设施气体环境及其调控

设施气体环境及其调控第1页，共49页，2023年，2月20日，星期日气体种类气体的作用O2设施内氧气充足。植物最需要O2的部位是根系，保证土壤疏松、通气。CO2光合作用的原料。作物的CO2补偿点40～70mg/L（ppm），CO2

饱和点是1000～1600mg/L（ppm）。CO2影响光合产量。C2H2和Cl2源于有毒的农用塑料薄膜或塑料管，受害作物叶绿体解体变黄，重者叶缘或叶脉间变白枯死。NH3

由气孔进入植物体内，产生碱性损害，叶片呈水浸状，颜色变淡，逐步变白或褐，继而枯死。番茄、黄瓜对氨气反应敏感。NO2叶面上出现白斑，以后褪绿，浓度高时叶片叶脉也变白枯死。番茄、黄瓜、莴苣等对二氧化氮敏感。SO2

是弱酸，能直接破坏作物的叶绿体，轻者组织失绿白化，重者组织灼伤，脱水，萎蔫枯死。一、设施内的气体种类及作用第2页，共49页，2023年，2月20日，星期日自然状态下，CO2约占空气的0.03%，含量为330mg/L。作物进行光合作用的最适CO2含量约为1000mg/L，并且在作物密植、水肥丰富的环境中作物需要CO2的量会更高。因此，设施温室若仅靠通风换气来补充CO2，实际上是远远不能满足需要的。若增加空气中的CO2含量：1.能够使叶肉细胞间隙中的CO2含量增加，有利于叶绿体获得CO2，有利于光合作用进行；2.提高1,5-二磷酸核酮糖羧化酶活性，增强光合作用固定CO2的能力，降低光呼吸强度，也有利于光合作用进行。实践证明，在水稻抽穗前若将空气中的CO2含量增加2倍，水稻即可增产29%。二、设施内二氧化碳气体状况及其调控第3页，共49页，2023年，2月20日，星期日(一)设施内CO2来源：1.作物呼吸放出CO22.土壤微生物活动，分解有机物放出CO23.加温温室内燃烧煤炭、柴草等放出CO24.CO2施肥(二)设施内CO2浓度变化规律：1.夜间富集、白天亏缺：夜间CO2浓度高于外界，而白天由于作物的光合作用，CO2浓度较外界低。晴天低于阴天，白天低于夜间。2.作物生育期影响：作物出苗、定植等呼吸作用强的时期，排出CO2量较大，设施内CO2浓度较高；其他时期呼吸强度较弱，

CO2浓度相对较低。3.温室容积越大，CO2变化率越小，最低浓度出现的时间越迟。第4页，共49页，2023年，2月20日，星期日(三)设施内CO2浓度的影响因素：1.光照强度的变化影响光合作用强度，也影响CO2浓度，晴天CO2浓度低于阴天，白天低于夜间。2.设施内温度变化3.设施类型、结构、面积、空间大小。4.设施内通风换气方法及时间长短。5.栽培床内有机质含量。6.设施内作物种类、生育时期。第5页，共49页，2023年，2月20日，星期日1、作物光合作用最适CO2浓度：研究认为：0.15%—0.3%时，作物光合作用最强，是其生育最适CO2浓度。但实际要达到此浓度的话生产成本会很高，所以从经济效益和设施结构考虑，0.06%—0.1%也可取得良好效果。(四)、设施内CO2浓度调控2、CO2施用量：由保护地大小、CO2设定浓度、设施换气率、作物CO2吸收量、CO2发生量而定。第6页，共49页，2023年，2月20日，星期日3、CO2施肥碳素主要来源：（1）工矿生产或酒精酿造副产品：（2）空气分离：将空气分离CO2，再经低温压缩成液态CO2。（3）化学分解：强酸与碳酸盐反应放出CO2气。（4）碳素燃料充分燃烧产生CO2：如煤、油、液化气、沼气等。（5）利用微生物分解有机物放出CO2：如增施有机肥料等。4、CO2施肥的作用：（1）提高光合速率，促进作物生长，增加株重、叶面积比及干重（2）增加开花数、提高座果率（3）促进生长发育，提高产量产值（4）改善品质，增加果实内含物（维生素、可溶性固形物）含量第7页，共49页，2023年，2月20日，星期日（1）施用时期与时间根据蔬菜种类、栽培方式、栽培床状况、作物生育时期及天气变化等确定。

果菜类在开花结果开始时施用，叶菜类在定植后3~5天根系开始活动时或出现3~4片真叶时施用，根菜类在肉质根膨大期施用一天中，一般于晴天日出后半小时或冬季揭帘后半小时开始，到通风换气时停止；冬季或阴天密闭不通风时，可延长到中午停止；晴天适宜CO2施肥而雨天不施肥；施肥最适温度为23~28°C5、二氧化碳施肥的方法第8页，共49页，2023年，2月20日，星期日(2)施肥的方法①通风

温室的通风管理是补充二氧化碳的最简便的方法。但不一定能满足作物的CO2浓度需求，而且寒冷季节通风易导致降温，应用受到限制。第9页，共49页，2023年，2月20日，星期日②增施有机肥

有机物在土壤分解时放出大量的CO2气体，1t有机物最终能释放出1.5t的CO2气体，秸秆堆肥施入土壤5~6d，就能释放大量的CO2气体。肥源丰富，简单易行，但CO2发生量集中，也不易控制。第10页，共49页，2023年，2月20日，星期日③燃烧法释放二氧化碳每升完全燃烧的白煤油可产生2.5㎏（1.27m3）的CO2，其反应式为：2C10H22＋31O2=

20CO2＋22H2O

将白煤油、天然气、沼气等燃烧后放出的CO2通入室内，燃烧均在CO2发生器内进行。发生器构造简单，分为贮油罐和圆形燃烧筒两部分。白煤油在常温常压下是液体，运输贮藏不需要特制耐压的钢瓶，利用方便，供给及时，CO2产生量易控制。第11页，共49页，2023年，2月20日，星期日③燃烧法释放二氧化碳如燃烧沼气，结合生态型日光温室建设，是目前国内大棚生产最值得推广的二氧化碳施肥技术。大棚内每50m2设置一盏沼气灯，每100m2设置一台沼气灶，每天日出后燃放，每立方米沼气大约可得0.9m3二氧化碳。在棚内二氧化碳浓度达到0.1%~0.12%时停止施肥，关闭大棚2小时左右，棚温达30°C时开棚降温。

即使在寒冷季节，普通沼气池燃烧沼气后都可以使600m3温室的二氧化碳浓度达到0.1%~0.16%。第12页，共49页，2023年，2月20日，星期日④液态二氧化碳管路释放法

液化二氧化碳是酒精厂的副产品。在大棚、温室内施用方法方便、卫生，易控制施用量，是有效的CO2施用方法。不足之处是钢瓶租赁费用较高。把二氧化碳钢瓶放在台秤上，按棚室的空间计算，1000m3的空间，每次放二氧化碳2~3㎏。先在钢瓶上接上减压阀，上面接上胶管，并系于棚室横梁上，塑料管上打放气孔，孔径0.8—1.2mm，孔距1.0—1.5m，远离钢瓶，孔径加大，孔距相应减少。第13页，共49页，2023年，2月20日，星期日⑤化学反应法

利用化学反应产生CO2。常用的方法有盐酸－石灰法和碳酸氢铵－硫酸法。其中碳酸氢铵－硫酸法取材方便，成本低。反应式为：CaCO3+2HCI=CaCI2+CO2+H2O2NH4HCO3+H2SO4=（NH4）2SO4+2CO2+2H2O晴天日出后0.5~1小时施用，通风前半小时停止，能够使温室内二氧化碳浓度达到1000mg/kg左右，连续施用30天以上，阴雨天停止。反应废液为硫酸铵和水可稀释十倍后作土壤追肥。第14页，共49页，2023年，2月20日，星期日⑥固体二氧化碳（干冰）

干冰应在低温下运输，应用时从容器中取出，在常温下升华为CO2气体。该方法简单，用量易控制，适宜小面积应用，但成本较高。⑦燃烧煤和木炭

燃料来源容易，但产生的CO2不宜控制，在燃烧过程中常有一氧化碳和二氧化硫有害气体伴随而出。第15页，共49页，2023年，2月20日，星期日⑧气体肥料固气颗粒肥为直径1cm的扁圆形颗粒，施入表土层后，在潮湿、适温条件下发生生理生化作用，可持续释放CO2气体40d左右。供气浓度为500~1000mg/kg。使用量每1000m2施60kg于1~2cm表土层。在蔬菜定植后施用一次，基本可供一茬作物的需要。山东省农业科学院原子能研究所研制的固气颗粒肥，作为设施CO2补充施肥效果良好。第16页，共49页，2023年，2月20日，星期日（1）光照（2）温度（3）湿度（4）灌水和施肥5、二氧化碳施用期间的栽培管理第17页，共49页，2023年，2月20日，星期日二、设施内有毒气体危害和防止方法（一）氨（NH3）1、来源（1）未腐熟的粪肥在土壤中分解释放出NH3。（2）施用碳酸铵、碳酸氢铵肥料挥发NH3。（3）施用尿素产生NH3。2、最低危害浓度：

低浓度的氨气不伤害植物,可被植物吸收作为氮素营养,有利于植物生长。

NH3：5~10mg/L第18页，共49页，2023年，2月20日，星期日3、危害中毒症状：花及幼嫩组织褐变甚至发白，最后萎蔫死亡。黄瓜氨气危害病：受害植株中部叶片首先表现症状，后逐渐向上、向下扩展，受害叶片的叶缘、叶脉间出现水浸状斑点，严重时呈水烫状大型斑块，而后叶肉组织白化、变褐，2－3天后受害部干枯。叶背面受害处有下凹状。受到过量氨气危害的黄瓜，突然揭去覆盖物时，则会出现大片或全部植株如同遭受重霜或强寒流侵袭的样子，植株最终变为黄白色。

第19页，共49页，2023年，2月20日，星期日4、防止方法（1）避免大量施用未腐熟厩肥、鸡粪和人粪等有机肥。（2）适量施用或不施用碳酸铵，最好与过磷酸钙混施，可抑制NH3挥发；施肥后及时覆土，多浇水，不撒施。（3）加强通风换气。第20页，共49页，2023年，2月20日，星期日（二）二氧化硫（SO2）1、来源：含硫燃料的燃烧和室外空气污染

2、危害：刺激呼吸道、影响人体新陈代谢、影响人体生长发育。

3、防止方法（1）燃煤充分燃烧，封闭烟道缝隙，（2）不施未腐烂的有机肥。（3）加强通风换气第21页，共49页，2023年，2月20日，星期日（三）一氧化碳（CO）

1、来源：燃料质量差或燃烧不充分2、危害：人体一氧化碳中毒，甚至导致死亡。

3、防治方法：（1）加热炉须安装烟囱；（2）选用优质燃料，保证充分燃烧；（3）及时通风换气。第22页，共49页，2023年，2月20日，星期日（四）乙烯（CH=CH）与邻苯二甲酸二异丁酯1、来源：塑料薄膜、塑料管等爆晒或高温下产生。2、危害：催熟、老化；导致落花落果；毒害3、防止方法：（1）使用安全无毒塑料制品。（2）及时通风。第23页，共49页，2023年，2月20日，星期日（五）亚硝酸气体（NO2-）1、来源：过量施用的氮素化肥

2、危害：刺激呼吸道、影响人体新陈代谢、影响人体生长发育。

3、防止方法（1）燃煤充分燃烧，封闭烟道缝隙，（2）不施未腐烂的有机肥。（3）加强通风换气第24页，共49页，2023年，2月20日，星期日三、土壤气体条件及其调控1、土壤气体环境

作物根系呼吸作用为各种生理活动提供能量，要保证正常呼吸作用，需要充足的O2和较低的CO2浓度。

土壤气体中O2的减少和CO2的增多，能影响蔬菜种子的发芽、根的生长和根对养分的吸收。一般蔬菜种子的发芽需要土壤中有10%~50%以上的O2。黄瓜和蒜较耐低氧浓度，在浓度1%时发芽率是20%，2%时发芽率增到50%；芹菜和萝卜等浓度在5%以下几乎不能发芽。第25页，共49页，2023年，2月20日，星期日土壤气体组成：土壤气体存在于土壤粒的间隙内，正常的土壤粒和间隙的比例大约是1:1，间隙内被气体和水分充满着，其比例又是大约1:1。如果孔隙的大小、孔隙率和含水量变化时，土壤的容气量也发生变化，要使土壤中保持一定比例的气体，土壤的结构应该是团粒结构，黏土团粒不发达排水不好，容气量小。第26页，共49页，2023年，2月20日，星期日土壤气体的组成，一般情况是CO2浓度比大气中高，而O2浓度比大气中低，当土壤间隙小、水分多时能使CO2浓度剧增和O2浓度大量减少。土壤和大气中的气体交换主要是依靠扩散作用进行的，所以离表层越近，间隙越大，扩散抵抗越小，气体越充足。第27页，共49页，2023年，2月20日，星期日2、

土壤气体的调节1、一般是施用腐熟的有机肥或用作物秸秆改进土壤的透气性。2、中耕，经常保持土壤疏松通气状态。3、采用地下灌溉方法灌水，保护良好团粒结构。第28页，共49页，2023年，2月20日，星期日第四节气流环境及调控一、风对植物生长的影响：1、改变田间温度2、增加蒸腾3、改良光照，影响光合作用4、增加空气交换5、促进授粉6、改变温室内环境7、造成伤害第29页，共49页，2023年，2月20日，星期日1、改变田间温度（1）增加空气热交换，如在地面剧烈降温的夜里，风将大气中的热传给地面，减缓地面温度降低速率，不易发生霜冻；（2）影响作物表面温度，风速大小会影响果实表面最高温度；第30页，共49页，2023年，2月20日，星期日2、增加蒸腾带走叶表水汽，提高蒸腾力（1）促进水份吸收（2）增加根对矿质元素的吸收能力：温室内部较露地温度高、风速低，使蔬菜蒸腾力较低，根系吸水减少，导致温室蔬菜某些微量元素水平低于大田。第31页，共49页，2023年，2月20日，星期日3、改良光照，影响光合作用（1）叶片在风中摇晃形成周期极短的摇曳闪光。其光合效应比连续闪光更明显有效：周期为6~7s的闪光下，萝卜增产200%，黄瓜增产50%，番茄增产10%。（2）风速、湿度和光合速率间的关系：光合速率高湿度（＞60%）低湿度高风速增加CO2,浓度

，提高光合速率蒸腾过旺，叶面失水气孔缩小，不利于CO2,吸收低风速增加CO2,浓度

，提高光合速率

尤其在光照很强时，叶面温度较高，蒸腾旺盛，风速过高会降低光合强度。故气流速度在0.3-0.5m/s为宜。第32页，共49页，2023年，2月20日，星期日4、增加空气交换（1）促进田间通气，有利于CO2扩散：如果没有风及湍流的作用，只要一分多钟，作物周围空气中的CO2就会被耗尽，光合作用会停止。气流交换带来CO2补充，有利于植物的光合速率增加。（2）补充对CO2的消耗，促进作物增高。但高风速导致降温，抑制作物株高增加，且抑制效应大于促进效应，所以常表现为高风速导致低株高。第33页，共49页，2023年，2月20日，星期日5、不利因素：造成病害蔓延，增加病虫害长距离迁移可能；也会造成作物叶片机械损伤，刮擦导致病原菌侵害；大风造成作物倒伏、落花落果甚至作物连根拔起。温室是一个较为封闭的环境，在设施温室内基本不存在剧烈空气流动的情况。但是需要注意冬春季节气温很低的夜晚和清晨，若室外风速较大，会造成温室内迅速降温，甚至出现日出后室内温度低于室外的情况，即“逆温现象”。故冬春季节一定要做好防寒防风工作。第34页，共49页，2023年，2月20日，星期日二、温室内气流的调控温室内气流运动成因：（1）自然通风

自然通风耗能低、费用少、效益高，在常温条件下，合理的自然通风系统完全能满足温室的通风换气需要。但通风能力有限，通风效果易受周围地势和室外气候条件（风向、风速、室内外温差）等因素影响。在某些情况下（如夏季）需要人为辅助。即：（2）主动通风第35页，共49页，2023年，2月20日，星期日（一）自然通风的动力：1、室内外温差形成的内外空气密度差：热压

通风原理：利用温度差产生的室内外空气压力差进行自然通风。特点：风力较小，但持续存在，稳定、变化较小。

影响因素：室内外温差、通风口高度、通风口有效开启面积、孔口阻力等。屋面通风口尽量设置在屋面最高处，并与侧墙通风结合，形成较大高度差，避免热空气强迫向下运动。故屋脊通风窗最合理，天沟通风窗效果最差。第36页，共49页，2023年，2月20日，星期日2、室外自然风在温室周围形成的压力差：风压

通风原理：有风存在时，迎风面和背风面形成正负压差，形成自然风。

特点：力量大于热压自然风，但不稳定，随机性很强。

影响因素：室外风速、风向及通风口面积等。侧墙通风面积最大，设置通风口时应将通风口正对当地每年晚春到中秋的主导风向。为什么选择晚春到中秋这个时节？第37页，共49页，2023年，2月20日，星期日实际生产中，设施在热压与风压同时作用下进行自然通风换气，因此通风口的设置必须符合空气流动的规律，实际温室的自然通风量取决于风速、风向、通风口位置及其有效面积。通过调节通风口实际面积的大小，可以对温室通气条件进行控制。第38页，共49页，2023年，2月20日，星期日（二）自然通风量的计算

通风率：单位温室面积的通风量。是指在单位时间内，单位温室地面面积所交换的空气体。适度遮阳的温室，当室内最大太阳辐射强度为5万lx时，其通风率大约为2.5m3/m2·minV1=2.5·S·ψ(Ψ=Ψ1·Ψ2

·Ψ3)V1：温室设计通风量（m3/min）2.5：每平方米地面面积的基本通风量（m3/m2·min）S：温室面积（m2）Ψ：修正系数；Ψ1为海拔高度修正系数

Ψ2为光照度修正系数

Ψ3为空气升温修正系数第39页，共49页，2023年，2月20日，星期日夏季通风，当风机与湿帘距离很近（＜30m）时，通过温室的气流流速很低，引起室内气流不畅。因此需要用风速系数对基本通风量进行修正。

Ψf=D：风机与湿帘的间距当D＞30m时，不考虑Ψf；当D＜30m时，取Ψ和Ψf间的最大值。为了保证温室内气流畅通，湿帘与风机的距离应在30~70m之间。超长型温室，可以将湿帘安装在两侧山墙，抽风机安装在侧墙或屋面。第40页，共49页，2023年，2月20日，星期日冬季通风，要尽量避免室外冷风直吹作物。因此反而需要降低室内气流流速。所以要用“冬季通风设计修正系数”来修正其设计通风量。Vd=0.45·Ψ1·Ψ2·Ψd

Vd：冬季设计通风量；0.45：冬季基本通风量；

Ψ1、Ψ2：海拔高度修正系数、光照度修正系数

Ψd：冬季通风设计修正系数第41页，共49页，2023年，2月20日，星期日例题1、汉滨区一纵轴长为65m的5连栋塑料温室，每栋山墙宽度为6m，在设计建造时应按照多大的通风率进行计算？（安康市平均海拔按1