设施的环境特点及调节控制_2

濮阳县职业技术学校设施栽培的环境特点及调节控制技术濮阳县职业技术学校周始杰2014.12.5濮阳县职业技术学校什么是环境：定义：指生物有机体生活空间的外界自然条件的总合,不仅包括对其有影响的非生物环境，而且还包括生物有机体彼此的影响有作用自然环境太阳大气圈对流层（厚度为11km的大气层）水圈岩石圈和土壤圈生物圈人工环境广义：包括所有的作物栽培、家畜家禽的饲养驯化、人工森林、草地以及一些人工的保护区等狭义：是指人工控制下的动植物的环境（温室环境是狭义的人工环境）濮阳县职业技术学校环境控制技术的发展现状：•目前国外设施栽培技术比较先进的国家有：西欧的荷兰、法国、英国、意大利、西班牙，北美的美国、加拿大，非洲和中东的以色列、土耳其，亚洲和大洋洲的日本、韩国、澳大利亚等。•这些国家由于政府重视设施栽培的发展，在资金和政策上都给予了大力支持，因此现代设施栽培的研究起步早，发展快，综合环境控制技术水平高。总的来说，设施分布情况是：西北欧国家由于常年天气较冷，夏季短，故以建造玻璃设施为主；其它地区及南欧塑料设施的比重较大。•国外几个设施栽培综合环境控制技术最先进的国家，由于其地理位置、自然环境和经济基础不同，其发展的侧重点也不同•日本的农产品以生产水稻为主。塑料大棚和其它设施在日本得到普遍的应用。被称为“第四高技术农业”的植物工厂，已在日本普及。开发了采用微机和专用设施栽培控制机组成的网络系统，该网络可将多台计算机控制系统集中管理濮阳县职业技术学校濮阳县职业技术学校•美国有着发达的设施栽培技术，农业设施造商有100多家，其综合环境控制技术水平非常高。•如“生物圈2号”就是一种特殊的保护设施，它是相对于我们居住的被称为“生物圈1号”的地球而言的，主要是研究将来人在宇宙空间和其它星球，如何维持生活，进行生产和工作。经过4年的研究，发现尽管出现不少问题，但“生物圈2号”内作物的产量比常规种植高16倍，“生物圈3号”和“生物圈4号”将分别建在南极和北极，而“生物圈5号”将发射到月球。•以色列在设施栽培综合环境控制技术中，对透光和降温的要求不高，而对灌溉系统要求很高，其灌溉技术特别是滴灌技术和设备发展很快，处于世界先进水平•荷兰建造了大量的现代农业设施荷兰由于温度变化很小，故降温、通风问题考虑很少，而采光问题考虑得较多，因此主要是玻璃设施濮阳县职业技术学校濮阳县职业技术学校濮阳县职业技术学校我国设施栽培综合环境控制技术的现状：•总体上说，我国目前设施栽培综合环境控制技术水平低，调控能力差，并且以单个环境因子的调控设备为主，带有综合环境自动控制的高科技温室主要靠从国外引进。设施环境特点及调控：在外界环境条件不适时，能够人为地调控设施内的栽培环境，使其满足蔬菜生长发育需要。濮阳县职业技术学校设施的环境特点及调节控制湿度土壤温度气体退出本节濮阳县职业技术学校温室环境因素环境调控技术土壤温度温度加温、保温、可再生能源利用空气温度空气湿度通风、降温CO2环境---------------CO2施肥光照---------------光照调控根圈环境(水份、养分)---------灌溉与施肥濮阳县职业技术学校一、光照（一）设施光照环境特点（二）设施光照环境调控濮阳县职业技术学校（一）设施光照环境特点光照度光照时数光质南北延长大棚光照分布西东下午上午123光是设施环境中的主要因子。光照条件好坏直接影响光合作用的强弱。光照是设施的主要热源，光照条件好，设施温度才能提高。设施内自然利用率只有外界环境的40~60%。主要因为建筑覆盖材料反光，骨架材料遮光。另一方面，受山墙、后坡、防寒覆盖物（草苫子或棉被）、高棵作物和入射光角度的影响，光照强度在空间上分布不均匀。日光温室内形成东西山墙及后墙内侧的弱光区。濮阳县职业技术学校光照度光照时数光质（一）设施光照环境特点东西延长棚光照分布北南123濮阳县职业技术学校日光温室光照分布光照度光照时数光质（一）设施光照环境特点123濮阳县职业技术学校光照度光照时数草苫光质（一）设施光照环境特点设施内光照时数随着纬度，季节、天气变化而改变，如果设计方位不合理，或者冬季覆盖草苫保温防寒，都会人为地缩短光照时数。另外人工补光措施，可以增加光照时数，满足蔬菜对光周期的需要。濮阳县职业技术学校光照时数光质紫外线减少光照度（一）设施光照环境特点设施栽培中，由于透明覆盖材料的光学特性，促使进入设施内的光质发生变化。例如：玻璃能阻隔紫外线透过，利用玻璃温室培育番茄幼苗，易发生徒长现象；紫色薄膜能够透过更多的红外线，较无色棚膜温度增加3℃左右。濮阳县职业技术学校（二）设施光照环境的调节控制设计布局选择材料栽培管理遮光后屋面前屋面前屋面采光角后屋面仰角设计合理的前屋面采光角和后屋面仰角设计布局设施规模建筑时，要考虑设施合理搭配，间距适宜，有利于采光，防止遮阳。濮阳县职业技术学校（二）设施光照环境的调节控制合理间距设计布局选择材料栽培管理遮光设计布局东西延长温室、大棚前后间距可以参考下面公式计算。L=h×cotH0L—东西延长温室、大棚前面设施最高点到地面投影处与后面设施间距h—前面设施最高点高度H0—冬至时当地中午的太阳高度角高纬度地区L是h的2~2.5倍。濮阳县职业技术学校（二）设施光照环境的调节控制设计布局选择材料栽培管理遮光12选择适宜的建筑材料设施使用材料可归纳三类：墙体材料，骨架材料，覆盖材料。材料选择的原则是：坚固耐用，采光保温有利，成本低和取材方便等。例如：选用钢架结构设施，比竹木结构设施承重强度高，遮阴面积小；濮阳县职业技术学校（二）设施光照环境的调节控制选择材料优质棚膜12设计布局栽培管理遮光选用多功能复合膜，比普通棚膜耐老化，透光率提高。濮阳县职业技术学校（二）设施光照环境的调节控制选择材料栽培管理薄膜清洁更换棚膜设计布局遮光1234567保持薄膜清洁，每年更换新膜；濮阳县职业技术学校（二）设施光照环境的调节控制早揭苫晚盖苫选择材料栽培管理设计布局遮光1234567在保证室内温度的情况下，早揭晚盖草苫，尽量延长光照时间，濮阳县职业技术学校（二）设施光照环境的调节控制阴天揭苫选择材料栽培管理设计布局遮光1234567遇阴天、下雪天，也要揭草苫子，争取见散射光；濮阳县职业技术学校（二）设施光照环境的调节控制反光幕选择材料栽培管理设计布局遮光1234567日光温室后墙涂白或张挂反光幕，覆盖地膜，利用反射光改善温室后部植株的光照条件；濮阳县职业技术学校（二）设施光照环境的调节控制普通株行距改进后株行距选择材料栽培管理设计布局遮光1234567采用扩大行距，缩小株距的定植方式，改善行间的透光率；濮阳县职业技术学校（二）设施光照环境的调节控制选择材料栽培管理设计布局遮光及时整枝吊蔓1234567及时吊绳、整枝，改善植株的受光状态。濮阳县职业技术学校（二）设施光照环境的调节控制人工补光选择材料栽培管理设计布局遮光1234567LED的应用濮阳县职业技术学校栽培管理遮光遮阳网无纺布竹帘选择材料设计布局（二）设施光照环境的调节控制果菜类蔬菜嫁接育苗时，或者蔬菜软化栽培时，需要遮光，炎热夏季果菜类蔬菜也可以进行遮光栽培。遮光可以采用覆盖遮阳网，棚面抹泥等方法。将太阳能光伏发电系统与LED光源、密闭式植物工厂相结合，太阳能为植物工厂的节能光源与环境控制系统提供能源，实现植物的节能高效生产。直流负载太阳能电池组件阵列太阳能光伏发电+节能光源LED+植物工厂该系统的原理植物工厂光源系统结构图实验系统的结构StructureoftheExperimentSystem实验系统的平面布局LayoutoftheExperimentSystem濮阳县职业技术学校二、温度（一）设施温度环境特点（二）设施温度环境的调节控制温度环境的调节温室内热收支平衡原理：温室内蓄热等于进入温室内的热量减去散失的热量。当进入的热量大于散失的热量时，室内蓄积热量而升温。当进入的热量小于散失的热量时，室内失热而降温。当进入的热量等于散失的热量时，室内热量收支达到平衡，此时温度不发生变化。影响室内热收支的因素：进入室内的太阳总辐射和人工加温，散失的热量（辐射放热、换气放热和墙壁传导放热），温室内积蓄的热量，潜热交换以及蔬菜光合作用、呼吸作用的能量转换等。设施环境特点及调控（一）设施温度环境特点濮阳县职业技术学校（一）设施温度环境特点气温地温濮阳县职业技术学校气温相关因素日变化空间分布逆温现象℃℃室外室内℃℃室外室内温室效应在没有人工加温的情况下，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环境气温的一种能力。温室效应是由两个原因引起的，一是塑料薄膜等透明覆盖物能让短波辐射透进设施内，又能阻止设施内长波辐射透出设施而失散于大气之中。二是，设施为半封闭空间，设施内外空气交换微弱，从而使蓄积热量不易失散。（一）设施温度环境特点濮阳县职业技术学校06121824（时）气温30℃12℃气温日变化走向相关因素日变化空间分布逆温现象气温日变化：在早春晚秋及冬季的日光温室中，晴天最低气温出现在早晨揭草苫后半小时左右。此后温度则开始上升，每小时平均升温5~6℃，到13~14时，温度达到最高值。以后温度开始下降，14~16时，平均每小时降温4~5℃，盖草苫后下降缓慢，从16时到翌日8时前，大约降温5~7℃。阴天室内昼夜温差很小，只有3~5℃。季节变化：在高纬度的北方地区，设施内的气温，受外界气温的影响，存在着明显的四季变化。（一）设施温度环境特点濮阳县职业技术学校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相关因素日变化空间分布逆温现象气温气温的分布不均匀。日光温室白天，上部温度高于下部温度，中部温度高于四周，夜间北侧的温度高于南侧。在寒冷季节，无外面保温覆盖时，靠近透明覆盖物内表层的温度较低。设施面积赿小，低温区域所占的比例赿大，温度分布赿不均匀。（一）设施温度环境特点濮阳县职业技术学校微风温度低于外界相关因素日变化空间分布逆温现象气温（一）设施温度环境特点濮阳县职业技术学校地温变化季节变化：最低地温的月份是在12月的上中旬。但是直到2月的下旬，地温上升缓慢，3月上旬地温迅速升高，到5月下旬地表温度可升高到25℃左右。日变化：气温升高时，土壤从空气中吸收热量地温升高，当气温下降时土壤则向空气中放热保持气温。低温期提高地温，能够弥补气温偏低的不足。一般地温升高1℃对蔬菜生长的促进作用，相当于提高2~3℃气温的效果。水平温度分布晴天的白天，在温室内南北方向上，中部地温最高，向南向北均递减；夜间后屋面下地温最高，向南递减。东西方向上差异不大。塑料大棚的地温，中部均高于四周。温室四周的地温低于中部的地温，地表面的温度变化大，随着土壤深度的增加，地温的变化赿来赿小。垂直分布晴天白天上层土壤温度高，下层土壤温度低；夜间以10cm深处最高，向上向下均递减；阴天，下层土温比上层高。热岛效应地温（一）设施温度环境特点濮阳县职业技术学校332211.室内土温12℃以上2.冻土层3.热交换地温变化热岛效应地温（一）设施温度环境特点濮阳县职业技术学校（二）设施温度环境的调节控制保温主要是减少设施内的热量支出，使进入室内的热量得以保存下来。有以下几个方面：注重工程质量，尽量避免缝隙散热；选择导热率小的建材及覆盖材料，以减少传导散热；前底角外设置防寒沟，选用草苫纸被等作防寒覆盖材料；多层覆盖，以减少辐射放热和对流放热。保温措施降温措施通风原则防寒土地膜小拱棚二层幕夹心墙纸被草苫苯板木板炉渣预制板棚膜防寒沟加温措施增温措施濮阳县职业技术学校（二）设施温度环境的调节控制正确选择建造场地和注意选材，以增加太阳总辐射能的透过率，增加能量的来源，合理的设计日光温室的规格和角度。避免土壤过湿，可以减少土壤水分蒸发和作物蒸腾的热能消耗，有利于白天的蓄热和夜间增温。采用异质复合材料建筑后墙及后坡，白天大量蓄热，夜间放热增温。保温措施降温措施通风原则防寒土地膜小拱棚二层幕夹心墙纸被草苫苯板木板炉渣预制板棚膜防寒沟加温措施增温措施濮阳县职业技术学校（二）设施温度环境的调节控制可以采用临