CN104115688A - 一种人工模拟作物生长荫湿环境的新方法 - Google Patents

一种人工模拟作物生长荫湿环境的新方法 Download PDF

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Abstract

一种人工模拟作物生长荫湿环境的新方法公开了一种人工模拟作物生长荫湿环境新技术的方法。该方法以钢架大棚为基础，通过在大棚顶部及两侧安装电动遮阳网控制棚内光照，在大棚内架设由PPR管和喷头组成的喷淋系统控制棚内湿度及温度，在大棚两侧中部安装由纱网及电动排风扇组成的通风换气系统控制棚内温度及二氧化碳浓度，以大棚内、外各安装的一套农业环境监测仪上的温、湿度等气象数据对比为依据，采用相应的控光、增湿、降温、换气措施，从而形成一种相对于当地自然环境条件具有显著差异的荫湿环境。其中以内、外两套农业环境监测仪上的温、湿度等气象数据对比为依据，采用相应的控光、增湿、降温、换气措施是该发明的关键。用本方法模拟荫湿环境具有地域适应性广、适用于不同种类的具有耐荫湿筛选需求的作物、提高耐荫湿育种效率等特点。

Description

一种人工模拟作物生长荫湿环境的新方法
技术领域
本方法涉及作物生长环境的模拟，即通过人工控制作物生长的温度、湿度和光照等环境要素，形成一种对作物生长具有胁迫性环境的模拟方法。
背景技术
我国西南地区处于北方冷空气与西南暖湿气流交汇地带，夏季闷热潮湿，春秋季多云多雾，是我国日照时间最短、光照强度最差的地区。据相关气象资料统计，华东地区如北京的常年日照时数约为2500h，年均相对湿度50％；长江中下游地区一般常年日照为2000-2300h，年均相对湿度70％；我国南方地区如广东常年日照时数长达1700～2200h，广州市的年平均相对湿度达77％左右，地处西南地区的广西桂林常年日照时数为1670h，年平均相对湿度75％左右；同样地处西南的重庆常年日照时数仅为1100h，少数区县个别年份低至613h，常年降雨量达1000-1100mm，且多集中在5-9月；年均相对湿度80％左右，5～6月部分时段的相对湿度可达100％。因此，重庆是我国西南地区日照最少、湿度最大的地区。该地区多雨多雾、高温高湿、寡日照的气候，不但直接影响了许多作物如玉米、大豆等的生长，而且十分有利于生物性灾害的大面积发生，是西南地区作物生产的重要技术“瓶颈”，也是导致西南地区农作物品质和商品性均较差的主要原因。随着全国可耕地面积的减少，为了提高农作物的产量，加大种植密度成为最佳技术路线及主要途径；但随着种植密度的加大，荫蔽严重、田间湿度增大和病虫害加重等副面效应便显现出来，对于光照不足、湿度较大的西南地区农作物生产更是如此。
所以，为应对高密度的种植需求，以及西南地区寡照、高湿的农作物生长环境，进行农作物耐荫湿育种材料的筛选，进而育成拥有独立自主知识产权的耐荫湿农作物新品种，对推进我国农作物领域的科技进步，促进农作物增产增收，保障粮食安全具有十分重要的意义。
目前，农作物和其它植物的抗逆、耐逆研究主要集中在抗耐病虫、盐碱、除草剂、干旱、荫蔽、泽涝等方面，农作物耐荫湿方面的研究鲜有报道。通过人工模拟，构建一个较当地自然环境温度差异不显著、湿度和光照显著增大和降低的荫湿环境，是进行耐荫湿研究的前提条件。因此，进行人工荫湿环境的模拟，对相关研究工作的开展显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种地域适用性广且适合多种作物，甚至包括园林植物的，用于作物耐荫湿育种新材料(品系)筛选的荫湿环境的人工模拟方法。
本发明可以通过以下技术方案实现：
“一种人工模拟作物生长荫湿环境的新方法”，包括如下步骤：
(1)在四周无遮挡的平整地面上建钢架塑料大棚或玻璃大棚，大棚面积视试验需要而定。
(2)在大棚内的中心位置安装一套农业环境监测仪，自动记录棚内的空气温度(℃)、空气湿度(％RH)、土壤温度(℃)、土壤水分(含水量％)、光量子(1μmol.m-2s-1)和光照强度(lux)等环境要素。其中测定光照强度和光量子的传感器放置位置应至少略高于作物成株顶部；土壤温度传感器插入表土下约15cm，土壤水分传感器插入表土下约30cm；空气温度和空气湿度传感置于百叶箱内。传感器采样记录数据的时间间隔设定为1h，通过多通道集线器接入监测仪主机。
在距大棚30-50m且四周无遮挡的平整地块安装一套相同的农业环境监测仪，用于监测自然环境中的各项气象要素值并与棚内各要素对比，作为控制棚内光照、温度、水分等环境要素大小的依据。
(3)在大棚顶部和两侧设置黑色电动遮阳网，通过控制遮阳网的不同开闭度，控制棚内的光照，使荫湿环境下的光照强度为自然环境的30％左右，同时具有降低棚内温度的作用。光照较强的晴天，日出后一小时将遮阳网完全关闭，日落后则将遮阳网全开；外部光照强度较弱的阴雨天，可将遮阳网部分或完全打开，天黑前全开；一天中天气变化较频繁时，随天气变化调整遮阳网开闭度。
(4)在大棚膜内钢架的上部架设安装由PPR管、雾状喷嘴和旋转喷头组成的增湿喷淋系统，并确保该系统产生的水雾(滴)能够到达棚内各个角落。为保持荫湿环境(大棚内)的空气相对湿度值始终比自然环境高15(％RH)以上，根据环境监测仪测得的大棚内和自然环境的空气湿度的差值，决定是否进行喷雾或喷水以增加荫湿环境的相对湿度。每天日落后至第二天日出前停止喷淋增湿措施。
(5)在大棚两侧离地50cm至250cm处安装纱网，纱网高度为2m，长度为大棚宽度，纱网中间设电动通风孔。根据环境监测仪所测得的内外温度和湿度差，不定时进行通风换气，在降温的同时保持荫湿环境的相对湿度值。
(6)大棚内作物宜采用盆栽方式，地面应硬化。
上述方法中所述的四周无遮挡指大棚附近无树木、灌木、墙体等高大物体对大棚造成阴影投射及遮挡。
上述方法中所述的作物成株指某种作物生长至其植株高度达到最高时期植株形态。
上述方法中所述的电动通风孔指加装了电动排风扇的通风孔。
上述方法中所述地面硬化指用混凝土浇筑于大棚内地表上，使其平整。
本发明的优点和积极效果为：(1)本发明适用于不同作物，只要具有耐荫湿需求的作物，甚至园林植物，都可以在本发明模拟的荫湿环境中进行筛选。(2)本发明以当地自然环境条件作对比，在不同荫湿程度的地方均可模拟出以当地自然环境为参照的荫湿环境，没有地域限制性。(3)本发明是作物及园林植物进行耐荫湿育种新材料及新品系筛选的条件基础，对提高耐荫湿育种效率，促进荫湿地区作物生产等具有积极作用。
附图说明
图1本发明所述人工模拟荫湿环境新方法的技术路线和方案
图2本发明所述人工模拟荫湿环境所使用的大棚、遮阳网和通风换气系统
图3本发明所述人工模拟荫湿环境所使用的增湿喷淋系统
具体实施方式
通过下面给出的具体实施可以进一步清楚地了解本发明，但不对本发明构成限制。
实施实例：人工模拟荫湿环境下的作物生长试验
(1)2011年3月在我院试验基地搭建钢架结构的塑料薄膜大棚，棚外顶部及两侧安装电动遮阳网，棚内钢架上部架设PPR管并安装雾状喷嘴和旋转喷头组成喷淋系统，根据喷嘴和旋转喷头的有效作用半径确定它们的安装数量，使喷淋系统产生的水雾(滴)能够到达棚内各个角落。在大棚两侧离地50cm至250cm处安装纱网，纱网高度为2m，长度为大棚宽度，同时加设电动通风孔。在大棚内的中心位置安装一套托普THY-7型农业环境监测仪，各传感器自动记录棚内的空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤湿度、光量子和光照强度等环境要素，传感器采样记录数据的时间间隔设定为1h，通过多通道集线器连入监测仪主机。在距大棚50m、四周无遮挡的平整地块安装一套相同配置的托普THY-7型农业环境监测仪，用于监测自然环境中的各项气象要素值并与棚内各要素对比，作为控制棚内光照、温度、水分等环境要素大小的依据。
(2)2011年和2012年的5～8月，连续两年在建成的荫湿大棚内进行人工模拟荫湿环境的农作物生长试验。晴天，遮阳网完全关闭，根据内外温度和湿度差，每1～2小时开启喷淋系统进行喷淋约5分钟，根据内外温度差开启排风扇通风降温，在增加荫湿环境相对湿度值的同时缩小内外温差。阴天，遮阳网完全或部分打开，根据内外温度和湿度差，间隔为2～3小时开启喷淋系统约3分钟，通风系统开启时间视内外温差而定；雨天，遮阳网和两侧的通风纱网完全打开，每间隔3小时开启排风扇通风换气约5分钟。以上控制措施均在上午8点开始，晚上8点结束。
(3)整理计算托普THY-7型农业环境监测仪中自动记录的环境要素值，获得两种环境条件下的空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤含水量、光照强度和光量子6要素平均值数据对为2011年各115对，2012年各118对。分年度将两种环境的各要素日平均值进行成对比较，结果见表1。同自然环境比较，荫湿环境的空气温度和土壤温度略有升高，但差异不显著；空气湿度2011年平均增加14.96％，差异显著，2012年平均增加16.35％，差异极显著；土壤水分(土壤含水量)2011年平均增加26.95％，差异显著，2012年平均增加78.44％，差异极显著；光照强度2011年平均降低3.6倍，2012年平均降低4.5倍，差异均达极显著；光量子2011年平均减少3.6倍，2012年平均减少4.9倍，差异亦达极显著。
本试验所模拟的荫湿环境显著或极显著增加了空气湿度和土壤含水量，极显著降低了光照强度和光量子，但对空气温度和土壤温度没有产生明显影响，年度间趋势完全一致。由此可以认为，本试验对于控制环境的空气温度和土壤温度，改变环境的空气湿度、土壤水分、光照强度和光量子是有效的，人工模拟形成的荫湿环境是成功的。
表1不同环境间环境要素的比较
“*”、“**”分别表示5％和1％水平上差异显著。

Claims (6)

1.“一种人工模拟作物生长荫湿环境的新方法”发明专利，包括以下步骤：
(1)在四周无遮挡的平整地面上建钢架塑料大棚或玻璃大棚，大棚面积视试验需要而定。
(2)在大棚内的中心位置安装一套农业环境监测仪，自动记录棚内的空气温度(℃)、空气湿度(％RH)、土壤温度(℃)、土壤水分(含水量％)、光量子(1μmol.m-2s-1)和光照强度(lux)等环境要素。其中测定光照强度和光量子的传感器放置位置应至少略高于作物成株顶部；土壤温度传感器插入表土下约15cm，土壤水分传感器插入表土下约30cm；空气温度和空气湿度传感置于百叶箱内。传感器采样记录数据的时间间隔设定为1h，通过多通道集线器接入监测仪主机。
在距大棚30-50m且四周无遮挡的平整地块安装一套相同的农业环境监测仪，用于监测自然环境中的各项气象要素值并与棚内各要素对比，作为控制棚内光照、温度、水分等环境要素大小的依据。
(3)在大棚顶部和两侧设置黑色电动遮阳网，通过控制遮阳网的不同开闭度，控制棚内的光照，使荫湿环境下的光照强度为自然环境的30％左右，同时具有降低棚内温度的作用。光照较强的晴天，日出后一小时将遮阳网完全关闭，日落后则将遮阳网全开；外部光照强度较弱的阴雨天，可将遮阳网部分或完全打开，天黑前全开；一天中天气变化较频繁时，随天气变化调整遮阳网开闭度。
(4)在大棚膜内钢架的上部架设安装由PPR管、雾状喷嘴和旋转喷头组成的增湿喷淋系统，并确保该系统产生的水雾(滴)能够到达棚内各个角落。为保持荫湿环境(大棚内)的空气相对湿度值始终比自然环境高15(％RH)以上，根据环境监测仪测得的大棚内和自然环境的空气湿度的差值，决定是否进行喷雾或喷水以增加荫湿环境的相对湿度。每天日落后至第二天日出前停止喷淋增湿措施。
(5)在大棚两侧离地50cm至250cm处安装纱网，纱网高度为2m，长度为大棚宽度，纱网中间设电动通风孔。根据环境监测仪所测得的内外温度和湿度差，不定时进行通风换气，在降温的同时保持荫湿环境的相对湿度值。
(6)大棚内作物宜采用盆栽方式，地面应硬化。
2.按照权利要求1所述的方法，其步骤(1)钢架大棚为单栋或连栋大棚，也可以是智能温室。
3.按照权利要求1所述的方法，其步骤(2)农业环境监测仪可以是托普THY-7型农业环境监测仪，或其它具有自动记录空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤水分、光量子和光照强度等环境要素的气象仪器。
4.按照权利要求1所述的方法，其步骤(3)黑色电动遮阳网可以是2针的扁丝网。
5.按照权利要求1所述的方法，其步骤(4)增湿喷淋系统的可以采用不同规格的PPR管、喷嘴及喷头，还可以加装贮水池及增压水泵。
6.按照权利要求1所述的方法，其步骤(6)用于盆栽的盆钵可以是塑料盆钵，可以根据栽种的不同作物种类采用不同大小规格的盆钵。
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