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研究生学位论文开题报告审批表3

研究生学位论文开题报告审批表

论文题目:

日光温室内环境时空分布的不均匀性及对茄果类蔬菜生长的影响

学科、专业:

蔬菜学

研究方向：

设施园艺

研究生姓名:

指导教师：

2012年9月20日

（本表一式二份,本人、学院各一份）

一、课题来源的项目名称及项目来源

名称：

日光温室内环境时空分布的不均匀性及对茄果类蔬菜生长的影响

来源：

自选

二、课题的立项依据

（一）研究意义：

温室环境应该满足的条件是可控性、适宜性和分布的均匀性。

而日光温室区别于大型的连栋温室，它的结构是由单屋面、三墙和后屋面组成，这种结构必然使日光温室环境空间分布上具有一定的局限性，使得日光温室内部环境具有热交换量小、光照强度不均匀，保温性能不均衡的特点。

而且日光温室环境调控手段有限，最终导致日光温室内部环境的分布在时间和空间上的不均匀性，进而影响植株冠层气象因子的不均匀。

日光温室内部环境的不均匀性始终是一个较为突出的问题，但是目前有关日光温室小气候环境的报道重点在于日光温室的环境特点及调控技术分析、小气候因子的空间变化规律、日光温室环境参数的测定及不同季节日光温室环境变化规律、外部环境气象条件对日光温室气象条件的影响等。

还有一些报道旨在对日光温室内部各个气象因子之间的相关关系研究，如室内气温与土温和墙温之间的相关关系[5]。

对于日光温室内小气候因子（如温度、相对湿度、日照辐射）在时间和空间的分布不均匀性对茄果类蔬菜冠层气候造成的影响的相关报道却相对较少。

本文在通过对环境不均匀性的研究并探索温室内部气候因子的不均匀性对作物冠层气候因子的影响。

揭示植株冠层气候的不均匀性对茄果类蔬菜生长的影响。

这不仅能够为日光温室的环境调控提供参考而且有助于安排合理的种植模式实现日光温室多维空间的合理利用。

（二）研究领域国内外的研究现状及分析：

1日光温室结构的发展历程

日光温室结构型式的发展,大致上经历了以下几个时期。

30年代日光温室主要是一坡一立式玻璃温室。

立窗高0.6m,采光屋面坡度18-20°,投影长4m,中脊高2m。

后墙高1.8m,后屋面投影长2m,夜间采光屋面外侧覆盖草苫。

这种温室保温好,但采光不佳。

50年代中期,对上述温室做了三项改进。

采光层面由原来的一坡一立式改成一面坡式;取消立窗,增大采光屋面的坡度至30°,因而提高了透光性能;后墙由1.8m降至0.7-0.8m,使后屋面仰角增至26°以上,以至冬至正午时阳光也能照到后屋面内侧,增加后墙蓄热量,提高夜间温度;增强外围防寒措施,墙外围结构,采光屋面外侧夜间加盖纸被,挖防寒沟等,以提高保温能力。

经改造后的温室定名为“鞍山式日光温室”，白天增温能力达到30℃以上,缺点是空间小,使用不便,昼夜温差大,夜间气温低。

60年代中期,塑料薄膜在农业上广泛应用,代替玻璃充当采光屋面覆盖材料,于是日光温室由一面坡式改成拱圆形式,坡度为多种倾角,最南部底脚附近50°左右,中部30°以上,后部中脊附近10°左右。

同时后墙提高到2.2-2.6m,跨度6-7m,增大了空间。

该温室采光好,增温快,但后屋面仍过长,春季阴影面积大,室内多柱不便操作[567]。

80年代中期以来,对温室的建筑结构又作了全面改进,主要是通过对日光温室采光设计的理论分析,确定了不同纬度地区优化的采光屋面角度和优化的采光屋面形状,提出了相应高（中脊高）跨（跨度）比,在此基础上确定温室高度,跨度,采光屋面形状等建筑参数，成为现代节能型日光温室的建筑设计依据[7]。

2日光温室内环境的不均匀性

日光温室作为作物的生长环境,应当尽量满足作物的生长需求。

然而日光温室发展至今依然“三墙和墙后屋面”的形式，必然会带来其环境的不均匀。

日光温室的北、东、西三面墙以及后屋面均不透光，在这些地方附近或在其下面,因为部分散射光或直射光被遮蔽,所以形成南强北弱,东西弱、中间强的光照水平分布特征。

山墙遮荫,边际效应也会导致日光温室内部地温和气温分布的不均匀。

进入夜间，靠近前屋面区域的热量散失速度必然超过受后墙区域，加之后墙墙体的放热效应必然会导致室内南北向、东西向分布气温和低温分布的不均匀。

近年来许多针对日温室环境的研究证实了这种不均匀性。

3日光温室小气候环境的研究进展

日光温室作为作物的生长环境,应当尽量满足作物的生长需求。

在光、温、水、气等众多气象因子中,光照和温度是对作物生长影响最大的两个重要因素,湿度对作物病虫害的诱发情况也有着重要的影响。

国内对日光温室小气候环境的研究主要集中在对光、温、水三个气象要素的观测，分析日光温室的小气候变化规律。

3.1光环境

太阳辐射是植物生长发育与产量形成的基础,温室内总辐射照度是室外太阳辐射经过薄膜削弱后到达的太阳直接辐射和散射辐射之和,是温室内获取能量的唯一来源。

宋艳华，齐尚等[8]在秋季日光温室内小气候特征研究中指出，由于单屋面日光温室的北、东、西3面有不透光的墙,后屋面也不透光,在这些地方附近或在其下面,因为部分散射光或直射光被遮蔽,所以形成南强北弱,东西弱、中间强的光照水平分布特征。

垂直方向上层光照强,中层光强次之,下层光照弱。

朱北京,徐文修[9]等在温室不同种植模式番茄冠层气候特征及对产量的影响研究以及郜庆炉,梁云娟[10]日光温室内光照特点及其变化规律研究研究结果能够进一步证明这一点。

张仁祖，徐为[11]等在徐州地区日光温室小气候研究中得出温室内的辐照度和室外的太阳辐射变化具有同步性。

12月辐照度最低,早春3月的辐照度时间跨度长,峰值也大。

日变化为，上午随着太阳高度角升高,辐照度迅速升高,正午12:

00辐照度最强,随着时间的推移迅速减小,上、下午基本对称。

马成芝,孙立德等[12]辽西日光温室大棚内小气候的变化规律所获得的日光温室光照度的日变化规律为能够进一步证明这一点。

掀帘后此后光照强度随外界光照强度的加强而逐渐增强,至12:

00达到全天的最高值。

12:

00以后,光照强度逐渐减弱。

很多研究表明，光照强度受天气状况的影响明显:

晴天比阴天要高[11,12,13]。

3.2气温

温室环境与露天环境相比,能提供给农作物更加适宜的温度,但是在不同季节、一天不同时刻室内各个空间室温都不尽相同。

郜庆炉,薛香[14]日光温室内温度特点及其变化规律研究得出，不同季节日光温室内的气温有较大差异,春季最高,秋季次之,冬季最低。

日光温室内气温在水平方向上分布不均且与天气及时间有关。

在东西方向上,受山墙和太阳角度的影响,晴天上午西部气温略高于东部,下午东部气温略高于西部。

马成芝,孙立德[12]辽西日光温室大棚内小气候的变化规律中获得的气温空间分布也能进一步证明，南北向、东西向和垂直方向的分布也有明显差别,并受天气状况和日光温室大小的影响。

一般大棚东西方向越长,棚内气温越高且平稳。

日光温室南北向气温分布:

南部（大棚前部）气温较低,中部较高,北部最高。

3.3地温

地温对蔬菜的生长发育、产品质量、产量形成以及根系的发育与伸长都有影响。

适宜的地温能促进根系对养分、水分的吸收以及花芽分化和土壤微生物的繁殖。

地温的适宜范围比气温的宽[14]。

许多研究表明：

日光温室地温一般中间高于四周，东部高于西部，南部高于北部，但靠近棚膜的地脚处温室较低。

郜庆炉,薛香等[14]日光温室内温度特点及其变化规律研究结果表明：

日光温室内南北方向上的地温梯度明显,距北墙4.3m处地温最高,由此向南、向北递减。

东西方向上的地温差异主要是山墙遮荫,边际效应及门位置造成的。

不同土层深度地温的变化趋势受天气的影响较大,0～20cm地温,阴天随着土层的加深而增加,晴天则相反,随着土层的加深而下降[15]。

王孝卿，李楠等[15]寿光日光温室小气候变化规律及模拟方法中得出，在不同天气类型下冬、春季节温室内各层地温的变化趋势相同；由上至下各个层次地温日平均最高值依次降低；上层的地温受到气温影响大，下层地温则很小。

3.4湿度

高湿是园艺设施湿度环境的突出特点。

尤其是在夜间,设施处于密闭状态,室内空气湿度大,外界气温低,会引起室内空气骤冷而形成雾。

到了白天,在室外气温和太阳辐射的共同作用下,设施内温度迅速升高,结雾消散,空气湿度相对下降（相对湿度下降）[16]。

空气湿度大就成为设施栽培的主要特点温室内部湿度过大会造成采光材料上产生凝水,降低了太阳透射率,缩短了材料的使用寿命。

叶面上以及由于根压使作物体内的水分从叶片水孔排出溢液（吐水现象）也会造成作物沾湿,这是作物很易发生病害的重要原因[15]。

然而在不同季节、不同天气类型以及一天中不同时段内日光温室内温度、相对湿度变化规律均有差异。

通常日光温室内空气湿度一天内都比较高,尤其在夜间空气湿度更高,午后温度较高时有所下降。

许多研究表明晴天揭苫后,随着温度升高,室内相对湿度开始下降,正午降到最小,一般在60%-70%之间,此后一路回升;而阴天则几乎全天保持在92%以上。

一般情况下阴天室内相对湿度高于晴天[12,15]。

4环境对茄果类蔬菜生长的影响的研究

4.1光照对茄果类蔬菜生长的影响

太阳辐射是日光温室内作物生长的基本能量来源。

一方面,太阳辐射作为热源,通过“温室效应”直接决定日光温室的热环境;另一方面,太阳辐射作为光源,制约着温室作物的光合作用,对作物的产量和质量产生重大影响。

因此,日光温室中光照度及其均匀性是影响日光温室生产力的重要因素[15]。

近年来,光照影响园艺作物的营养生长方面的研究取得了很大进展。

随着光照强度的减弱,植株生长量降低,弱光逆境下植株的展开叶片数、茎粗及植株干重均有不同程度的下降。

同时叶片变薄导致光合能力降低;株高与茎粗比值增大,总鲜重与株高比值减小,生长明显失调;此外根系生长量和吸收能力也表现为下降趋势。

早期研究[19]表明番茄的生长速率（CGR）随日辐射总量的增加表现出增高趋势，相对生长速度（RGR）在高辐射时比低辐射时增加43%。

Cooper[20]研究指出：

冬季温室弱光条件影响番茄干物质的分配，比叶面积（SLA）随光合有效辐射减小而增加，弥补由于光照减弱而减小的单位叶面积的光合速度。

酸樱桃在遮荫条件下,酸樱桃枝条变长变细,节间变短,叶面积和侧枝数增加,植株总干重降低,而恢复正常光照后可消除这一影响。

此外,还有人发现,弱光下,生物量分配到茎中的比根中的多,尤其对喜光植物分配到茎中的会更多[21]。

光照强度不仅影响植物的花芽分化,而且对植物的开花、授粉、坐果及果实发育等都有明显的影响[22]。

早期的研究表明，番茄在弱光条件下，由于同化产物减小，且生殖生长竞争光合产物能力差,经常使第一花序的形成受阻，导致花芽分化延迟,开花节位升高,花芽素质下降,花数减少,花粉活力和受精能力下降,座果率降低。

一些研究结果指出：

伴随光照的减弱，果实的发育受抑制，在单果重变小的同时，结果数和产量也都依次减小[23]。

Clapwijk[24]研究指出：

季节的辐射变化强烈影响早期番茄的产量，给番茄相同的辐射日总量，短光照时间比长光照时间更能促进开花；光线减小15%，番茄产量将显著降低。

4.2温度对茄果类蔬菜生长的影响

4.2.1气温的影响

气温直接影响茄果类蔬菜的株高、茎粗、叶面积、叶片数、根干鲜重。

李海涛的研究表明：

低温使叶面积明显减少,茎粗和株高都有不同程度的降低;植物叶片数目的多少与温度有明显的相关性,若伴随着弱光,则减少的数目将更加明显;植株根系干鲜重与低温。

处理后差异显著。

任鹤麒[25]研究指出：

番茄果实日增量随着温度的升高而增加。

当日平均温度小于15℃时，果实增长缓慢；当日平均温度低于7℃时，果实甚至停止生长。

Koning[26]研究了不同昼夜温度对番茄生长、发育及产量的影响，得出昼夜温差可影响番茄的株高，而番茄的发育速度及早期产量主要决定于24h的平均温度。

但黄伟波的研究[27]与其有所不同，他认为：

当白天温度适宜时，高夜温情况比低夜温情况更能促进黄瓜的雌花分化和产量形成。

这种差异可能来源于不同品种对温度要求的差异。

4.2.2地温的影响

在自然条件下，根、冠的温度是不同的，根系内部的温度也不一样。

植株生长对根温更为敏感，地温变化1℃能引起植物生长和养分吸收的明显变化[28]。

冯玉龙[29]研究了根系温度对番茄生长的影响，得出30℃根温时番茄干物质积累和叶面积增长速度最大，根温升高或降低，番茄生长缓慢。

高根温对其危害最大，并且对根的伤害重于对地上部的伤害；低温时，根的活性吸收面积百分比加大，根系所占比重减小。

根系生长受根温影响相对较小，番茄通过功能补偿作用对不良根温做出适应性反应。

郭传友[31]研究了不同根温处理对一种彩椒苗期生长的影响,结果表明:

彩椒苗期生长的最适根温为30℃。

此时,叶面积增长速率、干物质积累速率、根系活力、净光合速率均达到最大值,根温偏高或偏低,幼苗生长均减缓。

任志雨[30]对抗冷性不同的黄瓜品种生长发育和生理生化代谢的影响，试验结果为：

根区降温使黄瓜幼苗的生长势减弱，减少了地上部和冬季处理的地下部干物质的积累量，促进了春季处理和连续处理的地下部干物质的积累，根冠比有所增大；根区降温减少了叶片光合色素的含量，降低了光合参数；春季根区降温对黄瓜幼苗生长发育影响的后效，使雌花开放推迟、单株瓜数和产量降低。

4.3湿度对茄果类蔬菜生长的影响

空气湿度大，蒸腾作用弱，植物运输矿质营养的能力就下降。

蒸腾作用还可调节叶片的温度，如果温度高，空气湿度大，蒸腾作用弱，叶片就有可能被灼伤。

对蒸腾作用的影响会间接的影响盆土的干湿交替，不利于肥水管理；空气湿度长期过低，会造成叶片边缘以及叶尖的坏死，主要原因是因为叶片内部气腔水气压与外界水气压相差过大，造成叶片内部水汽供应不足而坏死[33]。

设施内的空气湿度大小是水分多少的反应。

水分不足对细胞的伸长有影响，或者使细胞分裂受到阻碍。

设施内的空气湿度对植株干物质关系十分密切。

一般情况下随着空气湿度的增加，干物质积累也随之增加；在相同空气湿度下，随着土壤水分的增加，干物质积累也随之增加。

空气湿度的大小影响植物气孔的开闭，空气湿度过大或过小都会导致气孔关闭，植物气孔关闭，CO2不能进入叶肉细胞，光合作用减慢甚至停止[32]。

空气湿度的过大有利于病菌的繁殖，大多数真菌孢子的萌发、菌丝的发育都需要较高湿度，过低有利于虫害的的发生，比如红蜘蛛等螨类的发生一般在高温低湿的环境中[15]。

薛义霞；李亚灵等[33]利用人工气候室,研究了空气湿度对高温下番茄幼苗光合作用及坐果率的影响。

结果表明：

高湿处理显著促进了番茄叶片的蒸腾速率和净光合速率,并且减轻或消除了光合"午休",测定日内9:

00至17:

00的蒸腾累积值和净光合累积值分别比对照提高了116%～133%和31%～343%,坐果率显著高于低湿处理,达到48%。

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48~50

三、课题的研究内容、研究目标,以及拟解决的关键问题。

（一）研究内容：

1.、对秋季生产和早春栽培辣椒的过程中日光温室内部气候因子（光照强度、空气温度，地温）的不均匀性的测定、分析和研究：

a环境不均匀性的观测；

b非结构因素（季节、纬度、冠层结构）对不均匀性的影响；

c温室内部气候因子的不均匀性对作物冠层气候因子的影响。

2、研究日光温室环境的不均匀性对辣椒生长和生理的影响。

a冠层气候的不均匀性在不同生长阶段对辣椒生长的影响；

b冠层气候的不均匀性对辣椒代谢过程的影响：

光合速率、蒸腾速率、气孔导度、叶片细胞间CO2。

（二）研究目标和拟解决的关键问题：

研究目标：

探明日光温室内环境时空分布的不均匀性及对茄果类蔬菜生长的影响。

拟解决的关键问题：

日光温室环境的不均匀性产生规律；

日光温室环境的不均匀性对作物冠层气候因子的影响。

四、拟采取的研究方案及可行性分析。

（一）研究方案：

试验地点、时间和材料：

地点：

库尔勒市郊新建日光温室（北纬41-42°）、吐鲁番地区日光温室（北纬42-43°）塔城地区日光温室（北纬44-45°）。

测定时间：

2012年11月至2013年6月

供试材料：

辣椒（猪大肠、陇椒5号）

试验设计与处理：

选择上述3个地区典型日光温室，设置地面有植株覆盖和无植株覆盖的不同处理，每处理为1栋温室，面积在333-667㎡。

在温室长度方向中点处沿跨度（南北方向）划分为6个观测区，布置小气候观测仪器。

在秋冬季节9月下旬（秋分）、11月上旬（立冬）、11月下旬（小雪）、12月下旬（冬至）连续7天观测室内外温光等气候因子。

在冬春季节1月下旬（大寒）、2月下旬（雨水）、3月中旬（春分）、4月上旬（清明）连续7天观测室内外温光等气候因子。

同时测定冠层内中部微气候的温光因子。

在秋冬季节9月下旬测定辣椒开花期相应生长指标；在11月下旬测定辣椒结果期相应生长生理产量指标。

在冬春季节2月上旬测定辣椒苗期相应生长指标；在3月中旬测定辣椒开花期相应生长生理指标，4月上旬观测辣椒结果期相应生长生理指标。

环境的观测方法：

1温室小气候及冠层微气候观测

a）观测点定位：

在南北取向的3条线上（垄间）每隔1.0-1.5m均匀选取6个点（标号为a,b,c,d,e）。

然后分别在6个点的垂直方向上选定地面高度为0，冠层顶部测定光照度。

分别在6个点的垂直方向上选定距冠层顶部20cm处设置温度传感器。

分别在6个点的垂直方向上选定距地面5cm、10cm、20cm深度设置地温传感器。

分别在6个点的垂直方向上选定距冠层顶部以下10-15cm处测定冠层叶片表面光照和温度。

b）使用仪器及观测方法

用HOBOU30NRC气象站来获取设定测点的部光照度值和气温值，全天24小时观测，时间间隔设定为30min。

将DCH-WP1000铂电阻温度计分别6个点的垂直方向上选定距地面5cm、10cm、20cm深度放置。

全天24小时观测，时间间隔设定为30min。

用Fluke公司生产的Ki10手持式热像仪，在距冠层顶部以下10-15cm处随机不同方向上选取受光叶片测定叶表温度；在距冠层顶部以下10-15cm处随机不同方向上选取受光叶片测定光照度。

2辣椒生长及生理代谢过程指标的测定

苗期：

分别在5个分区随机选取植株测定叶片数，株高、花芽分化节位、干鲜重。