設施環(huán)境控制

第五章設施的環(huán)境特性及其調(diào)控技術本章重點及難點重點：溫度、光照環(huán)境及其調(diào)控難點：溫度、光照、水分、氣體、土壤的調(diào)控第一節(jié)溫度環(huán)境及其調(diào)控一、 園藝植物對溫度的要求溫度對作物生育的影響：溫度的三基點，最低，最適和最高溫度。耐寒性作物：菠菜，大蔥；葡萄、李；三色堇、金魚草等。半耐寒性作物：白菜類、甘藍類；紫羅蘭、金盞菊等。不耐寒作物：瓜類，茄果類蔬菜；瓜葉菊、茶花等花卉?；ㄑ糠只簩τ诠麡湓O施栽培具有重要意義。二、 園藝設施溫度特點園藝設施內(nèi)熱量的來源主要是太陽輻射，對于加溫溫室，其熱量還有部分來自于加溫設施。（一） 溫室效應溫室效應是園藝設施溫度變化的重要特點。溫室效應指在沒有人工加溫的條件下，園藝設施內(nèi)獲得或積累太陽輻射能，從而使設施內(nèi)的氣溫高于外界氣溫的一種能力。溫室效應原理：白天太陽光透過塑料薄膜或玻璃等透明覆蓋材料入射到設施內(nèi)的地表面上，使地表面獲得輻射能使土壤溫度增加，夜晚由于覆蓋材料能阻止部分長波輻射，使輻射能留在設施內(nèi)，使設施內(nèi)的氣溫高于外界溫度，當設施內(nèi)的氣溫低于地溫時，地面也釋放能量提高設施內(nèi)的氣溫。（二） 設施溫度變化特點1、 晝夜變化：其晝夜溫度變化一般比露地環(huán)境下的溫度變化劇烈，保持適宜的晝夜溫差對于園藝植物的生長是有利的，但過于劇烈的晝夜溫差，特別是白天設施內(nèi)的高溫則可能對植物生長帶來不利影響，如可能會產(chǎn)生葉片和果實灼傷，必須采取適當?shù)拇胧┘右钥刂啤?、 季節(jié)變化特點3、 設施內(nèi)地溫的變化：設施內(nèi)的地溫也存在明顯的晝夜變化，但與氣溫相比，地溫比較穩(wěn)定，且地溫的變化滯后于氣溫。日最高地溫出現(xiàn)在14時左右。隨著土層深度的增加，日最高地溫出現(xiàn)的時間逐漸延后，距地表5cm深處的日最高地溫出現(xiàn)在15時左右，距地表10cm深處的日最高地溫出現(xiàn)在17時左右，距地表20cm深處的日最高地溫出現(xiàn)在18時左右，距地表20cm以下深層土壤溫度的日變化很小。4、 設施溫度變化影響因素：主要受覆蓋材料和保溫比的影響。覆蓋材料的種類不同，保溫的效果也不同。如聚乙烯透過太陽輻射能的能力優(yōu)于聚氯乙烯，但聚乙烯對紅外線的透過能力也比聚氯乙烯強，因此采用聚乙烯作為覆蓋材料的設施，白天升溫比較快，但夜晚降溫也較快，晝夜溫差比較大。保溫比是設施內(nèi)的土壤面積（S）與覆蓋及維護結(jié)構(gòu)表面積（W）之比，即為S/W。保溫比越小，覆蓋及維護結(jié)構(gòu)表面積越大，散熱面積越大，夜間降溫越快，保溫性越差，一般單棟溫室的保溫比為0.5?0.6,連棟溫室為0.7?0.8。三、園藝設施溫度調(diào)節(jié)控制園藝設施內(nèi)的溫度調(diào)節(jié)控制包括保溫、加溫和降溫三個方面。1、 保溫設施的保溫措施可以通過增大設施的保溫比和選擇合適的覆蓋材料和覆蓋方式進行。通過適當降低園藝設施的高度，縮小維護結(jié)構(gòu)的表面積，可以縮小設施的散熱面積，有利于提高設施的溫度。對于覆蓋材料的選擇，則主要考慮覆蓋材料白天對太陽輻射能的透過性和夜晚對長波輻射的阻隔性。在覆蓋方式的選擇上，采用多層覆蓋的保溫效果明顯優(yōu)于采用單層覆蓋。2、 加溫暖、輻射采暖等多種方式，其加溫效果、設備費用、運行費用具有很大差異。熱水采暖的效果最穩(wěn)定，但一次性投資大，適用于大型溫室的供暖；熱風采暖的一次性投資大約只有熱水采暖的1/5,但運行費用較高，適用于各種類型的塑料棚；電熱采暖的熱效率較高，但耗電多，主要適用于苗床的育苗；輻射采暖是利用液化石油氣燃燒取暖的方式，耗氣較多，僅適用于臨時輔助采暖。3、 降溫減少進入設施中的太陽輻射能；通過遮陽的方法解決。增加設施的潛熱消耗;通過蒸發(fā)冷卻的方法實現(xiàn)，在高溫季節(jié)常采用細霧降溫和濕簾-風扇降溫，通過蒸發(fā)作用使設施內(nèi)的溫度降低。增大設施的通風換氣量，通過增加大功率的風扇解決，對于面積較大的溫室，采用風扇進行強制通風是必需的。第二節(jié)光照環(huán)境及其調(diào)控一、園藝作物對光照的要求（一） 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：西瓜，甜瓜，番茄，茄子，光飽和點在6萬-7萬Lx。陰性植物：花卉的蘭科植物、觀葉類植物等。多數(shù)綠葉蔬菜和蔥蒜類蔬菜，光飽和點在2.5-4萬Lx。中性植物：黃瓜，甜椒，甘藍類，光飽和點在4-6萬Lx之間。（二） 園藝作物對光照時數(shù)的需求長光性蔬菜在12-14小時日長以上的條件下能促進開花結(jié)實的蔬菜，多數(shù)綠葉蔬菜，甘藍類和蔥蒜類蔬菜屬于此類。短光性蔬菜當光照時數(shù)少于12-14小時下能促進開花結(jié)實的蔬菜，如豇豆、莧菜、蕹菜等。中光性蔬菜對光照時數(shù)要求不嚴格，如黃瓜、茄果類蔬菜。（三） 光質(zhì)對園藝作物的影響波長在320nm以下的紫外線對蔬菜生長有害，波長在320-400nm之間的紫外光與維生素C的合成和有些色素形成有關。薄膜較玻璃對紫外光的透過率高。設施栽培下的果實著色情況不如露地，影響了某些園藝作物如茄子、葡萄、油桃的品質(zhì)。二、 設施光照環(huán)境特點園藝設施內(nèi)的光照條件有別于露地栽培。設施內(nèi)的光照條件受建筑方位、設施結(jié)構(gòu)、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(nèi)的光照強度、光照時數(shù)、光質(zhì)、光的分布狀況與外界環(huán)境有較大差異。光照強度普遍低于自然光，若采用薄膜覆蓋，光強只有露地的50-70%。光照時數(shù)較露地縮短。光質(zhì)成分有別于自然光，取決于覆蓋材料的種類和特性。園藝設施內(nèi)光照分布不均勻。三、 光照調(diào)節(jié)控制根據(jù)園藝設施內(nèi)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。改進園藝設施結(jié)構(gòu)提高透光率：可以通過選擇適宜的建筑場地和合理的建筑方位.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。選用透光率高的透明覆蓋材料改進管理措施：使用過程中保持覆蓋材料清潔，通過增加通風減少結(jié)露，提高透光率。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。通過加強植株管理增加中下部的光照。通過采用地膜覆蓋和在溫室內(nèi)張掛反光幕的方式，可改善溫室內(nèi)的光照分布狀況。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)。遮光在夏季光照強度過強時，需要采用遮光處理，可以達到兩個目的，其一是可以有效降低設施內(nèi)的光照強度，其二是可以有效降低設施內(nèi)的溫度。生產(chǎn)上常用的遮光材料有草簾、葦簾和遮陽網(wǎng)，其中遮陽網(wǎng)為定型生產(chǎn)的產(chǎn)品，遮光率從25%?90%不等，可以根據(jù)生產(chǎn)的需要選取。第三節(jié)水分環(huán)境及其調(diào)控一、 園藝作物對水分的要求耐旱植物：南瓜，西瓜；仙人掌科花卉。濕生植物：水生蔬菜（蓮藕，菱白等）。中生植物：大多數(shù)蔬菜屬于此類。二、 濕度環(huán)境特點1、設施內(nèi)濕度來自兩個方面：空氣濕度和土壤濕度。設施內(nèi)的空氣濕度也存在晝夜變化和季節(jié)性變化。在密閉的情況下，日出前設施內(nèi)的相對濕度高達100%，隨著日出后設施內(nèi)溫度的升高，相對濕度逐漸降低，12?13時相對濕度降到最低。濕度與產(chǎn)品品質(zhì)、病蟲害的發(fā)生關系密切。2、設施內(nèi)的灌溉方式淹灌或溝灌：省力、速度快。其控制方法只能從調(diào)節(jié)閥門或水溝入水量著手，浪費土地浪費水，不宜在設施內(nèi)進行。噴壺灑水：傳統(tǒng)方法，簡單易行，便于掌握與控制。但只能在短時間、小面積起到調(diào)節(jié)作用，不能根本解決作物生育需水問題，而且費時、費力，均勻性差。噴灌：采用全園式噴頭的噴灌設備，用3千克/平方厘米以上的壓力噴霧。5千克/平方厘米的壓力霧化效果更好，安裝在溫室或大棚頂部2.0?2.5米高處。也有的采用地面噴灌，即在水管上鉆有小孔，在小孔處安裝小噴嘴，使水能平行地噴灑到植物的上方。水龍澆水法：即采用塑料薄膜滴灌帶，成本較低，可以在每個畦上固定一條，每條上面每隔20?40厘米有一對0.6毫米的小孔，用低水壓也能使20?30米長的畦灌水均勻。也可放在地膜下面，降低室內(nèi)濕度。滴灌法：在澆水用的直徑25?40毫米的塑料軟管上，按株距鉆小孔，每個孔上再接上小細塑料管，用0.2?0.5千克/平方厘米的低壓使水滴到作物根部?？煞乐雇寥腊褰Y(jié)，省水、省工、降低棚內(nèi)濕度，抑制病害發(fā)生，但需一定設備投入。地下灌溉：用帶小孔的水管埋在地下10厘米處，直接將水澆到根系內(nèi)，一般用塑料管，耕地時再取出?；蜻x用直徑8厘米的瓦管埋入地中深處，靠毛細管作用經(jīng)常供給水分。此法投資較大，花費勞力，但對土壤保濕及防止板結(jié)、降低土壤及空氣濕度、防止病害效果比較明顯。三、空氣濕度的調(diào)節(jié)與控制1、 通風換氣設施內(nèi)造成高濕原因是密閉所致。為了防止室溫過高或濕度過大，在不加溫的設施里進行通風，其降濕效果顯著。一般采用自然通風，從調(diào)節(jié)風口大小、時間和位置，達到降低室內(nèi)濕度的目的，但通風量不易掌握，而且室內(nèi)降濕不均勻。在有條件時，可采用強制通風，可由風機功率和通風時間計算出通風量，而且便于控制。2、 加溫除濕濕度的控制既要考慮作物的同化作用，又要注意病害發(fā)生和消長的臨界濕度。保持葉片表面不結(jié)露，就可有效控制病害的發(fā)生和發(fā)展。加濕的方法大型農(nóng)業(yè)設施在進行周年生產(chǎn)時，到了高溫季節(jié)還會遇到高溫、干燥、空氣濕度過低的問題，就要采取加濕的措施。噴霧加濕噴霧器種類很多，可根據(jù)設施面積選擇。濕簾加濕主要是用來降溫的，同時也可達到增加室內(nèi)濕度的目的。溫室內(nèi)頂部安裝噴霧系統(tǒng)，降溫的同時可加濕。3、 覆蓋地膜覆蓋地膜即可減少由于地表蒸發(fā)所導致的空氣相對濕度升高。據(jù)試驗，覆膜前夜間空氣濕度高達95%?100%，而覆膜后，則下降到75%?80%。4、科學灌水采用滴灌或地中灌溉，根據(jù)作物需要來補充水分，同時灌水應在晴天的上午進行，或采取膜下灌溉等等。第四節(jié)氣體環(huán)境及其調(diào)控一、 園藝設施氣體環(huán)境特點設施氣體環(huán)境設施內(nèi)的氣體環(huán)境與外界具有較大差異，設施內(nèi)氣體變化有兩個突出的特點，一是設施內(nèi)CO的濃度變化，二是有毒有害氣體的產(chǎn)生。大氣中的CO濃度為330ML/L，在設施密閉的環(huán)境條件下，由于植物的光合作用，常會出現(xiàn)Co?的虧缺，從而影響植物的光合作用和產(chǎn)量，CO的虧缺通常出現(xiàn)在日出后1?2小時內(nèi)，設施的通風系統(tǒng)還未開啟的情況下表現(xiàn)最為明顯。有毒有害氣體的產(chǎn)生主要是由于施用未腐熟的有機肥、采用燃煤加溫、使用有毒的塑料薄膜散發(fā)出來的.設施內(nèi)常見的有害氣體有氨氣（NH3）、二氧化氮（NO）、二氧化硫（SO）、一氧化碳（CO）、乙烯（CH）、氯氣（C13），其中氨氣2 2 、. . . 、 . .24 . . _2 、. .和二氧化氮來自未腐熟的有機肥，二氧化硫和一氧化碳來自于燃煤，乙烯和氯氣來自于有毒的塑料薄膜。二、 溫室氣體的調(diào)節(jié)與控制（一） 二氧化碳濃度的調(diào)節(jié)1、 二氧化碳氣肥施用的時間2、 施用的方法：燃燒白煤油；有機肥發(fā)酵；燃燒天然氣；燃燒煤和焦炭；液態(tài)和固態(tài)二氧化碳；化學反應法：碳酸鹽與強酸反應（二） 有害氣體的預防對于有害氣體的預防則需要根據(jù)有害氣體產(chǎn)生的原因，有針對性地采取措施。生產(chǎn)中不使用未經(jīng)腐熟的有機肥，改進加溫方式，若必須要在設施內(nèi)采用燃煤加溫時，一定要安裝煙道，以便有害氣體能充分排除，在設施的使用過程中注意通風換氣，能有效降低有害氣體的危害，并可補充設施內(nèi)的二氧化碳的含量。第五節(jié)土壤環(huán)境及其調(diào)控一、 園藝設施土壤環(huán)境特點園藝設施內(nèi)溫度高，空氣濕度大，光照較弱，氣體流動性差，而作物種植茬次多，復種指數(shù)高，施肥量大，土壤中殘留的肥料亦較多，與露地土壤具有較大的區(qū)別。設施內(nèi)相對密封的環(huán)境使自然降水受到阻隔，土壤受自然降水自上而下的淋溶作用不會產(chǎn)生，導致土壤中積累的鹽分不能被淋洗到地下水中，而由于土壤表面的蒸發(fā)作用，土壤表層中積累的鹽分逐漸增加，容易產(chǎn)生土壤的次生鹽漬化現(xiàn)象。二、 溫室土壤的調(diào)節(jié)與控制平衡配方施肥過量施肥是導致土壤次生鹽漬化的重要原因，化肥的施用量有時超過蔬菜需要量的一倍以上，在施肥前應根據(jù)土壤肥力狀況和作物的需肥特點，進行配方施肥，減少肥料的浪費。在肥源的選擇上，改變偏施化肥的習慣，增施有機肥，可以有效減輕土壤次生鹽漬化的發(fā)生，對于改良土壤理化性狀，促進土壤微生物的活動。改進灌溉方式設施栽培下土壤表層易產(chǎn)生次生鹽漬化，通過改進灌溉方式，可以影響土壤水分的蒸發(fā)，漫灌和溝灌方式會加速土壤水分的蒸發(fā)，易使土壤鹽分向表層積聚，而采用滴灌和滲灌方式則可以有效防止土壤下層鹽分向表層積聚。土壤消毒土壤消毒可以分為化學消毒和物理消毒兩種方式。（1） 化學消毒主要是通過甲醛、硫磺粉、氯化苦等化學藥劑進行消毒。甲醛（40%）：40%甲醛也稱福爾馬林，廣泛用于溫室和苗床土壤及基質(zhì)的消毒，使用的濃度50?100倍。使用時先將溫室或苗床內(nèi)土壤翻松，然后用噴霧器均勻噴灑在地面上再稍翻一下，使耕作層土壤都能沾著藥液，并用塑料薄膜覆蓋地面保持2天，使甲醛充分發(fā)揮殺菌作用以后揭膜，打開門窗，使甲醛散發(fā)出去，兩周后才能使用。氯化苦：主要用于防治土壤中的線蟲，將床土堆成高30厘米的長條，寬由覆蓋薄膜的幅度而定，每30平方厘米注入藥劑3?5毫升至地面下10厘米處，之后用薄膜覆蓋7天（夏）到10天（冬），以后將薄膜打開放風10天（夏）到30天（冬），待沒有刺激性氣味后再使用。該藥劑對人體有毒，使用時要開窗，使用后密閉門窗保持室內(nèi)高溫，能提高藥效，縮短消毒時間。硫磺粉：用于溫室及床土消毒，消滅白粉病菌、紅蜘蛛等，一般在播種前或定植前2?3天進行熏蒸，熏蒸時要關閉門窗，熏蒸一晝夜即可。（2） 物理消毒又具有蒸汽消毒和太陽能消毒兩種方式。蒸汽消毒主要是通過土壤蒸汽消毒機進行，太陽能消毒于夏季農(nóng)閑時節(jié)進行，通過太陽能的輻射作用使設施內(nèi)的土壤升溫，具有很好的效果，目前國內(nèi)采用化學消毒的方式比較多，國外已經(jīng)普遍采用物理消毒方式。蒸汽消毒：蒸汽消毒是土壤熱處理消毒中最有效的方法，大多數(shù)土壤病原菌用60°C蒸汽消毒30分鐘即可殺死，但對TMV（煙草花葉病毒）等病毒，需要90°C