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人工环境模拟

日期:2021-12-07 12:08
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摘要:

   人工环境模拟即利用特定设施,再现自然环境条件的试验方法。这种方法不受自然地理、季节和天气条件的限制,能单因子或多因子地改变和控制生物所处的小气候环境,人工创造和组合适宜的或有害的气象条件;能定量地研究气象条件对植物生长发育的影响,有效揭示与环境因子之间的相互关系;若和田间试验相结合,有助于完善试验工作程序,缩短研究周期。人工环境模拟已成为现代农业气象科学研究的重要手段。

   简史 早先,人工环境模拟多利用和小型空调设施进行。20世纪40年代左右,世界上**个人工气候室在美国加利福尼亚州帕萨迪纳建成。此后,许多国家相继建立了各种类型的人工气候室,配置了各种人工气候箱群。研究对象也超出了植物的范围,广泛应用于农业、生物、医学、海洋、宇宙等各个领域。各种设备的自动化程度和**度不断提高,控制方式已有用中央控制台进行的电子自动遥控,并加之以电子计算机数据运算处理装置。

   设施 人工环境模拟设备主要有温室、暗室、冷室、防雨棚、风洞、人工气候室(箱)、生物培养室等,并辅以形态剖解和生化生理分析设备。其中以温室、暗室和人工气候室(箱)应用较多。

   温室 常作为试验样本的培养室。配以控温设备,可单独进行环境条件试验,如夏季可利用温室的高温环境模拟热害;冬季在温室内分期,可模拟作物在短日条件下的生长发育状况等。温室要求有良好的保温、采光、保湿、通风等条件。

   暗室 主要用于研究植物的感光性和光周期。方法是将盆栽植物在下午移入暗室,上午移出室外,进行光照的定时处理。

   人工气候室 在一个封闭系统中,人工控制、改变和再现多种气象条件的实验设备,是现代人工环境模拟的主要设施。按结构通常可分为箱式、房式和混合式3种:①箱式。为环境条件能调节的独立小单元,即人工气候箱。体积小,可调性好,但工作面积一般只有几平方米。系由小型的环境要素调节设备、电气控制系统及框架箱体等部分构成。又分步入式和伸入式两类,前者实验人员可进入箱内,后者只能把手伸入。②房式。为规模较大的完整建筑物,由机房、控制中心和若干个大小不等的环境控制室组成。大型的工作面积可达上千平方米。③混合式。兼具上述两种的形式,在环境控制室中放置多个人工气候箱。这种双重结构可以减少干扰,提高精度,并能根据试验者的要求对其中某个或几个气候箱进行调节。按光源,人工气候室(箱)可以分为自然光照型和人工光照型两类。大型人工气候室一般兼有自然光照室和人工光照室。自然光照室的热负荷由于的缘故变化剧烈,因此电动制冷机应具有能消除夏季*大的太阳热负荷的性能。人工光照以灯具为光源,要求有较高的光强和近似太阳光的光谱成分,在植物生长面上有散射光,其热负荷相对较小。光源有白炽灯、荧光灯、水银灯的组合形式,也有单独使用近似于太阳光谱的锡灯、氙灯、卤素镝灯等。温度调控范围在-10~50℃之间,精度为±0.5~±1.0℃。湿度调节一般不直接对植物加湿,而用空气淋水、蒸气喷雾、水喷雾等方法。小型自然光照室、人工光照室、生长箱等小容量设施也可用装在电加热器里的平面型加湿器加湿;或者用向水中通气、通过产生气泡的方式来加湿。减湿主要是冷却降湿或使用氯化锂吸湿剂等化学方法。相对湿度调控范围在10~100%之间。空气调节所需要的送风量以每小时的换气次数表示。风机的送风方式以“上送下回”或“下送上回”的垂直方向为宜。

   方法一般根据目的作出试验设计,然后按以下步骤进行:①试验样本的培植。多用盆栽法在露天或自然光照室中培养出一定数量整齐度一致、发育期符合设计要求的健壮样本。②样本环境模拟处理。待样本到达预期发育阶段时送入人工气候箱(室)中进行模拟处理。若箱(室)较多,则几个水准的处理组合可同时并进;若人工气候箱较少,则不同水准的组合分期处理。后者要求样本在播种及培植中即分批进入待试发育期。为避免样本前期生长环境不同造成的差异,多将不同播期的样本放入可控制温度、湿度、光照条件的自然光照温室中,用相同环境条件来进行培植,以消除非试验因子的影响。③试验样本的测定。样本处理结束后及时采样并观察测定,有时可立即测出效应,有时则须等一阶段。后一种情况下的样本需放入温室或可控调的自然光照室中,在同样条件下,经过一段时间培养后达到所要求的发育阶段再行测定。

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