人工環境模擬

日期:2022-01-13 00:44
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摘要:

   人工環境模擬即利用特定設施,再現自然環境條件的試驗方法。這種方法不受自然地理、季節和天氣條件的限制,能單因子或多因子地改變和控制生物所處的小氣候環境,人工創造和組合適宜的或有害的氣象條件;能定量地研究氣象條件對植物生長發育的影響,有效揭示與環境因子之間的相互關系;若和田間試驗相結合,有助于完善試驗工作程序,縮短研究周期。人工環境模擬已成為現代農業氣象科學研究的重要手段。

   簡史 早先,人工環境模擬多利用和小型空調設施進行。20世紀40年代左右,世界上**個人工氣候室在美國加利福尼亞州帕薩迪納建成。此后,許多國家相繼建立了各種類型的人工氣候室,配置了各種人工氣候箱群。研究對象也超出了植物的范圍,廣泛應用于農業、生物、醫學、海洋、宇宙等各個領域。各種設備的自動化程度和**度不斷提高,控制方式已有用中央控制臺進行的電子自動遙控,并加之以電子計算機數據運算處理裝置。

   設施 人工環境模擬設備主要有溫室、暗室、冷室、防雨棚、風洞、人工氣候室(箱)、生物培養室等,并輔以形態解剖和生化生理分析設備。其中以溫室、暗室和人工氣候室(箱)應用較多。

   溫室 常作為試驗樣本的培養室。配以控溫設備,可單獨進行環境條件試驗,如夏季可利用溫室的高溫環境模擬熱害;冬季在溫室內分期,可模擬作物在短日條件下的生長發育狀況等。溫室要求有良好的保溫、采光、保濕、通風等條件。

   暗室 主要用于研究植物的感光性和光周期。方法是將盆栽植物在下午移入暗室,上午移出室外,進行光照的定時處理。

   人工氣候室 在一個封閉系統中,人工控制、改變和再現多種氣象條件的實驗設備,是現代人工環境模擬的主要設施。按結構通常可分為箱式、房式和混合式3種:①箱式。為環境條件能調節的獨立小單元,即人工氣候箱。體積小,可調性好,但工作面積一般只有幾平方米。系由小型的環境要素調節設備、電氣控制系統及框架箱體等部分構成。又分步入式和伸入式兩類,前者實驗人員可進入箱內,后者只能把手伸入。②房式。為規模較大的完整建筑物,由機房、控制中心和若干個大小不等的環境控制室組成。大型的工作面積可達上千平方米。③混合式。兼具上述兩種的形式,在環境控制室中放置多個人工氣候箱。這種雙重結構可以減少干擾,提高精度,并能根據試驗者的要求對其中某個或幾個氣候箱進行調節。按光源,人工氣候室(箱)可以分為自然光照型和人工光照型兩類。大型人工氣候室一般兼有自然光照室和人工光照室。自然光照室的熱負荷由于的緣故變化劇烈,因此電動制冷機應具有能消除夏季*大的太陽熱負荷的性能。人工光照以燈具為光源,要求有較高的光強和近似太陽光的光譜成分,在植物生長面上有散射光,其熱負荷相對較小。光源有白熾燈、熒光燈、水銀燈的組合形式,也有單獨使用近似于太陽光譜的錫燈、氙燈、鹵素鏑燈等。溫度調控范圍在-10~50℃之間,精度為±0.5~±1.0℃。濕度調節一般不直接對植物加濕,而用空氣淋水、蒸氣噴霧、水噴霧等方法。小型自然光照室、人工光照室、生長箱等小容量設施也可用裝在電加熱器里的平面型加濕器加濕;或者用向水中通氣、通過產生氣泡的方式來加濕。減濕主要是冷卻降濕或使用氯化鋰吸濕劑等化學方法。相對濕度調控范圍在10~100%之間。空氣調節所需要的送風量以每小時的換氣次數表示。風機的送風方式以“上送下回”或“下送上回”的垂直方向為宜。

   方法一般根據目的作出試驗設計,然后按以下步驟進行:①試驗樣本的培植。多用盆栽法在露天或自然光照室中培養出一定數量整齊度一致、發育期符合設計要求的健壯樣本。②樣本環境模擬處理。待樣本到達預期發育階段時送入人工氣候箱(室)中進行模擬處理。若箱(室)較多,則幾個水準的處理組合可同時并進;若人工氣候箱較少,則不同水準的組合分期處理。后者要求樣本在播種及培植中即分批進入待試發育期。為避免樣本前期生長環境不同造成的差異,多將不同播期的樣本放入可控制溫度、濕度、光照條件的自然光照溫室中,用相同環境條件來進行培植,以消除非試驗因子的影響。③試驗樣本的測定。樣本處理結束后及時采樣并觀察測定,有時可立刻測出效應,有時則須等一階段。后一種情況下的樣本需放入溫室或可控調的自然光照室中,在同樣條件下,經過一段時間培養后達到所要求的發育階段再行測定。
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