設施園藝學_第四章_園藝設施的環(huán)境特征及其調節(jié)控制.ppt

第四章 園藝設施的環(huán)境特征及其調節(jié)控制 Environment Characteristics and Adjust Control of Horticultural Facilities,設施園藝學 Protected Horticulture,園藝設施環(huán)境調控,要達到園藝作物的高產高效設施栽培，必須摸清園藝作物對環(huán)境條件的要求，要對園藝設施的結構特征進行優(yōu)化，根據作物需求對環(huán)境進行調控。 農業(yè)生產技術的改進主要沿兩個方向進行：一是創(chuàng)造適合環(huán)境條件的作物新品種和栽培技術，二是創(chuàng)造出使作物本身特性充分發(fā)揮的環(huán)境。設施園藝的環(huán)境條件調節(jié)就是實現后一目標的重要途徑。,設施栽培環(huán)境調控研究的問題,1. 掌握作物的遺傳特性和生物學特性，及其對各個環(huán)境因子的要求。 作物種類繁多，同一種類又有許多品種，每一個品種在生長發(fā)育過程中又有不同的生育階段（發(fā)芽、出苗、營養(yǎng)生長、開花、結果等），上述種種對周圍環(huán)境的要求均不相同，生產者必須了解。 光照、溫度、濕度、氣體、土壤是作物生長發(fā)育必不可少的5個環(huán)境因子，每個環(huán)境因子對各種作物生育都有直接地影響，作物與環(huán)境因子之間存在著定性和定量的關系，這是從事設施農業(yè)生產所必須掌握的。,設施栽培環(huán)境調控研究的問題,2. 應研究各種農業(yè)設施的建筑結構、設備以及環(huán)境工程技術所創(chuàng)造的環(huán)境狀況特點，闡明形成各種環(huán)境特征的機理。 摸清各個環(huán)境因子的分布規(guī)律，對設施內不同作物或同一作物不同生育階段有何影響，為確立環(huán)境調控的理論和基本方法、改進保護設施、建立標準環(huán)境等提供科學依據。,設施栽培環(huán)境調控研究的問題,3. 通過環(huán)境調控與栽培管理技術措施，使園藝作物與設施的小氣候環(huán)境達到最和諧、最完美的統(tǒng)一。,園藝栽培設施的環(huán)境因子,光照 溫度 濕度 氣體 土壤 綜合環(huán)境控制,本章主要內容,一.光照環(huán)境及其調節(jié)控制 二.溫度環(huán)境及其調節(jié)控制 三.濕度環(huán)境及其調節(jié)控制 四.氣體環(huán)境及其調節(jié)控制 五.土壤環(huán)境及其調節(jié)控制 六.設施園藝的綜合環(huán)境管理,本章目標,教學目標：掌握園藝設施內光照、溫度、濕度、氣體、土壤環(huán)境的變化規(guī)律及其調控技術，了解設施內環(huán)境的綜合管理技術。 教學重點：園藝設施內光照、溫度、氣體環(huán)境的變化規(guī)律及其調控技術。 教學難點：園藝設施內光照、溫度、氣體環(huán)境的變化規(guī)律及其調控技術。 教學課時：12學時,第一節(jié) 光照環(huán)境及其調節(jié)控制,園藝設施內的光照條件有別于露地栽培。 設施內的光照條件受建筑方位、設施結構、透光屋面大小、覆蓋材料的特性等多種因素的影響，導致設施內的光照強度、光照時數、光質、光的分布狀況與外界環(huán)境有較大差異。,一、園藝設施內的光環(huán)境,光照強度,光照時數,光質,光分布,與露地相比,設施內光環(huán)境有哪些特點?,光照強度弱(與透光率有關，普遍較低，若采用薄膜覆蓋，光強只有露地的50-70%) 光照時數短(與設施類型有關) 光質不同于露地(有別于自然光，取決于覆蓋材料的種類和特性) 光分布不均勻(與設施結構有關),二 、園藝設施內作物對光照的要求,1、園藝作物對光照時數的要求,光照時數：即光周期,指一天中受光時間長短,受季節(jié)、天氣、地理位置影響,長光性 在12-14小時日長以上的條件下能促進開花結實的園藝植物，多數綠葉蔬菜，甘藍類和蔥蒜類蔬菜；唐菖蒲、八仙花等花卉都屬于此類。 短光性 當光照時數少于12-14小時下能促進開花結實的園藝植物，如豇豆、莧菜、蕹菜等蔬菜；一品紅、秋菊等花卉。 中光性 對光照時數要求不嚴格，如黃瓜、茄果類等蔬菜；月季、香石竹等花卉。,2、園藝作物對光照強度的需求,不同的園藝作物種類對光照的需求程度不一。 陽性植物：蔬菜中的西瓜，甜瓜，番茄，茄子；花卉中的多數一二年生花卉、宿根花卉、球根花卉、木本花卉及仙人掌類植物等；果樹設施栽培較多的葡萄、桃、櫻桃等也都是喜光作物。光飽和點在6萬-7萬Lx。 陰性植物：花卉的蘭科植物、觀葉類植物，鳳梨科、姜科植物、天南星科及秋海棠科植物等；多數綠葉蔬菜和蔥蒜類蔬菜。光飽和點在2.5-4萬Lx。 中性植物：蔬菜中的黃瓜，甜椒，甘藍類，白菜、蘿卜等；花卉中的萱草、耬斗菜、麥冬草、玉竹等；果樹中的李、草莓等。光飽和點在4-6萬Lx之間。,3、光質對園藝作物影響,各種光譜成分對植物的影響,光質的變化還會影響園藝作物的產量和品質, Vc合成, 果實著色, 風味等,園藝設施內光分布不如露地均勻，使得作物生長發(fā)育不能整齊一致。 同一種類品種、同一生育階段的園藝作物長得不整齊，既影響產量、成熟期也不一致。 弱光區(qū)的產品品質差，且商品合格率降低，種種不利影響最終導致經濟效益降低，因此設施栽培必須通過各種措施，盡量減輕光分布不均勻的負面效應。,4、光分布對園藝作物影響,三、園藝設施光照環(huán)境的調節(jié)與控制,(一) 影響園藝設施光照環(huán)境的因素,可見光（390760nm）占50% 紫外線（290390nm）占1%2% 紅外線（760nm）占48%49%,輻射能通量密度W/m2 KJ/m2h 光照強度（Lx或KLx）,綠色植物吸收的波長與人眼所感覺的波長范圍并不一致，故用輻射能通量密度能更客觀地反映“光”對植物的作用。,1、園藝設施的透光率,設施內太陽輻射能（光照強度）與外界太陽輻射能（光照強度）之比 = I/I0100%,太陽光由直射光和散射光組成，故設施內透光率又分為對直射光透過率(z)和對散射光透光率（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,通常情況下，s取決于透明覆蓋材料種類,保護設施的結構、形式及覆蓋物的污染狀況,對固定形式的設施，s由下列因子決定 :,s =so（1-r1）（1-r2）（1-r3）,so干潔透明覆蓋材料對散射光的透光率 r1設施內構架，設備等不透明材料的遮光損失率。大型溫室5%，小型溫室10% r2覆蓋材料因老化的透光損失 r3水滴和塵染的透光損失，一般水滴透光損失20%-30%，塵染可達15%-20%,設計溫室時不能忽視對散射光的利用率,（2）直射光的透過率（z）,主要與投射光的入射角有關，即與溫室方位，屋面坡度和太陽高度有關,z =x（1-r1）（1-r2）（1-r3）,x為干潔透明覆蓋材料，在入射角為x時的透光率。X與溫室方位，屋面坡度，太陽高度有關,從設施為s和z來看，設施內透光率主要受以下因素影響：,覆蓋材料的透光特性,覆蓋材料的污染（塵埃、水滴等）和老化程度,溫室結構、方位、建材骨架和室內設施等,2、覆蓋材料的透光特性,投射到保護設施覆蓋物上的太陽輻射能，被分為三部分： 吸收率+反射率+透射率=1,干凈玻璃或塑料薄膜的吸收率10%左右,光線入射角 薄膜的老化 灰塵、水滴,3、園藝設施結構與透光率關系,建筑方位（單棟或連棟等）,結構形狀（屋面坡度）,跨度、高度、長度等,（1）建筑方位,對單屋面溫室，以東西延長采光理想，對全光面溫室（單棟溫室或塑料大棚）建筑方位以東西棟或南北棟哪種為優(yōu)？,結論1：冬至時東西方位溫室透光率優(yōu)于南北方位，棟越長，緯度越高，差異越明顯,從透光率看,從透光率看,結論2：3月10日以前東西延長單棟溫室透光率優(yōu)于南北延長，3月10日以后相反,從透光率角度出發(fā)，就單棟溫室而言，冬季直射光床面平均透光率以東西延長比南北延長好（平均高10%）緯度越高效應越明顯,從結構中骨架材料遮蔭角度,設施內骨架建材遮光面積與下列因子有關: 陽光入射角 入射角增大，遮光面積除寬度外，需加 厚度陰影,與緯度有關 緯度越高，太陽高度越低，建材遮光面積越大。東西延長比南北延長有優(yōu)越性（遮光少）,與水平構架材料多少有關,從結構中骨架材料遮蔭角度,水平構架材料多，東西延長溫室直射光在床面上的分布有若干弱光帶，形成死陰影，南北延長無,從透光率和骨架材料遮陰兩方面綜合考慮：對單棟溫室、塑料棚而言，如是單屋面，則應以東西延長、坐北朝南為優(yōu)。如是雙屋面的，以冬季生產為主時，東西延長比南北延長的光強，并可調整屋面坡度，減少水平構架材料來減少床面上弱光帶。如以春秋栽培為主或全年栽培時，則應以南北延長為優(yōu),全光面連棟溫室，以何種建筑方位為優(yōu)？,從透光率角度，東西棟優(yōu)于南北棟,從光分布，南北棟優(yōu)于東西棟。在冬、春、夏三個季節(jié)均表現明顯。東西延長的溫室，冬至和春分時由于天溝及向南屋面造成的陰影弱光帶十分明顯，直射光日總量差值冬至可達30%，春分達10%,結論:連棟溫室以南北延長為最佳設計,（2）屋面坡度（屋面傾斜角）主要影響直射光透過率,勞倫斯研究單棟溫室屋面傾斜角與室內光強關系,結果如下:,在一定范圍內,屋面傾斜角越大,溫室透光率越高,結論,單屋面溫室屋面傾斜角對透光率影響更突出，因此，對我國特有日光溫室，合理采光屋面角設計更重要，需考慮以下原則：, 一年中太陽高度角最低那一天（冬至）的透光率最多為好理想屋面角，但脊高、保溫差、耗材, 保證一天中上午10:00下午14:00進光量最多的屋面角合理采光屋面角,南北棟邊棟溫室屋面坡度對直射光日總量透光率影響不大，東西延長有影響，緯度越高，差異越明顯。 國際標準連棟溫室屋面傾角為26.5o,溫室結構形狀和相鄰溫室或大棚的間距也影響透光率,（二）園藝設施光照環(huán)境的調節(jié)與控制,園藝設施內對光照條件的要求：一是光照充足；二是光照分布均勻。 從我國目前的國情出發(fā)，主要還依靠增強或減弱農業(yè)設施內的自然光照，適當進行補光，而發(fā)達國家補光已成為重要手段。 根據園藝設施內光照分布的特點，可以采取不同的措施增加光照強度，并使光照分布均勻。,具體的調控措施有哪些？,1.改進園藝設施結構提高透光率, 選擇適宜的建筑場地及建筑方位 確定的原則是根據設施生產的季節(jié)，當地的自然環(huán)境，如地理緯度、海拔高度、主要風向、周邊環(huán)境（建筑物、有否水面、地面平整與否等）。 合理的骨架材料，減少建材的遮蔭。,2.設計合理的屋面坡度和透明屋面形狀,對于單屋面而言，主要設計好后屋面仰角，前屋面與地面的交角以及后屋面的長度，以保證透光性好。 拱圓形屋面較屋脊連接性屋面的采光效果好。,3.選用透光率高的透明覆蓋材料,我國以塑料薄膜為主，應選用防霧滴且持效期長、耐候性強、耐老化性強等優(yōu)質多功能薄膜，漫反射節(jié)能膜、防塵膜、光轉換膜。 大型連棟溫室，有條件的可選用PC板材。,4.改進管理措施,應經常打掃和清洗園藝設施的透光覆蓋面，增加透光率。 陰雪天過后應及時揭開保溫覆蓋物。 在保溫的前提下，盡可能早揭晚蓋外覆蓋保溫材料，以延長光照時間。,4.改進管理措施,充分利用反射光。如日光溫室適當縮短后坡、并在后墻上涂白以及安裝鍍鋁反光膜、在溫室內張掛反光幕、地面覆蓋地膜等。,反光膜,通過加強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調整，注意壟向。,5.人工補光,人工補光具有兩個目的，一是延長光照時間，另一個目的是作為光合作用的補充能源需要，可以彌補自然光的不足，一般用于光照比較弱的冬春季節(jié)。,補光對電光源的要求,光照強度在3000lux以上。 光照強度具有一定的可調性。 有一定的光譜組成，最好具有太陽光的連續(xù)光譜。,人工光源的種類 熱輻射光源 ：白熾燈、鹵鎢燈 鎢絲中通過電流產生高溫（24003000）發(fā)光。 氣體放電光源：熒光燈、高壓水銀熒光燈、金屬鹵化物燈、高壓鈉燈、低壓鈉燈 物質原子受電子激發(fā)產生光輻射。,白熾燈 Incandescent lamp 價格便易，但光效低，光色較差，目前只能作為一種輔助光源。 使用壽命大約1000小時。,熒光燈,第二代電光源。價格便宜，發(fā)光效率高?？梢愿淖儫晒夥鄣某煞?，以獲得所需的光譜。壽命長達3000小時左右。 主要缺點是功率小。,Fluorescent lamp,金屬鹵化物燈,光效高，光色好，功率大，是目前高強度人工補光的主要光源。缺點是壽命短。,Metal halide lam