第一章-温室环境原理

设施农业工程学王旭[e-mail]参考书目第一章温室环境原理第一节作物与环境第二节温室光环境第三节温室温度环境第四节温室湿度环境第五节温室气体环境第六节温室土壤环境第一节作物与环境一、作物生长的自然环境大气圈岩石圈和土壤圈水圈地球生物圈环境因子•光照•温度•水肥•土壤•大气因子二、作物生产与环境的关系（一）作物产量与环境因子1光合作用2呼吸作用二、作物生产与环境的关系（二）作物品质与环境因子着色维生素糖分积累第二节温室光环境一、太阳辐射原理太阳辐射强度日照时间长短光谱成分太阳辐射：太阳以电磁波或粒子形式向外放射的能量。(一)大阳辐射基本原理•太阳高度角指地球表面某点和太阳之间的连线与地平面之间的夹角•太阳方位角指太阳与地面上某点的连线在地面上的投影与南向(当地子午线)的夹角。太阳的空间位置2.太阳辐射光谱10-810-6110-410210410-2106电磁波谱波长(mm)X射线紫外线红外线可见光太阳辐射热射线无线电波g射线太阳辐射光谱示意图太阳光谱：太阳辐射能随波长的分布。300～780nm——对植物生理产生作用的光辐射波长范围400～720nm——产生植物光合作用的光辐射波长范围8)ABCA：紫外区B：可见光区C：红外区太阳辐射能主要集中在波长较短的可见光波段，约占总能量的50%。（二）地表光照条件的变化•光照强度•日照长度•光质光谱分布光照强度•地理纬度•海拔•坡向•季节•一天中的时刻中国太阳年辐射总量的分布太阳辐射光谱分布图波长（nm）05001500100020003000250025002000150010005000辐射能（W/m2.mm）海平面大气层外缘光质光谱分布二、温室内的光照条件（一）光照强度及其分布温室栽培床平面内单位面积的光通量即为温室的光照强度。•研究表明，无论是单栋温室还是连栋温室，东西走向的温室的透光率均好于南北走向的温室。•新的透明覆盖材料透过率一般为80％——90％，但覆盖过一段时间后，由于材料的污染和老化，透光率会有所下降。因此选用性能优良的透光覆盖材料和定期对其表面进行清洁是提高温空透光率的有效手段。•光照分布主要受温室方位、屋面角度、覆盖材料的散射特性及作物的群体结构决定。•据模型计算，中高纬度地区冬季温室平均透光率排序依次为；东西单栋＞东西连栋＞南北单栋＞南北连栋；•东西走向温室直射光日总量平均透过率较南北走向温室高5％一20％，且温室越长，纬度越高，差异越显著。春秋季这种差异减少。但东西走向温室屋脊、天沟等主要水平结构在温室内会造成阴影。光照度南北延长大棚光照分布西东下午上午东西延长棚光照分布北南光照度日光温室光照分布光照度（二）光照时数曙暮光照时数草苫•玻璃对可见光部分及近红外和2500nm以内的红外线透光率高，而对紫外线和4500nm以上的长波红外线基本不透过。•FRP板与玻璃类似，紫外线透光率低。•FRA板对紫外线的透光率相当高，但对其他波段的透射性能与玻璃类似。•PVC膜和PE膜对可见光的透射率相近，均在90%左右，而对紫外线部分PE膜的透射率高一些。对2500——5000nm的远红外线，PE膜远比PVC膜透射率高。•EVA膜的透光特性介于聚乙烯薄膜和聚氯乙烯薄膜之间。（三）光谱分布三、光照的生物学效应photoperiodismphotosynthesisphotomorphogenesis（一）光照强度的生物学效应（二）光周期的生物学效应•白天与昼夜的长短作为一个信息传递给作物，诱导作物一系列生育期。如开花、结果、休眠、落叶等。把作物对昼夜长短的这些反应统称为光周期现象。•根据作物对光周期的反应，把作物分成以下三种类型：短日照作物、长日照作物、日中性作物短日照作物•菜豆、茼蒿、苋菜等。长日照作物•白菜、甘蓝、芥菜、萝卜等。日中性作物•番茄、黄瓜、四季豆等。（三）光质的生物学效应•红、橙光最具光合活性，加速长日照植物生长，抑制短日照植物生长，促进植物茎的生长•绿光在光合作用中吸收最少•蓝紫光加速短日照植物生长，抑制植物伸长使之形成矮小形态，促进花青素的形成•紫外线促进花青素的合成，抑制作物徒长•红外线不引发生化效应，只有增热效应第三节温室温度环境一、地表附近温度及其变化纬度海拔坡向时间06121824（时）气温30℃12℃气温日变化走向日变化气温二、温室内温度条件（一）温室热交换的基本原理△q=qt+qa+qr+qg-qf-qc-qs-qe-qp-qd相关因素℃℃室外室内℃℃室外室内气温（二）温室内温度环境1.温室效应温室蓄热的原因温室密闭性（72%）覆盖材料导致的辐射收支差（28%）（二）温室内温度环境2.温室内温度变化特征不加温温室加温温室逆温现象微风温度低于外界逆温现象气温冬春季节凌晨，有风的晴天夜晚（二）温室内温度环境3.温室内温度的空间分布不均匀原因（1）太阳辐射的不均匀性（2）采暖系统和降温系统的设备布置位置（3）室外气象水平距离温度白天水平温度变化高低白天垂直温度变化低高夜间垂直温度变化夜间水平温度变化空间分布气温（二）温室内温度环境4.温室内地温变化的特点自身的变化特点与气温的比较在作物栽培区在日照不足的地区332211.室内土温12℃以上2.冻土层3.热交换地温三、温度的生物学效应（一）作物生长的三基点温度最低温度、最适温度、最高温度莴苣番茄黄瓜生长率%温度/℃图1温度对植物生长的影响（田崎忠良，1978）耐寒性作物半耐寒性作物不耐寒性作物根据作物对温度的不同要求：三、温度的生物学效应（二）作物的温周期现象自然界的温度有昼夜周期性变化，一般，作物在夜间生长比白天快，这是由于白天光合作用制造的养料积累后供给夜间细胞伸长和新细胞的形成，这种因昼夜变化影响到生长反应的情况即温周期现象。影响种子萌发、花芽分化、作物产量品质三、温度的生物学效应（三）作物的差温现象差温与温度日较差的区别•差温是指温室中白天平均温度和夜间平均温度的差值•温度日较差指环境中昼夜最高温度与最低温度的差值。•研究表明，差温影响作物的株高及叶面积、花器性别分化等性状。大多数花卉和一些蔬菜对差温反应敏感。•差温与作物株高存在正相关关系。差温升高会导致作物叶面积增大。•正差(昼温高于夜温)环境中作物雌花多于雄花，而负差环境中正好相反，雄花多于雌花。三、温度的生物学效应(四)地温对作物的影响大多数作物以根区温度17—23℃时生长旺盛，最适地温范围为15—20℃。地温对作物生长发育的影响表现在影响作物对水分和养料的吸收及块茎块根的形成等。三、温度的生物学效应(五)极端温度的危害1.低温的危害2.高温的危害第四节温室湿度环境一、湿度环境对作物的影响根据作物对水分要求的不同•旱生作物•湿生作物•中生作物湿度环境对作物生长发育的影响土壤湿度直接影响作物根系的生长和对肥料的吸收，影响作物的产量、色泽及风味等空气湿度：多数蔬菜60%-85%多数花卉60%-90%二、温室湿度环境特点•空气湿度•土壤湿度设施湿度环境特点水分蒸腾蒸发•水分来源：地面水分蒸发、作物叶面散失、棚膜表面露珠蒸发、叶面喷施农药和叶面肥。•变化规律：与温度变化相反；随土壤湿度的增大而增大；随植株的长高而增大。•特点：空气湿度大，在80-90%左右，有时达100%的饱和状态；高温季节相对较低、低温季节相对较高；夜晚湿度高，白天湿度低；晴天低、阴天高；湿度分布不均匀，由于温度分布不均匀所致。三、温室湿度环境调节与控制（一）空气湿度调节（二）土壤湿度调节第五节温室气体环境一、大气环境及其变化二、空气环境对作物的影响三、温室内空气环境四、温室空气环境调节与控制一、大气环境及其变化二、空气环境对作物的影响•CO2•O2•有害气体SO2和SO3NH3Cl2和C2H4HF三、温室内空气环境•CO2浓度三、温室内空气环境•CO2浓度•O2浓度•有害气体SO2NH3塑料制品挥发的有害气体大气污染的有害气体有害气体气体总类危害浓度（mg/L）表现症状敏感蔬菜二氧化硫三氧化硫0.2中部叶片叶脉间出棘浸状褪绿斑,严重时变白,干枯死亡茄子、番茄、菜豆、莴苣氯气0.1叶绿素分解、叶片黄化萝卜、白菜乙烯0.1中部叶片变黄，重时叶片脱落，植株矮化，侧枝生长快，易落番茄、茄子、辣椒、豌豆氨气5下部叶片叶缘先水渍状，后变褐，转白，严重时会全叶干枯黄瓜、番茄、辣椒白菜二氧化氮2中部叶片出现白斑，重时除叶脉外全叶变白，全株枯死莴苣、番茄、茄子、黄瓜、芹菜四、温室空气环境调节与控制•通风换气•CO2施肥•合理选址建设温室第六节温室土壤环境一、土壤物理性质二、土壤化学性质三、土壤生物环境四、温室中土壤环境特点五、温室土壤环境调节1.土壤质地与结构•沙土类•黏土类•壤土类一、土壤物理性质2.土壤水分3.土壤空气一、土壤物理性质二、土壤化学性质•酸碱度•有机质•矿质元素三、土壤生物环境四、温室中土壤环境特点•CO2含量高•表层盐分浓度高•土壤有机质含量高•土壤酸化•连作障碍•土壤生物环境发生变化设施土壤环境特点气体条件土壤板结土壤较疏松CO2浓度高设施土壤环境特点淋溶各种成分聚积各种成分设施土壤（聚积型）水分蒸发露地土壤（淋溶型）降雨营养条件病菌虫卵多病菌虫卵少生物条件设施土壤环境特点五、温室土壤环境调节•平衡施肥•增施有机肥•采用微灌方式•土壤消毒•轮作栽培或无土栽培TheEnd