[发明专利]一种用于模拟深地农业环境的封闭实验舱系统

说明书

本发明公开了一种用于模拟深地农业环境的封闭实验舱系统，所述实验舱系统由多个实验舱构成，用于设置不同的温度、湿度、气压及不同的参数变化序列方案，所述实验舱包括实验舱基础结构和实验舱设备系统，所述实验舱基础结构由从内到外依次设置的隔热内壁、铅镉铜复合板、钢板、钢架和隔热外墙构成，所述实验舱设备系统包括气压控制系统、温湿控制系统、排水排气系统、三控数据采集系统和综合调控系统，可以在实验室环境中稳定营造地下0‑2km深度的高压环境，同时在气压控制的条件下精准协同调控温度和湿度，从而进行农业环境参数的耦合控制，并隔绝宇宙射线、氡、天然γ射线及建筑材料中核素产生的辐射，营造接近真实的深地农业环境。

技术领域

本发明涉及农业环境技术领域，具体为一种用于模拟深地农业环境的封闭实验舱系统。

背景技术

地表水土等资源的过度开发和环境恶化给人类发展带来前所未有的挑战，地下空间资源的开发与利用已成为人类关注的重要内容。当前，国内外对地下农业的研究基本还停留在以J.R.Smith提出的垂直空间农业、Svalbard Global SeedVault种子库(单纯种子封存，保证多样性)、废弃矿井试种(前苏联，寒冷环境制约下的稳产与高产)、地下车库或浅层防空洞试种(英国、日本、美国)等方面，但这些地下种植模式大多只是一种概念性的尝试，缺少从水、温、光照、气压控制到地下空间生态系统的系统性研究。目前该领域的研究需要围绕如何利用地下环境提升地面农业产量及品质，如何利用地下空间种植作物，如何实现地下地面农业生态系统联合调控等关键科学及技术问题展开研究。

但是目前尚缺少模拟深地农业环境的封闭实验系统，常规的环境实验室难以营造苛刻的水分、温度、光照、气压等参数条件，无法对诸多系统环境参数进行联合调控，难以针对深地相对封闭或狭小空间环境中对水、碳、氮、磷等物质循环与能量传递机制进行表征。同时，深地环境与地面环境所受的辐射条件也不同，它隔绝了大部分宇宙射线及建筑材料中核素产生的辐射，而现有农业环境实验室少有隔绝辐射的措施。

因此，从常规的环境参数控制到气压调控和辐射隔绝，十分需要一套完整的实验舱系统对深地农业环境进行模拟。本发明为一种用于模拟深地农业环境的封闭实验舱系统，其存在的技术难点主要有两个方面。

(一)高压舱室的结构稳定问题。空气压强是影响植物生长的关键要素，为了模拟地球深部的高大气压环境，需要通过技术手段增加试验舱室内的空气压强。根据理论计算和实际测量，深度每下降100m，压强增加约1.26kPa，目前国内具有的深地实验室垂直深度超过1km，则模拟实验舱墙面所承受的推力达到1.3t/m²以上。因此，为了使地面建立的模拟舱能有效模拟深部高压环境，需要对实验舱体结构进行考究，一方面在运行过程中防止舱体倾覆、破裂、爆炸，另一方面使舱体结构能兼容多种控制设备精准协同运转，共同完成高压环境的农业环境模拟。

(二)高压舱室的气体循环与湿度、温度的耦合控制问题。舱室内部的空气压强来源于风压机增压，在压强调控过程中涉及剧烈的气体交换，将造成舱室内部的湿度和温度条件改变。同理，在条件湿度和温度的过程中也将影响气体压强，气体状态的控制十分困难。因此，需要对高压舱室的气体循环、湿度、温度进行耦合控制，营造稳定的参数环境。

目前封闭的实验舱系统主要涉及温度和湿度控制，不涉及包括气压控制在内的多参数联合控制。例如ZL208721651U为一种恒温恒湿气态污染物检测实验舱，涉及室内环境检测技术领域领域，仅通过湿度调节装置、温度调节装置、温湿度检测装置来控制温度和湿度，不具备气压控制的功能。而对于动植物实验需要的ZL209203616U，是一种动物实验舱及其系统，主要模拟不同压强和不同氧气浓度的实验环境，主体结构为有机玻璃，气压调控仅限于小范围的波动，无法承受深地环境所具有的高压。ZL109876873A为一种动压变温实验舱，主要是模拟高空环境的实验舱结构，主要目的是模拟飞机在高空出现事故时的温度和压强下降的过程，模拟历时短暂，不具有增压、增湿、增温的功能，无法满足农业科学研究需要。