八设施园艺学设施环境控制

设施环境控制设施园艺环境调控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。环境因子温度光照水分气体土壤综合环境控制园艺设施温度特点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。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。日光温室热平衡示意图设施温度变化特点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。季节变化特点武汉地区塑料薄膜大棚月平均气温的变化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。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。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。园艺作物花芽分化与温度许多越冬性植物和多年生木本植物，冬季低温是必需的，满足必需的低温才能完成花芽分化和开花。这在果树设施栽培中很重要，在以提早成熟为目的时，如何打破休眠，是果树设施栽培的首要问题，这就需要掌握不同果树解除休眠的低温需求量。（下表）表几种果树解除休眠的低温需求量（℃）树种低温需求量*树种低温需求量桃750～1150欧洲李800～1000甜樱桃1100～1300杏700～1000葡萄1800～2000草莓40～1000＊*果树解除休眠需要7.2℃以下一定低温的积累。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。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。设施的加温主要用于冬季园艺植物的生产。加温有热风采暖、热水采暖、电热采暖、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。设施降温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。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。设施光照环境特点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。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。园艺作物对光照时数的需求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。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。各种光谱成分对植物的作用光谱/纳米植物生理效应＞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。由于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。光照调节与控制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。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。1.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。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）。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: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。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。6．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。湿度环境特点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。温室和土壤中水分收支模式图园艺作物对水分的要求耐旱植物：果树中的石榴、无花果、葡萄、杏和枣等；花卉中的仙人掌科和景天科植物；蔬菜中的南瓜、西瓜、甜瓜耐旱能力均较强。湿生植物：如花卉中的热带兰类、蕨类和凤梨科植物及荷花、睡莲等，蔬菜中的莲藕、菱、芡实、莼菜、慈菇、茭白、水芹、蒲菜、豆瓣菜和水蕹菜等。中生植物：果树中的苹果、梨、樱桃、柿、柑橘和大多数花卉属于此类；蔬菜中的茄果类、瓜类、豆类、根菜类、叶菜类、葱蒜类也属此类。设施内的灌溉方式（1）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。（2）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。设施内的灌溉方式（3）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。（4）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