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植物温室空间电场环境中的温湿度测量

(2012-05-14 06:40:25)
标签:

温室

空间电场

温湿度测量

物理农业

杂谈

分类: 温室设备与技术

摘要:本文包括(1)附件1:植物温室空间电场环境中的温湿度测量;(2)温湿度与植物病害的关系及控制;(3)湿度与空间电场空气氮肥化的关系;(4)湿度与植物生长之间的关系及控制;(5)湿度控制与温室保温节能的关系;(6)与湿度相关的名词和检测仪器。

 

 实验名称:植物温室空间电场环境中的温湿度测量 

 

                                                                          测定人员:                                                            实验时间:

           一、实验目的

      植物温室内设置的空间电场会对空气湿度和土壤湿度产生显著影响。研究监测空间电场环境中温室气湿和土壤湿度的变化规律以及与对照的差异,并结合作物生长状况和生理代谢的变化,科学地给出空间电场环境中湿度与通风节能、作物生长速度或产量之间的关系。

      二、实验仪器及材料

         1.实验仪器及设备

      通风干湿表、温度计、秒表、空盒气压计(水银气压计)。本方法参见中华人民共和国国家标准:公共场所空气湿度测定方法GB/T 18204.14-2000.其中,

         1.1通风干湿表法

         1.1.1原理

      将两支完全相同的水银温度计都装人金属套管中(金属套管接地:接地线缆一端与套管良好接触,另一端与温室金属梁柱良好接触,即使用线缆缠绕金属套筒和梁柱并用防水胶带包好),水银温度计球部有双重辐射防护管。套管顶部装有一个用发条或电驱动的风扇,启动后抽吸空气均匀地通过套管,使球部处于)2.5 m /s的气流中(电动可达3 m/s),以测定干湿球温度计的温度,然后根据干湿球温度计的温差,计算出空气的湿度。

        1.1.2仪器

      机械通风干湿表:温度刻度的最小分值不大于0.2,测量精度士3%,测量范围为10 %-100%RH

      电动通风干湿表:温度刻度的最小分值不大于0.2,测量精度士3%,测量范围为10%-100%RH

        2.实验对象及材料

     无论育苗期还是秧苗生长期或是休耕期,只要温室是密闭的均可作为检测对象,如漂浮育苗温室、土壤栽培温室、无土栽培温室均可作为检测对象。

      三、实验原理

        2.监测点的确定和要求

        2.1 温室内面积不足16 ㎡,测温室中央一点;16 ㎡以上但不足30 ㎡测二点(温室对角线三等分,其二个等分点作为测点)30㎡以上但不足60㎡测三点(温室对角线四等分,其三个等分点作为测点)601000㎡测五点(二对角线上5个等分点设点)

        2.2 烟草漂浮育苗等无土栽培:测点离地面高度0.4 m1.6 m,应离开温室棚壁和热源不小于2.5 m.土壤栽培:0.51.8m

       四、测定步骤

       3.仪器校正

       通风器作用时间的校正:将纸条止动风扇,上足发条,抽出纸条,风扇转动,开动秒表,待风扇停止转动后,按下秒表,其通风器的全部作用时间不得少于6 min

     通风器发条盒转动的校正:挂好仪器,上弦使之转动。当通风器玻璃孔中条盒上的标线与孔上红线重合时以纸棒止动风扇。上满弦,抽掉纸棒,待条盒转过一周,标线与玻璃孔上红线重合时,开动秒表,当标线与红线重合时,停表。其时间即为发条盒第二周转动时间。这一时间不应超过检定证上所列时间6s

       4.用管吸取蒸馏水送人湿球温度计套管内,湿润温度计头部纱条。

       5.如用电动通风干湿表则应接通电源,使通风器转动。

      6.通风5min后读干、湿温度表所示温度。  

      五、结果计算

     7.气压的计算

      见式1

e=Bt-APt-t)..... (1)

    式中:e一监测时空气中的水气压,hPa

    Bt:湿球温度下的饱和水气压,hPa

    P:监测时水气压,hPa

    A:度计系数,依测定时风速而定,与湿球温度计头部风速有关,风速0.2m /s以上时为0.00099 ,2.5m/s 时为 0.000677

    t:干球温度,℃;

    t’:湿球温度,℃。

    8.绝对湿度的计算

    见式(2 )

K=289e /T ··· ··· ··· ·· ·( 2 )

    式中:K—绝对湿度(即水汽在空气中的含量)

    e:空气中的水气压,hPa

    T:监测时的气温K

    9.相对湿度的计算

    见式(3)

F =e/E×100% ·· ··· ··· ··· ( 3 )

    式中:F:相对湿度,%

    e:空气中的水气压,hPa

    E:干球温度条件下的饱和水气压,hPa

    六、实验记录

按照本实验第2.12.2节规定的测点选择方法进行布点测量,将每次每点的各点测量结果按早中晚三个时间段填入表1

1. 计算环境温湿度需要的相关监测数据记录

附件1:植物温室空间电场环境中的温湿度测量

    七、数据处理

    根据表1获得的数据和式2、式3计算出绝对湿度、相对湿度。

    八、实验结果

绝对湿度:(略)

相对湿度:(略)

气温:(略)

    九、误差分析

    测量空间电场环境中空气湿度的误差可能来源于通风干湿表的屏蔽方式、置放地点以及空气中电荷的含量。

 

   (2)温湿度与植物病害的关系及控制

 

    一、温湿度与植物病害的关系

    在设施农业环境中,温湿度与植物病害的关系最为直接,两者皆可影响病原物,又可影响寄主。

    1.对病原物:温度和湿度对孢子囊的存活有显著的影响。湿度影响孢子萌发、细菌繁殖、传毒昆虫的活动。温度影响萌发速度;
    有关试验结果表明:
    温度和湿度对孢子囊的存活有显著的影响,随温度的升高孢子的存活率降低。
    在35℃时,新鲜孢子囊的存活期为24h。
    饱和的相对湿度有利于孢子囊的存活,而干燥的条件对孢子囊的存活率影响较复杂。
    相对湿度为45﹪时,孢子裘的存活率随温度的升高先上升,25℃时达最高值,然后随温度的升高而下降。
    在恒温条件下,35℃时新鲜孢子囊存活期为1d。
    30℃时存活期为3d;在10、15、20和25℃下存活期为3-6d。
    在超过35℃的高温条件下,饱和的相对湿度和干燥的条件,都不利于孢子的死亡,降低了高温处理的效果;而在中等湿度RH=75﹪左右条件下,孢子囊对高温敏感,40-45℃的高温处理1-2h,可杀死绝大多数的孢子囊。
    温度、湿度对病菌的孢子囊的萌发有显著的影响,其中湿度的影响效果较大。
    多数病菌的孢子囊在10-30℃范围内都能萌发,萌发最适宜的温度在20℃左右。
    孢子囊萌发需要自由水,在没有自由水的条件下,即使相对湿度为100﹪,孢子囊也不能萌发。
    温度、湿度对病斑的产孢量影响较大。
    多种病害的病斑在10-35℃时均能产生孢子囊,但不同温度下产孢量有明显差异,在15-20℃时病斑产孢量最大。
    叶片结露条件下,病斑能大量产孢,其产孢量显著高于饱和湿度条件下的产孢量。
    干燥的条件下RH=45﹪病斑不能产孢。
    例如:黄瓜霜霉病在不同温度下,其潜育期和发病率各不相同。
    在25℃下潜育期最短,为3-4d。
    20℃下为4-5d;15℃下为5-6d;10℃为8-10d;5℃和30℃下为8.11d和8-10d;35℃下不发病。
    用同一浓度的孢子囊悬浮液接种叶片,20℃条件下,发病率最高,为83.3﹪;其次为25℃,发病率为80﹪;5℃和30℃下的发病率低;35℃下不发病。
    在不同温度条件下,孢子囊完成侵染,导致叶片发病所需要的最短露时不同。
    25℃时,叶面结露1h,就足以导致病菌侵染,引起叶片发病;在15℃、20℃、30℃的条件下,叶面结露2h可以导致病原菌侵染,引致叶片发病;在10℃和5℃条件下,需要3-4h才能引起发病。
    在同一温度下,其侵染量随露时的延长而增大。
    2.对于寄主:作物不同,生长发育所需温度不同,如果气候不适宜,生长发育差,抗性减弱从而诱发了病害。

    二、温湿度与空气病原菌的空间电场控制

    1.空间电场的除湿作用

    利用空间电场除雾技术可以降低空气的绝对湿度、相对湿度,进而控制孢子的萌发;

    2.间歇变化的空间电场促水分蒸发的作用

    间歇变化的空间电场可以快速蒸发叶片露水:一是改变了水分的表面张力,使水分易于蒸发;二是叶片上荷电的水分会表现出快速蒸发的特征;三是水分会在空间电场环境中产生微弱的水电解反应,生成一定量的氧气和氢气。
    3.空间电场灭菌与增强作物抗病力的作用

    在空间电场环境中,空气水雾的消失伴随着空气微生物浓度的降低;建立空间电场的高压电极会电离空气产生臭氧、二氧化氮等杀菌性气体,进而消杀一部分空气病原微生物;空间电场以其强烈的静电作用,可切断通过空气传播的病害;空间电场电极电离空气产生的光谱与阳光相似,不仅可以提高作物的光合作用强度,增强抗病力,而且会以微弱的紫外线促进作物茎秆、叶片的纤维化,进而提高抗病力。

    三、病害预防效果检测

    效果检测可用为发病率、严重度、病情指数三个方面表示。对于烟草病害的检测可参照本博博文附件2:烟草病害的空间电场预防效果的检测标准

   

   (3)湿度与空间电场空气氮肥化的关系

   

    建立空间电场的高压电极会电离空气把空气中的氮气转化为二氧化氮,而电离生成的二氧化氮必须与水结合才能形成硝态氮被植物吸收。因此,在实践中,常采用间歇工作的空间电场技术装置作为空气氮肥化的设施。当空间电场消失后,雾气又会慢慢地升起,而当空间电场又出现时,空气中的氮气就会被电离成二氧化氮并在静电力的作用下与雾气结合成为硝态氮肥。即伴随着间歇出现的空间电场,出现了这样一种过程:雾气---二氧化氮---聚并为微酸性硝酸---着落地面和植株上----再被植株吸收,此过程昼夜循环,雾起雾落,植物就不断地吸收着氮素营养,长此以往,植物生长便可以脱离氮素化肥的投入而照样健康生长。

    空间电场转化氮气为氮肥的数量测定可按照水面面积在一个月内累积的氮素计算。测定方法如下:

    在空间电场的温室内按照湿度监测点的布设方法布置1㎡的不锈钢槽或塑料槽(需采用不锈钢电极将水面接地),槽深大于5厘米即可。测取时间为1个月,然后抽取水溶液10毫升进行氮素含量分析,最后换算成单位面积月空气氮肥转化量。

表2 空间电场环境中水槽水pH

 

 

   (4)湿度与植物生长之间的关系及控制

    

    1.湿度对作物生长的影响很复杂,作物对湿度的需求呈多样性。

    由于植物种类繁多,因原产地气候条件不同,对空气湿度、土壤湿度的要求也不一致。许多原产于热带雨林中或生长在山涧小溪旁的植物,不单对土壤水分要求较多,而且还需要较大的空气湿度。不少种类对空气湿度的要求甚至比土壤浇水更为重要。例如蕨类、一些附生植物等。如果空气太干燥,容易出现叶面粗糙、边缘焦枯、叶片黄化、卷曲等不良现象。除了水生植物以外,适合多数农作物生长的土壤湿度或土壤含水率为20-45%

    热带雨林作物多喜湿,如热带兰和很多观叶植物,这类植物要求空气的湿度至少在60%以上。在一般情况下,只要不低于40%,多数品种还能正常生长。如果湿度不及40%,植株的叶子就会产生焦边、枯黄的现象。另一类植物,譬如景天酸代谢(CAM)的仙肉植物,气孔白天关闭(减少蒸腾作用),晚上开放,空气湿度作用有限,当然并非说空气湿度完全没有用,很多沙漠性仙肉植物获得水分的主要途径之一是利用昼夜温差大产生的水露以及海洋传播的水气,但是保持这种空气湿度的时间是很短暂的,这和热带雨林的高湿度是有本质区别。

    2.植物外形的日间歇变化

    因植物蒸腾作用、大气电场日变化的存在,植物的枝干茎粗每日随时间会有尺寸的脉动变化,晴天情况下愈为明显,然而在雨天这种脉动变化会在土壤湿度、空气湿度均接近饱和时停止,但常规的灌溉只引起枝干茎粗尺寸的增大。枝干尺寸的脉动变化对植物的养料输送有直接影响。

    3.气湿的空间电场控制

    在空间电场环境中,空气湿度会有一定程度的减小,但其会因时间、距地面高度的不同而呈现较大差异。晴天阳光照射下,因冠层气流的上升作用,距离冠层高70厘米区间空气湿度变化不大,常保持在60~70%的相对湿度状态下。夜间该空间湿度分布则被空间电场压缩至冠顶层至30厘米的空间内,此空间内还保持着携有大量负电荷的水汽粒子。实践证明,湿度的间歇变化对作物的生长要优于湿度的恒定状态,此项知识可参见本博图11所述内容。


  5)湿度控制与温室保温节能的关系

   

   湿度是病害发生的重要影响因素,降低湿度就能够降低病害的发生率。空间电场的除湿净化及灭菌作用可将温室空气环境维护至很安全的状态,因此可以大幅度减少通风换气次数,如果室内设置了二氧化碳增施系统或有机肥施加足够的话,3个月内可完全不必通风。

   


                           空间电场环境中的湿度监测

 

  (6)与湿度相关的名词和检测仪器

 

       1.干湿球温度计

     一对并行设备,形状相同的温度计,测量温度,说干球温度计,另一用蒸馏水饱和,以保持包纱布,称湿球温度计。当空气不饱和,湿球因表面蒸发热消耗离开湿球温度下降。同时,湿球和空气流经湿球继续使供热。当湿球消费,由于蒸发热量从周围空气中的热平衡,获得湿球温度时,将不再继续下降,因此有一个干湿球温度之间的差异。干湿之间的湿球温度的大小差,空气湿度大。空气湿度越小,湿球更快的表面蒸发,湿球温度更大程度的降低,更大的干;另一方面,更大的湿度,湿球表面的水分蒸发慢,更湿球温度下降少,干、湿球之间的温差较小。当然,与其他一些因素,如湿球附近的空气速度,干湿球温度差的大小、压力、湿球的大小、湿球湿的方法也有关。干、湿球温度,并考虑其他因素的基础上,从理论上计算时间的空气湿度。

 

        2.大气压的测量——空盒气压计法

  仪器:空盒气压计由具有弹性的薄壁金属空盒构成,气压增高时盒盖内陷,气压降低时盒盖隆起,借助杠杆和齿轮的传动,从表面刻度盘上的指针指示大气压力。

  测量要点:空盒气压计带到现场,露出通气孔,用手指轻扣仪器几下,克服传动部件机械摩擦误差,待指针指示稳定后,读出大气压力值,同时读出附带温度计的温度。精度为±2kPa。空盒气压计应定期经计量部门检定。

 

   
空间电场环境中的湿度监测

       3.名词

 

   本实验中所用气压单位换算关系:1标准大气压=1013.25hPa=101325Pa
    
绝对湿度absolute humidity:单位体积空气中所含水气的质量,称为绝对湿度,单位用g/m,来表示。

     相对湿度relative humidity:空气中实际水气压与同一温度条件下饱和水气压之比值,称为相对湿度(RH),用%表示。

     空气中的水蒸气变为露珠时候的温度叫露点。补充:当该温度低于零摄氏度时,又称为霜点。

     一定外界条件下,液体中的液态分子会蒸发为气态分子,同时气态分子也会撞击液面回归液态。这是单组分系统发生的两相变化,一定时间后,即可达到平衡。平衡时,气态分子含量达到最大值,这些气态分子对液体产生的压强称为饱和蒸气压,简称蒸气压。

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