冬季黄瓜栽培日光温室内二氧化碳浓度变化的模拟研究

摘要：以黄瓜为试材，利用物联网技术测定温室内的温度、光照、湿度和二氧化碳浓度。构建了土壤呼吸和有氧呼吸模型、光呼吸模型和光合速率模型，集成3个模型可较好的模拟温室全天的CO2浓度变化，经检验，所有模型的预测数值和实测数据的拟合程度非常高，模型的普适性较好。5优尔5

毕业论文关键词：日光温室，黄瓜，二氧化碳浓度，有氧呼吸，光呼吸，光合作用

Abstract：We use greenhouse cucumber as experimental, by using the technology to measure temperature, light, humidity and CO2 concentration in the greenhouse. By building the soil respiration and aerobic respiration model, model of photorespiration and photosynthetic rate model, integration of three model can better simulate the greenhouse CO2 concentration changes throughout the day, after inspection , all of the model prediction and experimental date fitting degree is very high, aerobic respiration and soil respiration model correlation coefficient is 0.9935,the relative mean square error is 1.118349%, the photosynthetic model correlation coefficient is 0.988813, the relative mean square error is 4.986777572%, show that the universality of the model is better.

Keywords：Greenhouse, Cucumber, Concentrations of Carbon Dioxide, Aerobic Respiration, Photorespiration, Photosynthesis

1 前言 4

2 数据来源 6

2.1土壤呼吸和植物有氧呼吸模型的构建 6

2.2光呼吸及光合速率模型的构建 10

结论 16

致谢 18

1 前言

黄瓜是冬季设施栽培的主要蔬菜之一，起源于印度北部尼泊尔地区，其经济价值高，栽培面积广[1]，同时还具有丰富的营养价值[2]和良好的药用价值[3]，是深受人们喜爱的蔬菜。

随着人口的急剧增加，人们对蔬菜的需求量也越来越大。面对巨大的需求量，提高蔬菜产量是有效的解决途径。目前在温室黄瓜栽培中一般通过施加氮肥来提高产量，但是黄瓜的产量不可能因为无限施肥而持续提高。过量的增施氮肥不仅没有起到明显的增产效果，还增加了农户的生产成本，污染地下水，同时还导致黄瓜中硝酸盐含量过高，硝酸盐在人体内转变成具有强致癌作用的亚硝胺[4]。

根据投资报酬渐减原则[5]，施加肥料的量提高到一定程度之后，随着肥料用量的增加，黄瓜的增产幅度将逐渐减小，导致黄瓜的种植效益下降[6]。然而在合理的施加氮肥的情况下，在温室内施用二氧化碳可以进一步提高产量[7]，此举既可提高种植效益，又可降低农业生产对环境造成的污染，有利于实现农业的可持续发展。

二氧化碳（CO2）是植物光合作用的必需原料，对光合速率有直接的影响。光合作用是光能合成作用的简称，是植物、藻类和一些细菌，在可见光的照射下，经过光反应和暗反应，利用光合色素，将二氧化碳和水转化为有机物，并释放出氧气的过程（6H2O+6CO2+阳光→C6H12O6+6O2）。光反应的过程：①水在光照条件下分解：2H2O→4[H]+O2；②ATP的合成：ADP+Pi+能量→ATP。暗反应的过程：①二氧化碳的固定：CO2+C5→2C3 ；②C3的还原：2C3+4NADPH→C3；③C3再生C5或转化为储能物质：C3（一部分）→C5化合物、C3（一部分）→储能物质（如葡萄糖、蔗糖、淀粉，有的还生成脂肪）。

冬季大气中CO2的含量一般为450ppm(450*10-6 mg•L-1)，在一定范围内植物的光合强度和CO2的浓度呈正比，即CO2浓度越高，光合速率越高，有机物质积累的多，产量就越高[8]。日光温室是个半密闭的系统，植物的光合作用消耗大量的CO2，如果不能及时得到有效的补充会造成 CO2 供应不足[9]。温室中的CO2主要有三种来源：1、放风进行室内外的空气交换；2、土壤中通过有机质的分解产生CO2；3、人工增施CO2来补充日光温室中CO2的不足。冬季日光温室，温度低，放风少，土壤中的微生物活动弱，因而产生的CO2少[10]。冬季温室最常用是通过人工的方式施加CO2，因为这样施用CO2不受温度和季节限制。人工施用CO2有3种方法：（1）固体CO2发生剂；（2）液化CO2；（3）H2SO4和NH4HCO3发生反应产生CO2。施加方法简单、安全性最高的是固体二氧化碳发生剂；而成本低廉、操作灵活、不受季节和温度限制的是液化二氧化碳。目前在日光温室中最常用的施加二氧化碳的方法是：由农户根据光强在几个时间段里自己开启减压阀放出二氧化碳，以补充温室内缺少的二氧化碳。冬季黄瓜栽培日光温室内二氧化碳浓度变化的模拟研究:http://www.youerw.com/shengwu/lunwen_62270.html