光合作用是作物品质和产量形成的基础，光照强度、CO2浓度、温度和水分等环境因素是影响光合作用的主要因子[14]。植物在生长发育过程中，以阳光为能源，主要利用空气中的CO2气体、土壤中水分和溶解状态的矿质元素为原料 ，在叶绿体中进行光合作用，产生碳水化合物和蛋白质等多种有机营养物质，为植物生长发育提供了物质保证。论文网

 二氧化碳俗称植物的粮食，是植物在光合作用的过程中不可或缺的物质[15]，植物的CO2饱和浓度为1000ppm~1600ppm，CO2补偿浓度约为300ppm。有研究表明[16-18]，在CO2补偿浓度和饱和浓度范围内，CO2浓度增加1倍，作物的光合速率可提高40%-60%，作物产量也相应提高。也有不少研究指出[16, 19]，高浓度CO2对光合作用的促进往往无法持久，作物长期处于高浓度CO2下，光合速率反而低于正常CO2浓度下生长的作物。

冬季温度低，为了保持日光温室大棚里的温度，温室密封必须良好。白天，由于外界空气的隔绝和植物生长的消耗就造成温室大棚中的CO2气体浓度不断下降，处于亏缺状态（含量低于300 ppm），作物产生饥饿，光合效率下降，温室大棚中的植物光合作用进行缓慢，甚至停止进行光合作用，容易产生落花落果或化瓜等现象[20]，严重地影响植物的正常生长发育和生长量。因此，温室增加CO2气体的浓度是非常必要的。   

在实际温室生产过程中，绝大部分是通过人工施加CO2气肥的粗放型措施来提高CO2浓度，可能出现CO2气肥施加过量或过少的问题[21]。施加过量时不仅会增加作物细胞液的酸度[22]，引起气孔关闭和细胞中毒，影响作物正常的生理活动；也会增加农民生产成本，降低种植效益。施用量过少则影响作物达到增产、优质、抗病[23]等目标。在研究CO2的增施量时，必须考虑到温室内CO2浓度的大小以及作物所需的CO2浓度等因素合理施肥。为了有效控制温室二氧化碳气体的施入量和施用时间，实现温室CO2气肥的精细管理，从而维持较高的净光合速率，提高二氧化碳的利用率，准确预测未来时刻的二氧化碳浓度显得尤为重要，因此尝试构建冬季晴天二氧化碳浓度预测模型。

冬季晴天夜晚，温室中的CO2仅由作物有氧呼吸和土壤呼吸作用影响。可以通过夜晚温室的实际CO2浓度变化来构建作物有氧呼吸和土壤呼吸释放CO2速率模型。而在白天温室中，作物通过光合作用固定空气中的CO2，而通过有氧呼吸和土壤呼吸向空气中释放CO2，CO2浓度处于一个动态变化过程。利用作物有氧呼吸和土壤呼吸释放CO2速率模型来进行作物光合作用消耗CO2速率的预测模型研究。

    国外从70年代起就有人在温室环境条件下，进行了增施CO2对提高作物产量的研究。90年代起，我国也进行了不少类似的研究[24-26]。但过去的研究以揭示提高CO2浓度对于增产机理方面为主，对CO2浓度动态变化的预测模型研究[27, 28]较少，且有一定的局限性。如毕玉革[28]全面考虑作物光合、呼吸作用、土壤呼吸作用、通风量和施肥对日光温室内浓度的影响，构建了适用于北方干寒地区日光温室的预测模型。但该模型的输入参数过多且数据难以获得，导致限制模型的推广应用困难。因此针对现有技术存在的问题，根据冬季晴天温室CO2浓度变化的规律，尝试研究仅根据环境气象因子构建冬季晴天温室作物光合作用消耗二氧化碳速率预测模型，该模型对指导温室CO2气肥的精细管理以及提高温室作物产量有重要的意义。

2 数据来源

    利用课题组研制的物联网温室监控系统采集温室的温度、湿度、光照、CO2浓度等环境信息，因为信息采集时间间隔越小，监测到的温度和CO2浓度的时间序列数据越能反应真实规律，所以将信息采集周期定为5min（ =5min）。本研究收集了2014年1月25日-2月25日内的数据，采集地点在淮安市淮阴区丁集镇的黄瓜温室大棚内。