设施环境控制

第五章设施的环境特性及其调控技术本章重点及难点重点：温度、光照环境及其调控难点：温度、光照、水分、气体、土壤的调控第一节温度环境及其调控一、 园艺植物对温度的要求温度对作物生育的影响：温度的三基点，最低，最适和最高温度。耐寒性作物：菠菜，大葱；葡萄、李；三色堇、金鱼草等。半耐寒性作物：白菜类、甘蓝类；紫罗兰、金盏菊等。不耐寒作物：瓜类，茄果类蔬菜；瓜叶菊、茶花等花卉。花芽分化：对于果树设施栽培具有重要意义。二、 园艺设施温度特点园艺设施内热量的来源主要是太阳辐射，对于加温温室，其热量还有部分来自于加温设施。（一） 温室效应温室效应是园艺设施温度变化的重要特点。温室效应指在没有人工加温的条件下，园艺设施内获得或积累太阳辐射能，从而使设施内的气温高于外界气温的一种能力。温室效应原理：白天太阳光透过塑料薄膜或玻璃等透明覆盖材料入射到设施内的地表面上，使地表面获得辐射能使土壤温度增加，夜晚由于覆盖材料能阻止部分长波辐射，使辐射能留在设施内，使设施内的气温高于外界温度，当设施内的气温低于地温时，地面也释放能量提高设施内的气温。（二） 设施温度变化特点1、 昼夜变化：其昼夜温度变化一般比露地环境下的温度变化剧烈，保持适宜的昼夜温差对于园艺植物的生长是有利的，但过于剧烈的昼夜温差，特别是白天设施内的高温则可能对植物生长带来不利影响，如可能会产生叶片和果实灼伤，必须采取适当的措施加以控制。2、 季节变化特点3、 设施内地温的变化：设施内的地温也存在明显的昼夜变化，但与气温相比，地温比较稳定，且地温的变化滞后于气温。日最高地温出现在14时左右。随着土层深度的增加，日最高地温出现的时间逐渐延后，距地表5cm深处的日最高地温出现在15时左右，距地表10cm深处的日最高地温出现在17时左右，距地表20cm深处的日最高地温出现在18时左右，距地表20cm以下深层土壤温度的日变化很小。4、 设施温度变化影响因素：主要受覆盖材料和保温比的影响。覆盖材料的种类不同，保温的效果也不同。如聚乙烯透过太阳辐射能的能力优于聚氯乙烯，但聚乙烯对红外线的透过能力也比聚氯乙烯强，因此采用聚乙烯作为覆盖材料的设施，白天升温比较快，但夜晚降温也较快，昼夜温差比较大。保温比是设施内的土壤面积（S）与覆盖及维护结构表面积（W）之比，即为S/W。保温比越小，覆盖及维护结构表面积越大，散热面积越大，夜间降温越快，保温性越差，一般单栋温室的保温比为0.5〜0.6,连栋温室为0.7〜0.8。三、园艺设施温度调节控制园艺设施内的温度调节控制包括保温、加温和降温三个方面。1、 保温设施的保温措施可以通过增大设施的保温比和选择合适的覆盖材料和覆盖方式进行。通过适当降低园艺设施的高度，缩小维护结构的表面积，可以缩小设施的散热面积，有利于提高设施的温度。对于覆盖材料的选择，则主要考虑覆盖材料白天对太阳辐射能的透过性和夜晚对长波辐射的阻隔性。在覆盖方式的选择上，采用多层覆盖的保温效果明显优于采用单层覆盖。2、 加温暖、辐射采暖等多种方式，其加温效果、设备费用、运行费用具有很大差异。热水采暖的效果最稳定，但一次性投资大，适用于大型温室的供暖；热风采暖的一次性投资大约只有热水采暖的1/5,但运行费用较高，适用于各种类型的塑料棚；电热采暖的热效率较高，但耗电多，主要适用于苗床的育苗；辐射采暖是利用液化石油气燃烧取暖的方式，耗气较多，仅适用于临时辅助采暖。3、 降温减少进入设施中的太阳辐射能；通过遮阳的方法解决。增加设施的潜热消耗;通过蒸发冷却的方法实现，在高温季节常采用细雾降温和湿帘-风扇降温，通过蒸发作用使设施内的温度降低。增大设施的通风换气量，通过增加大功率的风扇解决，对于面积较大的温室，采用风扇进行强制通风是必需的。第二节光照环境及其调控一、园艺作物对光照的要求（一） 园艺作物对光照强度的需求不同的园艺作物种类对光照的需求程度不一。阳性植物：西瓜，甜瓜，番茄，茄子，光饱和点在6万-7万Lx。阴性植物：花卉的兰科植物、观叶类植物等。多数绿叶蔬菜和葱蒜类蔬菜，光饱和点在2.5-4万Lx。中性植物：黄瓜，甜椒，甘蓝类，光饱和点在4-6万Lx之间。（二） 园艺作物对光照时数的需求长光性蔬菜在12-14小时日长以上的条件下能促进开花结实的蔬菜，多数绿叶蔬菜，甘蓝类和葱蒜类蔬菜属于此类。短光性蔬菜当光照时数少于12-14小时下能促进开花结实的蔬菜，如豇豆、苋菜、蕹菜等。中光性蔬菜对光照时数要求不严格，如黄瓜、茄果类蔬菜。（三） 光质对园艺作物的影响波长在320nm以下的紫外线对蔬菜生长有害，波长在320-400nm之间的紫外光与维生素C的合成和有些色素形成有关。薄膜较玻璃对紫外光的透过率高。设施栽培下的果实着色情况不如露地，影响了某些园艺作物如茄子、葡萄、油桃的品质。二、 设施光照环境特点园艺设施内的光照条件有别于露地栽培。设施内的光照条件受建筑方位、设施结构、透光屋面大小、覆盖材料的特性等多种因素的影响，导致设施内的光照强度、光照时数、光质、光的分布状况与外界环境有较大差异。光照强度普遍低于自然光，若采用薄膜覆盖，光强只有露地的50-70%。光照时数较露地缩短。光质成分有别于自然光，取决于覆盖材料的种类和特性。园艺设施内光照分布不均匀。三、 光照调节控制根据园艺设施内光照分布的特点，可以采取不同的措施增加光照强度，并使光照分布均匀。改进园艺设施结构提高透光率：可以通过选择适宜的建筑场地和合理的建筑方位.设计合理的屋面坡度和透明屋面形状：对于单屋面而言，主要设计好后屋面仰角，前屋面与地面的交角以及后屋面的长度，以保证透光性好。拱圆形屋面较屋脊连接性屋面的采光效果好。选用透光率高的透明覆盖材料改进管理措施：使用过程中保持覆盖材料清洁，通过增加通风减少结露，提高透光率。在保温的前提下，尽可能早揭晚盖外覆盖保温材料，以延长光照时间。通过加强植株管理增加中下部的光照。通过采用地膜覆盖和在温室内张挂反光幕的方式，可改善温室内的光照分布状况。人工补光:人工补光具有两个目的，一是延长光照时间，另一个目的是作为光合作用的补充能源需要，可以弥补自然光的不足，一般用于光照比较弱的冬春季节。遮光在夏季光照强度过强时，需要采用遮光处理，可以达到两个目的，其一是可以有效降低设施内的光照强度，其二是可以有效降低设施内的温度。生产上常用的遮光材料有草帘、苇帘和遮阳网，其中遮阳网为定型生产的产品，遮光率从25%〜90%不等，可以根据生产的需要选取。第三节水分环境及其调控一、 园艺作物对水分的要求耐旱植物：南瓜，西瓜；仙人掌科花卉。湿生植物：水生蔬菜（莲藕，菱白等）。中生植物：大多数蔬菜属于此类。二、 湿度环境特点1、设施内湿度来自两个方面：空气湿度和土壤湿度。设施内的空气湿度也存在昼夜变化和季节性变化。在密闭的情况下，日出前设施内的相对湿度高达100%，随着日出后设施内温度的升高，相对湿度逐渐降低，12〜13时相对湿度降到最低。湿度与产品品质、病虫害的发生关系密切。2、设施内的灌溉方式淹灌或沟灌：省力、速度快。其控制方法只能从调节阀门或水沟入水量着手，浪费土地浪费水，不宜在设施内进行。喷壶洒水：传统方法，简单易行，便于掌握与控制。但只能在短时间、小面积起到调节作用，不能根本解决作物生育需水问题，而且费时、费力，均匀性差。喷灌：采用全园式喷头的喷灌设备，用3千克/平方厘米以上的压力喷雾。5千克/平方厘米的压力雾化效果更好，安装在温室或大棚顶部2.0〜2.5米高处。也有的采用地面喷灌，即在水管上钻有小孔，在小孔处安装小喷嘴，使水能平行地喷洒到植物的上方。水龙浇水法：即采用塑料薄膜滴灌带，成本较低，可以在每个畦上固定一条，每条上面每隔20〜40厘米有一对0.6毫米的小孔，用低水压也能使20〜30米长的畦灌水均匀。也可放在地膜下面，降低室内湿度。滴灌法：在浇水用的直径25〜40毫米的塑料软管上，按株距钻小孔，每个孔上再接上小细塑料管，用0.2〜0.5千克/平方厘米的低压使水滴到作物根部。可防止土壤板结，省水、省工、降低棚内湿度，抑制病害发生，但需一定设备投入。地下灌溉：用带小孔的水管埋在地下10厘米处，直接将水浇到根系内，一般用塑料管，耕地时再取出。或选用直径8厘米的瓦管埋入地中深处，靠毛细管作用经常供给水分。此法投资较大，花费劳力，但对土壤保湿及防止板结、降低土壤及空气湿度、防止病害效果比较明显。三、空气湿度的调节与控制1、 通风换气设施内造成高湿原因是密闭所致。为了防止室温过高或湿度过大，在不加温的设施里进行通风，其降湿效果显著。一般采用自然通风，从调节风口大小、时间和位置，达到降低室内湿度的目的，但通风量不易掌握，而且室内降湿不均匀。在有条件时，可采用强制通风，可由风机功率和通风时间计算出通风量，而且便于控制。2、 加温除湿湿度的控制既要考虑作物的同化作用，又要注意病害发生和消长的临界湿度。保持叶片表面不结露，就可有效控制病害的发生和发展。加湿的方法大型农业设施在进行周年生产时，到了高温季节还会遇到高温、干燥、空气湿度过低的问题，就要采取加湿的措施。喷雾加湿喷雾器种类很多，可根据设施面积选择。湿帘加湿主要是用来降温的，同时也可达到增加室内湿度的目的。温室内顶部安装喷雾系统，降温的同时可加湿。3、 覆盖地膜覆盖地膜即可减少由于地表蒸发所导致的空气相对湿度升高。据试验，覆膜前夜间空气湿度高达95%〜100%，而覆膜后，则下降到75%〜80%。4、科学灌水采用滴灌或地中灌溉，根据作物需要来补充水分，同时灌水应在晴天的上午进行，或采取膜下灌溉等等。第四节气体环境及其调控一、 园艺设施气体环境特点设施气体环境设施内的气体环境与外界具有较大差异，设施内气体变化有两个突出的特点，一是设施内CO的浓度变化，二是有毒有害气体的产生。大气中的CO浓度为330ML/L，在设施密闭的环境条件下，由于植物的光合作用，常会出现Co?的亏缺，从而影响植物的光合作用和产量，CO的亏缺通常出现在日出后1〜2小时内，设施的通风系统还未开启的情况下表现最为明显。有毒有害气体的产生主要是由于施用未腐熟的有机肥、采用燃煤加温、使用有毒的塑料薄膜散发出来的.设施内常见的有害气体有氨气（NH3）、二氧化氮（NO）、二氧化硫（SO）、一氧化碳（CO）、乙烯（CH）、氯气（C13），其中氨气2 2 、. . . 、 . .24 . . _2 、. .和二氧化氮来自未腐熟的有机肥，二氧化硫和一氧化碳来自于燃煤，乙烯和氯气来自于有毒的塑料薄膜。二、 温室气体的调节与控制（一） 二氧化碳浓度的调节1、 二氧化碳气肥施用的时间2、 施用的方法：燃烧白煤油；有机肥发酵；燃烧天然气；燃烧煤和焦炭；液态和固态二氧化碳；化学反应法：碳酸盐与强酸反应（二） 有害气体的预防对于有害气体的预防则需要根据有害气体产生的原因，有针对性地采取措施。生产中不使用未经腐熟的有机肥，改进加温方式，若必须要在设施内采用燃煤加温时，一定要安装烟道，以便有害气体能充分排除，在设施的使用过程中注意通风换气，能有效降低有害气体的危害，并可补充设施内的二氧化碳的含量。第五节土壤环境及其调控一、 园艺设施土壤环境特点园艺设施内温度高，空气湿度大，光照较弱，气体流动性差，而作物种植茬次多，复种指数高，施肥量大，土壤中残留的肥料亦较多，与露地土壤具有较大的区别。设施内相对密封的环境使自然降水受到阻隔，土壤受自然降水自上而下的淋溶作用不会产生，导致土壤中积累的盐分不能被淋洗到地下水中，而由于土壤表面的蒸发作用，土壤表层中积累的盐分逐渐增加，容易产生土壤的次生盐渍化现象。二、 温室土壤的调节与控制平衡配方施肥过量施肥是导致土壤次生盐渍化的重要原因，化肥的施用量有时超过蔬菜需要量的一倍以上，在施肥前应根据土壤肥力状况和作物的需肥特点，进行配方施肥，减少肥料的浪费。在肥源的选择上，改变偏施化肥的习惯，增施有机肥，可以有效减轻土壤次生盐渍化的发生，对于改良土壤理化性状，促进土壤微生物的活动。改进灌溉方式设施栽培下土壤表层易产生次生盐渍化，通过改进灌溉方式，可以影响土壤水分的蒸发，漫灌和沟灌方式会加速土壤水分的蒸发，易使土壤盐分向表层积聚，而采用滴灌和渗灌方式则可以有效防止土壤下层盐分向表层积聚。土壤消毒土壤消毒可以分为化学消毒和物理消毒两种方式。（1） 化学消毒主要是通过甲醛、硫磺粉、氯化苦等化学药剂进行消毒。甲醛（40%）：40%甲醛也称福尔马林，广泛用于温室和苗床土壤及基质的消毒，使用的浓度50〜100倍。使用时先将温室或苗床内土壤翻松，然后用喷雾器均匀喷洒在地面上再稍翻一下，使耕作层土壤都能沾着药液，并用塑料薄膜覆盖地面保持2天，使甲醛充分发挥杀菌作用以后揭膜，打开门窗，使甲醛散发出去，两周后才能使用。氯化苦：主要用于防治土壤中的线虫，将床土堆成高30厘米的长条，宽由覆盖薄膜的幅度而定，每30平方厘米注入药剂3〜5毫升至地面下10厘米处，之后用薄膜覆盖7天（夏）到10天（冬），以后将薄膜打开放风10天（夏）到30天（冬），待没有刺激性气味后再使用。该药剂对人体有毒，使用时要开窗，使用后密闭门窗保持室内高温，能提高药效，缩短消毒时间。硫磺粉：用于温室及床土消毒，消灭白粉病菌、红蜘蛛等，一般在播种前或定植前2〜3天进行熏蒸，熏蒸时要关闭门窗，熏蒸一昼夜即可。（2） 物理消毒又具有蒸汽消毒和太阳能消毒两种方式。蒸汽消毒主要是通过土壤蒸汽消毒机进行，太阳能消毒于夏季农闲时节进行，通过太阳能的辐射作用使设施内的土壤升温，具有很好的效果，目前国内采用化学消毒的方式比较多，国外已经普遍采用物理消毒方式。蒸汽消毒：蒸汽消毒是土壤热处理消毒中最有效的方法，大多数土壤病原菌用60°C蒸汽消毒30分钟即可杀死，但对TMV（烟草花叶病毒）等病毒，需要90°C