[实用新型]载热空气法调控田间植物生长环境温度的装置

说明书

一、技术领域

本实用新型涉及一种载热空气法调控田间植物生长环境温度的装置，属于作物栽培技术领域。

二、背景技术

随着全球变暖趋势的增强，科学家们越来越关注增温作用对植物生长发育、产量和品质形成所带来的影响，非常需要能在田间条件下模拟增温环境的方法和装置。此外，植物生长过程中经常遭受高温、干热风或低温等逆境，但对这些过程的模拟研究多限于温室或人工气候箱中进行，无法真实重现大田实际情形，因此，也非常需要在大田条件下能对植物进行环境温度控制的设备。

现有田间植物生长环境温度控制方法为热辐射调控法，它是在田间安装石英管、陶瓷管和红外灯等红外热源，并通过调节这些高温热源的辐射功率的办法控制田间植物生长环境温度。但该公知的办法存在以下四个缺陷：(1)该法的传热过程与自然界大气温度对植物体温的影响过程相悖。采用公知方法设计的加温设备进行田间增温的过程是：首先对被辐照的植物体和土壤进行快速加热，尔后再与跟植物体和土壤紧密接触的空气发生热量交换(或热量散失)，提高植物环境温度。这导致在开始加热后的一段时间内甚至整个加热过程中，植物叶片的温度会高于周围空气温度，这违背了自然条件下叶温低于气温这一规律。(2)加温过程存在空间的不均匀性。被加热物体接受辐射热功率强度与离热源距离的平方成反比，当热源被挡住时，就根本无辐射热可吸收。这可能导致田间不同物理空间的植物，以及同一株植物不同部位的温度分布极不均匀，与自然状态相差太远。(3)控温范围小，功耗大。辐射线以直线进行传播，其加热范围一般局限在热辐射覆盖范围内，因此在田间条件下可加热的面积较小。(4)利用该方法设计的装置无法进行田间降温控制。

三、发明内容：

技术问题

本实用新型的目的是提供一种一种载热空气法调控田间植物生长环境温度的装置，使田间植物生长环境温度影响试验的温度分布及环境与植物间的传热过程都更接近于天然状况。

所谓载热空气，就是被加热或冷却后的自然空气。载热空气的载热功率与空气流量和温差成正比，因此可以通过设计手段将载热空气与试验田间的温差调至5℃以下，使载热空气的热辐射功率几乎忽略不计，其次由于植物的每一行间都可装上分输气管，而且分输气管上散气孔的密度、孔径、方向及分输气管的高度等都可按需设计，因而从散气孔出来的载热空气凭其动能和热温差产生的热对流会很快溶入田间各处。因此田间的气温既均匀又平稳，非常接近自然状态。

技术方案

根据本实用新型的一种载热空气法调控田间植物生长环境温度的装置，由透明围栏、制热(冷)机、总输气管、分输气管、散气孔、温度传感器、智能控制器及电线电缆等所组成。如附图所示，透明材料做的围栏(11)将试验田周围围住，以阻断与外部的横向热对流。空气制热(冷)机(3)将自然空气吸入并加热(冷却)成载热空气后输至总输气管(2)。总输气管(2)铺设在试验田的田埂上，其两侧每隔一定距离都装有与其垂直的水平走向的分输气管(1)。各分输气管(1)的间距与田间植物的行距一致，使分输气管(1)座落在两行植物之间。分输气管(1)的沿途每隔一定距离开有散气孔(10)，从而将载热空气吹向植物行间，进而扩散至试验田的每一角落和植物周围。空气制热(冷)机(3)通过电缆(4)与智能控制器(5)连接，智能控制器(5)通过电缆(6)与供电网连接，智能控制器还通过电线(8)与安装在试验田中间的温度传感器(9)连接。此外智能控制器通过电线(7)与温度信号连接。这样，智能控制器(5)就会根据温度传感器(9)所测得的温度值，与从电线(7)引入的参比试验田的温度信号相比较，调节空气制热(冷)机(3)的制热(冷)功率，进而改变载热空气的热功率，使流向试验田的载热空气的温度或流量相应变化，从而使试验田中植物周围环境温度按预定规律变化。

有益效果

本实用新型具有如下优点：

1、本实用新型通过导入载热(冷)空气的方式，改变植物生长的环境温度，较为科学地模拟环境温度的实际情况，并用于研究温度变化对植物生长过程的影响，为植物科学工作者研究大田条件下环境温度变化对植物生长发育与产量品质的影响提供了可靠的方法途径。

2、本实用新型通过导入载热(冷)空气的方式，改变植物冠层空气温度条件，其作用方式是先控制空气温度，尔后通过空气与植物体的热量交换，改变植物体温度。以增温为例，该方法与他人采用的热辐射加热方式相比，更符合自然条件下植物微环境变化的实际情况，更科学合理，结论更可靠。

3、本实用新型不仅可用于大田植物冠层增温研究，还可扩展至降温、低温冷害或冻害、高温、干热风等方面的研究，用途更广泛。