第4章温室设施环境调节与控制6

第四章温室设施环境调节与控制第六节温室设施土壤环境的调节与控制土壤的构成

土壤由固、气、液三相组成，温室土壤的性质与原耕作土壤及温室设施建造时间的长短有关。土壤环境调节就是要创造能给植物根系提供适宜温度、一定的气体条件、足够水分与营养物质，并能支持固定好植株，保证植物正常生长发育的人工环境。通常较肥沃土壤的三相比约为40:28:32，含有大量的团粒结构，并具有适宜的酸碱度。一、温室土壤的气体调节

维持土壤适当的通气性，是保证土壤空气质量、维持肥力不可缺少的重要条件之一。通常大土粒或土团疏松排列形成的非毛管孔隙的多少，直接影响土壤通气性的好坏。

砂土的非毛管孔隙多，通气性较好，但保水性能差。

壤土中具有保水能力的毛管孔隙与持有通气性能的非毛管孔隙分配适中，既能通气，又能保水，是一种较理想的土壤，砂土和壤土一般不会因通气性对植物生长产生不利影响，但在排水不良的低洼地段，因土壤孔隙长期为水所充填，也有通气不良的情况出现。

粘土中非毛管孔隙含量少，通气性能最差。因此，对温室内通气不良的土壤需进行调节和改良。

土壤气体中O2的含量对植物种子发芽、根系生长、营养物质的吸收都有着重要影响，特别是某些对土壤O2敏感的作物，O2含量过低时，生长发育不良甚至会死亡。土壤气体组分的含量是受多种因素制约的，应根据产生不良通气性的原因，采取不同的措施。对温室内通气不良的土壤进行调节和改良的措施：结构性差的土壤：应采用适时耕作、合理增施腐熟有机肥等措施，增加土壤团粒含量、改善土壤结构，进而达到增加土壤总孔隙度和空气孔隙度、改善土壤通气性的目的。

易板结的土壤：应适时进行灌溉和中耕松土，破除地表结壳，来提高土壤的通气性。低洼湿地：则是要改善排水条件。还应将地膜覆盖面积控制在60%～80%以下，以保证大气与土壤气体间有一定的扩散通道。二、温室土壤的水分调节（一）土壤水分调节标准

植物根系从土壤中吸水是由于根系与土壤之间存在的水势差作用的结果。土壤含水率不同，其被植物吸收利用的有效性也不同（图4-43）。图4-43土壤水有效性与pF值的关系湿干1.83.664.2(pF值)流动损失水迅速有效水难利用水无效水田间持水量生长障碍点永久萎蔫点

小于永久萎蔫点的水分大多为结合在土粒子表面的薄膜水、粒子间的集积水、团粒内的水和由于层序作用产生的停滞水，属于不可移动水，无法被植物利用；永久萎蔫点至开始出现生长障碍点之间的水分，为毛管带或带水层水，虽然能为植物所利用，但较为困难；生长障碍点与田间持水量之间的水为毛管水，是对植物生长最有益的部分；超过田间持水量的水在重力作用下，极易流失，为流动损失水，也不能被植物利用。

如图所示，土壤水分张力计的一端带有中空素陶土探头，另一端接真空表或电接点真空表，接管内充水后置于被测土壤内。土壤干燥时，土壤从探头吸水，使张力计内形成局部真空。而灌水后，土壤变湿，张力计探头反过来从土壤吸水，真空度就下降。真空度随着土壤水分的变化而变化。

一般蔬菜作物由于蒸腾蒸发，土壤表层耗水量较多，深层较少。根据研究，根圈范围内不同深度处，作物根系耗水率不等。所谓耗水率是指某土层在两次灌水时间间隔内，实际耗水量占其整个根区耗水量的百分比，以Cp表示。一般，表层土壤作物根系密集，耗水率较高，越往深层，耗水率越低（图4-46）。（二）灌水定额与灌水时间的确定

图4-46土壤脱水模式图

两次灌水期间，因作物蒸腾蒸发控制土层含水率达到临界值时，其下各层土壤由于耗水率低，并未达到临界含水率。因此，灌溉时，并非根区各土层均需灌同样多的水，只补充两次灌水期间各土层的耗水量即可。耗水量最多的表层土壤其净补水量，应为田间持水量与临界含水量的差值。由此可推算出一次净灌水的深度为：

mm（4-46）式中 fc—— 田间容积持水量，%；Ml—— 开始影响生育的容积临界含水量，%； D—— 限制土层厚度，mm；Cp—— 两次灌水期间，限制土层耗水量占整个根区耗水量的百分比。

（三）灌水方法与灌水技术温室设施内常用的灌水方法有以下几种：1．地面灌溉

包括畦灌与沟灌两种，使水流在畦面或垄沟内形成连续水层，借重力与毛管作用湿润土壤。此法简单，亦有利于冲洗过多盐分，但费水、不便于精确控制水量。2．微灌

微灌又包括喷灌和滴灌。使用微灌技术进行灌溉，具有节约用水、节省劳力、提高作物品质和产量、提高耕地利用率等优点。图4-47孔管式喷洒器图4-47孔管式喷洒器（四）设施灌溉系统的设计

灌溉系统一般包括水源、首部枢纽（包括取水泵、过滤器、灌溉泵、压力和流量监测设备、压力保护装置、施肥设备和自动化控制设备）、管网系统（包括各级主支管道，各种口径的管道控制阀门，排污设备，田间枢纽、微管）和灌水器（滴喷头）四部分。自动喷灌系统示意图喷灌系统设计（1）喷灌系统的布置

进行温室喷灌系统平面布置时，应考虑到如下问题：①水源（水井、水泵，有时还包括水塔）应尽量靠近喷灌中心，以便缩短主管，减少压头损失；②为了减少设备投资，对于一个温室群或大型连栋温室常采用统一的喷灌系统，布置时分成区以便进行分区轮灌；③配水支管常沿耕作栽培的方向布置，配水支管长度不能过长，使首末端喷洒量之差不超过5%。（2）需水量的确定

对于大型温室或温室群，灌水往往自动控制。自动控制有水分张力控制和时间控制两种。当采用分区轮灌时，采用时间控制较多。此时，常应用24小时定时继电器来控制各区喷灌。所以必须定出各区的每日需水量。由前可知，各种作物的每日需水量就等于蒸发蒸腾量，可根据蒸发计测定的蒸发量求得。需水量单位为mm/d。这样各轮灌区以m3/d为单位的需水量Qi为：式中hi——各区需水量，mm/dAi———各区土壤面积（不含通道部分面积），m2表4-17温室蔬菜的日需水量作物名称番茄甜瓜黄瓜甜椒茄子日需水量（mm）最小1.12.42.53.93.0平均3.83.96.17.2—最大9.07.57.210.06.0（3）喷嘴的选择和配置

首先选择适合于温室喷灌用的喷嘴。喷嘴的性能参数包括压力、喷洒量、喷洒方式和喷洒半径。由此可确定喷嘴在配水支管上的间隔。常见的喷嘴配置为矩形布置，亦即配水支管间距大于喷嘴在管上的间距。喷嘴在管上间距常取0.5m。（4）各区单位时间喷水量的确定

喷嘴的性能参数中有压力和喷水量，在满足喷嘴压力的条件下，各轮灌区单位时间的喷水量为：m3/min（4-48）式中 Ni

—— 第i轮灌区中的喷嘴数； qi

—— 每个喷嘴的喷水量，L/min。（5）喷水时间的确定

首先确定各轮灌区最大的喷水时间timax：min（4-49）全部最大喷水时间tmax为：min（4-50）计算出的最大喷水时间应不大于喷灌系统每日可能的工作小时数

（6）管网管道直径的选择

根据各轮灌区的单位时间喷水量，可确定出管网内各管道内的计算流量，再选择合理的管内流速，即可确定出各管道的直径。一般安装喷嘴的配水支管直径为20～35mm，常见的为25mm。其他管道的计算流速高于一般的配水管，以减少温室的占用面积。一般主管和配水管内水的流速为4.5～5.0m/s。（7）水泵流量的确定

水泵流量可按下式计算：（4-52）式中Qp——水泵流量，m3/min；

K——安全系数，常取K=1.5；(Qi)max——各轮灌区中最大的单位时间喷水量，m3/min。（8）水泵扬程的确定

为了确定水泵扬程，需要进行喷灌系统管路的水力计算。水泵应有的扬程H为：H=Hn+Σ(RL+Z)+Hl

（4-52）式中Hn——喷洒器额定工作压力，m水柱；Σ(RL+Z)——从水泵进水口到最不利位置喷洒器之间的所有沿程损失和局部损失之和，m水柱；Hl

——最不利位置喷洒器与水源水位高度差，m。（9）水箱参数的确定

如在喷灌系统中设有水塔，则水塔内水箱的容量一般取为一天总需水量的50%。水塔内水箱底部的离地高度H’为：H’＝Hn＋Σ(RL＋Z)＋Hl’（4-53）式中Hl’——最不利位置喷洒器与水塔处地面的高度差，m。对于滴灌系统，同样按上述程序进行设计。

三、温室土壤施肥与养分调节

温室设施内施用的基肥和追肥量一般都远远高于露地。对于具有自动喷、滴灌系统的温室，常将施肥与自动喷滴灌结合进行。图4-49即是一种灌溉系统自动施肥装置。目前，在国外自动施肥系统的应用已经非常广泛，施肥器受计算机或小型控制器控制，以实现精确施肥，主要有泵注方式、文丘里式、压差式、水驱动混合注入式等。图4-49灌溉系统自动施肥装置四、温室土壤消毒

温室设施内的土壤，由于温湿度较高，病原菌的发生及繁殖较快，土壤消毒是控制病虫害，获得稳产、高产的重要措施。播种或定植前，对温室土壤进行药剂消毒，可杀死土壤中的病菌或虫卵，预防或减轻温室作物生长期的病虫危害。土