农业生物环境工程第 温室设施环境调节与控制1

第四章温室设施环境调节与控制第一节温室设施光照环境的调节控制一、光照环境与作物（一）太阳辐射与光合有效辐射植物光合有效辐射（生理辐射）400～720nm——产生植物光合作用的光辐射波长范围，一般在400～700nm的范围计量300～780nm——对植物生理产生作用的光辐射波长范围波长（nm）05001500100020003000250025002000150010005000辐射能（w/(m2.mm)）太阳辐射光谱地面大气层外缘6000k黑体辐射可见光红外线紫外线38076048.3%8.7%43.0%（二）光照环境的要素光照对植物的二类作用植物产物形成和生理活动的光合作用能量源影响生长发育过程和形态形成的信息源光照环境的要素光合作用——光照强度量光周期现象——光照时数光合有效辐射，不同光谱对植物的作用——光质（三）光照强度的度量①光照度受照平面上接受的光通量面密度（单位面积光通量），单位：lx

光通量——是按照国际约定的人眼视觉特性评价的辐射能通量（辐射功率）人眼视觉对555nm黄绿光最敏感，以该波长光为基准，对可见光380～760nm范围内的不同波长光按人眼的感觉区别计算。

植物生理辐射的光波长与人眼感受范围不同，同时不同波长光的植物生理效应与人眼视觉不同，用光照度作为植物光照的度量指标是不适宜的。②光合有效辐射照度par（photosyntheticallyactiveradiation）

单位时间、单位面积上到达或通过的光合有效辐射（400～700nm）的能量。单位：w/m2③光合有效光量子流密度ppfd或ppf（photosyntheticphotonfluxdensity）

单位时间、单位面积上到达或通过的光合有效辐射的光量子数。单位：mmol/m2·s

植物光合作用的强度取决于植物吸收的光量子数量，用光量子数度量植物的光照更为合理。④太阳总辐射照度

单位时间、单位面积上到达或通过的全部波长范围内的太阳辐射能量。单位：w/m2⑤各种光辐射度量单位的相互关系

光照度、辐射照度、光量子流密度等与光谱能量分布密切相关，几者之间无固定的比例关系。只有在确定的光谱能量分布情况下，才有明确的相关关系。光合有效辐射照度w/m2光合有效光量子流密度mmol/m2.s对应的太阳总辐射照度w/m2光照度1klx

≈4.2(4)16.8(18)10一般天气自然（太阳）光照情况下几种光辐射度量单位的近似换算关系光辐射的强度(w/m2

或mmol/m2·s)co2的交换速度(kg/m2·s)0光饱和点光补偿点暗呼吸速度（四）光照强度与光合作用光合作用的强度→co2交换速度（kg/m2·s）co2交换速度（净光合速度）＝真正的光合速度—呼吸速度光照度lxparw/m2

ppfdmmol/m2.s光补偿点100～40000.4～171.7～67光饱和点阳性植物（番茄、黄瓜、西瓜、甜瓜、葡萄、樱桃、桃等）60000～90000250～3801000～1500中性植物（茄子、甜椒、草莓、甘蓝、白菜、萝卜等）40000～60000170～250680～1000阴性植物（兰科、观叶类、姜科、天南星、秋海棠科花卉、叶菜等）25000～40000100～170400～680一些植物的光补偿点与光饱和点的大致数值二、温室内的光照环境及影响因素（一）室外太阳辐射室外水平面太阳总辐射照度为：（参见教材p51）式中 a，b，c——计算常数。

a——太阳高度角，为太阳与观察地点联线与地平线之夹角；

l—— 所在地的北纬纬度；

h——时间角，为偏离正午的小时数×15°，午前为负，午后为正；

t——计算时刻（0—24时）；

d——太阳赤纬角，地球太阳连线与地球赤道平面的夹角；

n——从1月1日至计算日的天数；（二）影响温室内光照环境的主要因素1.室外光照条件

包括光照强度、光周期、光质三方面2.覆盖材料的透光特性①覆盖材料的分光透过特性对温室内的光质产生决定性的影响塑料薄膜玻璃硬质板材②光线入射角

入射角越大，透光率越低；在入射角40°以下时，入射角增大对透光率降低程度较小；入射角大于40°时，随着入射角的增大，透光率降低速率显著增大。q3.温室的方位、结构与形式①屋面倾角b

南坡屋面日光入射角：q=90°-b-a式中a——

太阳高度角。为保证屋面透光率，要求，

q=90°-b-a≤40°有：

b≥

50°-aqabb东西向温室正午屋面日光入射图

有：b≥

50°-a在北纬40°（北京地区），冬季正午太阳高度角为26.5°，该时刻满足上述要求的屋面倾角

b≥23.5°

为保证冬至每日有一定时间段满足上述要求，屋面倾角还应更大，理想的情况应有b>30°②温室的朝向

冬季东西栋温室（屋脊呈东西方向）透光率优于南北栋温室，纬度越高，差异越明显，夏季相反。室内光照均匀性，南北栋温室优于东西栋温室。实际应用中应根据对温室要求的侧重方面合理选择温室的朝向。③单栋与连栋单栋温室透光率高于连栋温室。④温室结构材料的遮光

平均透光率降低5%～15%⑤固定覆盖层的数量

每增加一层固定覆盖层，透光率降低约10%～15%。4.温室使用状态①覆盖材料老化②尘埃污染表面结露一般可达15%~30%。（三）温室内光照强度的计算式中i0——室外par、ppfd或照度，

i0＝id＋is，id为直接辐射，is为散射辐射；

m——直接辐射比率，m＝id／i0，；

td——温室覆盖材料直接辐射透过率；

ts——温室覆盖材料散射辐射透过率。式中g1——温室结构材料遮光损失，0.1~0.15；

g2——覆盖材料因老化的透光损失，0.1～0.3；

g3——尘埃污染和结露的透光损失，0.15~0.2；

ts0——干洁覆盖材料对散射辐射透过率，一般0.7~0.85；

tq

——干洁覆盖材料对直接辐射透过率，与辐射光入射角q有关。温室内光照强度的估计：式中

t——综合总平均光照透过率根据对北京地区的调查：日光温室t≈50～70%

连栋温室t≈40～50%三、人工光源对人工光源的要求光谱性能：富含400～500nm蓝紫光和600～700nm橙红光以及满足其他特定的光谱要求效率：发出的光合有效辐射量与消耗功率之比其他：使用寿命、价格等几种人工光源热辐射光源白炽灯结构简单、价格便宜，光照强度易于调节；辐射光谱主要在红外范围，可见光所占比例很小，发光效率低，且红光偏多，蓝光偏少；寿命短（1000小时）。不宜用作光合补光的光源但可作光周期补光的光源气体放电光源荧光灯

光谱性能好，发光效率较高。寿命长（12000小时）。功率较小，满足一定光照强度所需灯具多，对自然光遮光大。

目前在园艺设施补光中使用较多，尤其是用于无遮挡自然光问题产生的组培室中的人工光照。高压水银荧光灯

易达到较高功率，寿命较长。但光色较差，发光效率略低于荧光灯。

使用较少金属卤化物灯

发光效率较高，功率大；光色好；寿命较高（数千小时）。

使用较多高压钠灯

发光效率高，功率大；光谱分布范围较窄，以黄橙色光为主；寿命高（12000～20000小时）。

目前在园艺设施补光中使用较多。低压钠灯

发光效率很高，功率大；光色为单一的589nm黄色光；寿命高（平均寿命18000小时）。

光色单一，很少单独使用，但可与其他光源配合使用。

各种荧光灯，高压钠灯及发光二级管的分光特性

荧光灯金属卤化灯高压钠灯发光二极管白色标准白色三基色红色蓝色红色led蓝色led光合有效光量子流密度mol/m2·s100100100100100100100100r/fr(600-700nm)/(700-800nm)300-4003.13.93.72.27.20.600400-50023.215.865.33.918.45.1096.1500-60052.839.532.030.755.958.40.24.0600-70024.845.43.766.526.738.699.90.2700-8008.99.03.323.28.78.20.20.2r/fr(600-700nm)/(700-800nm)2.795.081.102.873.094.715620.98r/fr(600±5nm)/(730±5nm)3.819.702.708.012.746.0341480.81pfr/pr0.760.790.690.760.770.780.670.82各种人工光源的特性指标比较人工光源功率(w)发光功率(lm/w)可视光比(%)使用寿命(h)标准价格(日元)成本[日元/(lm·1000h)]白炽灯10015211000190127低压钠灯18017535900029800105高压钠灯36012532120002450045金属卤化灯4001103060001330050高频荧光灯451003412000140026微波灯13038301000030000607红色led0.042090500001050红色ld0.203590500005001420各种实用化人工光源的特征及应用范围光源种类特征应用范围白炽灯发光效率低，红色光和原红色光的成分多，成本低廉菊花，百合和康乃馨的开花控制，草莓的休眠抑制；人工气象室用光源荧光灯发光效率好，发热少，光合成有效光谱对应，种类多，成本低组织培养和种苗生产的照明；日常处理；人工气候室用光源金属卤化灯发光效率低，青色光成分多，近似于太阳光光谱果树的补光照明；育种选拔等生物学研究用人工光源；人工气象室用光源高压钠灯功率高，发光效率好，红色光成分多，寿命长兰花和秋海棠的补光照明；育种选拨等生物学研究用人工光源；人工气象室用光源四、光照环境的调控满足温室光照环境要求的工程手段

开发和选用合适的温室覆盖材料温室建设方面，采用合理的方位与温室结构使用中的人工调控：光量调控

——遮光调节与光合补光光周期调控

——遮光调节，延长暗期补光调节，延长光照时间光质调控

——人工光源补光、覆盖材料选用

人工调控根据对调控光照要素的不同，可采用的调控手段：

1.光照强度调控：建造温室时的合理设计和在生产使用中温室内光照强度不满作植物光合作用对光照条件的要求时的调控。包括光合补光和光和遮光。