设施园艺学_第四章_园艺设施的环境特征及其调节控制6-1

第四章园艺设施的环境特征及其调节控制EnvironmentCharacteristicsandAdjustControlofHorticulturalFacilities设施园艺学ProtectedHorticulture园艺设施环境调控要达到园艺作物的高产高效设施栽培，必须摸清园艺作物对环境条件的要求，要对园艺设施的结构特征进行优化，根据作物需求对环境进行调控。农业生产技术的改进主要沿两个方向进行：一是创造适合环境条件的作物新品种和栽培技术，二是创造出使作物本身特性充分发挥的环境。设施园艺的环境条件调节就是实现后一目标的重要途径。设施栽培环境调控研究的问题1.掌握作物的遗传特性和生物学特性，及其对各个环境因子的要求。作物种类繁多，同一种类又有许多品种，每一个品种在生长发育过程中又有不同的生育阶段（发芽、出苗、营养生长、开花、结果等），上述种种对周围环境的要求均不相同，生产者必须了解。光照、温度、湿度、气体、土壤是作物生长发育必不可少的5个环境因子，每个环境因子对各种作物生育都有直接地影响，作物与环境因子之间存在着定性和定量的关系，这是从事设施农业生产所必须掌握的。设施栽培环境调控研究的问题2.应研究各种农业设施的建筑结构、设备以及环境工程技术所创造的环境状况特点，阐明形成各种环境特征的机理。摸清各个环境因子的分布规律，对设施内不同作物或同一作物不同生育阶段有何影响，为确立环境调控的理论和基本方法、改进保护设施、建立标准环境等提供科学依据。设施栽培环境调控研究的问题3.通过环境调控与栽培管理技术措施，使园艺作物与设施的小气候环境达到最和谐、最完美的统一。园艺栽培设施的环境因子光照温度湿度气体土壤综合环境控制本章主要内容一.光照环境及其调节控制二.温度环境及其调节控制三.湿度环境及其调节控制四.气体环境及其调节控制五.土壤环境及其调节控制六.设施园艺的综合环境管理本章目标教学目标：掌握园艺设施内光照、温度、湿度、气体、土壤环境的变化规律及其调控技术，了解设施内环境的综合管理技术。教学重点：园艺设施内光照、温度、气体环境的变化规律及其调控技术。教学难点：园艺设施内光照、温度、气体环境的变化规律及其调控技术。教学课时：12学时第一节光照环境及其调节控制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。一、园艺设施内的光环境☆光照强度☆光照时数☆光质☆光分布与露地相比,设施内光环境有哪些特点?光照强度弱(与透光率有关，普遍较低，若采用薄膜覆盖，光强只有露地的50-70%)光照时数短(与设施类型有关)光质不同于露地(有别于自然光，取决于覆盖材料的种类和特性)光分布不均匀(与设施结构有关)二、园艺设施内作物对光照的要求1、园艺作物对光照时数的要求光照时数：即光周期,指一天中受光时间长短,受季节、天气、地理位置影响长光性在12-14小时日长以上的条件下能促进开花结实的园艺植物，多数绿叶蔬菜，甘蓝类和葱蒜类蔬菜；唐菖蒲、八仙花等花卉都属于此类。短光性当光照时数少于12-14小时下能促进开花结实的园艺植物，如豇豆、苋菜、蕹菜等蔬菜；一品红、秋菊等花卉。中光性对光照时数要求不严格，如黄瓜、茄果类等蔬菜；月季、香石竹等花卉。2、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：蔬菜中的西瓜，甜瓜，番茄，茄子；花卉中的多数一二年生花卉、宿根花卉、球根花卉、木本花卉及仙人掌类植物等；果树设施栽培较多的葡萄、桃、樱桃等也都是喜光作物。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，凤梨科、姜科植物、天南星科及秋海棠科植物等；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：蔬菜中的黄瓜，甜椒，甘蓝类，白菜、萝卜等；花卉中的萱草、耧斗菜、麦冬草、玉竹等；果树中的李、草莓等。光饱和点在4-6万Lx之间。3、光质对园艺作物影响各种光谱成分对植物的影响光谱/纳米（nm）植物生理效应＞1000被植物吸收后转变为热能，影响有机体的温度和蒸腾情况，可促进干物质的积累，但不参加光合作用。1000～720对植物伸长起作用，其中700～800nm辐射称为远红光，对光周期及种子形成有重要作用，并控制开花及果实的颜色。720～610（红、橙光）被叶绿色强烈吸收，光合作用最强，某种情况下表现为强的光周期作用。610～510（主要为绿光）叶绿素吸收不多，光合效率也较低。510～400（主要为蓝、紫光）叶绿素吸收最多，表现为强的光合作用与成形作用。400～320起成形和着色作用。＜320对大多数植物有害，可能导致植物气孔关闭，影响光合作用，促进病菌感染。光质的变化还会影响园艺作物的产量和品质★Vc合成★果实着色★风味等园艺设施内光分布不如露地均匀，使得作物生长发育不能整齐一致。同一种类品种、同一生育阶段的园艺作物长得不整齐，既影响产量、成熟期也不一致。弱光区的产品品质差，且商品合格率降低，种种不利影响最终导致经济效益降低，因此设施栽培必须通过各种措施，尽量减轻光分布不均匀的负面效应。4、光分布对园艺作物影响三、园艺设施光照环境的调节与控制(一)影响园艺设施光照环境的因素自然光可见光（390~760nm）占50%紫外线（290~390nm）占1%~2%红外线（760nm）占48%~49%光照强度辐射能通量密度W/m2KJ/m2h光照强度（Lx或KLx）绿色植物吸收的波长与人眼所感觉的波长范围并不一致，故用辐射能通量密度能更客观地反映“光”对植物的作用。1、园艺设施的透光率设施内太阳辐射能（光照强度）与外界太阳辐射能（光照强度）之比τ=I/I0×100%太阳光由直射光和散射光组成，故设施内透光率又分为对直射光透过率(τz)和对散射光透光率（τs）τ=τzM+(1-M)τsM—自然光中直射光所占百分率（1）散射光的透光率通常情况下，τs取决于透明覆盖材料种类,保护设施的结构、形式及覆盖物的污染状况对固定形式的设施，τs由下列因子决定:τs=τso（1-r1）（1-r2）（1-r3）τso—干洁透明覆盖材料对散射光的透光率r1—设施内构架，设备等不透明材料的遮光损失率。大型温室5%，小型温室10%r2—覆盖材料因老化的透光损失r3—水滴和尘染的透光损失，一般水滴透光损失20%-30%，尘染可达15%-20%设计温室时不能忽视对散射光的利用率（2）直射光的透过率（τz）主要与投射光的入射角有关，即与温室方位，屋面坡度和太阳高度有关τz=τx（1-r1）（1-r2）（1-r3）τx为干洁透明覆盖材料，在入射角为x时的透光率。X与温室方位，屋面坡度，太阳高度有关从设施为τs和τz来看，设施内透光率主要受以下因素影响：☆覆盖材料的透光特性☆覆盖材料的污染（尘埃、水滴等）和老化程度☆温室结构、方位、建材骨架和室内设施等2、覆盖材料的透光特性投射到保护设施覆盖物上的太阳辐射能，被分为三部分：吸收率+反射率+透射率=1干净玻璃或塑料薄膜的吸收率10%左右★光线入射角★薄膜的老化★灰尘、水滴影响透光率的因素3、园艺设施结构与透光率关系设施结构包括建筑方位（单栋或连栋等）结构形状（屋面坡度）跨度、高度、长度等（1）建筑方位对单屋面温室，以东西延长采光理想，对全光面温室（单栋温室或塑料大棚）建筑方位以东西栋或南北栋哪种为优？结论1：冬至时东西方位温室透光率优于南北方位，栋越长，纬度越高，差异越明显结论2：3月10日以前东西延长单栋温室透光率优于南北延长，3月10日以后相反从透光率角度出发，就单栋温室而言，冬季直射光床面平均透光率以东西延长比南北延长好（平均高10%）纬度越高效应越明显设施内骨架建材遮光面积与下列因子有关:※阳光入射角入射角增大，遮光面积除宽度外，需加厚度阴影※与纬度有关纬度越高，太阳高度越低，建材遮光面积越大。东西延长比南北延长有优越性（遮光少）※与水平构架材料多少有关水平构架材料多，东西延长温室直射光在床面上的分布有若干弱光带，形成死阴影，南北延长无结论从透光率和骨架材料遮阴两方面综合考虑：对单栋温室、塑料棚而言，如是单屋面，则应以东西延长、坐北朝南为优。如是双屋面的，以冬季生产为主时，东西延长比南北延长的光强，并可调整屋面坡度，减少水平构架材料来减少床面上弱光带。如以春秋栽培为主或全年栽培时，则应以南北延长为优全光面连栋温室，以何种建筑方位为优？从透光率角度，东西栋优于南北栋从光分布，南北栋优于东西栋。在冬、春、夏三个季节均表现明显。东西延长的温室，冬至和春分时由于天沟及向南屋面造成的阴影弱光带十分明显，直射光日总量差值冬至可达30%，春分达10%结论:连栋温室以南北延长为最佳设计（2）屋面坡度（屋面倾斜角）—主要影响直射光透过率劳伦斯研究单栋温室屋面倾斜角与室内光强关系,结果如下:在一定范围内,屋面倾斜角越大,温室透光率越高结论单屋面温室屋面倾斜角对透光率影响更突出，因此，对我国特有日光温室，合理采光屋面角设计更重要，需考虑以下原则：●一年中太阳高度角最低那一天（冬至）的透光率最多为好—理想屋面角，但脊高、保温差、耗材●保证一天中上午10:00—下午14:00进光量最多的屋面角—合理采光屋面角南北栋边栋温室屋面坡度对直射光日总量透光率影响不大，东西延长有影响，纬度越高，差异越明显。国际标准连栋温室屋面倾角为26.5o温室结构形状和相邻温室或大棚的间距也影响透光率连栋温室屋面坡度对透光率影响（二）园艺设施光照环境的调节与控制园艺设施内对光照条件的要求：一是光照充足；二是光照分布均匀。从我国目前的国情出发，主要还依靠增强或减弱农业设施内的自然光照，适当进行补光，而发达国家补光已成为重要手段。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。具体的调控措施有哪些？1.改进园艺设施结构提高透光率⑴选择适宜的建筑场地及建筑方位确定的原则是根据设施生产的季节，当地的自然环境，如地理纬度、海拔高度、主要风向、周边环境（建筑物、有否水面、地面平整与否等）。⑵合理的骨架材料，减少建材的遮荫。2.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。3.选用透光率高的透明覆盖材料我国以塑料薄膜为主，应选用防雾滴且持效期长、耐候性强、耐老化性强等优质多功能薄膜，漫反射节能膜、防尘膜、光转换膜。大型连栋温室，有条件的可选用PC板材。4.改进管理措施应经常打扫和清洗园艺设施的透光覆盖面，增加透光率。阴雪天过后应及时揭开保温覆盖物。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。4.改进管理措施充分利用反射光。如日光温室适当缩短后坡、并在后墙上涂白以及安装镀铝反光膜、在温室内张挂反光幕、地面覆盖地膜等。反光膜通过加强植株管理增加中下部的光照。要注意作物的合理密植及植株调整，注意垄向。5.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。补光对电光源的要求•光照强度在3000lux以上。•光照强度具有一定的可调性。•有一定的光谱组成，最好具有太阳光的连续光谱。人工光源的种类热辐射光源：白炽灯、卤钨灯钨丝中通过电流产生高温（2400～3000℃）发光。气体放电光源：荧光灯、高压水银荧光灯、金属卤化物灯、高压钠灯、低压钠灯物质原子受电子激发产生光辐射。白炽灯Incandescentlamp•价格便易，但光效低，光色较差，目前只能作为一种辅助光源。•使用寿命大约1000小时。荧光灯•第二代电光源。价格便宜，发光效率高。可以改变荧光粉的成分，以获得所需的光谱。寿命长达3000小时左右。•主要缺点是功率小。Fluorescentlamp金属卤化物灯光效高，光色好，功率大，是目前高强度人