第1页：第三章 设施的环境特性及其调控技术
第三章 设施的环境特性及其调控技术
第2页：设施的太阳辐射
第一节光环境特点及其调控一、设施的太阳辐射
- 温室内的光照来源，除利用人工光源外，主要依靠自然光源。
- 对绿色植物的吸收而言，用光量子通量密度来反映光能对植物的生理作用。
- 光环境功能的表达，不仅依赖占太阳总辐射能量50％的可见光部分，还包括分别占太阳总辐射能量43％和7％的红外线辐射和紫外线辐射。
第3页：设施内光环境特征：总辐射量低
二、设施内的光环境特征
- 首先是总辐射量低，光照强度弱温室内的光合有效辐射能量、光量和太阳辐射量受透明覆盖材料的种类、老化程度、洁净度的影响，仅为室外的50％一80％，这种现象在冬季往往成为喜光果菜类作物生产的主要限制因子。
第4页：光环境特征：波长组成差异
其次是辐射波长组成与室外有很大差异透光覆盖材料对光辐射不同波长的透过率不同，一般紫外光的透过率低。当太阳短波辐射进入设施内并被作物和土壤等吸收后，又以长波的形式向外辐射时,很少透过覆盖物，从而使整个设施内的红外光长波辐射增多，这也是设施具有保温作用的重要原因。
第5页：光环境特征：时空分布不均
第三是光照分布在时间和空间上极不均匀温室内的太阳辐射量，特别是直射光日总量，在温室的不同部位、不同方位、不同时间和季节，分布都极不均匀，尤其是高纬度地区冬季设施内光照强度弱，光照时间短，严重影响温室作物的生长发育。
第6页：散射光的透光率
三、影响设施光环境的主要因素1．散射光的透光率
- 太阳光通过大气层时，因气体分子、尘埃、水滴等发生散射并吸收后到达地表的光线称为散射光。
- 散射光是太阳辐射的重要组成部分，在温室设计和管理上要考虑充分利用散射光的问题。
第7页：直射光的透光率
2．直射光的透光率
- 依纬度、季节、时间、温室建造方位、单栋或连栋别、屋面角和覆盖材料的种类等而异。
第8页：构架率对透光的影响
(1)构架率
- 温室由透明覆盖材料和不透明的构架材料组成。温室全表面积内，直射光照射到结构骨架(或框架)材料的面积与全表面积之比。
- 构架率愈大，说明构架的遮光面积愈大，直射光透光率愈小，简易管棚(大棚)的构架率约为4％，普通钢架玻璃温室约为20％，Venlo型玻璃温室约为12％。
第9页：屋面直射光入射角的影响
(2)屋面直射光入射角的影响
- 影响太阳直射光透光率的种种因素，多是由于影响直射光入射角的大小所致。
- 透光率随入射角的增大而减少，入射角为90时透光率约83％，入射角为40或45，透光率明显减少。
- 若入射角超过60的话，反射率迅速增加，而透光率就急剧下降。
第10页：覆盖材料的光学特性
(3)覆盖材料的光学特性
- FRP板和PC板、PET板均不透过紫外线，PE膜、MMA板、PVC膜和玻璃都能透过紫外线。
- 至于可见光部分，各种覆盖材料的透光率大都在85％～92％左右，差异不显著。
- 覆盖材料使用后的污染、老化及水滴水膜的附着，使透光率大为减弱，光质也有改变。一般PVC膜易被污染，PE膜次之，玻璃污染较轻。
第11页：温室结构方位对透光的影响
(4)温室的结构方位的影响
- 温室内直射光透光率与温室结构、建筑方位、连栋数、覆盖材料、纬度、季节等有密切关系，因此必须要选择适宜的温室结构、方位、连栋数和透明覆盖材料。
- 从我国温室分布的中高纬度地区看，冬季以东西单栋温室的透过率最高，其次是东西连栋温室，南北向温室光透过率在冬季不及东西向，但到夏季，这种关系发生了逆转。南北向优于东西向。
第12页：温室建造方位的选择
(4)温室的结构方位的影响
- 因此从光透过率的角度看，东西向优于南北向，但从室内光分布状况来看，南北向较东西向均匀。
- 我国北方日光温室的实际建造方位，在黄淮地区以南偏东5°～10°为多，而气候寒冷的高纬度地区则多以南偏西朝向居多。
第13页：遮光调控
四、光环境的调控（一）光强的调控1．遮光
- 芽菜和软弱蔬菜、观叶植物、花卉、茶叶等进行设施栽培或育苗时，往往通过遮光来抑制气温、土温和叶温的上升，以改善品质。
- 保护作物的稳定生产，或者进行短日照处理，都要利用遮光来调控光照时数或光强。
- 遮光用资材分为外覆盖与内覆盖用两类，但也有在玻璃温室表面涂白进行遮光降温的。
第14页：外覆盖与内覆盖遮光比较
1．遮光
- 外覆盖的遮量降温效果好，但易受风害；内覆盖不易受风吹，但易吸热再放出，抑制升温的效果不如外覆盖的。
- 遮光目的是降温或抑制升温，遮光率愈大，抑制升温效果也越大，在内覆盖方式下，银灰色较黑色网抑制升温的效果好。
第15页：人工补光
2．人工补光
- 主要目的有两个，一是调节光周期，抑制或促进花芽分化，调节开花期和成熟期，在菊花、草莓等冬季栽培上广为应用，通常称为电照栽培，一般要求光强较低。
- 另一目的是促进光合作用，补充自然光的不足，高纬度的北方冬季夜长昼短，为促进生长，采取补光栽培，要求光强在补偿点以上。
第16页：选择适宜建棚地区
3．提高温室内光照透过率主要措施(1)选择适宜地区
- 选择冬半年光照充足地区建温室，选冬春阴雨雪天少、尘埃、烟雾等污染少的地区。
第17页：改善设施的透光率
(2)改善设施的透光率
- 选用透光性好、防尘、抗老化、无滴的透明覆盖材料，且透紫外光多，透长波红外辐射。
- 采用合理的屋角面，如我国北方日光温室南屋面角在北纬32°～34 °区域内应达到25 °～35 °。
- 温室架构选材上尽量选结构比小而强度大的轻量钢铝骨架材料，以减少遮光面。
- 注意建造方位，北方偏脊式的日光温室宜选东西向，依当地风向及温度等情况，采用南偏西或偏东5 °～10 °为宜，并保持邻栋温室之间的一定距离。大型现代温室则以南北方向为宜，因光分布均匀，并要注意温室侧面长度、连栋数等对透射光的影响。
第18页：加强设施的光照管理
(3)加强设施的光照管理
- 经常打扫，清洗，保持屋面透明覆盖材料的高透光率。
- 在保持室温适宜的前提下，设施的不透明内外覆盖物(保温幕、草苫等)尽量早揭晚盖，以延长光照时间增加透光率。
- 注意作物的合理密植，注意行向(一般南北向为好)，扩大行距，缩小株距，增加群体光透过率。
- 张挂反光幕和玻璃温室屋面涂白等增加室内光分布均匀度，夏季涂白，可防止升温等。
第19页：光照长度的调控
(二)光照长度的调控1．短日照处理
- 短日照处理采用遮光率为100％的遮光幕覆盖，如菊花遮光处理，可促进提早开花。2．长日照处理
- 长日照处理采用补光处理，如菊花电照处理可延长秋菊开花期至冬季三大节日期间开花，实现反季节栽培，增加淡季菊花供应，提高效益。
第20页：光质的调控
(三)光质的调控
- 覆盖材料光波透过率中重要波长域是紫外线，紫茄子温室栽培若无紫外线就着色不好，月季花的着色与紫外线也有关系。
- 同时温室草莓、甜瓜栽培放蜂传粉的话，用除去紫外线的薄膜覆盖会影响蜜蜂传粉，但能抑制蚜虫的发生，并促进茎叶的伸长。
第21页：设施内的二氧化碳环境
第二节二氧化碳环境及其调控一、设施内的二氧化碳环境
- 以塑料薄膜、玻璃等覆盖的保护设施处于相对封闭状态，内部二氧化碳浓度日变化幅度远远高于外界。
- 早晨揭苫最高(超过1000 )，揭苫后约2h开始低于外界，通风前降至最低值，通风后浓度有所上升，但一直低于外界，16：00以后二氧化碳浓度开始回升。
第22页：二氧化碳与光合作用
二、二氧化碳浓度与作物光合作用
- 二氧化碳是绿色植物光合作用的原料，其浓度高低直接影响光合速率。
- 各种作物对二氧化碳的吸收存在补偿点和饱和点。
第23页：二氧化碳施肥技术
三、二氧化碳施肥技术
- 二氧化碳施肥技术效果十分显著，平均增产20％～30％，并能促进开花，增加果数和果重，提高品质。
- 叶菜和萝卜等根菜类的增产效果大。
- 鲜切花施二氧化碳可增加花数，促进开花，增加和增粗侧枝，提高花的质量。
第24页：二氧化碳施肥浓度
(一)二氧化碳施肥浓度
- 通常，800—1500作为多数作物的推荐施肥浓度，具体依作物种类、生育时期、光照及温度等条件而定，如晴天和春秋季节光照强时施肥浓度宜高，阴天和冬季低温弱光季节施肥浓度宜低。
第25页：二氧化碳施肥时间
(二)二氧化碳施肥时间
- 从理论上讲，二氧化碳施肥应在作物一生中光合作用最旺盛的时期和一日中光照条件最好的时间进行。
- 一天中，二氧化碳施肥时间应从日出或日出后0．5—1h开始，通风换气之前结束。严寒季节或阴天不通风时，可到中午停止施肥。
- 苗期施肥应及早进行。
- 定植后的二氧化碳施肥时间取决于作物种类、栽培季节、设施状况和肥源类型。
- 果莱类定植后到开花前一般不施肥，待开花坐果后开始施肥，主要是防止营养生长过旺和植株徒长；叶菜类则在定植后立即施肥。
第26页：二氧化碳施肥与光照调节
(三)二氧化碳施肥过程中的环境调节1．光照
- 二氧化碳施肥可以提高光能利用率，弥补弱光的损失。通常，强光下增加二氧化碳浓度对提高作物的光合速率更有利，因此，二氧化碳施肥的同时应注意改善群体受光条件。
第27页：二氧化碳施肥与温度调节
2．温度
- 光强为非限制性因子时，增加二氧化碳浓度提高光合作用的程度与温度有关。
- 高二氧化碳浓度下的光合适温升高，在二氧化碳施肥的同时提高管理温度是必要的。
- 将二氧化碳施肥条件下的通风温度提高，同时将夜温降低，加大昼夜温差，保证植株生长健壮，防止徒长。
第28页：二氧化碳施肥与肥水管理
3．肥水
- 二氧化碳施肥促进作物生长发育，增加对水分、矿质营养的需求。
- 在二氧化碳施肥的同时，必须增加水分和营养的供给，满足作物生理代谢需要，注意避免肥水过大造成徒长。
- 应当重视氮肥的施用，增施氮肥利于改善叶片的光合功能。
第29页：液态二氧化碳肥源
(四)二氧化碳肥源1．液态二氧化碳
- 液态二氧化碳主要来源有酿造工业、化工工业副产品、空气分离、地贮二氧化碳。
第30页：燃料燃烧法
2．燃料燃烧
- 二氧化碳发生机容积较小，适于温室内使用，以天然气、煤油、丙烷、液化石油气为燃料或专门燃烧煤球(砖)、木炭等。
- 在释放二氧化碳的同时可产生一定热量，利于提高设施内温度。
- 缺点是气热分布不均匀，有时因不完全燃烧产生有害气体。
第31页：二氧化碳颗粒气肥
3．二氧化碳颗粒气肥
- 以碳酸钙为基料、有机酸作调理剂、无机酸作载体，在高温高压下挤压而成，施人土壤后在理化、生化等综合作用下可缓慢释放二氧化碳。
- 使用方便、安全，但对贮藏条件要求极其严格，释放二氧化碳的速度受温度、水分的影响，难以人为控制。
第32页：化学反应法
4．化学反应
- 利用强酸(硫酸、盐酸)与碳酸盐(碳酸钙、碳酸铵、碳酸氢铵)反应产生二氧化碳。
- 硫酸—碳酸氢铵反应法是应用最多的一种类型。
- 简易方法：在设施内部分点放置塑料桶等容器，人工加入硫酸和碳酸氢铵后产气，此法费工、费料，操作不便，可控性差，易挥发出氨气危害作物。
第33页：通风换气补充二氧化碳
(五)其他提高设施二氧化碳浓度的方法1．通风换气
- 强制或自然通风可迅速补充设施二氧化碳
- 此法简单易行，但二氧化碳浓度的升高有限
- 作物旺盛生长期仅靠自然通风不能解决二氧化碳亏缺问题
- 寒冷季节通风较少，使本法难以应用
第34页：增加土壤有机质
2．增加土壤有机质
- 提供作物生长必需的营养物质，改善土壤理化性状，
- 释放大量二氧化碳
- 释放二氧化碳的持续时间短，产气速度受外界环境和微生物活动影响较大，不易调控
- 未腐熟厩肥在分解过程中还可能产生氨气、二氧化硫、二氧化氮等有害气体
第35页：生物生态法
3．生物生态法
- 将作物和食用菌间套作，在菌料发酵、食用菌呼吸过程中释放出二氧化碳
- 大棚、温室内发展种养一体，利用畜禽新陈代谢产生的二氧化碳
第36页：温室气温的季节变化
第三节温度环境及其调控一、温室的温度环境特点(一)温室温度变化特征1．气温的季节变化
- 在北方地区，保护设施内存在着明显的四季变化。
- 日光温室内冬季天数可比露地缩短3—5个月，夏天可延长2～3个月，春秋季也可延长20～30d，可四季生产喜温果菜。
第37页：大棚气温的季节变化
1．气温的季节变化
- 大棚冬季只比露地缩短50d左右，春秋比露地只增加20d左右。
- 果菜只能进行春提前、秋延后栽培，在多重覆盖下，有可能进行冬春季果菜生产。
第38页：温室气温的日变化
2．气温的日变化
- 春季最高与最低气温出现的时间略迟于露地，但室内日温差要显著大于露地。
- 日辐射量大的3月19日要比日辐射量小的12月15日气温上升幅度大，即日温差大。
- 节能型日光温室，冬季日温差高达15～30C，不加温或基本不加温下能生产出黄瓜等喜温果菜。
第39页：设施内逆温现象
3．设施内“逆温”现象
- 在无多重覆盖的塑料拱棚或玻璃温室中，日落后的降温速度往往比露地快，如再遇冷空气入侵，特别是有较大北风后的第一个晴朗微风夜晚，温室大棚夜晚通过覆盖物向外辐射放热更剧烈。室内因覆盖物阻挡得不到热量补充，常常出现室内气温反而低于室外气温1—2℃的逆温现象。
- 一般出现在凌晨，10月至翌年3月都有可能出现，尤以春季逆温的危害最大。
第40页：温室的热平衡原理
(二)温室的热平衡原理
- 热量来源：
- 太阳辐射能
- 人工加热量
- 热量支出：
- 地面、覆盖物、作物表面有效辐射失热
- 以对流方式，温室内土壤表面与空气之间、空气与覆盖物之间热量交换，并通过覆盖物表面失热
- 温室内土壤覆盖表面蒸发、作物蒸腾、覆盖物表面蒸发，以潜热形式失热
- 通过排气将显热和潜热排出
- 土壤传导失热
第41页：多层覆盖保温
三、保温与加温(一)保温措施1．采用多层覆盖，减少贯流放热量
- 多层覆盖是最有效、实用、经济的方法。
- 长江流域一带塑料温室(大棚)近年推广大棚加中棚加小棚，再加地膜和小拱棚外面覆盖一层幕帘或厚无纺布。
- 北方日光温室采用外覆盖保温被、草希等方式，使保温性显著提高，在北方可以基本不加温在深冬生产出喜温果菜。
第42页：增大温室透光率
增大温室透光率
第43页：增大保温比
3．增大保温比
- 保温比是指土地面积与保护设施覆盖及围护材料表面积之比。
- 保护设施越大，保温比越小，保温越差；反之保温比越大，保温越好。
- 日光温室的高度对保温比的影响较小，在一定范围内，适当增加日光温室的高度，反而有利于调整屋面角度，改善透光，增加室内太阳辐射，起到增温的作用。
第44页：设置防寒沟
4．设置防寒沟，防止地中热量横向流出
- 通常防寒沟宽30cm，深50cm，沟内填充稻壳、蒿草等导热率低的材料
- 设置在日光温室周围，以切断室内土壤与外界的联系，减少地中热量横向散出
- 可使温室内5cm地温提高4℃左右
第45页：加温技术
(二)加温技术
- 加温技术是现代温室园艺最基本的环控技术
- 投人的设备费和运营费用大
- 加温方式包括热风采暖、热水采暖、电热采暖和火炉采暖
第46页：遮阳降温
四、降温技术（一）遮阳降温
- 外遮阳：遮光60％左右时，室温可降低4～612，降温效果显著。
- 内遮阳：室内在顶部通风条件下张挂遮阳保温幕，夏季内遮阳降温，冬季则有保温之效。
- 此外还有屋顶涂白遮光降温等。
第47页：屋顶喷淋降温
(二)屋顶喷淋降温
- 玻璃温室屋脊设置喷淋装置，水分通过管道小孔喷于屋面，既减少透光率，又能吸收投射到屋面的太阳辐射热能，一般可使室温下降3°－4°。
- 此法成本低，方法简便，但易生藻类，要清除屋面水垢污染，硬水区水质要经软化处理后再使用为宜。
第48页：湿帘排气降温
(三)蒸发冷却法1．湿帘排气法
- 温室北墙设置湿帘, 南侧墙安装轴流风扇,风扇将室内空气强制抽出，形成负压，同时水泵启动，通过给水槽将水淋在湿帘垫上。
- 室外空气通过多孔湿帘表面空气中大量显热变为潜热，可使室内温度降低到湿球温度。
- 空气越干燥，温度越高，湿帘降温效果越大。
第49页：细雾喷散降温
2．细雾喷散法
- 喷雾要求细雾雾滴大小在50pm以下，对蒸发冷却才有效。
- 喷雾一定要在换气扇打开中进行，以达到及时排气的目的。
第50页：通风换气降温
(四)通风换气降温
- 通风包括自然通风和强制通风(启动排风扇排气)。
- 在室外气温超过30°时，单纯的自然通风或强制通风是满足不了生产要求的。
