阿土壤温度控制系统在温室生态研究

1、阿土壤温度控制系统在温室生态研究 宋城，庆来堂，1和铁波猫 学院林业和森林环境，湖首大学，955奥利弗道桑德贝，加拿大安大略省P7B 5El。 我们设计并测试了土壤的温度控制系统在植物温室和生长箱生理生态实验。 该系统包括一个胶合板箱，内衬聚乙烯，绝缘，容器苗，一台水泵，以及直通 加热器或冷却器。 112名育苗容器（直径11厘米，高13.5厘米）是安装在胶合板 框。有一个在每个容器底部中心孔，使灌溉水和肥料溶液自由排水。那个 容器之间的空间充满水是通过机组荷/加热器。水也传阅胶合板 由水箱水泵，以增加温度均匀。该系统测试三个土壤温度（5，20，和 30）超过四个月。在集装箱装满一泥炭藓蛭石混合

2、种植的树 幼苗。测试表明，土壤温度几乎等于所有三个土壤温度水温（回归 坡= 0.99，截距= 0.12，研究2 = 1.00）。平均土壤温度范围内（0.41 ° C的设定值。土壤温度 112个集装箱的在同一机箱内奉行一个小标准差为（0.34扒正态分布 30处理）。有一个从顶部温度梯度对容器底部（“1）。温度的方向 梯度，是由温度之间的土壤和环境空气差的方向。当土壤温度 低于空气温度，土壤温度降低，从顶部到容器的底部，反之亦然。 土壤温度高时比夜间（差异“为1.5 ° C）天。 关键词：温室试验，植物生理生态学，土壤温度控制 各种技术已被用来控制土壤温度 树生态和造林研究。不

3、同的土壤 在外地的温度达到选址 （Balisky和伯顿，1997年），整地不同的方法 （品牌，1990年），或者使用不同的覆盖材料 （品牌，1990年）。加热电缆被用来增加土壤 温度在外地（范藻等。，1990; Peterjohn等 报。，1993年）。 下面的技术已被用来调节土壤 温室的温度和生长试验室。 对于一个小样本量，土壤温度控制 插入一个空花盆，空调箱（德卢西亚等。， 1992）。根据工作台加热器被用来增加土壤温度 （兰迪斯等。，1992）。植物生长在营养 解决方案（水培系统）在溶液的温度 为规范使用水浴（运行和里德，1980年： 洛伦岑等的，1998年）。在aeroponic系统（

4、雾商会）， 根温度控制循环温度 通过控制防冻铜线圈（R.D. 购买，个人通信）。然而，营养液和 aeroponic系统创建一个root环境大为 不同土壤的。因此，结果可能 不能作为适用于野外条件。 在waterbaths使用目前最常用的技术 控制温室土壤和生长温度 试验室。例如，土壤温度 通过循环温度调节控制的防冻剂 通过铜线圈内附花盆（特纳和贾维斯， 1975年，劳伦斯和Oechel，1983;日什卡，1998年）。但是， 之间的锅和线圈热交换效率不高 由于线圈表面接触一小部分 与锅。最有效的热交换，可 实现之间的锅和温度的直接接触 调节液。一些研究者（黑宁格和 白，1974; Lopush

5、insky和Max，1990; Brissette和 钱伯斯，1992年;卡姆和哈珀，1991; Landhausser和 利弗斯，1994; Landhausser等。，1996年）淹没盆 没有或密封的排水孔直接在水浴。一个 这一制度所固有的问题是缺乏排水， 这会导致水涝和盐积累。为了减轻 这个问题，博尔热斯和Channey（1989）放在花盆 与成盆排水孔无孔，然后淹没 在双层制为水浴。虽然这 设置允许有限排水，双层壁显着 减少了土壤之间的热交换的 解决方案。此外水积聚在空间 两国壶，系统会失去排水 随着时间的推移能力。最近Landhausser和利弗斯（1998） 开发出一套系统，允许自

6、由排水。他们封闭 育苗容器和塑料袋放在一个中空间隔 之间的容器和袋子的底部。超额 水排放入袋，并使用注射器清除。 该系统的排水能力是一个重要的 改善土壤的温度控制设备的设计， 但除水使用注射器变得非常麻烦 作为集装箱的数量增加。他们只 使用5次治疗的容器。此外，效率 和时空变化土壤温度 在上面的设计没有很好的记载。本文介绍 新的设计，使树排水日益 语言和土壤温度和有效的规管 可容纳幼苗大量货柜（112 在我们的测试）。我们还报告了昼夜模式和空间 土壤温度变化之间的容器内。 通讯作者。 206 J.为。 Res.5（3）2000年： 树苗，/ ， HCJWOOQ 130 × ufatn

7、age P，邻戊型洗衣机螺母 ipple 图。 1部分切掉的土壤温度控制制度。 材料与方法 1设计 该系统包括一个大型人造板盒，聚乙烯 班轮，聚苯乙烯保温，苗锅，流通过 制冷或取暖器（图1）。在胶合板的内部尺寸 框是升二级厘米宽，196厘米长，16厘米深。 因为所用的胶合板是不防水，重型 聚乙烯薄膜（Emballagea瀑布公司，Yamachiche， 加拿大魁北克省）被用来路线的方块内表面。 盒子的顶部是开放的。食品容器的13.5厘米高， 1公升厘米顶端直径9.5厘米，底径被用作 育苗容器。每个胶合板中包含112容器。 阿漏孔（1.3厘米直径）是在底部钻 每个集装箱中心，并通过底部 胶合板箱

8、。为了避免容器漏水 胶合板箱或到容器胶合板箱， 容器固定在胶合板中使用线程nippies， 不锈钢垫圈和螺母（3毫米厚，图。1）。这个 设计有效防止之间的直接接触 温度调节流体和成长中。我们 还试图用防水胶水和1组合 密封剂和木螺钉固定和密封容器育苗 对胶合板箱，但没有购买的产品 建筑或汽车销售店工作。 在我们的测试容器充满泥炭，蛭石 成长中。胶合板中的容器之间的空间 盒是装满了水。水通过分发 通过加热器流（型号210）或冷却（型号氪 30A条，PolyScience，尼罗河，美国伊利诺州），根据 温室温度和土壤温度的期望。 我们测试了三种土壤温度：5，20和30因为 该机组没有一个内置的温度

9、控制器， 白罗杰斯恒温器（艾默生电气公司，圣路易斯， 美国）是用来控制冷却。为了防止土壤颗粒 从落入水中，并尽量减少化肥的解决方案 水分蒸发从盒子里，该胶合板顶部 密封盒与重型聚乙烯薄膜 孔（小于容器的开口）每个切 容器。为了减少水之间的热交换 在胶合板箱及周围空气，胶合板的顶部 盒上覆盖着聚苯乙烯保温板（图1）。 甲洞的5厘米直径穿过聚苯乙烯保温 大约每苗，以便灌溉，施肥 并与不断增长的中期和气体交换的 环境空气。阿水泵（型号交流2CP -医学博士，3月 制造公司，格伦维尤，美国伊利诺州）搅拌水 确保一个统一的水温，从而统一的土壤 温度在整个框。在入口和出口的 泵安装在两个不同的目的胶合板

10、框，以进一步改善水和土壤温度均匀。 2测试 下面的测试进行：（1）的关系 土壤温度之间在货柜中心， 水温以外的容器，（2）温度变化 其中集装箱，（3）土壤和水的温度变化 从表面深度，（4）日变化 水和土壤温度。该系统测试3 土壤温度：5，20和30土壤温度 测量容器中心7厘米深的所有 除1测试温度变化的研究 深度。土壤和水的温度进行监测使用铜 康铜热电偶连接到的SCXI - 100质谱 温度系统（美国国家仪器公司，奥斯汀， 美国德克萨斯州）和奔腾电脑。气温 每隔10分钟记录。研究温度变化 其中集装箱，所有112在30处理容器 测定。 这次试验是在Lakehead大学温室。 在周围的环境条件 测

11、试定于22/16日/夜间温度和16 - H的光照。 温室中的温度一般波动 周围的设定值。白天温度 一般高于设定值，特别是在阳光灿烂的日子。那个 相对湿度控制，一般不更改 55至75。一岁的阿斯彭苗（杨 颤杨金樱子。），短叶松（班克松羔羊。） 黑云杉（Picea马里亚纳（百万）BSP）和白云杉 （云杉合欢（荞）福斯。）是在开始种植 测试。树苗灌肥的解决方案 每两天。 3统计分析 水与土壤温度的关系 分析用回归分析（数据相结合的 3土壤温度）。卡方检验进行检查 在该容器中的土壤温度分布 同样的胶合板箱： 17：£（六 - 无X丕）2 / N首页X皮） = 1 其中第六的具有相同的温度样本

12、的实际人数 t值，皮是一个正态分布的概率; Ñ ×皮，是有温度的样本数量理论 吨;米，是温度值的总人数 测试。 变异分析是用来测试的差异 程等。 207 昼夜温度波动的幅度三者 温度处理。标准差被用作 衡量的昼夜波动幅度。自从 方差分析结果表明三者之间的显着差异 温度处理，多比较（Q检验）是 用来识别处理的温度显着 不同的待遇（富，1979年;梅森等。， 1989）， 结果和讨论 1土壤温度之间的关系和水温 土壤温度（Tsoi0强烈相关，水温 （Twater）。这几乎是1对1的关系（Tsoil = 0,99 Twater + 0.12，研究：0.999，25例），但土壤温度

13、 显着大于水的温度 （截距= 0.12）。结果表明，热交换 与不断增长的中期和海水的容器 高度有效的制度。对土壤的准确性 温度控制，因此将完全取决于准确性 水的温度控制。 2容器中温度变化 土壤温度非常均匀的容器中 除了系统内的一端几个容器如 土壤温度高（图2）。这可能 归因于蒸汽加热器在该段温室南侧。 卡方检验表明，所有土壤温度 系统内的容器后正态分布 以30.5的意思是，一个小的0.36标准差（q = 5.11“× 2 0.05（15）= 25.00为30的测试）。这表明 从几个货柜的土壤温度测量 可以提供一个可靠的估计平均土壤 温度的治疗。例如，平均 从两个货柜的测量提供了一个

14、估算 为30，95的待遇平均土壤温度 信心。 3温度随深度变化从表面 有一个从表面温度梯度底部 容器和与不同的温度梯度方向 （图3）。在5和20的测试，土壤温度 普遍下降，从顶部到容器的底部 （图3A和乙）。在30的考验，另一方面，土壤温度 从顶部增加容器的底部 （图3C）条。温度的相反方向 梯度涉及方向之间的热交换 周围空气和系统的表面。土壤温度 在5和20 ° C测试一般低于空气 温度。因此，该系统从空气中获得热量， 导致在比深层次的表面温度较高。 另一方面，在30 ° C测试土壤温度 普遍高于空气温度。热损失 从系统的表面所造成的温度 表面低于更深的层面上。然而，温度

15、 梯度小（“1”丙类）。一个更好的混合，搅拌 水和/或更好的绝缘应产生 33 。 321 吨=我9 298B条吉欧 'ength的'-'- 0 0' “胶合板箱 图。 2水平分布的土壤温度。 “- 5厘米深 。 - 阿- 7厘米深 。 。 。 。孔深度/ . O型/'“ 我 - 4 ñ 3白介素长× 0乙 21 X 2O的 18我我我我_我 摄氏 31 30问： 首页 - _ 29 i =我我 28 - 0 5 10 15 2'0 25 时间（h） 图。 3日变化的土壤温度在不同的深度fi'om 表面的（甲）5，（乙）

16、20，和（C）30的治疗方法。 更小的温度梯度，但更好的绝缘可 不太有效，因为比较大的洞，不得不削减 通过隔热层，方便灌溉，施肥， 对成长中的通风。因此，我们建议 使用具有较高的流量或超过水泵 一个水泵，以进一步降低温度梯度。 4日变化土壤和水的温度 降低土壤温度在夜间和增加 天（图3）和水温遵循相同的模式 （数据未显示）。土壤温度范围（最大最小） 208 J.为。 Res.5（3）2000 表1多的昼夜波动幅度比较 土壤和水之间的5年，10和30的治疗温度。 水温钛钛T3oc钛T2o ç 50.6132 0.2244 * 0.2582 * 200.3550 0.0338 300.3

17、888 土壤温度钛钛T3o ç钛T2oc 50.6891 0.2941“0.3191' 200.3700 0.0250 300.3950 *重大的95。 = qO.05，吨×（秒- 1分）0.5 = 0.1682，其中D是 临界值;为的治疗（= 3）; FIS的自由程度的人数 在测试（= 21）; q0.05我“。吨= 3.58（从统计q表），m是 样本数是高温处理（米=在这个实验中8）， S2w是一笔平方平均土壤或水的温度 （在本实验中= 0.018）。表中的钛是昼夜级 温度波动治疗1（1 = 5，20，30）。钛T3o'c和 钛- T的_oc是在昼夜温差

18、幅度差 波动温度处理之间i和30 ° C和20 ° C时 治疗分别。 1.5，0.8，和1.0，分别为5，20和30 测试。的日变化可能是由于1 光能组合输入，热交换 之间的系统和空气。由于改变 其次土壤温度，水的温度变化 密切合作，在土壤温度的日变化可以进一步 减少使用高容量的温度控制器。 每日温度的波动幅度显着 在5比20和30 ° C测试更大的考验 （图3，表1）。在5试验，出现较大的波动 可能是由于较低的分辨率（ - + 1.9）的 恒温器用来控制冷却。温度控制 在其他两个系统设备具有更好的决议 （+ 0.5）。 应当指出，在土壤温度突然下降 在早上（图3

19、）不属于正常的日变化的一部分。 这是由于施肥解决除 不断增长的中期和水笔芯在系统中。那个 自来水的温度低于15在加法 冷水导致了水和土壤立即下降 温度。该系统需要重新填充非常1-2 周以取代失去的水分。充电系统更 经常（较少，因此每次的水）可以减少 在温度下降的幅度。自动 充电装置保持水位应更为稳定 尽量减少这种影响。 资助这项研究提供了Lakehead大学， 原讼法庭，ORDCF和加拿大自然科学与工程研究补助金的党，和加拿大自然科学与工程的PGS A至程。 在高海拔的森林开口制度下的两个土壤热 不列颠哥伦比亚省内陆。新的。 14：63-82。 博尔赫斯，R.和钱尼，布什（1989）温度影响菌

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