光合作用是作物产量形成的根本原因，因此在提高作物产量的农艺措施中除了施用氮肥，还可通过提高作物的净光合速率来获得作物的高产。植物是通过光合作用来储存能量的，将太阳能转化成化学能。光合作用分为光反应和暗反应阶段[8]，总的反应式为：6H2O + 6CO2 + 阳光 → C6H12O6（葡萄糖）+ 6O2。主要过程：首先水在光照条件下分解2H2O→4[H]+O2，叶绿体中的色素与光能合成ATP，ADP+Pi+能量→ATP（在酶的催化下）接着C5化合物与CO2反应，进行CO2固定，形成2C3，2C3再在还原型辅酶II以及多种酶催化条件下生成葡萄糖等有机物。植物的光合作用离不开CO2，黄瓜是C3植物，C3植物的特点就是光呼吸旺盛[9]，二氧化碳补偿点高，但是光合效率低。所以对于黄瓜来说， 一定范围内，CO2 浓度越高，光合作用越旺盛[10]，对增加产值是非常有效的。因此在生产上人们会通过施用CO2来提高产量，但植物的光合还受光照、温度和湿度等环境因素影响，因此为了最大程度的发挥CO2施肥的增产效应，研究温室中温度、湿度和光照变化规律以及建立相应的模型是很有必要的。

温度方面，在正常范围内，光合速率随温度的升高而升高，CO2利用率也迅速上升，其原因主要是：光合作用发生在叶绿体上，其中的叶绿素是吸收光能的主要物质[11]，叶绿素合成的最低温约3℃，最适温度大约30℃，最高热限大约40℃[12]，温度越接近叶绿素酶活的最适温度，光合速率越快，但是超过最大热限，酶活力就受到了影响，合成叶绿素需要酶的参与，尤其是在光合作用的暗反应阶段，酶种类繁多，对酶活的要求很高，影响更加明显。而且高温容易破坏叶绿体的细胞结构，同时呼吸速率也加强，相对的光合速率就降低了[12]。再者叶子蒸腾速率升高，叶子失水严重，气孔会缩小甚至关闭，导致CO2供应不足[13]。温度降低，酶促反应下降，限制光合作用，同时光合产物的运输也受到阻碍，积累在叶片中降低了光合速率。所以温度直接影响黄瓜CO2的利用率，间接的影响了黄瓜的产量了。

湿度方面，有文献对高温条件下，空气湿度对番茄光合作用的影响做了阐述，湿度越低，气孔导度越低，西红柿叶片的净光合速率越低[14]，黄瓜有可能也有类似的规律。黄瓜具有喜湿怕旱的特点[15]，一般情况下，增加湿度，叶片气孔变大，有助于叶片吸收CO2，但过湿也容易造成植物受细菌的感染，诱发疾病，例如霜霉病菌、灰霉病菌侵染。

光照强度方面，冬季，一般光照时间短，强度也不大，是温室种植黄瓜的一种不利因素，光照强度与植物利用CO2的效率是密切相关的。光合作用的能量来源于光照，足够的光照才能给植物提供能量，便于植物将光能转化为化学能，但是超过光饱和点，植物利用光的效率就减小了，因为暗反应来不及消耗光反应产生的ATP等能量，同时光照增强，温度也会升高，过高温度和光强对植物叶绿体是有伤害的，叶绿体是能进行光合作用的细胞器，其中的类囊体可是植物的“养料制造车间”和“能量转换站”，所以叶绿体受伤，光合效率受很大影响。

如前文所述为最大程度发挥CO2施肥的增产效应，提高CO2调控精度，模拟温室二氧化碳的变化有很大意义，该过程的模拟需要光照强度、温度、湿度的预测值，因此本文研究了光照强度、温度和湿度模型。

2 数据来源

利用课题组研制的物联网温室监控系统采集温室的光照、温度、湿度、CO2浓度等环境信息，信息采集周期为5min。本研究搜集了2014年1月8日~3月25日的数据，以  、 、  、 表示前10min、前5min、当前的时刻和下一时刻。