設(shè)施園藝學(xué)—設(shè)施的環(huán)境特性及其調(diào)控技術(shù)

1、第三章 設(shè)施的環(huán)境特性及其調(diào)控技術(shù)（4 學(xué)時）第一節(jié) 光環(huán)境特點及其調(diào)控光環(huán)境對溫室作物的生長發(fā)育產(chǎn)生光效應(yīng)、熱效應(yīng)和形態(tài)效應(yīng)，直接影響其光合作用、光周期反應(yīng)和器官形態(tài)的建成，在設(shè)施園藝作物的生產(chǎn)中，尤其是對喜光園藝作物的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培中，具有決定性的影響。一、設(shè)施的太陽輻射溫室內(nèi)的光照來源，除少數(shù)地區(qū)和溫室進行補光育苗或栽培時利用人工光源外，主要依靠自然光源，即太陽光能。對綠色植物的吸收而言，用光量子通量密度來反映光能對植物的生理作用，同時溫室作物生產(chǎn)中光環(huán)境功能的表達(dá)，也不僅依賴占太陽總輻射能量50%的可見光部分，還包括分別占太陽總輻射能量43%和 7%的紅外線輻射和紫外線輻射。二、設(shè)施內(nèi)的

2、光環(huán)境特征首先是總輻射量低，光照強度弱。溫室內(nèi)的光合有效輻射能量、光量和太陽輻射量受透明覆蓋材料的種類、老化程度、潔凈度的影響，僅為室外的50% 80%，這種現(xiàn)象在冬季往往成為喜光果菜類作物生產(chǎn)的主要限制因子。其次是輻射波長組成與室外有很大差異。由于透光覆蓋材料對光輻射不同波長的透過率不同，一般紫外光的透過率低。但當(dāng)太陽短波輻射進入設(shè)施內(nèi)并被作物和土壤等吸收后，又以長波的形式向外輻射時，多被覆蓋的玻璃或薄膜所阻隔，很少透過覆蓋物，從而使整個設(shè)施內(nèi)的紅外光長波輻射增多，這也是設(shè)施具有保溫作用的重要原因。第三是光照分布在時間和空間上極不均勻。溫室內(nèi)的太陽輻射量，特別是直射光日總量，在溫室的不同部位

3、、不同方位、不同時間和季節(jié)，分布都極不均勻，尤其是高緯度地區(qū)冬季設(shè)施內(nèi)光照強度弱，光照時間短，嚴(yán)重影響溫室作物的生長發(fā)育。三、影響設(shè)施光環(huán)境的主要因素1散射光的透光率太陽光通過大氣層時，因氣體分子、塵埃、 水滴等發(fā)生散射并吸收后到達(dá)地表的光線稱為散射光。散射光是太陽輻射的重要組成部分，在溫室設(shè)計和管理上要考慮充分利用散射光的問題。2直射光的透光率依緯度、 季節(jié)、 時間、 溫室建造方位、單棟或連棟別、屋面角和覆蓋材料的種類等而異。（1） 構(gòu)架率溫室由透明覆蓋材料和不透明的構(gòu)架材料組成。溫室全表面積內(nèi)，直射光照射到結(jié)構(gòu)骨架 （ 或框架 ） 材料的面積與全表面積之比，稱構(gòu)架率。構(gòu)架率愈大，說明構(gòu)架的

4、遮光面積愈大，直射光透光率愈小，簡易管棚( 大棚 ) 的構(gòu)架率約為4%，普通鋼架玻璃溫室約為20%， Venlo型玻璃溫室約為12%。(2) 屋面直射光入射角的影響影響太陽直射光透光率的種種因素，多是由于影響直射光入射角的大小所致。太陽直射光入射角是指直射光線照射到水平透明覆蓋物與法線所形成的角。入射角愈小，透光率愈大，入射角為0 時，光線垂直照射到透明覆蓋物上，此時反射率為 0。透光率隨入射角的增大而減少，入射角為90 時透光率約83%，入射角為40或 45，透 光率明顯減少。若入射角超過60 的話，反射率迅速增加，而透光率就急劇下降。(3) 覆蓋材料的光學(xué)特性FRP板和PC板、PET板均不

5、透過紫外線，PE膜、MM版、PVC膜和玻璃都能透過紫外線。 由于紫外線部分290mm下的波長被臭氧層幾乎全部吸收掉，不能到達(dá)地面，所以這四種材料紫外線的透過率，實質(zhì)上不存在差異。至于可見光部分，各種覆蓋材料的透光率大都在 85% 92%左右，差異不顯著。由于各種覆蓋材料使用后的污染、老化及水滴水膜的附著，使透光率大為減弱，光質(zhì)也有改變。一般PVC膜易被污染，PE膜次之，玻璃污染較輕，如使用有滴膜，且不經(jīng)常清除 污染， 則這種膜會因附著水滴而使透光率降低20%左右，因污染使透光率降低15% 20%， 因本身老化透光率降低20% 40%，再加上溫室結(jié)構(gòu)的遮光，溫室等設(shè)施的透光率最低時僅有40%左右

6、。(4) 溫室的結(jié)構(gòu)方位的影響溫室內(nèi)直射光透光率與溫室結(jié)構(gòu)、建筑方位、連棟數(shù)、覆蓋材料、緯度、季節(jié)等有密切關(guān)系， 因此必須要選擇適宜的溫室結(jié)構(gòu)、方位、連棟數(shù)和透明覆蓋材料。從我國溫室分布的中高緯度地區(qū)看，冬季以東西單棟溫室的透過率最高，其次是東西連棟溫室，南北向溫室光透過率在冬季不及東西向，但到夏季，這種關(guān)系發(fā)生了逆轉(zhuǎn)。南北向優(yōu)于東西向。因此從光透過率的角度看，東西向優(yōu)于南北向，但從室內(nèi)光分布狀況來看，南北向較東西向均勻，因為東西向溫室由于構(gòu)材和北屋面形成一陰影弱光帶，使北側(cè)幾跨溫室靠北邊床面的透光率下降，形成凹凸不勻的光分布狀況。我國北方日光溫室的實際建造方位，在黃淮地區(qū)以南偏東5。 10。

7、 為多，而氣候寒冷的高緯度地區(qū)則多以南偏西朝向居多。四、光環(huán)境的調(diào)控(一)光強的調(diào)控1遮光芽菜和軟弱蔬菜、觀葉植物、花卉、茶葉等進行設(shè)施栽培或育苗時，往往通過遮光來抑制氣溫、土溫和葉溫的上升，以改善品質(zhì)，保護作物的穩(wěn)定生產(chǎn)，或者進行短日照處理，都要利用遮光來調(diào)控光照時數(shù)或光強。遮光用資材分為外覆蓋與內(nèi)覆蓋用兩類，但也有在玻璃溫室表面涂白進行遮光降溫的。外覆蓋的遮量降溫效果好，但易受風(fēng)害；內(nèi)覆蓋不易受風(fēng)吹，但易吸熱再放出，抑制升溫的效果不如外覆蓋的。遮光目的是降溫或抑制升溫，遮光率愈大，抑制升溫效果也越大，在內(nèi)覆蓋方式下，銀灰色較黑色網(wǎng)抑制升溫的效果好。2人工補光主要目的有兩個，一是調(diào)節(jié)光周期，

8、抑制或促進花芽分化，調(diào)節(jié)開花期和成熟期，在菊花、草莓等冬季栽培上廣為應(yīng)用，通常稱為電照栽培，一般要求光強較低。另一目的是促進光合作用，補充自然光的不足，高緯度的北方冬季夜長晝短，為促進生長，采取補光栽培，要求光強在補償點以上。3提高溫室內(nèi)光照透過率主要措施有：(5) 選擇適宜地區(qū)選擇冬半年光照充足地區(qū)建溫室，選冬春陰雨雪天少、塵埃、煙霧等污染少的地區(qū)。(6) 改善設(shè)施的透光率選用透光性好、防塵、抗老化、無滴的透明覆蓋材料，且透紫外光多，透長波紅外輻射。采用合理的屋角面，如我國北方日光溫室南屋面角在北緯32。 34。 區(qū)域內(nèi)應(yīng)達(dá)到25。 35。 。溫室架構(gòu)選材上盡量選結(jié)構(gòu)比小而強度大的輕量鋼鋁骨

9、架材料，以減少遮光面。注意建造方位，北方偏脊式的日光溫室宜選東西向，依當(dāng)?shù)仫L(fēng)向及溫度等情況，采用南偏西或偏東510為宜，并保持鄰棟溫室之間的一定距離。大型現(xiàn)代溫室則以南北方向為宜，因光分布均勻，并要注意溫室側(cè)面長度、連棟數(shù)等對透射光的影響。(7) 加強設(shè)施的光照管理經(jīng)常打掃，清洗，保持屋面透明覆蓋材料的高透光率。在保持室溫適宜的前提下，設(shè)施的不透明內(nèi)外覆蓋物( 保溫幕、草苫等 ) 盡量早揭晚蓋，以延長光照時間增加透光率。注意作物的合理密植，注意行向(一般南北向為好)，擴大行距，縮小株距，增加群體光透過率。張掛反光幕和玻璃溫室屋面涂白等增加室內(nèi)光分布均勻度，夏季涂白，可防止升溫等。(二 )光照長

10、度的調(diào)控作物光周期反應(yīng)的控制，促進或延緩花芽分化或打破休眠期，分為長日照處理與短日照處理。1短日照處理短日照處理采用遮光率為100%的遮光幕覆蓋，如菊花遮光處理，可促進提早開花。2長日照處理長日照處理采用補光處理，如菊花電照處理可延長秋菊開花期至冬季三大節(jié)日期間開花，實現(xiàn)反季節(jié)栽培，增加淡季菊花供應(yīng)，提高效益。（三 ） 光質(zhì)的調(diào)控覆蓋材料光波透過率中重要波長域是紫外線，紫茄子溫室栽培若無紫外線就著色不好，月季花的著色與紫外線也有關(guān)系，同時溫室草莓、甜瓜栽培放蜂傳粉的話，用除去紫外線的薄膜覆蓋會影響蜜蜂傳粉，但能抑制蚜蟲的發(fā)生，并促進莖葉的伸長。第二節(jié) 二氧化碳環(huán)境及其調(diào)控一、設(shè)施內(nèi)的二氧化碳環(huán)

11、境以塑料薄膜、玻璃等覆蓋的保護設(shè)施處于相對封閉狀態(tài)，內(nèi)部二氧化碳濃度日變化幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于外界。夜間，由于植物呼吸、土壤微生物活動和有機質(zhì)分解，室內(nèi)二氧化碳不斷積累，早晨揭苫之前濃度最高，超過1000。揭苫以后，隨光溫條件的改善，植物光合作用不斷增強，二氧化碳濃度迅速降低，揭苫后約2h 二氧化碳濃度開始低于外界。通風(fēng)前二氧化碳濃度降至一日中最低值。通風(fēng)后，外界二氧化碳進入室內(nèi)，濃度有所上升，但由于通風(fēng)量不足，補充二氧化碳數(shù)量有限，因此，一直到16： 00 左右，室內(nèi)二氧化碳濃度低于外界。16:00 以后，隨著光照減弱和溫度降低，植物光合作用隨之減弱，二氧化碳濃度開始回升。蓋苫后及前半夜的室內(nèi)溫度較

12、高，植物和土壤呼吸旺盛，釋放出的二氧化碳多，因此二氧化碳濃度升高較快。第二天早晨揭苫之前，二氧化碳濃度又達(dá)到一日中的最高值。二、二氧化碳濃度與作物光合作用二氧化碳是綠色植物光合作用的原料，其濃度高低直接影響光合速率。各種作物對二氧化碳的吸收存在補償點和飽和點。三、二氧化碳施肥技術(shù)二氧化碳施肥技術(shù)效果十分顯著，平均增產(chǎn)20% 30%，并能促進開花，增加果數(shù)和果重，提高品質(zhì)；葉菜和蘿卜等根菜類的增產(chǎn)效果大；鮮切花施二氧化碳可增加花數(shù)，促進開花，增加和增粗側(cè)枝，提高花的質(zhì)量。（一 ） 二氧化碳施肥濃度從光合作用的角度，接近飽和點的二氧化碳濃度為最適施肥濃度，但是， 二氧化碳飽和點受作物、環(huán)境等多因素

13、制約，實際操作中很難掌握，而且，施用飽和點濃度的二氧化碳，在經(jīng)濟方面也不一定合算。通常，800 1500 作為多數(shù)作物的推薦施肥濃度，具體依作物種類、生育時期、光照及溫度等條件而定，如晴天和春秋季節(jié)光照強時施肥濃度宜高，陰天和冬季低溫弱光季節(jié)施肥濃度宜低。（二 ） 二氧化碳施肥時間從理論上講，二氧化碳施肥應(yīng)在作物一生中光合作用最旺盛的時期和一日中光照條件最好的時間進行。苗期二氧化碳施肥利于縮短苗齡，培育壯苗，提早花芽分化，提高早期產(chǎn)量，苗期施肥應(yīng)及早進行。定植后的二氧化碳施肥時間取決于作物種類、栽培季節(jié)、設(shè)施狀況和肥源類型。以蔬菜為例，果萊類定植后到開花前一般不施肥，待開花坐果后開始施肥，主要

14、是防止?fàn)I養(yǎng)生長過旺和植株徒長；葉菜類則在定植后立即施肥。一天中，二氧化碳施肥時間應(yīng)從日出或日出后0 5 1h 開始，通風(fēng)換氣之前結(jié)束。嚴(yán)寒季節(jié)或陰天不通風(fēng)時，可到中午停止施肥。（三 ） 二氧化碳施肥過程中的環(huán)境調(diào)節(jié)1光照二氧化碳施肥可以提高光能利用率，彌補弱光的損失。通常， 強光下增加二氧化碳濃度對提高作物的光合速率更有利，因此，二氧化碳施肥的同時應(yīng)注意改善群體受光條件。2溫度從光合作用的角度分析，當(dāng)光強為非限制性因子時，增加二氧化碳濃度提高光合作用的程度與溫度有關(guān)，高二氧化碳濃度下的光合適溫升高。由此可以認(rèn)為，在二氧化碳施肥的同時提高管理溫度是必要的。有人提出將二氧化碳施肥條件下的通風(fēng)溫度提

15、高，同時將夜溫降低，加大晝夜溫差，以保證植株生長健壯，防止徒長。3肥水二氧化碳施肥促進作物生長發(fā)育，增加對水分、礦質(zhì)營養(yǎng)的需求。因此， 在二氧化碳施肥的同時，必須增加水分和營養(yǎng)的供給，滿足作物生理代謝需要，但又要注意避免肥水過大造成徒長。應(yīng)當(dāng)重視氮肥的施用，因為氮是光合碳循環(huán)酶系和電子傳遞體的組成成分，增施氮肥利于改善葉片的光合功能。（四 ） 二氧化碳肥源1液態(tài)二氧化碳液態(tài)二氧化碳主要來源有釀造工業(yè)、化工工業(yè)副產(chǎn)品、空氣分離、地貯二氧化碳。我國在廣東佛山和江蘇泰興均曾發(fā)現(xiàn)地貯二氧化碳資源，純度高達(dá)99%左右。2燃料燃燒二氧化碳發(fā)生機容積較小，適于溫室內(nèi)使用，以天然氣、煤油、丙烷、液化石油氣為燃

16、料或?qū)ｉT燃燒煤球（磚 ）、 木炭等。 二氧化碳發(fā)生機在燃燒釋放二氧化碳的同時可產(chǎn)生一定熱量，利于提高設(shè)施內(nèi)溫度，缺點是氣熱分布不均勻，有時因不完全燃燒產(chǎn)生有害氣體。3二氧化碳顆粒氣肥山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院研制的固體顆粒氣肥是以碳酸鈣為基料、有機酸作調(diào)理劑、無機酸作載體， 在高溫高壓下擠壓而成，施人土壤后在理化、生化等綜合作用下可緩慢釋放二氧化碳。該類肥源使用方便、安全，但對貯藏條件要求極其嚴(yán)格，釋放二氧化碳的速度受溫度、水分的影響，難以人為控制。4化學(xué)反應(yīng)利用強酸（ 硫酸、 鹽酸） 與碳酸鹽（ 碳酸鈣、碳酸銨、碳酸氫銨） 反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳，硫酸碳酸氫銨反應(yīng)法是應(yīng)用最多的一種類型。在我國， 簡易施肥方

17、法是在設(shè)施內(nèi)部分點放置塑料桶等容器，人工加入硫酸和碳酸氫銨后產(chǎn)氣，此法費工、費料，操作不便，可控性差，易揮發(fā)出氨氣危害作物。（五 ） 其他提高設(shè)施二氧化碳濃度的方法1通風(fēng)換氣當(dāng)設(shè)施二氧化碳濃度低于外界大氣水平時，采用強制或自然通風(fēng)可迅速補充設(shè)施二氧化碳。 此法簡單易行，但二氧化碳濃度的升高有限，作物旺盛生長期僅靠自然通風(fēng)不能解決二氧化碳虧缺問題，而且，寒冷季節(jié)通風(fēng)較少，使本法難以應(yīng)用。2增加土壤有機質(zhì)增施有機肥不僅提供作物生長必需的營養(yǎng)物質(zhì)，改善土壤理化性狀，而且可釋放出大量二氧化碳。但是， 有機質(zhì)釋放二氧化碳的持續(xù)時間短，產(chǎn)氣速度受外界環(huán)境和微生物活動影響較大，不易調(diào)控，而且未腐熟廄肥在分解

18、過程中還可能產(chǎn)生氨氣、二氧化硫、二氧化氮等有害氣體。3生物生態(tài)法將作物和食用菌間套作，在菌料發(fā)酵、食用菌呼吸過程中釋放出二氧化碳，或者在大棚、溫室內(nèi)發(fā)展種養(yǎng)一體，利用畜禽新陳代謝產(chǎn)生的二氧化碳。此法屬被動施肥，易相互污染，無法控制二氧化碳釋放量。第三節(jié) 溫度環(huán)境及其調(diào)控一、溫室的溫度環(huán)境特點（一 ） 溫室溫度變化特征1氣溫的季節(jié)變化在北方地區(qū)，保護設(shè)施內(nèi)存在著明顯的四季變化。日光溫室內(nèi)的冬季天數(shù)可比露地縮短3 5 個月， 夏天可延長2 3 個月， 春秋季也可延長20 30d， 所以高效節(jié)能日光溫室（室內(nèi)外溫差保持30 左右 ） 可四季生產(chǎn)喜溫果菜。而大棚冬季只比露地縮短50d 左右， 春秋比露

19、地只增加 20d 左右，夏天很少增加，所以果菜只能進行春提前、秋延后栽培，在多重覆蓋下，有可能進行冬春季果菜生產(chǎn)。2氣溫的日變化春季不加溫溫室氣溫日變化規(guī)律，其最高與最低氣溫出現(xiàn)的時間略遲于露地，但室內(nèi)日溫差要顯著大于露地。日輻射量大的3 月 19 日要比日輻射量小的12 月 15 日氣溫上升幅度大，即日溫差大。中國北方的節(jié)能型日光溫室，由于采光、保溫性好，冬季日溫差高達(dá)15 30，在北緯40左右地區(qū)不加溫或基本不加溫下能生產(chǎn)出黃瓜等喜溫果菜。3設(shè)施內(nèi)“逆溫”現(xiàn)象通常溫室內(nèi)溫度都高于外界，但在無多重覆蓋的塑料拱棚或玻璃溫室中，日落后的降溫速度往往比露地快，如再遇冷空氣入侵，特別是有較大北風(fēng)后的

20、第一個晴朗微風(fēng)夜晚，溫室大棚夜晚通過覆蓋物向外輻射放熱更劇烈。室內(nèi)因覆蓋物阻擋得不到熱量補充，常常出現(xiàn)室內(nèi)氣溫反而低于室外氣溫1 2 的逆溫現(xiàn)象。一般出現(xiàn)在凌晨，10 月至翌年3 月都有可能出現(xiàn)，尤以春季逆溫的危害最大。（二 ） 溫室的熱平衡原理溫室內(nèi)的熱量來自兩方面：一是太陽輻射能，另一部分是人工加熱量。而熱量的支出則包括如下幾個方面：地面、覆蓋物、作物表面有效輻射失熱；以對流方式，溫室內(nèi)土壤表面與空氣之間、空氣與覆蓋物之間熱量交換，并通過覆蓋物表面失熱；溫室內(nèi)土壤覆蓋表面蒸發(fā)、作物蒸騰、覆蓋物表面蒸發(fā)，以潛熱形式失熱；通過排氣將顯熱和潛熱排出；土壤傳導(dǎo)失熱。二、保溫與加溫（一 ） 保溫措施

21、1采用多層覆蓋，減少貫流放熱量多層覆蓋是最有效、實用、經(jīng)濟的方法。我國長江流域一帶塑料溫室（ 大棚 ） 近年推廣“三棚五幕”多重覆蓋保溫方式， 這是利用大棚加中棚加小棚，再加地膜和小拱棚外面覆蓋一層幕簾或厚無紡布。我國北方日光溫室，不僅采光性、密封性好，由于采用外覆蓋保溫被、草希等方式，使保溫性顯著提高，在北方可以基本不加溫在深冬生產(chǎn)出喜溫果菜。2增大溫室透光率正確選擇日光溫室建造方位，屋面進行經(jīng)常性潔凈，盡量爭取獲大透光率，使室內(nèi)土壤積累更多熱能。3增大保溫比可減少保護設(shè)施內(nèi)的放熱，所謂保溫比是指土地面積與保護設(shè)施覆蓋及圍護材料表面積之比，即保護設(shè)施越大，保溫比越小，保溫越差；反之保溫比越大

22、，保溫越好。但日光溫室由于后墻和后坡較厚（ 類似土地） ，因此增加日光溫室的高度對保溫比的影響較小。而且，在一定范圍內(nèi)，適當(dāng)增加日光溫室的高度，反而有利于調(diào)整屋面角度，改善透光，增加室內(nèi)太陽輻射，起到增溫的作用。4設(shè)置防寒溝，防止地中熱量橫向流出通常防寒溝寬30cm,深50cm,溝內(nèi)填充稻殼、蒿草等導(dǎo)熱率低的材料。防寒溝設(shè)置在日光溫室周圍，以切斷室內(nèi)土壤與外界的聯(lián)系，減少地中熱量橫向散出。據(jù)測定，防寒溝可使溫室內(nèi)5cm地溫提高4 c左右。（二 ） 加溫技術(shù)加溫技術(shù)是現(xiàn)代溫室園藝最基本的環(huán)控技術(shù)，但投人的設(shè)備費和運營費用大，要求采用高效、節(jié)能、實用的加溫技術(shù)。常見的加溫方式包括熱風(fēng)采暖、熱水采暖、電熱采暖和火爐采暖。加溫溫室由于能耗大，成本高，據(jù)資料，能耗年運營費用一般約占生產(chǎn)總成本的40%一50%。目前，國內(nèi)加溫棚室的面積占我國溫室、大棚總面積還不到2%，絕大部分都是利用自然太陽光能的不加溫日光溫室和塑料大棚。但在高檔花卉、蔬菜栽培、工廠化育苗和娛樂型園藝上，現(xiàn)代加溫溫室的面積正在逐年增長中。北方日光溫室在能耗便宜的產(chǎn)煤區(qū)，有相當(dāng)?shù)拿娣e采用爐火煙道燃煤加溫，也有采用立式小型燃煤暖風(fēng)爐臨時加溫。三、降溫技術(shù)（一）遮陽降溫外遮陽：遮光60%左右時，室溫可降低4 612，降溫效