温室光环境调节(大学课件)

1、温室设施光环境调节,光的作用,光可以帮助植物进行光合作用 光可以创造植物生长的环境条件 光可以给植物生长的信息,辐射的热效应,辐射的光合效应,辐射的光形态效应,第一节 太阳辐射能,波长范围为380-760nm 的可见光部分，能量占太阳辐射总量的50%左右 太阳辐射能还包括紫外线（波长范围200-380nm）占1-2 和红外线（波长范围760nm）占48-49%,可见光：380760nm 太阳辐射：2003000nm（占太阳辐射能总量99%） 常温物体的辐射：3000105nm 热射线：100105nm,103,光辐射强度的度量 1.光照度 Ev 照度Ev 受照平面上接受的光通量面密度（单位面积

2、光通量），lx； 光通量Fv 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)， 单位：流明（lm），1流明是发光强度为1坎德拉（cd）的均匀点光源在1球面度立体角内发出的光通量。 1 lx = 1 lm / m2,2.光合有效辐射照度 PAR 单位时间、单位面积上到达或通过的光合有效辐射（400700nm）的能量。单位：W/m2 3.光合有效光量子流密度 PPFD或PPF 光化学定律指出： 吸收一个量子，只能激活一个分子或原子，故在研究光电效应或光化学反应如光合作用与光照关系时，应以量子流密度作为计量光辐射的单位更为合理。 光合有效光量子流密度即为单位时间、单位面积上到达或通过的光合有

3、效辐射的光量子数。 单位：mmol/(m2s),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（El）情况下，才有明确的相关关系。,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,几种光源的光照强度单位近似换算关系,一、太阳透过大气层的变化,大气,100%辐射,直接辐射,24%,6%,灰尘,云雾,19%,50%辐射,散射辐射,11%,15%,太阳辐射透过大气层的变化特点,太阳辐射透过大气层的方式：直接辐射，散射辐射 太阳辐射的强度减弱将近一半 太阳辐射通过大气层后，太阳辐射光谱也有较大的

4、变化 （红光比例增加，蓝光比例减小）,二、地表的光照条件,地表的直射光随地理纬度、季节、海拔高的不同而异 地表的散射光比重与太阳高度角和云量有关 在地球的不同纬度和季节中，日照长度的变化是有规律的,三、太阳辐射在作物群体内的分布,1、作物群体对太阳辐射的反射、透射和吸收 。太阳辐射到达作物群体表面时，一部分被作物（主要是叶面）反射出去，一部分被作物吸收，一部分穿过叶面或枝叶间隙到达下层 A、反射率、吸收率和透射率之和等于1 B、各生育期太阳辐射截获率，随各期叶面积系数减小而依次降低 （单位面积作物在生育期总叶面积与所占土地面积之比）,C、480nm以下的蓝紫光和670-680nm 的橙光吸收率

5、百达95 左右，550nm 的绿光只有75左右，红外光部分吸收最少，约为1-3.6% 2、太阳辐射在作物群体内的垂直分布。太阳辐射在作物群体内的总光强、直射光强和散射光强的垂直分布曲线，都是从植株顶部向下递减，并在植株相对高度20-70%之间递减速度最快。,第二节 光的生物学效应,一、作物的光合生产力 从生物学角度看，产量形成的最基本生理活动是光和作用，作物的干物质产量，有90-95是通过光合作用形成的 光能利用率是指作物光合作用所累积的有机物所含能量，占照射在单位地面上的日光能量的比率。,这样，太阳辐射能的 60%-70%被作物吸收，但其中 仅有1-5%被光合作用利用，其 余大部分都作为“蒸

6、发潜热”而 消耗于叶面的蒸腾作用 目前，光能利用率为2-3%,20%,10-20%,1-2%,吸收60-70%,光合速率通常以每小时每平方分米叶面积吸收CO2毫克数表示,达到某一光照度时，光合速率就不再增加了，这种现象称为光饱和现象 光合作用过程中吸收的二氧化碳和呼吸过程中放出的二氧化碳等量时的光照度，称为光补偿点 光饱和点高是需要强光作物的特点，光饱和点低是能充分利用弱光作物的特点。,光合面积即作物同化面积，主要指叶面积。叶面积大小通常用叶面积系数表示 最适叶面积系数要使群体获得最大的生物产量和经济产量的叶面积系数 南瓜、冬瓜等蔬菜最适叶面积系数一般为1-2 ，直立型茄子、番茄、青椒等蔬菜的

7、叶片，因均匀伸向四方，互相遮荫少，最适叶面积系数为3-4 ；蔓生支架类型蔬菜（黄瓜、菜豆等）最适叶面积系数为4-5,二、光照度的生物学效应,1、作物对光照度适应的生态类型,强光作物 （ 40klx）（甜瓜、番茄、西瓜、玫瑰、菊花）,中光作物 （10-40klx）（豌豆、芹菜、仙客来、紫罗兰）,弱光作物 （10klx）（姜、莴苣、茼蒿、凤梨）,2、光照度对作物营养生长的影响 光照度一方面影响光合作用强度和干物质的积累，另一方面改变幼苗的形态 弱光下幼苗节间伸长、叶薄色淡、含水量增加，强光下幼苗节间短而茁壮、叶厚色浓、干物重高，适应性强 光照的强弱应与温度的高低相互配合，才有利于作物生育及产品器官

8、形成 光照弱，温度应相应降低；光照增强，温度也应该提高，有利于光和产物积累 昼强光与夜低温育苗效果最佳,3、光照度对生殖生长的影响 果菜类蔬菜对光照度反应很敏感。在开花期或幼果期光照减弱，可引起落花、落果、果实膨大减缓，显著减产 番茄的花粉质量。光弱时，花粉中贮藏的淀粉减少，致使花粉发芽率降低，花粉管伸长缓慢，防碍了正常受精，从而引起落花率增加,对各种喜光作物来说，各种设施内，无论哪一种栽培方式，生育期都处在光照不足的条件下。 因而，设施栽培如何有效地利用光，是光照管理的重点。 采用合理密植、改善水肥等栽培管理措施，以创造适宜的叶面积系数，提高光能利用率,三、光质（光谱组成）的生物学效应,光合

9、有效辐射又称生理有效辐射，可见光区（380 一760nm）的部分光波能被叶片吸收用于光合作用的这部分辐射 在生理有效辐射中，红、橙光具有最大光合活性，绿光在光合作用中被吸收的最少，称为生理无效辐射。,A、光波的长短，对蔬菜幼苗的生长及干物质的积累有较大影响 B、不同波长的光对光合产物的成分也有影响。如红光有利于碳水化合物的合成，蓝光有利于蛋白质的合成 C、不同波长对作物形态建成、向光性、色素形成影响也不同。如青紫光能抑制作物伸长而形成矮小形态，并能促进花青素及叶绿素的形成,采用人工改变光质的措施，来改善作物的生长发育、产量及产品品质 各种颜色薄膜的生理辐射各波段的比例不同，通过有色薄膜改变光质

10、 在欧洲地区用有色玻璃修建温室已经实用化，例如在意大利石刁柏温室用红色玻璃，荷兰花卉栽培多用蓝色玻璃。,食用菌的生长是从抱子萌发开始，经过菌丝生长阶段、子实体分化阶段和子实体发育阶段，栽培食用菌的目的在于获得其子实体。 光线对某些食用菌菌丝生长甚至是一个抑制因子。这种不良影响主要是由蓝光（380-540nm）引起的。 食用菌在子实体分化和发育阶段都需要一定数量的散射光，即对菌丝生长有抑制作用的蓝光，却对子实体分化最有效。,四、光周期的生物学效应,光周期是光期与暗期长短的周期性变化 1、作物对光周期适应的生态类型,长日照植物：指日照长度超过它们的临界长度时，才能形成花芽的作物 （冬小麦、菠菜、甘

11、蓝、萝卜以及金盏菊、矢车菊 ）,短日照作物：是指当日照长度短于其临界长度时，才能开花的作物 （大豆、秋菊、早金莲 ）,中日照作物：指只有当昼夜长短接近相等时才开花的作物，如甘蔗、夏菊等,中间型作物 ： 这类作物的开花受日照长短的影响较小，只要其它条件适宜，都能开花，如番茄、黄瓜、四季豆、香石竹、月季等,2、光周期对作物开花的影响 作物开花的光周期现象，在光期和暗期中，对于诱发花原基形成起决定性作用的是暗期的长短 短日照作物必须在超过某一临界暗期的情况下才能形成花芽；而长日照作物则必须在短于某一临界暗期时才能形成花芽。一般是以12 一14h 为长日照与短日照的分界时数 长日照作物可以在不断的光照

12、下开花，而短日照作物必须在光周期中有一个暗期。,引起作物开花的适宜周期（即适宜的日照长度）处理，并不需要继续到花芽分化为止。作物只需要一定时间适宜的光周期处理，以后即使处于不适宜的光周期下，仍然可以长期保持刺激的效果，即花的分化不出现在适宜光周期的当时，而是在处理后若干天，这种现象叫光周期诱导,3、光周期对地下贮藏器官形成的影响 在影响洋葱、大蒜等鳞茎形成的环境条件中，起决定性作用的是光周期。在通常的温度下约为12-16小时，当日照加长时，鳞茎更易形成,第三节设施的光环境及其调节,一、设施光环境的特点 任何形式的温室、塑料大棚等设施内的光环境与露地比较，均具有以下三个特点： 1 光量减少 一般

13、温室内由于覆盖材料及构造物的遮光，比露地光量减少1550。 2光量分布不均匀 无论任何形式的设施，其内部不同位置的光量不同，地面上光量分布不均匀。 3光质变化 不同波长的光量在设施内外也有差异。,二、设施的透过率 采用光照度绝对值作为设施内光照度指标是有一定困难的，因而采用光照度的相对值透过率作为设施内光量的评价指标 透过率t是设施内的太阳辐射能或光照度I 与设施外太阳辐射能或自然光照度Io之比， 即:,设施的总透过率可表示为 M 直接辐射比率，太阳高度角0、20、50时，M0%、10%、82%； 温室覆盖材料直接辐射透过率； 温室覆盖材料散射辐射透过率。,1、设施对散射光的透过率 设施对散射

14、光的透过率与太阳光的入射角几乎无关，与设施的结构、形式、覆盖材料及覆盖物的污染状况有关。 ts0干洁透明覆盖材料对散射光的透过率； r1设施内构架、设备等不透光材料的遮光损失率，一般温室为0.050.15 ； r2覆盖材料因老化的透光损失； r3水滴和尘埃的透光损失，一般可达0.150.3 。,由此可知散射光是太阳辐射的重要组成成分，因此在设计温室结构时，应考虑如何充分利用散射光的问题,2、设施对直射光的透过率 设施对直射光的透过率，除与设施的形式、覆盖材料、表面污染程度等因素有关外，主要与直射光对采光面的入射角有关，即与设施方位屋而坡度和太阳高度角有密切关系。,a干洁透明覆盖材料在入射角为时

15、的透光率，由太阳高度角、园艺设施方位和屋面坡度决定,二、设施结构与透过率,（一）建筑方位与透过率 单面温室均为座北朝南，双屋面温室和塑料大棚可以为东西走向和南北走向两种。 双屋面温室和塑料棚内的太阳光是由直射光和散射光两部分组成，散射光透过率与温室的建筑方位无关，而直射光透过率与建筑方位有密切关系。,1 单栋温室和塑料棚总采光面积大，光照条件好，一般平均透过率可达到60以上 冬季，东西栋温室直射光透过率比南北栋大520 进身越长或栋高越低，东西栋的直射光透过率的差异愈显著 纬度越高，东西栋的优越性越显著,东西栋与南北栋直射光透过率的季节变化倾向完全相反。 东西栋温室在冬至直射光透过率最高，而后

16、逐渐降低至夏至为最低，而南北栋温室正相反,2、连栋温室和连栋塑料棚 连栋温室和塑料棚与单栋温室和塑料棚比较，采光面积比相应减少，结构遮挡增加，平均透过率为50 左右 采光面积比 采光面积与床面积之比,冬季直射光日量地面平均透率，东西连栋比南北连栋的高约525% 东西连栋的平均透过率比南北连栋的高，但分布不均匀，透过率最大和最小值差达30以上 东西连栋在冬季的优势于春季已逐消失，至夏季则逆转；南北连栋的透过率比东西连栋高约5%,（二）屋面倾斜角与透过率,1、单栋温室与塑料棚 温室内直射光地面平均透过率，因屋而倾斜角变化而异 入射角应根据不同纬度地区的太阳高度角和主要使用季节太阳辐射最强的时间来确

17、定。,一般以冬至正中午作为计算时间。正午时太阳高度角H0可由下式求得 式中j 纬度（北纬为正）； d 赤纬，是太阳直射点的纬度，与季节有关 ，冬至时为（2327）,阳光入射角i与太阳和屋面的夹角之间的关系 倾斜角a为的向南的玻璃面，冬至正午时太阳和屋面夹角,从最大透光率来说，要求屋面角大。最佳屋面坡度a 应是i0 ，即H0 90于是ajd 以北京为例（3954N) ，冬至屋面坡度应是：a = 3954（2327）6321,直射光透过率与入射角的关系不是简单的线性关系，当入射角小于45时，透过率变化不大 按冬至正午时入射角在4045以内计算，则屋面坡度约在1823。这样就可做到既能尽多地接受太阳

18、辐射能，又可照顾到建筑结构易于处理,2、连栋温室与塑料棚 南北延长连栋温室的屋面倾斜角，对直射光日总量透过率影响不大，而东西延连栋温室的屋面倾斜角，对直射光日总量透过率有影响,国际标准规定，连栋温室屋面倾斜角为26.5,三 设施构造物与光环境,（一）设施构材的遮光面积 设施构材的遮光面积与阳光入射角有关，入射角越小，构材遮光面积越小 东西向水平结构材料造成的阴影，使地面出现一些弱光带 南北向水平结构材料和垂直结构材料，对透光率在地而上分布的均匀性影响较小,结论,东西屋面对称的南北栋温室和塑料棚，比南北屋面对称的东西栋温室和塑料棚地面光照度分布均匀 中高纬度地区春、夏季和低纬度地区，南北栋温室和

19、塑料棚比东西栋优越 冬季东西栋温室透光率优于南北栋温室，纬度越高，差异越明显 设计设施时，应尽量不用或少用东西向建筑构件，如必须使用的，应尽量压缩断面尺寸 ，使阴影范围规划为非种植区,（二）反射温室的光环境 中、高纬度地区，冬季光照弱、光照时间短，可考虑在温室内装置反射板，以增加温室内反射光 （三）换气扇位置 换气扇的位置应尽量避免遮光,四、邻栋间隔与光环境,东西栋温室和塑料棚的相邻距离，应以太阳高度角最小的冬至时，前排温室背后的阴影恰好映在后排温室前窗脚下为最理想，间隔约为檐高的2倍左右。不同纬度地区，建筑物的阴影长度不同，其合理距离可用下式计算 式中W东西栋温室前后两排合理距离（m )；T

20、前排温室最高点的高度（m)；Q冬至中午当地的太阳高度角（度）,南北栋温室和塑料棚之间的距离，由于中午前后彼此没有遮阴现象，相邻距离要求为檐高的1倍左右,五、覆盖材料与光环境,（一）覆盖材料对不同波长的光谱透过率不同 在短波辐射区，聚氯乙烯、聚乙烯和玻璃的透过率都较高，无很大差异。但在长波辐射区，透过率差异很大 （二）覆盖材料使光照中散射光比例增加 设施内散射光比例大，有利于作物生长发育 （三）覆盖材料的污染与老化,六、光环境的调节,研究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 人工调控： 光量调控 遮光，降低光照的强度；补光，提高光照的强度。 光周期调控 遮光，延长

21、暗期；补光，延长明期，改变明期、暗期交替的规律。 光质调控 采用满足要求的具有特定光谱分布的人工光源补光，采用满足要求的具有特定光谱透过率的覆盖材料,遮光措施 目的：一是缩短光照时间和减弱光照度； 二是降低设施内的温度 方法有：1、采取在设施外部覆盖黑色塑料薄膜或外黑里红布帐的方法缩短光照时间 2、 减弱光照度,补光 采用人工补光主要是为了满足某些作物对光质、光强及光周期的生物学要求 目的 一是采用补光的方法，抑制或促进花芽分化、调节花期。此时要求的光照度较弱，一般为2050lx 二是作为光合作用的能量补充自然光的不足，这种补光要求光照度强，约为10 30klx,人工补光的光源,首先应具备作物

22、所需要的光谱成分和一定的强度，其次还应经济、耐用和使用方便。 目前作为人工补光光源有白炽灯、卤钨灯、荧光灯、高压水银灯、高压钠灯、及金属卤化物灯,发光二极管（LED）等,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,荧光灯 用于无遮挡自然光问题产生的组培室等设施内的人工光照,金属卤化物灯 在对光质与效率均有较高要求的设施中（例如科研温室）使用,高压钠灯 目前在生产性园艺设施的补光中使用最多,发光二极管（LED） 单色性，波谱域宽仅20nm左

23、右； 没有中、长波红外辐射（对光合作用无效）的能量浪费，发热少，可实现近距离补光（提高光利用效率）； 辐射效率和光量子效率极高； 具有多种光色器件，可按需要组合不同单色（如红蓝）的LED满足植物光合作用对光谱的需要；,LED人工光源,几种人工光源的发光效率及光照强度换算,人工光源的应用例,七、人工光照的配置计算,1、点光源照度的逐点计算法 照射到微元面积dA上的光辐射通量为dF 时， 该微元面积上的照度为： 而： 式中 dA 面积dA在垂直于光源 方向的平面上的投影，m2； q 光源对于入射平面的入射角；,式中 I 光源在计算方向的发光强度，cd（坎德拉）； dw 微元面积dA对应的立体角；

24、R 光源到照射面的距离，m。 则：,某高压钠灯，400W，中心发光强度为9000 cd，在40方向上的发光强度为95%9000=8550cd。,采用n个光源时，计算点的照度为 考虑灯罩和室内反光、灯具污染、光源老化等影响,m 附加照度系数，考虑灯具类型、墙面、屋面等反光增加照度的作用，一般m =1.051.5，温室内反光小，可取m =1； k 维护系数，考虑灯具污染、光源老化等降低照度作用的系数，一般k = 0.60.8。 光照均匀度，要求： Emin/Emax0.7,2. 线光源照度的逐点计算法 计算条件：线光源平行于被照面,计算点位于线光源一端（a） 由l / h与d / h查图，得到线光

25、源光通量为1000 lm时计算点照度E（lx） l 线光源长度； h 线光源至被照面的距离； d 计算点与线光源在被照面上投影间的距离。,计算点位于线光源端点之外（b） 由l1 / h与d / h查得E1，由l2 / h与d / h查得E2， 得到线光源光通量为1000 lm时计算点照度 E=E2-E1（lx） 计算点位于线光源端点之内（c） 由l1 / h与d / h查得E1，由l2 / h与d / h查得E2， 得到线光源光通量为1000 lm时计算点照度 E=E2+E1（lx）,计算点照度： 式中 F 线光源的总光通量，lm n个光源并考虑修正时：,3. 利用系数法 式中 F 每个光源的

26、光通量； n 光源的数量； A 受照的植物栽培面积； k 维护系数； U 利用系数，与灯具类型、效率、灯具与栽培面间距离、室内墙面和屋面反光、栽培面积与温室内其他表面积的比例等因素有关，温室一般可取0.50.8，组培室中一般可取0.10.5。,光源至被照面的距离越大，利用系数越小,栽培面积与温室内其他表面积的比例越大，利用系数越大,. 光合补光的光照强度与经济性 光合补光耗用功率的估计： 设补光强度采用4500 lx (或PAR 19W/m2 或PPFD 76mmol/m2s) 取维护系数k=0.7，利用系数U=0.50.8时，单位面积上需要的光通量 由： 有： 如采用高压钠灯，光效率为106

27、 lm/W，所需光源的功率约为75120W/m2,植物生产中人工光源的光能利用效率,a: 光源发出的光合有效辐射能占光源消耗能量的比例，0.10.4； b: 植物栽培面接受的光合有效辐射能占光源发出的光合有效辐射能的比例，0.40.6； c: 植物光合成器官吸收的光合有效辐射能占植物栽培面接受的光合有效辐射能的比例，0.80.85； d: 通过光合成转化的碳水化合物化学能占吸收的光合有效辐射能的比例，0.060.12； e: 植物产品中的碳水化合物化学能占植物全部碳水化合物化学能的比例，0.750.85。,a 与光源本身的性能有关，荧光灯和卤化物灯为0.25，高压钠灯为0.30，LED为0.1

28、0.15 b 与栽培密度和生长阶段有关 c 与生长空间有关系 d 与周边的环境有关系 e 与植物产品运输中的损耗有关,5、光源的布置 丛叶型作物（如甘蓝、萝卜等） 光源配置在作物之上的一定高度。 多层枝叶的作物（如番茄、黄瓜等），光源最好配置在作物的行间呈垂直面。,八、温室的光量调控,1 .光合补光调控 2. 光合遮光调控 用遮阳幕材料：竹帘、白色聚乙烯纱网、黑色遮阳网、屋面涂白等（室外）、无纺布、缀铝膜（室内）等,九、光周期调控,补光方式：（一般长日照作物要求连续暗期短于7h） 1、整夜连续补光； 2、早晚延长补光； 3、夜间间断补光（如北京地区冬季，光照时间为9h，黑夜为15h。为了节省电

29、能，可用50lx光照在午夜补光4h，连续暗期变为两段5.5h，可节电50。若用110lx照度，每30min补光6min，或用220lx照度每1min中补光3s，均可收到同样的光周期补光效果，但可节电6080。） 不同作物光周期反应差异很大，就同一种作物，光周期反应也因生长阶段、温度、营养状况不同而异。光周期补光方式应通过试验确定,遮光方式（一般应使连续暗期大于14h） 常用的材料有黑布与黑色塑料两种，在温室顶面及四周铺设、严密搭接。使室内光照降到临界光周期照度以下，一般不高于22lx。 遮光的时间，通常从黑夜向傍晚和清晨两头延长,九、光质调控,蓝光 波长400500 nm 红光 波长60070

30、0 nm 远红光 波长700800 nm （700760 nm 长波红光；760800 nm 近红外光） 1. 红光与蓝光之比R/B（或蓝光与红光之比B/R） 2. 红光与远红光之比R/FR 有关研究表明，改变红色光(R，600700nm)与远红光(FR，700800nm)二者光量子束之比(R/FR)，可以改变植物伸长的生长趋势。,光质调控的技术方式： 采用特定光谱的人工光源补光。 在覆盖材料的生产工艺中，采用添加阻隔红光（R）或阻隔远红光（FR）助剂的方法，使覆盖材料具有所需的R/FR比透光率的特性。,第二章、温室温度环境调节,作物和温度的关系 1、作物本身是一个变温的有机体，其温度的变化趋

31、向于它们所处的温度环境。因此，作物的生长、发育和产量均受温度的影响。 2、特别是极端的高温和低温对作物的重要性在于必须在一定的温度条件下，作物才能进行体内生理活动及体内生化反应 3、此外，温度的变化，可引起综合环境中其它因子（如湿度）的变化，而环境因子综合体的变化，又影响作物的生长、发育及产量。,植物对温度的要求 1. 温度对植物生育的影响 温室内气温、地温 植物的光合作用、呼吸作用 根系对水分、养分的吸收 光合产物及水分、养分的输送 植物根、茎、叶、花、果实 各器官的发育生长,温度对植物光合作用与呼吸作用的影响,在一定温度范围内，植物光合强度随气温的升高而提高，增长较快时，每提高1，光合强度

32、可提高约10%，超过此范围光合强度反而会降低。 呼吸作用一般随气温提高而增强。 在较低的温度下，植物光合作用强度低，光合产物少，生长缓慢；温度过高，光合强度增长减缓或降低，呼吸消耗增长大于光合作用增长，同样不利于光合产物的积累。 最利于植物光合产物积累的温度条件随光照条件的不同而变化，一般光照越强，最适温度越高。光照较弱时，如气温过高，光合产物较少，呼吸消耗较多，植物中光合产物不能有效积累，会使植物叶片变薄，植株瘦弱。 植物光合作用产物输送同样需要一定的温度条件，较高的温度有利加快光合产物输送的速度。如果下午与夜间温度过低，叶片内的光合产物不能输送出去，叶片中碳水化合物积累，不仅影响次日的光合

33、作用，还会使叶片变厚、变紫、加快衰老，光合能力降低。,地温（土壤温度）对植物生理与生长的影响,地温的高低影响着植物根系的生长发育和根系对水分、营养物质的吸收及输送等过程。 在过低的地温下，植物根系发育受阻，不能有效吸收和输送水分及营养物质。过低的地温还不利于土壤微生物的活动，从而影响有机肥的分解和转化。 一般适宜的土壤温度为1520(一般指1520cm深处)，最低一般不能低于10左右。,第一节 温度及其变化规律,一、地球表面的热量平衡 （一） 裸露地的热量平衡是指地球表面热量收入和支出的差额,H,R+,LE,B,H+,R-,B+,LE+,设地面（无植被平地）辐射热量收支差额为R，地面与空气热量

34、交换为H，地面和下层土壤热量交换为B，水分蒸发所消耗的热量或水气凝结所发出的热量为LE，裸露地单位面积上热量平衡公式如下 R=H+B+LE,当地表潮湿、R为正值时，LE值是相当大的，因此潮湿的地表增温慢。 LE值的大小主要与风速有关，风速越大则交换越强烈。 B值大小主要决定于土壤上下层的温度梯度和土壤导热率的大小 当R值为负值时，土壤和空气均向地面释放能量，水汽中的潜热也以凝结的形式向地面散热,（二）农田中的热量平衡,B 作物活动层的辐射平衡； P作物活功面与大气之间的湍流热交换； LE农田的总蒸散（包括农田蒸发与蒸腾）; IA 同化CO2消耗的热量； QT 叶片与茎内部的热交换； QA 叶片

35、积累的热量； QS土壤与作物活动面之间的热交换。,但由于IA 、QT 、QA均很小，所以可以写成 二、作物群体内温度变化的规律 （一）作物体的温度 作物体温度一般接近气温（根的温度接近于土温），并随环境温度的变化而变化，但作物体温度的变化往往落后于环境温度的变化,（二）作物群体内的温度状况 1、群体内温度影响因素 作物冠层的结构与密度，支配着辐射能量对作物群体的穿透程度。所以冠层结构与密度左右着作物群体内部温度。 此外，作物群体的能量平衡，还受作物各层的蒸腾作用与湍流输送过程的影响,2、群体内温度分布的一般特征 A、作物生长初期，群体内气温的垂直分布与裸地一致 。白天温度随离地面高度的增加而降

36、低；夜间由地面向上递增 B、随着作物群体密度和高度的增加，白天出现最高温度的部位，将上升到某一高度上；最低温度的部位是从上面下沉的冷空气积聚的层次 C、白天作物群体下的地面温度低于裸地表面温度；夜间土温比裸地表面温度高,第二节 温度的生物学效应,一、作物对温度的要求 （一）基点温度 作物生长发育的适宜温度具有一定变化范围，即适宜温度范围。作物各自都有最低温度、最适温度和最高温度“三基点温度” 最低温度(515)最适温度(2028)最高温度(3035)致死温度致死温度(多数园艺植物的三基点温度大致范围) 同种作物不同的生长时期基点温度不同 同种作物不同的生理活动基点温度也不同,温度三基点 在最适

37、温度下，植物生长、生理活动能最有效进行，光合产物积累速度高。 在最低温度和最高温度之间，作物能够维持正常的生理和生长发育。 低于最低温度和高于最高温度时，植物停止生长发育，但仍可维持正常生命活动。 温度低于最低温度和高于最高温度过多，就会对作物产生不同程度的危害，在一定温度条件下甚至导致死亡，这样的温度称为致死温度。 温度三基点根据植物种类、品种、生育阶段和生理活动的昼夜变化以及光照等条件而有不同。,花卉的温度指标,蔬菜的温度指标,（二）积温 对作物的生长发育而言 ，温度起主导作用 ，作物在一定的温度下才开始发育，为了完成其全生育期或某个生育期，要求一定的积温（度日） 其表达式为,式中 N作物

38、某发育期日数；AtN天的积温；tN天的平均温度；Bt作物生长发育的下限温度,如下限温度为0 ，出苗到开花要求600积温，则平均温度为15时，出苗到开花需40天，20时需30天。温度低则发育慢，温度高则发育快。虽然时间、地点不同，但作物完成其发育所要求的积温值应基本一致。即作物发育要求一定的下限温度，完成发育要求一定的积温。在生产上可根据积温多少确定某作物在某地能否正常成熟，预计是否高产优质，以及确定作物可能种植的季节和地区。,农业生产中常用的积温有活动积温与有效积温两种。活动积温是作物在某时期内活动温度的总和，而有效积温是作物在某时期内有效温度总和， 一般可根据该时期内逐日的日平均温度予以计算

39、。,活动温度（以t Bt表示）一般指大于或等于生长下限温度的日平均温度。如某天日平均温度为15 ，而某作物的下限温度为10 ，则当天对该作物的活动温度是15 。有效温度（以tBt表示）是日平均温度与下限温度之差，如上述15 那天的有效温度为5,一日内温度按小时的累加数（度时），称为日积温，可以用来分析一天内的温度与作物生长发育的动态关系。 平均日积温小于360（时）黄瓜明显减产，保持400550（时）才能取得高产,（三）作物对温度适应的生态类型 耐寒的多年生作物 （金针菜 、藕） 耐寒的一、二年生作物（菠菜、大葱） 半耐寒作物（胡萝卜、芹菜） 喜温作物（黄瓜、番茄 ） 耐热作物 （冬瓜、西瓜）

40、,（四）不同生育期适宜温度的动态变化 同一种作物在各个生育时期，要求的温度不同。 一般在种子发芽时要求较高的温度 幼苗期最适的生长温度比种子发芽温度低 营养生长期要求的温度比幼苗期高些， 生殖生长期（开花、结果）则要求充足的光和较高的温度， 到种子成熟时要求更高的温度。,作物在生长发育及产量形成过程中，除要求一定的积温外，还要求一定强度的热量条件 当外界条件满足不了这样的热量强度要求时，作物则不能正常成熟或产量受到影响 棉花在生育期间，要求最热月平均温度在2325以上，否则不能开花结铃。云贵高原大于或等于10 积温虽为50005500 ，与河南郑州相近，但最热月平均气温（比明）低于20，不能种

41、植棉花，而郑州在27以上，棉花生育良好,二、节律性变温对作物生长发育的影响,自然界的温度有周期性的变化和非周期性的变化。即季节变化与昼夜变化我们称这种有规律地的变化为节律性变温 作物对温度节律性变温的反应称为温周期现象 （一）温周期对作物生长发育的影响 a、变温能提高种子发芽率。,b、昼夜变温对植物生长有明显的促进作用。一般热带植物昼夜温差要求36，温带植物要求57，沙漠植物要求在10以上。 c、温度的日变化也影响产品品质 d、食用菌根据各种食用菌在子实体分化阶段对变温刺激的反应，可以分为两大类： 1、变温型 如香菇、侧耳等。 2、恒温型 如木耳、草菇、猴头菌、灵芝等,（二）设施夜气温变温管理

42、的原理与模式,果菜类蔬菜在夜温适宜的范围内，前半夜为促进光合产物的运转速度需稍高温，而后半夜为抑制呼吸作用的消耗需稍低温 在低夜温条件下对同化产物运转有抑制作用，同化产物如没有全部被运转出去而残留在叶片中，对次日的光合作用有不良影响。 在高夜温下，虽可促进同化产物的运转，但呼吸作用旺盛，易消耗白天形成的光合产物 植物在一日内对温度的要求是变化的。昼夜不变的温度管理方式，植物生产效率比昼高、夜低的管理方式低。 温度对植物物质生产的影响，是对一日间光合作用、产物输送与呼吸消耗等作用的综合影响。,变温管理依据随光照昼夜变化的植物生理活动中心，将全天划分为促进光合作用时间带、促进光合产物转运时间带和抑

43、制呼吸消耗时间带等时段，按不同的温度调控目标进行分别管理。 根据阴晴天不同光照条件采用不同的温度控制水平。 设施夜温变温管理，对果菜类蔬菜不仅有增产效果，同时还能节约能源 温度管理的目标，是要增加光合作用产物及促进产物的输送、贮藏和有效分配，抑制不必要的呼吸消耗，达到最大限度的物质积累。低温界限阴雨天输送适温日出时间正午抑制呼吸日落午夜抑制呼吸促进光合作用促输送抑制呼吸高温界限气温光合适温换气 晴天变温管理模式,在实行夜温变温管理时应注意以下两个问题 1、气温与地温的关系 果菜类蔬菜要求有一定的地温、气温差，当气温高时，要求地温低一些，当地温高时，要求气温低些 2 光照与变温管理的关系 光照充

44、足时，较高的温度可提高同化作用，光照不足时，较低的气温可降低呼吸消耗,（三）春化作用,用低温促使作物开花的作用叫做春化作用 如芹菜、芥菜、白菜、萝卜、菠菜、莴苣、甘蓝、洋葱、大蒜、大葱及冬小麦、冬黑麦等 两年生作物 春化作用对作物发育的影响是诱发性的，而不是直接的 以萌动种子进行低温养化，如白菜、芥菜、萝卜、菠菜、筒篙等；以幼苗长到一定大小后低温春化才有效果，如结球甘蓝、洋葱、大蒜、大葱、芹菜等,三、极端温度对作物生长发育的影响,（一）低温灾害 环境温度低于作物生长发育的温度下限产生的危害，称为低温灾害 根据我国农业气候特征，低温灾害大致可分为以下四个类型 1、霜冻害是指在温暖季节，土壤表面或

45、作物表面的温度下降到足以引起作物遭受伤害或死亡的短时间的低温冻害,2、越冬冻害是指越冬作物和果树林木，因遇到0以下强烈低温或剧烈变温所造成的灾害 3、冷害是指温度在0以上，有时甚至是接近20条件下对农作物产生的危害 4、热带作物寒害是指热带作物受0 或0 以上低温的侵袭而造成的一种灾害,（二）低温对作物的危害 1、霜冻危害作物的实质是低温冻害，主要是低温使细胞间隙结冰而引起的伤害，即冰晶的形成使原生质膜发生破裂和蛋白质变性 2、作物受低温的伤害程度，除了决定于极端低温值外，还决定于升降温的速度。在相同条件下，升降温速度越快，作物受伤害越重,3、产生冷害会在作物的生长发育过程中对温度敏感的时期对

46、作物的 开花、结果等造成影响 （三）低温灾害的防御措施 作物低温危害程度与低温强度和持续时间有关，也与作物身抗寒性和农业技术水平有关 ，因次必须采取综合防御措施,作物和品种合理布局 ； 选用抗寒性强的品种 ； 初春秋末温度变化大的时期，注 意设施内的夜间温度管理； 注意作物敏感期的温度管理；,综 合 防 御 措 施,（四）高温热害 高温热害是环境温度超过作物生育最适范围后再继续上升，对作物产生的危害。 一般情况下，作物因高温直接影响而枯死的现象较少，但高温会引起蒸腾量增大、根系吸水不足，致使作物体水分平衡失调，导致原生质脱水。 所以高温的影响，往往与日照强烈所引起的过度蒸腾作用联系在一起,（五

47、）高温热害的防御措施 （1）喜温果菜类蔬菜应适时早播，加强前期管理，促进枝叶繁茂以减轻日晒 （2）利用合理灌溉来改良设施小气候 （3）采取遮阴和通风措施,第三节设施的温度条件及其调节,一、设施内的热量平衡 设施内热量平衡是一个比较复杂的问题，其自然加热是由太阳辐射产生的，波长在3602800nm之间的太阳辐射通过覆盖物后，投射到设施内土壤表面、作物和其它部位。 通过分析进出设施内各种热量的收支情况，对正确计算园艺设施的耗热量、设计保温及降温设施，是不可缺少的研究方法,（一）白天设施内的热量平衡,白天设施内热量来自太阳辐射能和人工加热能。热量的支出包括如下几个方面 ( 1 ）太阳辐射能中一部分被

48、土壤、作物及覆盖物等表面反射，并且有一部分透过覆盖材料离开设施而散失。 ( 2 ）设施内土壤与空气之间、空气与覆盖物之间，以对流方式，进行热量交并通过覆盖物外表散失。 ( 3 ）设施内土壤蒸发、作物蒸腾、覆盖物表面蒸发，以潜热的形式失热。 ( 4 ）设施内自然通风和强制通风，建筑材料的裂缝、门窗缝隙等所导致的热量流失 ( 5 )土壤传导失热,（二）夜间设施内的量平衡 1、不加温情况下,热损失主要有三个部分： 1、热量通过土壤沿横向传到室外土壤； 2、通过缝隙传到室外空气中； 3、贯流失热，即温室内的空气以对流、辐射和凝结等方式，向覆盖材料的内壁面传导，通过热传导方式再扩散到覆盖材料的外表面，之

49、后再以辐射方式散失到周围,2 加温情况下,加温时，设施内热量来源是土壤蓄热和采暖设备供给的热量。 其支出的热量比不加温的大得多。其原因是设施内温度高，增加了覆盖材料里面和外面之间的温差，通过对流、辐射和传导传至室外的热量也增大。,二、设施的热特性,（一）温室效应 温室效应是指在没有人工加温的条件下，设施内获得与积累的太阳辐射能，是设施内的气温高于外界环境气温的一种能力。 1、温室效应出现的原因 一是太阳光线能透过透明的覆盖材料射进设施内，又能阻止设施内长波辐射透过透明的覆盖材料而散失于大气中； 二是设施为半封闭空间，设施内外空气交换微弱，从而使蓄积的热量不易散失,2、温室效应的影响因素 A、温

50、室效应主要与设施的通风透气有关，此点在设施的温度调节措施中很重要 B、温室效应取决于太阳辐射能的强弱 ，晴天比阴天温室效应大 C、温室效应与保温比也有密切关系 保温比是指设施内的土壤面积As与覆盖及维护表面积Aw之比，一般单栋温室的保温比为0.50.6左右，连栋温室为0.7一0.8左右,（二）日温差 日温差是指一日最高温度与最低温度之差 设施内最高温度与最低温度出现的时间与露地相近，即最低温度出现在日出前，最高温度出现在午后,1、不加温的设施内的日温差比露地大的多 2、保温比较小的的设施，因容积小，覆盖面积大，则日温差也较大。 3、覆盖材料不同，其透光率与热传导率不同，设施内日温差也不同。,（

51、三）温度逆转现象 小型无加热温室和塑料棚在夜间，有时室温比外界温度还低的现象称为温度逆转现象 在设施生产中，早春防寒比较重要，可通过临时加温或灌溉的方式处理,（四）土壤温度 温室内的地温状况。温室内土壤的温度与室内气温、土壤含水量和植物遮荫等情况有关 土壤热容量大，其变化幅度较小，且滞后于室内气温的变化，土壤深度越大，其温度变化幅度越小，滞后越多 周边部位的土壤温度明显较温室中部低,三、设施内温度的分布,设施内温度的空间分布变化较复杂。在保温条件下，垂直方向和水平方向的温度分布都不均匀 一般说来，设施面积越小，不仅边缘低温带比较大，而且温度的水平分布也越不均匀。外界气温越低，或是室内热源温度高

52、而维持较大的内外温差时，则室内水平温差也较大,设施内温度分布不均匀的原因 （一）太阳入射量的影响 太阳高度角的变化 温室结构、方位、屋面角不同 （二）设施内空气环流的影响 不加温，不通风的温室设施中垂直方向的温差可达4-6以上，室内外温差越大，设施内温度分布越不均匀,上部温度越高，通过覆盖材料的对流换热量越大，不利于温室减少热量的损失。近年一些温室采用地面加温的方式，可以减少温室垂直方向上的温差，以达到节能的目的,无论温室的方位如何，当风吹到温室上方时，因为在屋顶部分迎风一侧形成负压，向外抽吸空气，背风一侧形成正压，向室内压下空气，使室内近地面形成与风向相反的小环流,（三）设施结构的影响 双屋

53、向温室比单屋同温室温度分布均匀，这显然是由于双屋面受热面与散热面都较均匀之故 （四）管理技术对设施温度分布的影响,1、加温设备种类及安置地点的影响 加温设备的种类及安置地点对设施内温度的分布均匀性影响很大。 2、通风技术的影响 自然通风除注意掌握通风量和通风时间外，还要注意通风方法,四、设施温度的调节控制,温度管理的目的是维持作物生长发育过程的动态适温，以及温度的空间分布均匀，时间变化平缓 （一）保温 不加温的设施夜间热量来源是土壤蓄热。夜间设施内土壤蓄热的大小，决定于白天射入设施内的太阳辐射能、土壤吸热量和土壤面积。 一般说，保温途径主要有以下三方面,1增大设施内土壤蓄热量 首先要设计合理的

54、设施方位和屋面坡度，选用透光率高的覆盖材料 其次是减少设施内土壤蒸发和作物蒸腾从以降低潜热损失 在设施周围挖一条宽30cm、深50cm 的防寒沟,2、增大保温比 由于设施主要的热损失是通过设施的结构与覆盖物的失热，所以通过适当降低设施的高度，增大保温比，可提高设施内昼夜的气温和地温 3、减少贯流放热和通风量 把透过覆盖物或围护结构的热量称为贯流传热量。在设计施工中除了要尽量使门窗闭缝，防止设施内热量流失之外，最主要的措施是采用覆盖减少贯流放热,红外反射材料保温幕,日光温室复合材料保温被,日光温室保温设计 墙体的作用：蓄热与保温 理想的墙体材料及构造： 内侧蓄热性和外侧保温性良好的异质材料复合墙

55、体,土墙与石砌体墙： 蓄热性良好，保温性差，承载力差，但就地取材、造价低廉，可依靠大厚度解决保温性较差问题，但占地较多，土地利用率低。 粘土砖墙： 蓄热性良好，强度和承载能力高，保温性较差，通常与发泡聚苯板（或其他保温材料）共同组成复合墙体。造价高，且耗费土地资源。,粘土砖替代材料的开发研究 加气混凝土砌块： 保温性较粘土砖好， 但蓄热性较差。 炉渣混凝土砌块等： 热工性能接近粘土砖。 保温蓄热性能较好、且强度较高、价格低廉的墙体材料的开发仍是有待研究解决的问题。,增强墙体蓄热作用的其他研究,蜂窝面（凹凸表面）墙体 潜热材料蓄热墙体 在墙体内侧材料中加入融点在20左右的材料（如硬脂酸正丁酯/石

56、蜡/十水硫酸钠/十水碳酸钠等），白昼潜热材料融化吸热，夜间凝固放热。,复合材料保温被的研究开发,保温主体材料: 再生棉（毛）毡 发泡塑料（PE等） 不织布、晴纶棉 面料：（承受拉力、防水等） 化纤防水布 增强保温性的材料层： 薄膜（阻隔空气对流） 铝反射膜（减少红外辐射散热）,保温被的研究开发中存在的问题 具有良好保温性、防风、防水性、机械强度、耐久性等性能且价格低廉的理想材料的筛选。 不同功能材料的优化组合。 保温被材料重量过小，在室外风力作用下掀动，影响其保温性。 加工工艺，防止针孔渗水等问题。 价格问题（目前多数保温被产品价格为1525元/m2） 保温性测定与评价。,几种保温被与草帘保温

57、性能测定结果对比,对比：单层玻璃传热系数7.6 W/( m2) 8mm中空PC板传热系数4.5 W/( m2),充气保温覆盖,加温温室有多层覆盖后，供暖负荷减少的比例称为保温覆盖的“热节省率”fr。保温覆盖的方式和材料不同，热节省率fr也不同，一般约为2560% （二）加温 我国北方地区，自深秋至春季，为使设施内气温、地温保持在作物生长发育的适温范围内，必须进行补充加温。温室加热方式依加温所用的热媒体不同可分为热风加温、热水加温、蒸汽加温及电热加温,热水采暖 采用6080热水，通过室内散热器自然放热； 水热容量大，热稳定性好，停机后保温性强； 须采用配管和散热器，设备费用较高； 预热时间长； 适用于大型温室。,热风采暖 燃油或燃煤燃烧的烟气通过强制热交换装置加热空气，热空气吹送入温室； 预热时间短，升温快； 不用配管和散热器，配置安装灵活、简便，设备费用较低； 温度稳定性差，停机后温度降低快； 适用于