设施园艺学_第四章_园艺设施的环境特征及其调节控制.ppt

第四章 园艺设施的环境特征及其调节控制 Environment Characteristics and Adjust Control of Horticultural Facilities,设施园艺学 Protected Horticulture,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,可见光（390760nm）占50% 紫外线（290390nm）占1%2% 红外线（760nm）占48%49%,辐射能通量密度W/m2 KJ/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 = I/I0100%,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(z)和对散射光透光率（s） =zM+(1-M)s M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，s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，s由下列因子决定 :,s =so（1-r1）（1-r2）（1-r3）,so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（z）,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,z =x（1-r1）（1-r2）（1-r3）,x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s和z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,3、园艺设施结构与透光率关系,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,从透光率看,从透光率看,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,从结构中骨架材料遮荫角度,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,从结构中骨架材料遮荫角度,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,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,（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, 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）。 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（24003000）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 Incandescent lamp 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。,Fluorescent lamp,金属卤化物灯,光效高，光色好，功率大，是目前高强度人工补光的主要光源。缺点是寿命短。,Metal halide lam