周彦鹏
(呼伦贝尔市气象局,内蒙古呼伦贝尔 021000)
目前,中国大中拱棚以上的设施农业面积和连栋温室面积持续增长[1],高科技设施逐渐成为发展趋势。与传统露天种植相比,设施农业具有控制气候、减少灾害、提高产量、扩大农产品供给和改善劳动条件等诸多优势。然而,在设施农业发展的过程中,还存在着温室气象灾害等影响设施农业生产的问题。
温室灾害与气象灾害之间有着千丝万缕的联系。气象灾害是指由自然气象现象引起的灾害事件,这些现象包括了大风、暴雨、冰雹等极端天气现象。当这些气象灾害影响到温室设施时,就会造成温室气象灾害。极端天气(如风暴、冰雹、大雪等)会对温室设施造成破坏,进而影响到设施内的作物。对于南方地区来说,存在强降温、连阴天、久阴骤晴和高温等气象现象,也影响室温农作物的生长。目前,现有的温室作物气象灾害预警方法,包括实时观测数据对比判断标准,结合气象台预报结果进行预警;还可用数值预报产品结合温室内外气象要素,建立预报模型,进行农用天气预报。
在对气象灾害标准和农用天气预报进行研究时,需要对温室中的气候变化过程和垂直分布规律等进行详尽分析。针对气候变化所带来的影响,可以通过合理调节温室内的温湿度、增加植物的光照时间和二氧化碳浓度等来优化环境。
不同的植物需要不同的温度条件,因此应根据不同类型的作物进行相应的调控。当温度过低时,可以适当增加供暖设备,或者在阳光强度较大的时候打开温室大门进行通风换气,以提高温度[2]。此外,还应量化所使用的温室材料的热传递系数及其对光线的吸收率,以制定更科学的调控方案。
湿度可以通过减少灌溉量、增加通风次数或时间等方式进行调控。在调节湿度时也需要关注保湿措施,如使用润湿剂防止土壤水分蒸发等。
充足的光照是植物正常生长的必要条件,可通过延长光照时间来促进植物的生长。同时,应根据不同季节、不同作物的特性,合理设置温室内的光照时间,并根据需要增加补光设施。
不同的大棚膜对光、热的透过程度及耐用性等存在差异,应根据具体的种植需求选用合适的大棚膜。
目前设施农业装备的主要应用是在不同的种植、养殖方式下利用技术手段来提高产量和质量,并改善生产环境。其中主要包括设施园艺、设施养殖、食用菌生产以及水产养殖等。
设施园艺利用农业气象装备包括物理增产技术装备、物理植保技术装备、耕耙、灌溉类机械装置等。气象装备可以通过控制温度、湿度等环境因素,来促进植物的生长、发育和果实的产生;物理植保技术装备则通过灰霉病菌的生长机理来实现防治,对于其他常见的病虫害,也存在各种综合防治方法。
利用新型的农业气象设施装备有助于提高养殖效益和质量,同时降低生产成本[3]。设施养殖农业气象装备主要包括防疫装备和生产辅助设备。常见的防疫装备包括杀菌设备、消毒设备,能够有效地预防和控制疾病的传播。生产辅助设备包括喂养、测量等机械装置,能有效地提高饲养效益和质量。
设施农业气象装备在食用菌生产方面的运用,主要包括建设环境安全型菇房、配备空间电场灭菌防病技术装备和促进食用菌生长。这些装备包括空气净化设备、温度控制设备、湿度控制设备等。这些设备不仅可以保证菌房内环境优良,而且还能够减少传染病的发生,并促进食用菌的健康生长。
水产养殖现在常用的是聚乙烯网片制作的网箱,主要涉及的设施农业气象装备为增氧机。网箱的作用是能够有效地防止鱼苗走失和损失,而增氧设备可以为水中的动物提供足够的氧气,以便其正常的生活和生长。
此外,还有4种新型温室设施装备技术系统,即温室移栽系统、温室控制系统、温室灌溉系统和温室通风系统。这些气象技术装备可以有效地控制农业生产环境,确保植物的正常生长和养殖动物的健康成长。
设施农业气象观测是现代农业生产中不可或缺的一部分,而温度是重要的观测指标之一。在设施农业气象观测中,常用的温度传感器类型有热电耦式、铂电阻式和电容式等。
热电偶式传感器原理,是利用2 种不同金属间接触的端子产生热电势差,通过测量热电势差来计算温度值。铂电阻式传感器则利用铂电阻体的电阻值随温度变化而发生改变的特性进行测量,由于其稳定性较好而被广泛使用。不过,在设施农业气象观测中,最常用的还是电容式温度传感器。
电容式温度传感器的湿敏元件具有良好的感湿能力,这也是其在农业气象观测中被广泛应用的原因之一。不过,在评定电容式温度传感器性能时,需要重点考虑线性度、响应时间和湿润带等特性。线性度是指传感器输出信号与被测量之间的线性关系程度。响应时间则是指传感器响应信号的速度,而湿润带则是指在高湿度环境下,传感器输出的数据偏离真实值的程度。
除此之外,湿敏元件技术主要包括湿滞和动态响应特性、水蒸气传质机理等方面。其中,湿滞和动态响应特性是指湿敏元件对于湿度变化的响应速度和稳定性;而水蒸气传质机理则是指在不同温度和湿度条件下,湿敏元件吸收和释放水分的过程。
在设施农业气象观测中,温室大棚这种密闭的环境下,若无法选择合适的湿敏元件,将会对湿度观测数据的准确性产生很大影响。因此,在选购温度传感器时,需要根据实际情况综合考虑多方面因素,选择性能稳定、线性度高、响应时间快、适应高湿度环境的电容式温度传感器,从而保证测量数据的准确性和可靠性。
土壤水分监测是农业生产中的一项重要工作,能够帮助农民更好地管理作物种植,提高作物的产量和质量。而土壤容积含水率是农业生产中比较关键的一个指标,它反映了土壤中存储的水的多少。因此,在进行土壤水分监测时,测量土壤容积含水率非常重要。
目前,使用土壤水分监测仪器来进行土壤容积含水率的测量已经成为常规做法。在长期实践中,人们发现自动监测仪器的观测结果与人工观测烘干称重法得到的数据存在一定差异。这是由于自动监测仪器的准确性,受到土层的土壤常数值和修正值的影响[4],为了保证数据准确性,需要在线比对自动监测仪器和人工观测获得的数据,定期修正。自动监测仪器是根据土壤电容或者土壤导电度等特性来测量土壤水分含量,而人工观测烘干称重法则是通过将一定质量的土壤样品放入高温烘箱中烘干,并根据烘前和烘后的质量差异计算土壤水分含量。
在进行土壤水分监测时,还需要考虑土层的土壤常数值和修正值对监测结果的影响。土壤常数值是指土壤的相对介电常数,在某一频率下的测量值,通常用于描述土壤中水分的含量;而修正值是指由各种因素引起的影响需要进行修正的值。这些因素包括土壤类型、土壤结构、季节变化、气候条件等。不同土壤类型对应的土壤常数值和修正值是不同的,因此在进行数据处理时要进行精细地校准,以确保监测结果的准确性。
为了减小两者之间的差异,相关人员需要进行设施农业气象观测数据的准确性检验,对不准确的数据进行修正。在进行比对时,应选择相同的土壤层位、土壤类型、采样时期等条件下进行比对。相关人员考虑采用多种方法共同进行监测和校验,包括自动土壤水分监测仪器、人工观测烘干称重法、驻波比法、电容感应法等方法。另外,利用土壤水分监测仪器进行土壤容积含水率的测量也是农业生产中非常重要的工作。虽然自动监测仪器的观测结果与人工观测烘干称重法得到的数据存在一定差异,但通过在线比对和定期修正,可以最大限度地缩小这种差异,保证设施农业气象观测数据的准确性。同时,也需要注重装备的维护和更新,提高监测数据的可靠性和精确度,为农业生产提供更加科学、准确的决策支持。
近年来,随着全球气候变化和人口增长的影响,设施农业成为解决食品安全和粮食供应的重要手段之一。而气象装备作为设施农业中至关重要的组成部分,其发展情况和研究方向也成为当前需要深入关注的问题。
在当前阶段,我国设施农业气象装备的应用在不断发展与逐步完善,但还面临着一些挑战。一方面,受自然环境波动的影响,农作物的产量和质量仍然受到一定的影响。另一方面,气象观测手段以及设备的精度、准确性等方面仍有较大的提升空间。为进一步把握设施农业气象装备的发展方向,可以从以下几个方面入手。
首先,要将自然灾害的防灾减灾作为设施农业气象装备发展的主要方向,有效预防洪水、干旱、温度异常等气象灾害对农业生产的影响。其次,需要确保观测装备使用的观测手段在不同层次和观测要素中均有所调整,以适用不同的地域和气候,可将航空、军事及其他领域的新型气象技术与农业气象装备融合。最后,相关人员要加强植保部门的沟通,实现农业气象和植保设备的有机结合,提高观测数据精度[5]。
通过深入研究太阳光谱、二氧化碳浓度与作物生长、病虫害之间的理论关系,可以更好地掌握农业生产中的环境因素变化对作物生长的影响规律,并进行有效调控。先进的气象设施和数值预报装置,实现对温室大棚天气的准确预测,以保证温室农作物品质和促进设施农业的发展。
在加强关键技术装备研制方面,需要注重已成熟观测装备技术研究的同时,也需要加大对空气和土壤湿度传感器等新兴技术研发的力度,并加强对农业生产环境中各因素间关系的深入研究。同时,在气象设施和数值预报产品的日益完善趋势下,加强温室大棚农用天气预报研究与监测工作,不断提高设施农业发展的水平。
设施农业气象装备技术是现代化设施农业的重要支撑,对于实现设施农业生产的现代化、智能化、精准化具有重要意义。借助应用温度观测装备的关键技术、土壤水分观测的关键技术,可以为人们提供更多健康、安全、高品质的农产品。