北 農 林 科 技 大 學 后 ， 發(fā) 表 或 者 使 用 本 學位 論 文 及 其 相 關 的 工 作 成 果 時 ， 將 以 西 北 農 林 科 技 大 學 為 第 一 署 名 單 位 ， 否 則 ， 愿 意 按 中 華 人 民 共 和 國 著 作 權 法 等 有 關 規(guī) 定 接 受 處 理 并 承 擔 法 律 責 任 。任 何 收 存 和 保 管 本 論 文 各 種 版 本 的 其 他 單 位 和 個 人 (包 括 研 究 生 本 人 )未 經 本 論 文作 者 的 導 師 同 意 ， 不 得 有 對 本 論 文 進 行 復 制 、 修 改 、 發(fā) 行 、 出 租 、 改 編 等 侵 犯 著 作 權 的行 為 ， 否 則 ， 按 違 背 中 華 人 民 共 和 國 著 作 權 法 等 有 關 規(guī) 定 處 理 并 追 究 法 律 責 任 。（ 保 密 的 學 位 論 文 在 保 密 期 限 內 ， 不 得 以 任 何 方 式 發(fā) 表 、 借 閱 、 復 印 、 縮 印 或 掃 描復 制 手 段 保 存 、 匯 編 論 文 ）研 究 生 簽 名 ： 時 間 ： 年 月 日導 師 簽 名 ： 時 間 ： 年 月 日陜西楊凌溫室內外太陽輻射特性分析摘要2015年3月至12月期間在陜西楊凌西北農林科技大學南校區(qū)模型溫室使用光譜分析儀PS-300型測定春分、夏至、秋分、冬至時節(jié)陰晴天EVA塑料薄膜大棚、聚碳酸酯板模型溫室、浮法玻璃模型溫室及室外的全天太陽輻射光譜，通過楊凌區(qū)不同季節(jié)和不同材料覆蓋下溫室內外太陽輻射光譜特性，分析探討了季節(jié)和使用材料不同時對于溫室內不同波段光譜的影響與聯(lián)系。主要結論有：在春分和秋分時節(jié)，云層對于溫室內光合有效輻射（PAR）及總輻射的影響較大，在典型陰天的情況下一般只為典型晴天的50%左右，在冬至時節(jié)，云層對于溫室內PAR及總輻射的影響微小，典型晴天僅比典型陰天多；溫室內不同波段光譜在秋分開始下降到冬至，之后呈上升趨勢至春分，其中冬至時總輻射為夏至時的15.51%；EVA塑料薄膜、聚碳酸酯板及浮法玻璃三種材料中，EVA塑料薄膜的PAR透光性能最為優(yōu)秀，其次是浮法玻璃，最后為聚碳酸酯板。紫外光透光性能與室外對照組相比比值結果為浮法玻璃EVA塑料薄膜聚碳酸酯板，影響因素中，遠紅光透光性能聚碳酸酯板EVA塑料薄膜玻璃，差距較小。材料本身為核心影響源，結構遮光等為次要影響源；全天PAR及總輻射波動曲線，冬至最為平滑，整體呈正態(tài)分布圖案的形狀，早晚變化明顯，正午12時達到極值。秋分時曲線同樣平滑，極值為下午1時，同時在上午10時出現大幅上升，下午4時出現大幅下降趨勢直至。春分極值為下午2時，同秋分一樣在上午10時及下午4時產生大幅度變化，且能在上午10時至下午4時一直保持較高水準，對于光合作用最有利；總體PAR變化來看，夏至最高，秋分略大于春分，三者均遠大于冬至，晴天的日變化曲線呈單峰型極值較高且比較平滑，陰天的日變化曲線極值較低波動比較大，多由于云層間斷遮擋所致。關鍵詞：陜西楊凌；溫室；光合有效輻射（PAR）；光譜分析ANALYSISONSOLARRADIATION&#39;SCHARACTERISTICSINSIDEANDOUTSIDEOFTHEGREENHOUSEAROUNDTHESHAANXIYANGLINGAREAABSTRACTFrom March to December in 2015, the plastic film greenhouse, PC greenhouse, Floatglass greenhouse and outdoor of the South Campus of NorthwestAEVAplastic film PAR transmission performance was themost outstanding, followed by the float glass, and finally for the polycarbonate plate.Ultraviolet light transmittance compared with the outdoor control group The results for thefloat glass&gt; EVA plastic film&gt; polycarbonate, the impact of factors, far-red light translucentperformancepolycarbonatesheetEVAplasticfilm&gt;glass,thegapissmall.Material itselfis the core of the impact of sources, such as structural shading is the secondary source ofinfluence;PARalldayandthetotalradiationwavecurve,themostsmoothwintersolstice,the overall shape was normal distribution pattern, sooner or later obvious changes, reachingnoonat 12o&#39;clock.Theautumnequatorial curve isalsosmooth,withtheextremeat 1pm anda sharp rise at 10 a.m., with a sharp downward trend at 4 a.m. The vernal equinox value at2:00pm,withthesamefallscore,changedgreatlyat10a.m.and4:00p.m.,andremainedatahigh level between 10a.m. and4 p.m.for themost favorable photosynthesis.The overallPAR change From the point of view of summer solstice, the autumnal equinoxes were higherthan the equinoxes, all of them were much larger than that of the winter solstice. The dailyvariationcurvesofthesunnydayweresinglepeakedextremumandsmoother,andthediurnalexcursioncurveshadthelowerextremes,Duetointermittentcloudscausedbyobstruction.K ey words: Shaanxi Yangling; greenhouse; photosynthetically active radiation (PAR);spectralanalysis目錄第一章文獻綜述.11.1我國設施農業(yè)發(fā)展現狀及問題.11.2太陽輻射光譜特性的研究與應用.11.3國內外研究概況.21.4本論文研究目的及意義.3第二章材料與方法.42.1試驗材料.42.2試驗方法.42.2.1試驗設計.42.2.2取樣方法與測定項目.42.2.3試驗數據處理與分析.6第三章結果與分析.73.1不同材料覆蓋下溫室內外太陽輻射光譜特性.73.1.1室外太陽輻射光譜特性.73.1.2EVA塑料薄膜覆蓋下大棚太陽輻射光譜特性.93.1.3聚碳酸酯板溫室太陽輻射光譜特性.113.1.4浮法玻璃溫室太陽輻射光譜特性.133.1.5不同材料覆蓋下溫室內外太陽輻射光譜特性結論.143.2不同季節(jié)溫室外太陽輻射光譜特性.153.2.1春分室外太陽輻射光譜特性.153.2.2夏至室外太陽輻射光譜特性.153.2.3秋分室外太陽輻射光譜特性.163.2.4冬至室外太陽輻射光譜特性.173.2.5不同季節(jié)溫室外太陽輻射光譜特性結論.18第四章討論與結論.204.1討論.204.2結論.21參考文獻.22致謝.26作者簡介.27第一章文獻綜述1第一章文獻綜述1.1我國設施農業(yè)發(fā)展現狀及問題設施農業(yè)是采用現代農業(yè)工程技術，機械技術和管理技術來改善局部環(huán)境，達到調控目的（費振國2010）。為動植物生產提供相對而言最適宜的空氣、光照、溫度、濕度、水、肥等環(huán)境條件，從而充分利用土壤、氣候和動植物的潛在能力，達到延長生長季節(jié)及反季節(jié)，提高資源的利用率，提高作物產量，改善作物品質，增加收益（馬希榮2009），最終達到科技含量高，產品附加值高，土地生產率高和勞動生產率高的現代農業(yè)。設施農業(yè)打破了傳統(tǒng)農業(yè)的一般局限性，擺脫了長期存在于農業(yè)生產中的地區(qū)、區(qū)域和季節(jié)的限制，能夠根據生產、生活和市場需要人為調控農業(yè)生產方向，為現代農業(yè)的發(fā)展提供了一條多樣化的出路。設施農業(yè)因其科技含量高、作用明顯而成為當今世界各國大力發(fā)展的一項高新技術產業(yè)，其發(fā)展程度高低與否成為衡量一個國家或地區(qū)的農業(yè)現代化水平的重要標志（謝方田2008），為農業(yè)現代化的進程帶來了強大的動力和無比廣闊的發(fā)展前景，是解決農業(yè)的發(fā)展、資源及環(huán)境三大基本問題的協(xié)調手段和基本途徑。我國是設施農業(yè)大國，自20世紀80年代起，設施農業(yè)以前所未有的騰飛態(tài)勢發(fā)展起來。1982年為0.7萬hm²，1999年已達139.6萬hm²，2002年達到200萬hm²，2004年達到250hm²，2010年更是超過330萬hm²。與1980年相比增長了近400倍，總面積世界第一。據農業(yè)部全國農業(yè)技術推廣服務中心的預測，到2030年，全國溫室面積將達到2010年總面積的兩倍，足以看出發(fā)展勢頭之強勁，市場之廣闊，潛力之巨大。我國設施蔬菜生產總量雖居世界首位，但設施環(huán)境綜合調控及自動化水平還較落后（霍文娟2008）。目前，在我國普遍應用的是塑料大棚、日光溫室及連棟溫室，以及少量技術先進的智能溫室和大型溫室，其中塑料大棚占其中的絕大多數。大部分設施內環(huán)境管理還主要是基于傳統(tǒng)生產經驗的、各環(huán)境因素單獨調控的方法。未能達到環(huán)境影響因子間的統(tǒng)籌調控，自動化程度較低，主要依靠人工調控是設施農業(yè)管理的普遍現象。1.2太陽輻射光譜特性的研究與應用光照強度是影響園藝植物光合作用的重要生態(tài)因子（種培芳2008），其對溫室環(huán)境中的作物產量及品質有重要的影響。光是溫室作物進行光合作用、形成溫室內溫度、濕度環(huán)境條件的能源，要改變溫室內的溫、濕度條件，首先要調節(jié)進入其中的光量，雖然光合作用也和光譜有關，但在以自然光為主要光源的溫室，光量仍然是影響光合作用的第一因素（鄒志榮2008）。日光溫室內的太陽輻射量還受溫室結構參數、溫室覆蓋物等的影響。因此，研究溫2陜西楊凌區(qū)溫室內外太陽輻射特性分析室內外太陽總輻射量變化規(guī)律及溫室太陽輻射利用效率對于促進提高溫室生產具有顯著意義，同時為如何改善作物生長環(huán)境提供了理論依據。目前，關于溫室采光結構、光照時空變化規(guī)律作物群體內光照分布、光環(huán)境模擬等的研究較為深入，但對溫室內太陽輻射利用效率變化規(guī)律、凈輻射變化規(guī)律等的相關研究報道較少。光合有效輻射(Photo-syntheticallyActiveRadiation，PAR)是指波長范圍為400700nm能為植被進行光合作用的那部分太陽輻射（張云林2002）。PAR是形成生物量的基本能源，控制著陸地生物有效光合作用的速度，直接影響到植被的生長、發(fā)育、產量與質量；同時，PAR也是重要的氣候資源，影響著地表與大氣環(huán)境物質、能量交換，也是反映全球氣候變化主要驅動因子（董泰鋒蒙繼華等2011）。因此，PAR的估算，對于定量估算光合作用，有助于探索綠色植被的起源、生物利用太陽能的機理等重大理論問題，有助于提高全球生態(tài)系統(tǒng)的碳估算精度，維護國家利益，也直接關系到農業(yè)產量的形成并是進一步提高產量的依據，這對全球大氣CO2濃度升高、全球變暖、糧食安全等全球環(huán)境和人類生存問題的研究及解決有著重要的實際應用價值（董泰鋒蒙繼華等2011）。1.3國內外研究概況光是植物生長的能量來源，是首要條件，光合作用就是實現光能轉變?yōu)榛瘜W能這一變化的反應。光合作用是植物之所以被稱為食物鏈的生產者的原因，它們能夠通過光合作用利用無機物生產有機物并且貯存能量。通過食用，食物鏈的消費者可以吸收到植物及細菌所貯存的能量，效率為10%20%左右。對于生物界的幾乎所有生物來說，這個過程是它們賴以生存的關鍵。而地球上的碳氧循環(huán)，光合作用是必不可少的。而光和有效輻射則是光合作用中能為植物進行光合作用的那部分太陽輻射，對于植物在光合作用上的影響是十分巨大的。Montheith在早期的研究中提出了著名的Montheith公式（MontheithJL1972），認為在非脅迫條件下，凈初級生產力NPP(Net PrimaryProduction)與植被吸收的光合有效輻射(APAR)呈明顯的線性關系。在眾多的生態(tài)過程模型、作物生產模型中，植被凈初級生產量是PAR的函數，光合有效輻射是這些模型的重要數據源，并可為模型提供校正與驗證數據(劉新安范遼生等2011)。國內，董振國等（董振國1983）、王炳忠等（王炳忠1988）、周允華等（周允華1996）、張運林等（張運林2002）的研究表明PAR在時間、空間上均呈現明顯變化特征，且受到氣壓、海拔、云等因素的影響。作為影響植物生長的主要生態(tài)因子，PAR是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)模型、植被生產力計算模型與生態(tài)系統(tǒng)大氣間CO2交換模型等生態(tài)模型的關鍵變量。Monteith認為，在非脅迫條件下NPP(植被與大氣間交換的生物量)與吸收的PAR(APAR)成線性關系，而APAR可以表示為PAR與吸收系數(fPAR)的乘積，因此PAR在時間與空間上的變化</p>