4. 监测点布设与安装实操
CO₂监测的准确性,首先取决于“测哪里”。温室是一个受结构、通风、作物和温度共同影响的三维空间,同一时刻棚内不同位置的CO₂浓度可能相差数十甚至上百μmol/mol。若传感器只放在一个方便的位置,测到的往往只是局部浓度,无法代表作物冠层真实可利用的CO₂水平。因此,布点的核心任务是:让采样点落在作物主要光合区域,同时避开通风口直吹、热源、叶面遮挡和人员频繁操作区。
一、先看结构:温室空间的分区逻辑
布点前应先建立温室的空间分区概念。以常见的文洛型玻璃温室或拱棚为例,可沿三个方向划分:
- 水平方向:靠近侧窗、湿帘、风机的一端气流交换强烈,CO₂浓度受外界空气稀释明显;温室中部相对稳定,是作物主体分布区;靠近内遮阳、立柱和墙角的位置易形成气流滞止区。
- 垂直方向:热空气上浮,CO₂补充管道通常布置在冠层附近或略高位置;地面附近受土壤呼吸和灌溉影响,浓度可能偏高但代表性差;屋脊附近则易受顶部通风影响。
- 作物方向:作物冠层上部是光合作用最活跃、CO₂消耗最快的区域,也是补气后浓度变化最敏感的区域,应作为主要监测对象。
因此,一个实用的布点原则是:以作物冠层为基准面,在温室水平面上选取能代表“主体作物区、气流入口区、气流滞止区”的若干点,再在垂直方向上确定冠层上方与冠层内部的安装高度。
二、布点数量与位置:从“一个点”到“有代表性的多点”
对于面积较小的拱棚(例如300 m²以内、作物分布均匀),可在温室中部作物冠层上方设置1个主监测点,作为控制系统的反馈点。对于面积较大或分区明显的温室,建议按“每500~800 m²至少1个点”的示例原则布置,并保证至少包含以下三类位置:
- 主体作物区代表点:位于温室中部、作物长势均匀处,反映作物冠层平均CO₂水平,通常作为补气控制的反馈信号。
- 气流入口/出口附近点:靠近湿帘、侧窗或风机一侧,用于观察外界空气进入后对棚内CO₂的稀释程度,帮助判断通风与补气的协调关系。
- 气流滞止或边角点:位于墙角、立柱背风侧或内遮阳下方,用于发现局部CO₂不足或积聚,指导补气管道末端调整。
需要强调的是,上述数量为教学示例中的合理假设,实际布点应结合温室跨度、分区数量、作物高度和补气管道布局确定。若温室存在明显的东西向或南北向分区,每个分区宜单独设点,避免用一点代表全棚。
三、安装高度:以冠层为参照,而非以地面为参照
安装高度是布点中最容易被忽视、却直接影响读数代表性的参数。CO₂比空气略重,但在温室有气流扰动和温度梯度的情况下,垂直分布并不简单。实践中的做法是:
- 冠层上方10~30 cm:作为主监测高度,代表作物群体上部光合活跃区的CO₂浓度,也是补气后浓度回升最易观察的位置。
- 冠层内部(株高中部):可增设1个辅助点,用于判断冠层内部是否因通风不良出现CO₂亏缺,尤其适用于高秧作物如番茄、黄瓜。
- 避免贴地或贴顶:地面附近易受土壤呼吸、灌溉和灰尘影响;屋脊附近受顶部通风和热空气聚集影响,均不宜作为控制反馈点。
安装高度应随作物生长调整。例如番茄定植初期冠层高度约40 cm,主监测点可设在离地60~70 cm;进入结果期冠层高度达2 m以上,监测点应随之上移至冠层上方。若传感器固定不动,至少应在每茬作物生长中期复核一次高度是否仍处于冠层上方。
四、防护措施:让传感器“测得准、活得久”
温室环境高温高湿、多尘、常有喷灌和叶面肥喷施,传感器直接暴露会带来读数漂移和寿命缩短。安装时应落实以下防护:
- 防辐射罩:采用百叶式或白色多层防辐射罩,避免阳光直射探头导致温度升高、读数失真。
- 防滴防雾:探头加装防水透气膜或朝下倾斜安装,防止冷凝水滴入和喷灌水雾直接冲击。
- 防尘与易维护:采样口加装可拆卸滤尘罩,便于定期清洗;安装位置应便于人员站立操作和校准,避免设在作物行间深处或需攀爬处。
- 远离干扰源:与CO₂补气管道出口保持至少1~2 m距离,避免直接测到未混合均匀的高浓度气流;远离加热管道、风机和人员通道。
- 线缆与固定:信号线沿立柱或横梁固定,留出滴水弯,接头处做防水处理,防止温室高湿环境下接头氧化。
五、布点与安装的检查闭环
安装完成后,不能只看“装上了”,而应通过简单验证判断布点是否合理:在补气系统启动前后,观察主监测点CO₂浓度是否出现可辨识的上升趋势;对比入口点与中部点的差值,若差值长期过大,说明通风稀释或气流分布不均,需要调整补气或采样位置;检查探头表面是否有冷凝、灰尘或水滴,确认防护有效。只有布点、安装高度和防护三者同时到位,后续的监测数据才具备作为控制依据的价值。
上图以温室剖面示意了四类监测点的相对位置关系:主监测点位于作物冠层上方,入口侧点靠近通风换气区域,边角点位于气流滞止区,冠层内部辅助点用于高秧作物。安装时还应结合防辐射罩、防水透气膜和可拆卸滤尘罩,使监测点在高温高湿环境中保持稳定读数。布点不是一次性的工作,随着作物生长和通风策略变化,应定期复核高度与位置,确保监测数据始终代表作物真实可利用的CO₂环境。