论文摘要:

温室生产是我国发展两高一优农业最为成熟和成功的技术之一，具有明显的经济效益和社会效益，在全国已经得到广泛推广，随着生产的发展，传统温室逐渐暴露出以下主要缺点：（1）消耗石油化工原料和产品较多，室内作物和环境受到不同程度的污染，投入的石化产品创造的经济价值逐年降低；（2）白天室内CO2浓度不能满足蔬菜生长的需要。

本文提出的生态温室系统是解决上述问题的一种新的尝试。本文的生态温室系统以一面坡温室为围护结构，动植物和沼气池微生物共生于一室，沼气池成为系统中物质和能量多层次良性循环的重要一环，减少了矿物资源投入、保持和改善了室内生态环境，逐步达到生产绿色食品和在小环境中持续发展的目的。 为了研究生态温室系统中的环境状态，本文在国内首次将室内环境划分为室内主体环境和微气候，其中微气候是指在温室条件下猪舍内和作物冠层内的气候条件，室内主体环境之一面坡温室之内、微气候之外的环境条件。微气候与主体环境之间相互区别又相互联系、相互影响，组成了生态温室系统室内的环境。

1．随机统计试验方法Monte-Carlo法在研究复杂结构中的光环境方面具有一定优越性。

本文首先考虑了天气条件对室外太阳辐射状态的影响，首次利用Monte-Carlo法的基本原理对室内主体太阳辐射和太阳光合有效辐射环境进行了分析，考虑了温室透明盖层结露和室内存在作物等因素对室内主体光环境的影响。本文编制了室内主体光环境通用分析程序，对本文建造的生态温室系统进行了模拟计算。

（1）在同样条件下，平坡面和拱坡面一面坡温室的透光面上获得的太阳辐射能非常接近，透光面的阳光透过率也很接近；在不考虑水膜对阳光吸收时，因透光盖层结露形成的水膜对盖层透光率影响很小；

（2）对山东地区的优化一面坡温室而言，在12月21日，室内无作物时，室内地表、后墙、后坡和东西侧墙上获得的太阳能分别占进入室内总太阳能的65％、20％、10％和2％~5％左右；当室内有充分发展的番茄冠层时，室内主体水平面和后墙上获得的太阳能有所降低，冠层南立面上获得的10％~20％的太阳能。白天中大部分时间内主体水平面上80％的区域中太阳辐照度分布比较均匀，后墙的散射反射有利于改善主体水平面上的太阳辐射分布状态。当室内存在充分发展的冠层时，主体水平面上的太阳辐射分布趋于均匀。

（3）室内主体环境中的太阳光合有效辐射PAR的分布规律与太阳总辐射相同，在主体水平面上PAR的透光率为25％左右。

2．本文研究了温室主体的热环境，在动态模拟模型中特别考虑了冠层蒸腾对室内热环境的重要影响。

根据上述模型就室外太阳辐射、室外气温、温室的保温、温室后墙和地面的蓄放热等对生态温室主体热环境的影响进行了模拟，证明温室透光盖层在白天损失了大量热量，建议改进盖层的透光保温综合性能；一面坡温室后墙和地面对室内的放热贡献相近，但后墙向外界的热损失是其向室内放热的2倍左右，其具体大小还与后墙的尺寸等因素有关。

3．本文对生态温室系统主体的CO2状态建立了动态分析模型，在模型中考虑了温室渗漏风、猪的呼吸、作物的光合作用和呼吸、土壤呼吸、沼气等的燃烧以及沼气池出料口释放的CO2等因素的影响。

由于没有采用机械送风方式输送出猪呼吸产生的CO2，猪CO2源本身对蔬菜区域CO2施肥的贡献降低了。沼气灯是一种进行室内CO2施肥而又不消耗常规能源的有效设施，在室内燃烧沼气是一种进行CO2施肥的有效途径。在白天不放风期间通常可以保证室内主体CO2浓度达到比室外CO2浓度倍增的水平。温室渗漏风对温室CO2施肥具有明显不利的影响。

4．对生态温室系统微气候进行了系统分析，建立了作物微气候和猪舍微气候分析模型。

（1）本文在实际测试和分析文献的基础上，首次提出以成行的单个植株描述冠层，以空心圆柱体描述植株。利用法对作物冠层内任意高度和水平位置上的太阳总辐射和太阳光合有效辐射及其透过率和吸收率，可以计算冠层的净光合率和蒸腾率。

（2）在考虑冠层内空气运动的基础上，对冠层的每一层建立物质和能量平衡方程。在我国冠层叶面积指数较低的条件下，“老化对叶片光合作用不存在影响”的假设是使浓度CO2模拟偏离实测值的一个原因。但这个问题比较复杂，需要进行更深入的理论和试验研究。

（3）以猪的呼吸、产热以及猪舍与室内主体之间物质与能量交换为基础，分析了猪舍内的气温和CO2浓度。舍内气温较高且较稳定（本文为18℃~23℃）；CO2浓度的高低取决于猪舍保温设计（渗漏风）和猪的行为，舍内CO2浓度不是养猪的限制因素。

5．本文对生态温室系统进行了两年的实际生产测试和观察，测试和观察的项目包括室内气温、湿度、CO2浓度、太阳辐射度、蔬菜生长、矿物资源的投入量、猪的生长等。

（1）就冠层微气候中的热环境而言，可以假设冠层中空气充分混合；但在研究其CO2状态时，不宜做这样的简化。

（2）生态温室系统中的蔬菜产量比对照温室提高20~30％，叶面积指数高20％，株高相近；EGS中蔬菜抵抗环境应激的能力增强，但本问题还应进行进一步研究。

（3）生态温室系统的猪在寒季保持了与其它季节相近的增重率，比寒季普通养猪增重率提高约1倍；其料肉比比寒季普通养猪大为降低。

（4）1996年12月21日对生态温室系统的测试结果表明，本文对室内温室和室内主体光环境的预测与实测结果相符较好，对室内CO2浓度和作物微气候中的光环境的预测与实测之间偏差较大，但都小于30％。

6．本文还对生态温室系统进行了初步综合评价。生态温室系统比普通一面坡温室的经济效益提高1倍左右，占用劳力增加30％左右，外界投入的矿物资源可减少约50％。

7．在生态温室系统的环境研究中还存在作物冠层假设比较简化等一些问题，对冠层的复杂假设会大大增加理论分析的难度。对这类问题尚需进行深入研究。 最后还对今后的研究方向提出了建议。