农业设施环境控制培训课件.ppt

1 农业设施环境控制 华中农业大学工学院 勤读力耕立己达人 2 第一章绪论 农业设施环境控制的任务 1 研究生物体与各环境因素相互作用规律 环境设施对环境的作用 2 开发和应用经济有效的环境调控工程技术与设施 以有效控制环境 创造优于自然环境的条件 避免外界自然环境条件的不利影响 提高农业生物产品生产的效率 3 1 定义设施农业是外来语词汇 就是利用农业工程手段 通过现代设施实现的部分人工控制环境的种植业和养殖业 一 设施农业 facility agriculture 概述 一 设施农业的基本概念 设施农业有设施种植与设施养殖二大部分 4 设施农业是通过采用现代农业工程技术 改变自然环境 为动植物生产提供相对可控制甚至最适宜的温度 湿度 光照 水肥等环境条件 在一定程度上摆脱对自然环境的依赖进行有效生产的农业 具有高投入 高技术含量 高品质 高产量 高效益的特点 是最有活力的农业新产业 详细地说也就是 5 2 设施农业内涵设施农业是综合集成农业生物技术 农业机械与建筑工程技术 环境控制技术 信息技术和管理技术等多领域科学技术进行集约化的种植业和养殖业生产的新型农业生产方式 是现代农业的重要组成部分 是农业先进生产力的典型代表 6 3 农业生物环境工程的概念 1 农业生产技术的改进方式 制约农业生产的自然因素可概括为遗传与环境两个方面 遗传决定着农业生产的潜势环境决定着这种潜势在多大程度上兑现的问题 构成农业生物的环境因子是温度 湿度 光照 气体组分 离子种类与浓度 辐射 磁场等多种因子组成 7 农业生产技术的改进 主要沿着两个方向在进行 一是创造出适合环境条件的作物品种及其栽培技术 二是创造出使作物本身特性得以充分发挥的环境 设施农业 就是实现后一目标的有效途径 8 环境是指围绕着生物体周围的所有事物 而农业生物环境工程科学所关注的主要是那些对农业生物的生长发育和产品转化具有直接作用的环境因素 一般可分为物理环境 化学环境和生物环境等方面 物理环境包括生物周围的温度 光照和热辐射 空气和水的运动状态等 其中由空气温度 湿度 热辐射 空气与水的流动等因素所构成的环境称为热环境 2 农业生物环境工程的概念 9 化学环境主要是指生物周围空气 土壤和水中的化学物质成分组成 主要包括农业生物正常生长发育所必需的O2 对于动 植物 和CO2 对于植物 等成分 以及对农业生物生长发育有害的CO H2S SO2 NH3等成分 以及土壤或水中的各种化学物质组成的情况 生物环境是指生物个体以外的其他所有生物 包括空气 土壤 水中的微生物 生物体内及体外的寄生物 以及周围的其他同类群体等 其中由同类生物之间的关系构成所谓的群体环境 或称之生物的社会环境 10 空气温度土壤温度空气湿度热环境 本课程的重点 物理环境热辐射气流光照水份环境空气成份 O2 CO2 H2S SO2 NH3 化学环境根圈物质 各种肥份 有害物质成份同类生物群体 生物的社会环境 生物环境空气 土壤与水中的微生物其他生物 11 各类农业建筑 其作用是利用具有一定保温隔热效果 限制水 气自由移动的围护结构 为农业动 植物生长发育提供一个与外界自然环境相对隔离的空间 以有效减弱外界不利环境条件对动 植物的直接作用 能够对环境因子进行调控的各种设备 如采暖设备 通风与降温设备 光照设备 温室中的CO2和果蔬贮藏库中的气体成分调节设备 水产养殖中的增氧机等 环境自动监测与控制系统 为了对农业建筑与环境调控设备进行有效管理和运行 必须在外界条件不断变化的情况下 根据动 植物在不同生育阶段 不同时间对环境条件的要求 利用环境自动监控系统对设施内环境进行实时监测 通过控制各种环境设备的运行进行及时调控 3 农业工程中主要的环境控制设施 12 温室效应 塑料薄膜对太阳的短波辐射基本上是透明的 削弱的很少 而大棚内地面增温后又以长波辐射的形式向外辐射热量 塑料大棚阻碍长波辐射 因此 大棚内热量不易散失 产生温度累集 提高大棚内的温度 13 4 设施农业的特点设施农业又被称为可控农业 近10多年来 随着农业环境工程技术的突破 设施农业已由早期的地膜覆盖栽培 园艺作物温室栽培和无土栽培向由高新科技成果支持的工厂化种植和工厂化农业车间生产迅速发展 使作物的生长速度加快 生长周期缩短 产量增加 质量提高 其效率和效益比传统农业要提高几倍甚至几十倍 由于先进的设施农业是现代生物技术和工程技术的集成 科技含量高 已成为当今世界各国大力发展的高新技术产业 14 环境相对可控 适宜进行反季节 周年生产 单位土地产出率高 产量一般为露地生产的5 10倍 甚至数十倍 植物工厂 技术与劳动密集型产业 人均管理面积我国为1000m2左右 发达国家为4000 5000m2 现代技术高度集成 设施工程 生物技术 微电子技术 环境控制技术等综合应用 的产业 高投入 高技术 高产出投入 连栋温室300 700元 m2 日光温室20 100元 m2 拱棚10 50元 m2 产出 黄瓜 西红柿20 60kg m2 15 二 设施农业的地位 发展设施农业是保障农产品供应 提高人民生活水平的需要我国通过设施生产蔬菜 只用20 的菜田面积 提供了40 的蔬菜产量和60 的蔬菜产值 设施养殖业为农民就业和增收发挥了重要作用 我国畜牧业占农业总产值的比重仅为33 6 发达国家大都在50 以上 高的达80 16 2 发展设施农业是调整农业产业结构 增加农民收入的需要 设施园艺产业可以比露地园艺产业的产值提高10倍以上 比大田作物产值提高25倍以上 因此 设施园艺生产经营者可在较小的土地上生产高效益产品 使人均占有耕地面积较少的我国农民得以获得较高收益 为我国农业产业结构调整提供了重要途径 3 发展设施农业是实现资源高效利用 保障食品安全的需要 发展设施种植业可以实现各种自然资源的充分高效利用 显著提高水土光热资源利用率 有效提高农产品竞争力和综合生产效益 17 4 发展设施农业是发挥我国农业比较优势 参与国际竞争的需要劳动力需求较多的园艺产品和畜禽产品是我国在国际市场最有可能形成竞争力的农产品 大力发展设施农业是我国加入WTO以后参与农产品国际竞争最有效的途径之一 5 大力发展设施农业 对于保障城乡人民生活 促进农业生产发展 增加农民收入 解决 三农 问题 建设现代农业和建设社会主义新农村具有直接和重要意义 18 二 农业建筑的类型和基本组成 1 房屋建筑基本概念 按照使用功能不同 可分为 民用建筑 工业建筑与农业建筑 房屋建筑是人们为了生产和生活的需要 利用物质技术手段和建筑科学 艺术的一些规律 构成和塑造的使用空间及其实体 19 影响农业建筑物的因素 外力的影响 各种载荷 恒载 动载 自然气候的影响 温度 湿度 日照 风雨雪霜等 其他因素的影响 生物生产过程中还会有 发热 水汽 有害气体 废弃物 噪音 振动 20 2 农业生产建筑的基本类型 1 动物生产建筑动物生产建筑是农业生产建筑的重要组成部分 包括饲养鸡 猪 牛 羊 兔 鸭 皮毛兽等禽畜建筑 鱼 虾 鳖等养殖建筑 21 2 植物栽培建筑 它主要包括温室 大棚 中小拱棚 人工气候室 组培扩繁室 食用菌生产间 工厂化育苗室等 它们通常采用玻璃 塑料 聚酯等透明覆盖材料 以透进较多的阳光 提高室内温度 达到春提前 秋延后或周年均衡种植的目的 22 3 农产品贮藏保鲜及其他库房建筑 它包括 果蔬贮藏库 种子库 粮库 饲料库 青饲料贮藏库 畜禽水产品贮藏库 农业机具库等 23 4 农副产品加工建筑 农产品就地贮藏 加工 增值是农民离土不离乡 脱贫致富的支柱产业之一 农副产品加工建筑包括 畜禽肉 皮 毛 羽毛 谷物 粮油 水产 乳品加工 种子 饲料 果蔬等加工所需要的厂房建筑 24 1 温室效应 能让绝大部分短波辐射进入而阻止绝大部分长波辐射透出以蓄热升温的特点 称为 温室效应 能产生温室效应的建筑 称为 温室 辐射使温室升温的贡献约占28 而密闭性使温室蓄热保温的贡献约占72 即3分加热 7分保温 3 农业设施的基本类型 温室 Greenhouse 25 2 温室的分类 a 按用途分可分为 生产温室 科研温室 观赏温室与庭院温室等 科研温室 26 b 按室内的环境温度分 高温温室 冬季温度保持在18 33 间 主要用于喜温植物 如热带植物 中温温室 冬季一般保持在15 25 间 适于种植茄果类等作物 低温温室 冬季一般保持在5 18 间 主要用于种植叶菜类植物 冷室 冬季一般保持在 0一5 间 一般仅用于贮存暖温带及盆栽植物越冬之用 27 c 按覆盖材料分 可分为 玻璃温室 硬质塑料或聚酯板温室 塑料薄膜温室 又称塑料大棚等 28 4 按建筑分结构形式 可分为单坡面温室 双坡面温室 连栋温室 拱型温室塑料大棚等 i 单坡面温室 29 三 温室环境因子控制设施与设备 每一种作物在其生育过程中都存在有最低 最高和最适宜的温度界限 在温室栽培中 按作物生理活动随生育阶段与昼夜间的不断转移而采用相应的适温管理 称为变温管理 一 温室采暖 保温设施与设备 30 1 生育阶段的变温管理在生育前期 偏高温度有助长叶面积的扩展 叶面积扩展速度越快 物质再生产也就越旺盛 生育中后期 叶面积指数已达相当程度 采用适当的偏低温度 可增加净光合产物的积累和贮藏 2 昼夜间的变温管理在适温范围内 温度愈高 光合强度与呼吸强度都相应增高 作物的物质生产量 原则上是由光合作用形成的物质总量与呼吸消耗的物质总量的差额决定的 31 3 采暖与保温 一般有热水采暖 热风采暖和电热采暖几种采暖方式 再好的采暖也需要良好的保温 因此温室一般会采用各种保温方式 加温技术 热风加温 安装热风炉 热水加温 锅炉加热 地下热水 工厂废弃热水 太阳能加温 保温 32 二 温室通风换气 降温设施与设施 1 自然通风换气利用温室内外温差造成内外空气压差的换气 称为热压换气 利用风力作用造成内外压差的换气 称为风压换气 热压换气与风压换气统称为自然换气 33 2 强制换气 温室安置风机后进行强制换气 34 3 湿帘风机降温由湿帘 风机组成的降温系统是一项经济有效的降温技术 湿帘风机安装在密闭房舍的两端相对的墙上 可将室内温度降到室外温度以下 而设备安装与运行费仅为空调机组制冷降温的十分之一 35 三 温室的光照与光能应用 36 温室的发展趋势 当前国际上温室植物生产有三个明显的发展趋势 即大型化 现代化和工厂化 1 温室的大型化由于有室内温度稳定 日温差较小 便于机械化操作 造价低等优点 温室建筑有向大型化 超大型化发展的趋势 小则一幢一公顷 大则一幢几公顷以上 但是大型温室常有日照较差 空气流通不畅等缺点 37 2 温室的现代化 温室结构标准化根据当地的自然条件 栽培制度 资源情况等因素 设计适合当地条件 能充分利用太阳辐射能的一种至数种标准型温室 构件由工厂进行专业化配套生产 38 温室环境调节自动化根据植物种类在一天中不同时间或不同条件下的温度 湿度及光照的要求 定时 定量地进行调节 保证职务有最适合的生长发育条件 现在世界上发达国家的温室植物生产 温室内环境的调节与控制已经由一般的机械化发展为由计算机控制 做到及时精确管理 创造更稳定 更理想的栽培环境 39 栽培管理机械化灌溉 施肥 中耕及运输作业等 都应用机械化操作 栽培技术科学化首先充分了解和掌握植物在不同季节 不同发育阶段 不同气候条件下 对各种生态因子的要求 制定一整套具体指标 一切均按栽培生理指标进行栽培管理 温度 光照 水分 养分及co2的补充等措施都根据测定的数据进行科学管理 40 3 植物生产工厂化1964年在维也纳建成了世界上第一个以种植花卉为主的绿色工厂 这条 植物工业化连续生产线 采用三维式的光照系统 用营养液栽培 室内的温度 湿度 水分和co2的补充均自动监测和控制 使花卉生产的单位面积产量比露地提高10倍 而且大大缩短了生产周期 但是这种绿色工厂全用人工光照 耗能很大 被称为第二代人工气候室 后来进行了改进 采用自然光照系统 被称为第三代人工气候室 41 四 果蔬贮藏保鲜建筑与环境工程 一 储藏保鲜的目的 果蔬生产季节性强 储藏保鲜有利于平衡供应 错开收获高峰期 避免价格过低现象 新鲜果蔬容易腐烂 变质 必须根据果蔬的采后生理要求 采取一定措施保持其新鲜品质和风味 42 二 贮藏保鲜条件 果蔬采收后仍保持着一定的生命活动 贮藏中应创造必要的环境条件以维持一定的新陈代谢作用 延缓果蔬的成熟与衰老过程 并抑制微生物的侵袭 达到减小腐烂损失 延长贮藏期限 维持优良 新鲜的商品价值 43 1 温度呼吸作用的强弱是生命活动的外观指标 在一定温度范围内 温度每上升10 呼吸作用常增加一倍以上 呼吸强度也愈大 果实衰老也愈快 采用较低的贮存温度是延长贮存期限保证贮存品质的关键 44 2 相对湿度在贮藏中果蔬水分损失过多会造成严重的萎蔫 过高的重量损失 表面皱缩 品质及鲜度降低 而且还会促进水解作用 降低果蔬的抗病能力 加速衰老过程 果蔬内部温度过高 环境中的相对湿度过低和增大周围的风速均会加速果蔬的水分蒸发 45 3 空气成分降低空气中的含氧量可降低呼吸强度 减少乙烯的形成 抑制叶绿素的分解 减少抗坏血酸的损失 抑制某些真菌的繁殖等 因之可延长贮存期 46 三 果蔬常用保鲜储藏技术与方法 常用贮藏保鲜方式有自然冷却贮藏与人工冷却贮藏两种 自然冷却贮藏是利用自然条件下降温来进行贮藏 如沟藏 通风库藏等 人工冷却贮藏是利用机械制冷贮藏 气调贮藏 自然冷资源冷库贮藏等 47 1 简易贮藏简易贮藏包括沟藏 窑藏 窖藏等 其主要特点是利用变化缓慢严稳的土壤温度及较高的土壤湿度 在土中开沟挖窖来进行贮存 缺点是占地较多 费工 贮存量小 在很大程度上受自然气候变化的限制 48 2 通风库贮藏 通风库是利用隔热较好的建筑 夜间的库外低温空气进行换气 使库内保持较低的温度以利于贮藏 白天则阻断通风以免高温空气进入库内 一般为永久性建筑 结构简单 库存量较大 管理方便 它仍受外界自然条件的限制 难以确保所需的低温 49 3 机械制冷贮藏机械冷藏是在良好的绝热建筑物中 利用机械制冷设备进行人工调控以保证所需的环境条件 机械冷藏能摆脱自然条件的限制 维持所需的库温 因此可延长贮藏时间 取得较好效果 50 4 气调贮藏此法系利用自然或人工措施以提高库内CO2的浓度 减少O2的浓度或充以氮气 以便抑制呼吸作用 延缓成熟与衰老过程 大大延长贮藏期限 取得较好的贮存品质 51 5 自然冷资源与冷库贮藏包括冬季从江 河 湖中采集自然冰存于库中作冷源进行冷藏与利用冬季低温空气使库中贮冰室中的水结冰作冷资源贮藏两种 前者采冰与排水工作量大 冰融后水无法再利用库温波动较大 不便于对温 湿度控制等 52 1 设施农业就是利用农业工程手段 通过现代设施实现的部分人工控制环境的种植业和养殖业 设施农业有设施种植与设施养殖二大部分 复习回顾 2 制约农业生产的自然因素可概括为遗传与环境两个方面 遗传决定着农业生产的潜势 环境决定着这种潜势在多大程度上兑现的问题 53 空气温度土壤温度空气湿度热环境 本课程的重点 物理环境热辐射气流光照水份环境空气成份 O2 CO2 H2S SO2 NH3 化学环境根圈物质 各种肥份 有害物质成份同类生物群体 生物的社会环境 生物环境空气 土壤与水中的微生物其他生物 3 54 5 影响农业建筑物的因素 外力的影响 各种载荷 恒载 动载 自然气候的影响 温度 湿度 日照 风雨雪霜等 其他因素的影响 生物生产过程中还会有 发热 水汽 有害气体 废弃物 噪音 振动 4 房屋建筑按照使用功能不同 可分为 民用建筑 工业建筑与农业建筑 55 6 农业生产建筑的基本类型 各举2 3个例子1 动物生产建筑动物生产建筑是农业生产建筑的重要组成部分 包括饲养鸡 猪 牛 羊 兔 鸭 皮毛兽等禽畜建筑 鱼 虾 鳖等养殖建筑 2 植物栽培建筑 它主要包括温室 大棚 中小拱棚 人工气候室 组培扩繁室 食用菌生产间 工厂化育苗室等 它们通常采用玻璃 塑料 聚酯等透明覆盖材料 以透进较多的阳光 提高室内温度 达到春提前 秋延后或周年均衡种植的目的 56 3 农产品贮藏保鲜及其他库房建筑 它包括 果蔬贮藏库 种子库 粮库 饲料库 青饲料贮藏库 畜禽水产品贮藏