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摘 要

光照强度、温度和湿度是影响黄瓜光合作用主要的因素。本文利用所监测到的数据分别构建了日光温室的光照强度模型、温度模型以及湿度模型。光照模型根据前三个时刻光照值对下一个时刻光照值的贡献量来构建，适用性较好；温度模型利用当前温度和上一时刻温度极强的相关性与温度之间变化量的关系来构建模型；湿度模型是通过湿度和温度之间的关系来构建的，其关系图符合Power型曲线。光照强度模型，温度模型，湿度模型的分别为0.946，0.999，0.925；分别为13.4%，0.300%和1.20%。

关键词：日光温室，黄瓜，光照强度，温度，湿度

Abstract：Light intensity, temperature and humidity is an important factor affecting cucumber photosynthesis. This paper constructed the sunlight greenhouse light intensity model, temperature model and the model of the humidity. Illumination lighting model according to the first three time for the next moment light value contribution amount to build, good applicability; Temperature model by using the current moment temperature on temperature and strong correlation with the relationship between the temperature variation to build model; Humidity model is built by the relationship between the humidity and temperature, it accord with the Power curve diagram. Light intensity model, temperature model, humidity models relative coefficient were 0.946, 0.999, 0.925. Relative Root Mean Square Error were 13.4%, 0.300% and 1.20% respectively.

Keywords：Greenhouse, Cucumber, Light density, Temperature, Humidity

目 录

1 前言 4

2 数据来源 6

3 模型构建 6

3.1 光照模型的构建 6

3.2 温度模型的构建 11

3.3 相对湿度模型的构建 14

结 论 19

参 考 文 献 20

致 谢 21

1 前言

蔬菜在人们日常生活中占有重要的地位，冬季设施蔬菜在满足人们菜篮子的同时，也是菜农致富的重要途径。设施园艺中黄瓜是一种重要的作物，黄瓜不仅维生素丰富^[1]，而且含有钙、铁、镁、锌等对人体有益的微量元素。强体减肥，口感好，烹饪的方式也多种多样，同时还具一定的药用价值^[2]。

为了获得高产农民们往往通过增施大量氮肥来提高农作物产量，但张剑等人研究分析表明：施氮量与黄瓜的产量是呈显著的二次回归关系的^[3]，即，随施氮水平的提高黄瓜产量分别呈先增后降的趋势。此外过量的施用氮肥，不仅会降低植物对氮肥的利用率，还会增加果实中硝酸盐含量，硝酸盐进入人体后，会转变为亚硝酸盐，亚硝酸盐是强氧化剂^[4]，可以使低铁血红蛋白氧化成高铁血红蛋白，失去运氧的功能，使人体缺氧，对人体造成伤害；其次过高的氮肥会造成土壤硝酸盐富集^{[5, 6]}，影响黄瓜的品质，如VC含量、可溶性蛋白质含量、可溶性糖含量等。徐坤范等人研究表明：随氮肥的施用量增加，VC含量将逐渐减小，用量越多，下降的幅度就越大^[7]；氮是蛋白质重要的组成部分^[7]，适量施用氮肥，会提高植物蛋白质含量，营养价值变高，但若氮肥用量过多，植物对氮的吸收和利用效率降低，粗蛋白含量不再随着施氮量的增加而增加^[7]；可溶性糖含量是评价黄瓜品质优劣的一个重要指标，一般情况下，糖含量越高，黄瓜的口感风味越好，艾希珍等人对3种不同黄瓜进行试验证明：施用氮素化肥不利于可溶性糖的形成和积累^[7]。土壤中的过量氮肥会随径流或雨水的淋洗作用进入水体，从而对水环境造成污染，成为近年来河流、湖泊水体富营养化的主要原因之一。

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。

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