第 1 章 绪论
1.1 国内外设施栽培现状
1.1.1 国内设施栽培现状
设施园艺作为高产、高效、安全、优质的现代农业生产方式，在保障市场周年均衡供应、提高土地资源利用率、提高农民就业率和收入等方面发挥着举足轻重的作用，以成为世界各地农业发展的重点[1]。20 世纪 70 年代，我国开始引进相关技术对设施蔬菜栽培进行调控，设施农业迅猛发展，蔬菜产业是除粮食产业外我国农业和农村经济发展的支柱产业[2]。设施建设趋向大型化、规模化，蔬菜作物品种趋向设施专用化，设施装备趋向机械化、智能化。设施园艺技术趋向标准化[3-5]。在蔬菜种植生产过程中，设施蔬菜由于集约化的生产方式被广泛应用，日光温室、连栋温室和塑料冷棚的建设面积迅速增加[6]，日光温室已成为我国北方冬季蔬菜生产的主要形式，温室设施相关产业飞速发展[7]，上世纪 80 年代初，温室制造企业只有 5-6 家，到 2008 年已经发展到 300 多家，到 2015 年，设施蔬菜面积 5832 万亩，设施蔬菜总产量 2.64 亿吨，设施栽培业蓬勃发展。但仍存在诸多问题[8]。
1.1 国内外设施栽培现状
1.1.1 国内设施栽培现状
设施园艺作为高产、高效、安全、优质的现代农业生产方式，在保障市场周年均衡供应、提高土地资源利用率、提高农民就业率和收入等方面发挥着举足轻重的作用，以成为世界各地农业发展的重点[1]。20 世纪 70 年代，我国开始引进相关技术对设施蔬菜栽培进行调控，设施农业迅猛发展，蔬菜产业是除粮食产业外我国农业和农村经济发展的支柱产业[2]。设施建设趋向大型化、规模化，蔬菜作物品种趋向设施专用化，设施装备趋向机械化、智能化。设施园艺技术趋向标准化[3-5]。在蔬菜种植生产过程中，设施蔬菜由于集约化的生产方式被广泛应用，日光温室、连栋温室和塑料冷棚的建设面积迅速增加[6]，日光温室已成为我国北方冬季蔬菜生产的主要形式，温室设施相关产业飞速发展[7]，上世纪 80 年代初，温室制造企业只有 5-6 家，到 2008 年已经发展到 300 多家，到 2015 年，设施蔬菜面积 5832 万亩，设施蔬菜总产量 2.64 亿吨，设施栽培业蓬勃发展。但仍存在诸多问题[8]。
① 亩产低、品质低、外观有较大瑕疵、产品安全性存疑。 ② 劳动生产率低、劳动强度大、生产环境受雨雪、温度、光照等自然条件 影响大。 ③ 肥料、营养液和土地资源利用率较低。 ④ 用地缺乏相关建设标准和科学性。 ⑤ 环境控制能力有限、机械化和自动化水平低。 ⑥ 采后加工处理水平不高，在储存和运输过程中损耗严重，尤其是我国北方深冬时期生产水平低，导致供不应求，价格出现不合理上涨。
温度是深冬时期设施蔬菜生产的重要影响因子[9-10]，热量的存蓄和温度的保持对于日光温室越冬生产非常重要。在寒冷的冬季，夜间温度极度依赖于日光温室的蓄热和保温，若后半夜温室内部温度过低，则会影响植株的正常生长发育。植株生长过程中存在对应的温度三基点，即对最高、最适和最低的要求[11]。当温度满足最适温度范围内时，植株才可以正常的生长发育[12-13]。若室内温度降至适宜植株生长的最低点以下，植株的光合作用和正常的生长发育会受到影响导致受到伤害甚至死亡。
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第三章 日光温室冬季基质加温效果及对番茄生长和品质的影响........... 19温度是深冬时期设施蔬菜生产的重要影响因子[9-10]，热量的存蓄和温度的保持对于日光温室越冬生产非常重要。在寒冷的冬季，夜间温度极度依赖于日光温室的蓄热和保温，若后半夜温室内部温度过低，则会影响植株的正常生长发育。植株生长过程中存在对应的温度三基点，即对最高、最适和最低的要求[11]。当温度满足最适温度范围内时，植株才可以正常的生长发育[12-13]。若室内温度降至适宜植株生长的最低点以下，植株的光合作用和正常的生长发育会受到影响导致受到伤害甚至死亡。
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1.2 空气温度对温室内植株的影响
空气温度对作物植株地上冠层的光合速率、气孔导度、蒸腾速率、胞间 CO2浓度等光合特性指标有显著影响[26]，进而影响了植株光合作用的产物积累和转运速率，最终影响植物的生长发育和果实产品的产量品质[11]。在我国北纬 40。以北地区，主要以日光温室生产为主，而我国北方每年发生寒潮 2-6 次，寒冷的气候造成日光温室内部气温偏低，当冬季室外温度达到零下 20℃时，室内温度最低可降至 3-5℃，夜间长期处于 10℃以下的亚低温状态，导致植物叶片中叶绿体形态会变形，使植物暗反应的酶活性降低，同时低温会降低植物的气孔导度，影响光合产物的输出和碳水化合物颗粒形成。在形态上出现植株生长迟缓、苗弱、萎蔫等不良状态。同时偏低的气温会引起植株内部相关蛋白质降解，酶失活等情况，直接影响植株光合作用[27-31]。在一定范围内，温度和湿度呈负相关关系，温室内空气温度降低使相对湿度增高，形成不利于植株生长的低温高湿环境，容易引发真菌性病害等不良情况。当温室内空气温度低于 20℃时，空气相对湿度高达 90%以上[32]，植株可能出现卷叶，叶顶黄化现象，并引起番茄灰霉病，黄瓜霜霉病等[33-34]。田雪飞研究发现，植物遭受一定低温后引起了叶片边缘失绿，根系遭受损伤，开花率和结果率下降，果实畸形，甚至植株死亡[35]。曹红星等通过解剖低温处理下椰树叶片的结构发现，在一定范围内温度和细胞间隙成反比关系，随着温度的下降，细胞间隙会增大，栅栏组织和海绵组织结构愈发不规则[36]。低温胁迫导致非生理病害出现，这极大的影响了设施蔬菜的越冬生产[37]。
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第 2 章 限根栽培条件下空气果穗部加温对深冬番茄产量和品质的影响
2.1 材料与方法
2.1.1 试验材料
供试番茄品种为荷兰瑞克斯旺种子有限公司生产的丰收（74-560）F1 杂交种，由北京市农林科学院蔬菜研究中心提供。
2.1.2 试验方法
空气温度对作物植株地上冠层的光合速率、气孔导度、蒸腾速率、胞间 CO2浓度等光合特性指标有显著影响[26]，进而影响了植株光合作用的产物积累和转运速率，最终影响植物的生长发育和果实产品的产量品质[11]。在我国北纬 40。以北地区，主要以日光温室生产为主，而我国北方每年发生寒潮 2-6 次，寒冷的气候造成日光温室内部气温偏低，当冬季室外温度达到零下 20℃时，室内温度最低可降至 3-5℃，夜间长期处于 10℃以下的亚低温状态，导致植物叶片中叶绿体形态会变形，使植物暗反应的酶活性降低，同时低温会降低植物的气孔导度，影响光合产物的输出和碳水化合物颗粒形成。在形态上出现植株生长迟缓、苗弱、萎蔫等不良状态。同时偏低的气温会引起植株内部相关蛋白质降解，酶失活等情况，直接影响植株光合作用[27-31]。在一定范围内，温度和湿度呈负相关关系，温室内空气温度降低使相对湿度增高，形成不利于植株生长的低温高湿环境，容易引发真菌性病害等不良情况。当温室内空气温度低于 20℃时，空气相对湿度高达 90%以上[32]，植株可能出现卷叶，叶顶黄化现象，并引起番茄灰霉病，黄瓜霜霉病等[33-34]。田雪飞研究发现，植物遭受一定低温后引起了叶片边缘失绿，根系遭受损伤，开花率和结果率下降，果实畸形，甚至植株死亡[35]。曹红星等通过解剖低温处理下椰树叶片的结构发现，在一定范围内温度和细胞间隙成反比关系，随着温度的下降，细胞间隙会增大，栅栏组织和海绵组织结构愈发不规则[36]。低温胁迫导致非生理病害出现，这极大的影响了设施蔬菜的越冬生产[37]。
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第 2 章 限根栽培条件下空气果穗部加温对深冬番茄产量和品质的影响
2.1 材料与方法
2.1.1 试验材料
供试番茄品种为荷兰瑞克斯旺种子有限公司生产的丰收（74-560）F1 杂交种，由北京市农林科学院蔬菜研究中心提供。
2.1.2 试验方法
本试验时间为 2018 年 10 月至 2019 年 2 月，试验地点为北京市农林科学院海淀区四季青日光温室，温室坐北朝南，长度 60m，跨度 8m，脊高 4.5m，后墙高 3m，用双层阳光板分割为三部分，具体试验处理见表 2-1。番茄种子于 2018年 9 月 7 日播种，10 月 10 日定植，采用限根栽培方式，栽培基质为栽培用椰糠条，每个椰糠条定植三株番茄，营养液配方采用北京市农林科学院蔬菜研究中心无土栽培营养液改良配方[84]。每天 8:00-17:00 供液 4 次，间隔 180min，每次供应 5min，根据植株生长发育的时期，设置不同的营养液 EC 值，幼苗期和结果期分别在数值 2.0±0.2mS/cm、2.3±0.2mS/cm 处波动，pH 值在 6.3±0.2 之间，定期对营养液进行调整和更换。采用开放式栽培管理方式进行管理。栽培管理均采用双杆整枝方式，除主干外，留第一花序下的一条侧枝，把其它侧枝全部去掉，使选苗的侧枝与主干同样生长，形成双杆。从第二穗开始统计调查数据。
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2.2 结果与分析
2.2.1 不同处理对温室内空气温度的影响
由图 2-3 可知，20:00-次日 8:00 夜间时间段，采用搭架栽培模式配合风机可以显著阻止温室内空气温度降低，T1 处理在该时间段的平均温度为 10.2℃，分别比 CK、T2 和室外平均温度高了 4.6℃、2.3℃和 19.37℃；温室内空气温度受室外温度影响，两者总体趋势呈正相关，在早上 8:00 时室外温度为-11.17℃，是一天中的最低温度，此时室内空气温度（CK）下降至 3.88℃。
2.2.1 不同处理对温室内空气温度的影响
由图 2-3 可知，20:00-次日 8:00 夜间时间段，采用搭架栽培模式配合风机可以显著阻止温室内空气温度降低，T1 处理在该时间段的平均温度为 10.2℃，分别比 CK、T2 和室外平均温度高了 4.6℃、2.3℃和 19.37℃；温室内空气温度受室外温度影响，两者总体趋势呈正相关，在早上 8:00 时室外温度为-11.17℃，是一天中的最低温度，此时室内空气温度（CK）下降至 3.88℃。
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3.1 材料与方法 ............................. 19
3.1.1 试验材料 ...................... 19
3.1.2 试验方法 ........................... 19
第四章 限根栽培条件下不同加温根系温度场模拟与试验验证............. 29
4.1 材料与方法 .............................. 29
4.1.1 试验材料 ............................. 29
4.1.2 试验方法 ................................ 29
第 4 章 限根栽培条件下不同加温根系温度场模拟与试验验证
4.1 材料与方法
4.1.1 试验材料
供试温室为北京市农林科学院海淀区四季青日光温室中，温室坐北朝南，长度 60m，跨度 8m，脊高 4.5m，后墙高 3m,供试基质为北京市农林科学院提供的栽培用椰糠条（长 1000mm，宽 200mm，高 150mm）。试验时间为 2018 年 9 月至 2019 年 3 月。
4.1.2 试验方法
4.1.2.1 试验布置和项目测定
加热装置为自制的控温电伴热加热系统（见图 3-1），将电加热线穿过栽培袋截面几何中心，可直接加热栽培基质，加热温度根据试验处理分别设定为 22℃、28℃、34℃（同表 3-1），每个处理布置 9 个测温点，测温点布置成九宫格状，在水平和竖直方向的距离均为 50mm（见图 3-2）。试验采用 T 型热电偶（温度测量范围：-40～100 ℃，测量精度：±0.2 ℃；湿度测量范围：0～100%，测量精度：±2.5%），用于基质内布点的温度和空气干湿球温度的测定。温室内温湿度测点位于温室中心，距离地面高度 0.8 m；室外测点距离地面高度 1.5 m，所有传感器连接美国 Campbell 公司生产的 CR1000 数据采集器进行自动记录，时间间隔为10 min。
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结论
实现周年生产是设施栽培中的主要亮点之一，通过控制日光温室的环境因子，结合能耗考虑最大程度的提高温室生产效率是设施产业长期以来需求解决的首要问题。本研究在国内外研究进展的基础上，以荷兰瑞克斯旺公司生产的丰收 F1杂交种番茄为供试品种，从传热角度和当地气候条件切入，设置了针对日光温室基质和空气的加温，并建立了基质内部根系温度场模型，详细分析了温室外部环境条件，温室内部温湿度、基质内不同位置温度等条件并结合试验验证其准确性。
根据以上试验设置，得到以下结论
实现周年生产是设施栽培中的主要亮点之一，通过控制日光温室的环境因子，结合能耗考虑最大程度的提高温室生产效率是设施产业长期以来需求解决的首要问题。本研究在国内外研究进展的基础上，以荷兰瑞克斯旺公司生产的丰收 F1杂交种番茄为供试品种，从传热角度和当地气候条件切入，设置了针对日光温室基质和空气的加温，并建立了基质内部根系温度场模型，详细分析了温室外部环境条件，温室内部温湿度、基质内不同位置温度等条件并结合试验验证其准确性。
根据以上试验设置，得到以下结论
（1）在日光温室采用风机进行空气加温，“人字搭架+热风机”处理更有利于冠层局部温度的提高，该处理下番茄植株单株产量也最高，达到 4.32kg/株，而单株能耗为 6.96KW·h，在达到同样温度条件下，比“垂直吊秧+热风机”的处理节能 36.6%。
（2）对日光温室中无土栽培基质进行电加温，可以显著阻止基质温度的降低并使基质中心温度维持在设定温度附近。适宜的基质温度对番茄植株的生长指标和生理品质指标均有显著影响，在株高、茎粗、叶片数、维生素 C、可溶性糖等指标上有显著提高，但过高的基质温度会影响植株正常的生长发育。
（3）不加温处理和 34℃加温处理中，番茄植株的产量显著低于其他处理，不能实现高产高效的无土栽培番茄越冬生产，而 22℃加温处理中番茄植株的单株能耗为 11.33 kW·h，单株产量为 3.09kg,28℃处理单株能耗为 14.86 kW·h，产量达到 3.46kg，结合产量和能耗分析，可知 22℃的能耗产出比（单株产量/单株能耗）更高。
参考文献（略）
（3）不加温处理和 34℃加温处理中，番茄植株的产量显著低于其他处理，不能实现高产高效的无土栽培番茄越冬生产，而 22℃加温处理中番茄植株的单株能耗为 11.33 kW·h，单株产量为 3.09kg,28℃处理单株能耗为 14.86 kW·h，产量达到 3.46kg，结合产量和能耗分析，可知 22℃的能耗产出比（单株产量/单株能耗）更高。
参考文献（略）