《農(nóng)業(yè)生物環(huán)境工程》第4章 溫室設(shè)施環(huán)境調(diào)節(jié)與控制(7)(課堂PPT)

1、第四章 溫室設(shè)施 環(huán)境調(diào)節(jié)與控制,第一節(jié) 溫室設(shè)施光照環(huán)境的調(diào)節(jié)控制 一、光照環(huán)境與作物 （一）太陽(yáng)輻射與光合有效輻射 植物光合有效輻射（生理輻射） 400720nm 產(chǎn)生植物光合作用的光輻射波長(zhǎng)范圍，一般在400700nm的范圍計(jì)量 300780nm 對(duì)植物生理產(chǎn)生作用的光輻射波長(zhǎng)范圍,（二）光照環(huán)境的要素 光照對(duì)植物的二類作用 植物產(chǎn)物形成和生理活動(dòng)的光合作用能量源 影響生長(zhǎng)發(fā)育過程和形態(tài)形成的信息源 光照環(huán)境的要素 光合作用 光照強(qiáng)度量 光周期現(xiàn)象 光照時(shí)數(shù) 光合有效輻射，不同光譜對(duì)植物的作用 光質(zhì),（三）光照強(qiáng)度的度量 光照度 受照平面上接受的光通量面密度（單位面積光通量），單位：lx

2、 光通量 是按照國(guó)際約定的人眼視覺特性評(píng)價(jià)的輻射能通量（輻射功率） 人眼視覺對(duì)555nm黃綠光最敏感，以該波長(zhǎng)光為基準(zhǔn)，對(duì)可見光380760nm范圍內(nèi)的不同波長(zhǎng)光按人眼的感覺區(qū)別計(jì)算。 植物生理輻射的光波長(zhǎng)與人眼感受范圍不同，同時(shí)不同波長(zhǎng)光的植物生理效應(yīng)與人眼視覺不同，用光照度作為植物光照的度量指標(biāo)是不適宜的。,光合有效輻射照度 PAR（Photosynthetically Active Radiation） 單位時(shí)間、單位面積上到達(dá)或通過的光合有效輻射（400700nm）的能量。 單位：W / m2 光合有效光量子流密度 PPFD或PPF（Photosynthetic Photon Flux

3、 Density） 單位時(shí)間、單位面積上到達(dá)或通過的光合有效輻射的光量子數(shù)。 單位：mmol / m2s 植物光合作用的強(qiáng)度取決于植物吸收的光量子數(shù)量，用光量子數(shù)度量植物的光照更為合理。,太陽(yáng)總輻射照度 單位時(shí)間、單位面積上到達(dá)或通過的全部波長(zhǎng)范圍內(nèi)的太陽(yáng)輻射能量。 單位：W/m2 各種光輻射度量單位的相互關(guān)系 光照度、輻射照度、光量子流密度等與光譜能量分布密切相關(guān)，幾者之間無固定的比例關(guān)系。只有在確定的光譜能量分布情況下，才有明確的相關(guān)關(guān)系。,一般天氣自然（太陽(yáng)）光照情況下 幾種光輻射度量單位的近似換算關(guān)系,（四）光照強(qiáng)度與光合作用 光合作用的強(qiáng)度 CO2交換速度（kg / m2s） CO2

4、交換速度（凈光合速度） 真正的光合速度 呼吸速度,一些植物的光補(bǔ)償點(diǎn)與光飽和點(diǎn)的大致數(shù)值,二、溫室內(nèi)的光照環(huán)境及影響因素 （一）室外太陽(yáng)輻射 室外水平面太陽(yáng)總輻射照度為：（參見教材P51） 式中 A，B，C 計(jì)算常數(shù)。 a 太陽(yáng)高度角，為太陽(yáng) 與觀察地點(diǎn)聯(lián)線與地平線之夾角； L 所在地的北緯緯度；,H 時(shí)間角，為偏離正午的小時(shí)數(shù)15 ， 午前為負(fù)，午后為正； t 計(jì)算時(shí)刻（024時(shí)）； d 太陽(yáng)赤緯角，地球太陽(yáng)連線 與地球赤道平面的夾角； n 從1月1日至計(jì)算日的天數(shù)；,（二）影響溫室內(nèi)光照環(huán)境的主要因素 1. 室外光照條件 包括光照強(qiáng)度、光周期、光質(zhì)三方面 2. 覆蓋材料的透光特性 覆蓋材料

5、的分光透過特性 對(duì)溫室內(nèi)的光質(zhì)產(chǎn)生決定性的影響,塑料薄膜,玻璃,硬質(zhì)板材,光線入射角 入射角越大，透光率越低； 在入射角40以下時(shí)，入射角增大對(duì)透光率降低程度較?。?入射角大于40時(shí)，隨著入射角的增大，透光率降低速率顯著增大。,q,3. 溫室的方位、結(jié)構(gòu)與形式 屋面傾角b 南坡屋面日光入射角： q = 90- b - a 式中 a 太陽(yáng)高度角。 為保證屋面透光率，要求， q = 90- b - a 40 有： b 50- a,有： b 50- a 在北緯40（北京地區(qū)），冬季正午太陽(yáng)高度角為26.5，該時(shí)刻滿足上述要求的屋面傾角 b 23.5 為保證冬至每日有一定時(shí)間段滿足上述要求，屋面傾角還

6、應(yīng)更大，理想的情況應(yīng)有 b 30,溫室的朝向 冬季東西棟溫室（屋脊呈東西方向）透光率優(yōu)于南北棟溫室，緯度越高，差異越明顯，夏季相反。 室內(nèi)光照均勻性，南北棟溫室優(yōu)于東西棟溫室。實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)對(duì)溫室要求的側(cè)重方面合理選擇溫室的朝向。 單棟與連棟 單棟溫室透光率高于連棟溫室。,溫室結(jié)構(gòu)材料的遮光 平均透光率降低5%15% 固定覆蓋層的數(shù)量 每增加一層固定覆蓋層，透光率降低約10%15%。 4. 溫室使用狀態(tài) 覆蓋材料老化 塵埃污染表面結(jié)露 一般可達(dá)15%30%。,（三）溫室內(nèi)光照強(qiáng)度的計(jì)算 式中 I0 室外PAR、PPFD或照度， I0IdIs，Id為直接輻射，Is為散射輻射； M 直接輻射比率

7、，MIdI0，； td 溫室覆蓋材料直接輻射透過率； ts 溫室覆蓋材料散射輻射透過率。,式中 g1 溫室結(jié)構(gòu)材料遮光損失，0.10.15； g2 覆蓋材料因老化的透光損失，0.10.3； g3 塵埃污染和結(jié)露的透光損失，0.150.2； ts0 干潔覆蓋材料對(duì)散射輻射透過率， 一般0.70.85； tq 干潔覆蓋材料對(duì)直接輻射透過率， 與輻射光入射角q 有關(guān)。,溫室內(nèi)光照強(qiáng)度的估計(jì)： 式中 t 綜合總平均光照透過率 根據(jù)對(duì)北京地區(qū)的調(diào)查： 日光溫室 t 5070% 連棟溫室 t 4050%,三、人工光源 對(duì)人工光源的要求 光譜性能：富含400500nm藍(lán)紫光 和600700nm橙紅光 以及滿

8、足其他特定的光譜要求 效率：發(fā)出的光合有效輻射量與消耗功率之比 其他：使用壽命、價(jià)格等,幾種人工光源 熱輻射光源 白熾燈 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，光照強(qiáng)度易于調(diào)節(jié)； 輻射光譜主要在紅外范圍，可見光所占比例很小，發(fā)光效率低，且紅光偏多，藍(lán)光偏少； 壽命短（1000小時(shí)）。 不宜用作光合補(bǔ)光的光源 但可作光周期補(bǔ)光的光源,氣體放電光源 熒光燈 光譜性能好，發(fā)光效率較高。 壽命長(zhǎng)（12000小時(shí)）。 功率較小，滿足一定光照強(qiáng)度所需燈具多，對(duì)自然光遮光大。 目前在園藝設(shè)施補(bǔ)光中使用較多，尤其是用于無遮擋自然光問題產(chǎn)生的組培室中的人工光照。,高壓水銀熒光燈 易達(dá)到較高功率，壽命較長(zhǎng)。 但光色較差，發(fā)光效率略

9、低于熒光燈。 使用較少 金屬鹵化物燈 發(fā)光效率較高，功率大； 光色好； 壽命較高（數(shù)千小時(shí)）。 使用較多,高壓鈉燈 發(fā)光效率高，功率大； 光譜分布范圍較窄，以黃橙色光為主； 壽命高（1200020000小時(shí)）。 目前在園藝設(shè)施補(bǔ)光中使用較多。,低壓鈉燈 發(fā)光效率很高，功率大； 光色為單一的589 nm黃色光； 壽命高（平均壽命18000小時(shí)）。 光色單一，很少單獨(dú)使用，但可與其他光源配合使用。,各種熒光燈，高壓鈉燈及發(fā)光二級(jí)管的分光特性,各種人工光源的特性指標(biāo)比較,各種實(shí)用化人工光源的特征及應(yīng)用范圍,四、光照環(huán)境的調(diào)控 滿足溫室光照環(huán)境要求的工程手段 開發(fā)和選用合適的溫室覆蓋材料 溫室建設(shè)方面，采用合理的方位與溫室結(jié)構(gòu) 使用中的人工調(diào)控： 光量調(diào)控 遮光調(diào)節(jié)與光合補(bǔ)光 光周期調(diào)控 遮光調(diào)節(jié)，延長(zhǎng)暗期 補(bǔ)光調(diào)節(jié)，延長(zhǎng)光照時(shí)間 光質(zhì)調(diào)控 人工光源補(bǔ)光、覆蓋材料選用,人工調(diào)控根據(jù)對(duì)調(diào)控光照要素的不同，可采用的調(diào)控手段： 1.光照強(qiáng)度調(diào)控： 建造溫室時(shí)的合理設(shè)計(jì)和在生產(chǎn)使用中溫室內(nèi)光照強(qiáng)度不滿作植物光合作用對(duì)光照條件的要求時(shí)的調(diào)控。包括光合補(bǔ)光和光和遮光。 2.光周期調(diào)控： 根據(jù)植物種類控制其光照時(shí)間，或通過間接補(bǔ)光或遮光的方式調(diào)節(jié)光照時(shí)間，包括光周期補(bǔ)光和光周期遮光。光周期補(bǔ)光是當(dāng)黑夜時(shí)間過長(zhǎng)而影響作物生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)胡調(diào)節(jié)手段;光周期遮光是