园艺设施规划及设计1

1、园艺设施规划与设计园艺设施规划与设计设施农业科学与工程方向专用年年 级级 2009级级专专 业业 园艺园艺授课时数授课时数 60学时学时 任课教师任课教师 叶景学叶景学第三章 园艺设施环境特征及其调控o第一节 光照条件及其调节控制o第二节 温度条件及其调节控制o第三节 湿度条件及其调节控制o第四节 气体条件及其调节控制o第五节 土壤条件及其调节控制o第六节 综合条件及其调节控制 设施栽培主要是人为创造作物所需要的环境条件，设施栽培主要是人为创造作物所需要的环境条件，是适应自然，人数从来没有真正征服自然。是适应自然，人数从来没有真正征服自然。第一节 光照环境及其调节控制一、园艺设施的光照环境特点

2、（一）光照强度 弱弱（二）光照时数 少少（三）光质 主要与透明覆盖材料的性质有关。材料的成分、颜色有关。（四）光分布 前排光强、后排光弱，上高下低。有墙遮荫时靠近墙的部位光弱。不不均匀均匀二、园艺设施的光照环境对作物生育的影响二、园艺设施的光照环境对作物生育的影响o（一）园艺作物对光照强度的要求o（二）园艺作物对光照时数的要求o（三）光质及光分布对园艺作物的影响三、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o表示太阳辐射能大小的物理量是辐射能通量密度辐射能通量密度（ RFD ），单位是W/，或kJ/(h)o光合有效辐射（PPFD）单位同上。o表示物体被照明程度的物理量是光照强

3、度或光照度光照强度或光照度，单位是勒克斯。光照强度只可以表明可见光部分的能量。PPFD辐射园艺设施的透光率o透光率透光率是指设施内的太阳辐射能或光照强度(I)与室外的太阳辐射能或自然光强(I0)之比。o太阳光由直射光和散射光两部分组成，因而可对应地存在直射光的透光率和散射光的透光率。直射光直射光散射光散射光光光 照照2覆盖材料的透光特性o吸收率反射率透射率=13污染和老化对透明覆盖材料透光性的影响o污染：污染：灰尘主要削弱红外线红外线部分，水滴和水膜主要在9001000和1100nm的红外区，两者共同影响，使塑料棚内的光照强度仅为露地的50%。水膜的消光作用与水膜的厚度有关 。o老化：老化：覆

4、盖材料老化也会使透光率减小，老化消光作用主要在紫外线紫外线部分，覆盖材料不同，容易老化的程度也不同。如钢化玻璃比普遍玻璃易老化，聚氯乙烯比聚乙烯易老化 4园艺设施结构与透光率的关系o（1）建筑方位o单栋温室、大棚及连栋温室的方位（2）屋面坡度（屋面倾斜角）o太阳的位置太阳的位置用太阳高度角和方位角来表示。o太阳高度角太阳高度角是指太阳的直射光线与地平面的角度。o方位角方位角是指太阳直射光线在地平面的投影与当地子午线的夹角。o温室的使用主要以冬春季为主，而冬季北半球又以冬至(12月22日左右)的太阳高度角为最小，一年中的气温也以冬至前后为最低。因此，单屋面温室采光面倾斜度的计算，一般是以冬至中午

5、的太阳高度角作为依一般是以冬至中午的太阳高度角作为依据据。o太阳高度角H0 ，可由下列公式计算：oH0 90（90为常数）o此处是纬度，是太阳赤纬o以长春市为例，4354，-2327则冬至时太阳高度角为oH0 90435423272239 oH0 90oi=90-HoH0= + H0= 90+ o由于以冬至中午的太阳高度角作为依据以冬至中午的太阳高度角作为依据o我们取H0=90， o则合理屋面角度 = o所以长春的最佳屋面角度为：o4354（2327）6721(3)结构形状连栋温室与单栋温室： 冬季连栋日总透光率高 夏季单栋日总透光率高温室延长方向：东西延长的温室光照冬强夏弱 南北延长的温室光

6、照变化不大冬弱夏强单屋面温室：南强北弱拱圆形屋面的塑料棚o(4)相邻温室或塑料棚的间距 前后栋之间的合理距离，以冬至中午时前栋温室产生的阴影不影响后栋受光为标准计算。 (二)园艺设施光照环境的调节与控制o1改进园艺设施结构提高透光率o(1)选择好适宜的建筑场地及合理建筑方位o(2)设计合理的屋面坡度o(3)合理的透明屋面形状(拱圆形较好)o(4)骨架材料o(5)选用透光率高且不易被污染的透明材料 (有条件可选用PC板)2改进管理措施o(1)保持透明屋面干洁o(2) 保温的前提下,尽量早晚盖外保温和内保温覆盖物,阴雪天也就揭开不透明覆盖物。o(3)合理密植，合理安排行向o(4)加强植株管理o(5

7、)选用耐弱光的品种o(6)地膜覆盖o(7)利用反光o(8)采用有色薄膜,人为地创造某种光质(前提是光照充足)o3遮光遮光 设施遮光主要有两个目的：一是利用遮光，降低设施内的温度，二是减弱设施内的光照强度。 o(1)覆盖各种遮荫物，o(2)玻璃面涂白,遮光5055%，降温3.55o(3)玻璃面流水，可遮光25%。 4人工补光人工补光的目的有二： 一是用来满足作物光周期的需要用来满足作物光周期的需要，特别是在光周期的临界时期。这种补充光照要求的光照强度较低，称为低强度补光。 二是作为作为光合作用的能源补充自然光的不足光合作用的能源补充自然光的不足，当温室内床面上光照日总量大于100瓦时米时，或光照

8、时数不足4.5小时天时，就应进行人工补光，主要用于育种、引种、育苗，第二节 温度环境及其调控o一园艺设施的温度状况及特点一园艺设施的温度状况及特点（一）园艺设施内温度的形成（一）园艺设施内温度的形成 温室效应、人工加温温室效应、人工加温（二）园艺设施内的（二）园艺设施内的日温差日温差1保温比：设施内的土地面积保温比：设施内的土地面积S，与覆盖物及维护结构的表面，与覆盖物及维护结构的表面积积W之比。之比。o保温比越小，设施内容积也越小，覆盖面积大，所以白天吸热面积大，加上容积小，容易升温；夜间散热面大，加上容积小，容易降温，所以日温差越大。 单栋温室为0.50.6,连栋温室为0.70.8。o日温

9、差对于作物是必要的条件。2覆盖材料覆盖材料o覆盖材料不同，设施内的日温差也不同 （三）热滞o热滞：热滞：设施内的气温受外界气温、太阳辐射和加温设备的间歇性放热而变化，热滞就是设施减弱其室内气温随外界变化的一种能力。o 如果某一设施设施热滞大，则温室内气温室内气温变化小温变化小，并且位相落后。 o 设施的热滞大，不会发生气温急剧变化不会发生气温急剧变化的现象，在一定程度上保证了作物的正常生长发育。 （四）园艺设施的热收支状况1园艺设施的热量平衡方程o设施内的热量来自两方面，一是太阳辐射能。另一部分是人工加热量。o热量的支出则包括如下几个方面：地面、覆盖物、作物表面有效辐射失热；以对流方式，设施内

10、土壤表面与空气之间，空气与覆盖物之间，进行热量交换，并通过覆盖物外表面失热；设施内土壤表面蒸发、作物蒸腾，覆盖物表面蒸发，以潜热形式失热；设施内通风排气将显热和潜热(直接地由温差引起的传热称显热传热，由水的相变而引起的传热称潜热传热)排出；土壤传导失热。 园艺设施的热量平衡方程：qt+qg=qf+ql+qc+qv+qsqt太阳总辐射能量; qg人工加热; qf有效辐射；ql潜热失热；qc对流传导失热（显热）；qv通风换气失热（显热和潜热）；qs土壤传导失热2 园艺设施的热支出（放热） （1）贯流放热贯流放热 把透过覆盖材料或围护结构的热量叫做设施表面的贯流传热量。 贯流放热过程贯流放热过程主要

11、分为三个阶段：首先设施的内表面吸收了从其它方面来的辐射热和从空气中来的对流热，在覆盖物内表面与外表面之间形成温差，从而以传导方式，将热量传至设施外表面，以对流辐射方式将热量传至外界空气之中。 贯流传热量的表达式 Qt=Aw ht (tr-t0)Qt贯流传热量，kJ/h；Aw保护设施表面积，m2；ht热贯流率， kJ/（m2 h）；tr、t0分别为保护设施内、外气温。以上数据是在无风条件下测得，当风速由1m/s提高到7m/s时热贯流率提高3倍。设施外围防风设备对保温很重要。设施外围防风设备对保温很重要。（2）通风换气放热o设施内自然通风或强制通风，建筑材料的裂缝，覆盖物破损，门、窗缝等，都会导致

12、设施内的热量流失。包括显热失热和潜热失热。QV=RVF (tr-t0) QV保护地通风换气失热量；R为每小时换气次数；F为空气比热，F=1.30kJ/(m3)；V为保护设施体积(m3)（3）土壤传导失热o土壤传导失热包括土壤上下层之间的垂直传热和土壤横向水平传热。 o土壤的导热率，除与土壤质地，成分等有关外，还与土壤湿度有关，随土壤湿度增大而增大。土壤中垂直方向的热传导仅发生在一定的层次，大约在4045厘米深处，热传导量很小。 o设施内，土壤在水平方向上的横向传热，由于室内外土壤温差大，土壤横向传热可达温室总失热的510% oQs=-(T/ Z)（四）园艺设施内的温度分布设施内的温度分布 设施

13、面积越小低温影响地带所占的比例越大引起设施内气温分布不均匀的原因：1、太阳入射量的影响 设施内接受直射光的部位随着太阳位置的变化而不同，同时由于屋面结构、倾斜角度、方向和侧高的不同，建材的遮阴等引起各部位透光率的差异，使白天设施内各部位形成温差。 2设施内的气流运动影响o设施内的气流运动，是引起设施内温差的重要原因。在一个不加温、也不通风的温室内，气流的运动决定于温室内的对流和外界的风向的影响。 （上风温度高） o设施内，近地面土壤层空气增热而产生上升气流，但靠近透明覆盖物下部的空气，由于受外界低温的影响而较冷，于是沿透明覆盖物分别向两侧下沉， 此下沉气流在地表面内部水平移动，形成了两个对流圈

14、，将热空气滞留在上部，形成了垂直温差和水平温差，室内外温差越大设施内温度分布越不均匀。室内外温差越大设施内温度分布越不均匀。 下风一侧温度低，安装加热设备时在盛行风向的下风一侧多配置散热管道。3设施结构的影响 双屋面温室比单屋面温室温度分布均匀。这显然是由于双屋面温室受热面，散热面都比较均匀的缘故。 4加温技术的影响o加温设备的种类，有点热源，线热源和面热源之分，加温设备的种类，有点热源，线热源和面热源之分，用炉子火热加温，炉子周围温度很高，高温集中在一个点上，为点热源；温水加温，温水通过铁管和暖气片，高温在一条线上，称为线热源；电热温床加温，加温电热分布在一个面上，为面热源。显然这几种热源下

15、，设施内的温度分布均匀性的次序是：面热源、设施内的温度分布均匀性的次序是：面热源、线热源、点热源线热源、点热源。o火热加温的炉子和烟囱应相向顺序排列o单屋面温室炉火加温，设在南侧较好o双屋面温室的加热管道设在温室的两侧5通风设备的种类和安装位置o通风分自然通风和强制通风自然通风和强制通风，自然通风除注意掌握通风量，通风时间外，还要注意通风的方法，通风时，一般先敞开天窗，随气温升高再开地窗，仅开地窗时，在大棚顶部形成“热盖”，顶窗和侧窗同时敞开，关闭时顺序相反，先闭地窗，再闭天窗。 o进行人工强制通风方法有三种：低吸高排，通风好，温度分布不均匀；高吸低排，通风不好但温度分布较均匀。6内外温差o设

16、施内热源效果高时，能加大内外温差，从而增加垂直温差。二、园艺设施温度环境调节与控制o（一）保温 o1保温原理 o在不加温情况下，夜间设施内空气的热量来源是地中放热，热量散失是贯流放热和换气放热。 o夜间地中加热量的大小，取决于日间地中吸热量和土壤面积。土壤对太阳辐射能吸收率和射入温室的太阳辐射能有关。 o设施内贯流放热和换气放热，则主要取决于热贯流率和通风换气量。 o由上述可知，保温的途径应有下述三方面：减少贯流放热和通风换气量；增大保温比；增大地表热流量。 2 保温措施o（1）减少贯流放热和通风换气量 o减少向设施内表面的对流传热和辐射传热；减少覆盖材料自身的热传导散热；减少设施外表面向大气

17、的对流传热和辐射传热；减少覆盖面的漏风而引起的换气传热。o具体方法：增加保温覆盖的层数，采用隔热性能好的保温覆盖材料，以提高温室的气密性。o（2）增大保温比。 o（3）增大地表热流量o增大设施的透光率，使用透光率高的玻璃或薄膜，正确的调节设施方位和屋面坡度，尽量减少建材的荫影，经常保持覆盖材料干净。 o减少土壤蒸发和作物蒸腾量，增加设施内白天的土壤贮存的热量，所以设施内土壤表面不宜过湿。 o设置防寒沟，防止地中热量横向流出，在设施周围挖一条宽30厘米，深50厘米的沟，沟中填入稻壳，藁草等保温材料，根据北京玉渊潭乡的观测有防寒沟的比无防寒沟的设施内5 厘米地温可高出4左右。（4）保温覆盖的材料和

18、方法室内保温幕布不超过二层，两层间距为20cm左右。（二）加温1加温目的与要求加温目的与要求目的：目的：为了维持设施内一定的温度水平，以保证作物的正常发育。要求：要求：加温设备的容量应经常保证室内的设定温度(地温、气温)。设备费加温费要尽量少；设施内温度空间分布均匀，时间变化稳定，因此要求加热设备配置合理，调节能力高，遮荫少，占地少，便于栽培作业操作。2加温管理技术（1）最大采暖负荷）最大采暖负荷 是指在最寒冷的季节，为维持设计的室内、外气温的温度差，在温室内需要增加的总热量。A粗略估算法o温室最大采暖负荷Q(W/h)等于温室表面积F()、采暖负荷系数U（W/K）、设施内气温t内与设计外气温t

19、外之差（）、以及保温覆盖修正项（1-fr)的乘积，即oQ= F U（ t内- t外）（1-fr)oU对全光温室取6.2聚氯乙烯大棚聚6.6B逐项计算法C室内外设计温度的确定炉火采暖：点热源，温度分布不均匀，成本低， 多用于土温室，或日光温室、大棚的临时性加温。热风采暖：热效率高，但应注意新鲜空气的补充 多用于各种塑料棚热水采暖：温度分布均匀，配置难，成本较高。 多用于大型设施或温室群。 热气采暖：比热水贵，可用于土壤消毒，配置较难，易产生局部 高温。 多用于大型温室群，在高差大的地形建造的温室。电热采暖：可加温土壤，较均匀，但电费贵，使用年限短， 多用于育苗。辐射采暖：设备费用低，有二氧化碳施

20、肥作用，但耗气多 多用于临时辅助采暖。加温方式加温方式（三）降温o设施内的降温与保温相反。根据设施的热收支，降温措施从下述三方面考虑。减少进入温室中的太阳辐射能；增大温室的潜热消耗；增大温室的通风换气量。 降温措施主要有：o1遮光降温法o2屋面流水法o3蒸发冷却法湿垫排风法 进风口内设10cm厚的纸垫窗或棕毛垫窗， 不断用水将其淋湿。细雾降温法 以直径小于0.05mm的浮游性细雾， 用强制通风气流使细雾蒸发达到全室降温。 屋顶喷雾法 屋顶外面进行喷雾。 和需要水质不含水垢。 o4通风降温（四）变温管理o1依据：作物生长需要一定的昼夜温差（温周期）o2方法：以白天适温上限作为上午和中午增进光合作

21、用时间带的适宜温度，下限作为下午的目标气温，傍晚45小时比夜间适温上限提高12以促进转运，其后以下限温度作为通常的夜温，尚能正常生育的最低界限温度作为后半夜抑制呼吸消耗时间带的目标温度。第三节 湿度环境及调节控制一、空气湿度的调节控制一、空气湿度的调节控制（一）设施内湿度的形成与特点1形成：（一）设施内湿度的形成与特点o2空气湿度日变化空气湿度日变化：绝对湿度日变化与温度日变化趋势一致，而相对湿度日变化与温度日变化趋势相反。o3结露结露：温室内较冷区域的植株表面结露； 高秆作物植株顶端结露； 植株果实和花芽上结露。o4濡湿（沾湿）现象濡湿（沾湿）现象：从屋面或保温幕落下的水滴、作物表面结露、吐

22、水现象、雾。（二）空气湿度的调节与控制o1空气湿度调节的目的o防止作物沾湿和降低湿度直接目的发生时间最终目的防止作物沾湿1234防止作物结露 防止屋面、保温幕上水滴下降防止发生雾防止溢液残留 早晨、夜间全天早晨、傍晚夜间防止病害防止病害防止病害防止病害调控空气湿度1234调控饱和差(叶温或空气饱和差)调控相对湿度调控露点温度，绝对湿度 调控湿球温度、焓* 全天促进蒸发蒸腾，控制徒长，着花率增大，防止裂果，促进养分吸收，防止生理障碍促进蒸发蒸腾，防止徒长，改善植株生长势，防止病害防止结露调控叶湿* 焓是潜热与显热之和。 2 除湿的方法和效果o(1)通风换气o(2)加温除湿o(3)覆盖地膜o(4)

23、适当控制灌水量o(5)使用除湿机(氯化锂等吸湿材料)o(6)除湿型热交换通风装置o(7)热泵除湿3加湿o高温、干旱、空气湿度过低时加湿o方法： （1）喷雾加湿 （2）湿帘加湿 （3）温室内顶部安装喷雾系统二、土壤湿度的调节与控制o（一）土壤湿度的形成o土壤湿度主要由灌水量、土壤毛细管上升水量、土壤蒸发量、作物蒸腾量决定。o地膜覆盖由土壤毛细管上升水和由覆盖物边缘（或定植穴）流入的水量，与向边缘（或底土）流失的水量决定。o温室大棚比露地湿度大，且中间湿度小边缘大。盐类浓度高，影响植物吸水。（二）土壤湿度的调控1设施水分收支设施水分收支灌水量、地下水补给量、凝结水量之和等于土壤蒸发与作物蒸腾，即蒸

24、散量。2灌水指标灌水指标（不同蔬菜不同）（二）土壤湿度的调控3灌水量的确定灌水量的确定TRAM=（FC-IP）D10/CPTRAM（灌水量），FC（田间持水量，容积含水率%），IP（生长受阻水分点，%），D为限制土层厚度，CP为限制土层的耗水率（限制土层内耗水量占整个有效土层耗水量的百分比，%）。4灌溉技术：灌溉技术：淹灌和沟灌、喷壶洒水、喷灌、水龙浇水法、滴灌法、地下灌溉第四节气体环境及其调节控制o一、园艺设施的气体环境对作物生育的影响o（一）氧气o（二）二氧化碳o（三）有害气体（三）有害气体1氨和二氧化氮气体氨和二氧化氮气体 原因：原因：如果一次施用有机肥料和尿素过多，容易分解出NH ，栽

25、培床部变成碱性，引起NH的挥发。 当pH值在5以下时则挥发，为NO2气体。 症状：症状：NH主要危害叶缘，逐渐变成褐色，以致枯死； NO2主要危害叶肉，先侵入的气孔部分成为漂白斑点状，严重时除叶脉外叶肉都漂白致死。 避免措施：避免措施：为避免发生NH和NO2的挥发，氮肥每次要少施最好和过磷酸钙混合施用。施用后多浇水可以抑制NH的挥发，有NO2挥发的危险时，施用石灰可以防止碱性土壤挥发NO2气体。 2.二氧化硫和一氧化碳气体o如果煤中含硫化物多时，燃烧后产生SO气体；未经腐熟的粪便及饼肥等在分解过程中，也释放出多量的SO2 。SO2遇水(或空气湿度大)时产生亚硫酸(H2)，它能直接破坏作物叶绿体

26、。 oCO是由于煤炭燃烧不完全和烟道有漏洞缝隙而排出的毒气。对设施栽培管理人员危害最大，浓度高时，造成死亡。o应当注意燃烧充分燃烧，经常检查烟道以及强调设施的通风换气技术。 3.乙烯和氯气o设施内乙烯(C2H2) 可使叶缘或叶脉之间发黄而后变白枯死，严重者可使作物全株枯死。 o设施内C2H2气体来源于有毒的塑料薄膜或有毒的塑料管。o由于有毒塑料薄膜的原料不纯，含有少量Cl气，其毒性比SO大24倍，也能分解叶绿素，使叶子变黄，危害症状与CH相似。o农用塑料制品一定采用安全无毒的原料。 4氟化氢(HF)和臭氧(O3)o氟化氢主要从叶面气孔侵入,影响酶的合成，导致叶组织发生水渍斑，后变枯呈棕色。叶尖

27、和叶缘呈环带状，然后逐渐向内发展，严重时引起全叶枯黄脱落。o臭氧受害叶面变灰色，出现白色荞麦皮状的小斑点或暗褐色的点状斑，或不规则大范围坏死。o臭氧与二氧化碳同时存在时危害更大。二、园艺设施气体环境的调控（一）二氧化碳浓度的调控（一）二氧化碳浓度的调控二氧化碳浓度调控二氧化碳浓度调控二氧化碳来源：二氧化碳来源：有机肥发酵燃烧白煤油燃烧天然气液态二氧化碳固态二氧化碳燃烧煤和焦炭化学反应施用浓度：施用浓度：西瓜6001000mg/kg黄瓜1200mg/kg施用量：q=V/A N(Ci-C0)+Pn-Sq为二氧化碳施肥量，（gm-2h-1)V为温室容积，（m3）A为设施的土地面积，（ m2 ）N为温室换气率，（次