《設施農業(yè)環(huán)境學》課件第二章 設施光照環(huán)境及其調控

1、第二章 設施農業(yè)的光照環(huán)境及調控農業(yè)設施的光照環(huán)境特點光環(huán)境對作物生育的影響農業(yè)設施光照環(huán)境的調節(jié)與控制設施光照相關研究情況制定園藝作物設施栽培的環(huán)境調控標準和栽培技術規(guī)范，必須研究以下幾個問題： (1)掌握園藝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。 (2)應研究各種園藝設施的建筑結構、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。 (3)通過環(huán)境凋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。 摸清園藝沒施內的環(huán)境特征 掌握各種園藝作物生育對環(huán)境要求 一 設施光照環(huán)境特點 光照度 光照時數(shù) 光質 1、定義：又稱照度。即通常

2、所說的勒克司度（lux），表示被攝主體表面單位面積上受到的光通量。1勒克司相當于1流明/平方米。常見環(huán)境照度值 黑夜：0.0010.02；月夜：0.020.3；陰天室內：550；陰天室外：50500；晴天室內：1001000；夏季中午太陽光下的照度：約為10*9次方；閱讀書刊時所需的照度：5060；家用攝像機標準照度：1400。 一 設施光照環(huán)境特點 光照度 光照時數(shù) 光質 2、溫室內光照度：溫室地平面或溫室栽培床平面上平均單位面積的光通量。光照度低于外界光照度隨時間的變化與自然光照同步，但變化較外界平緩。光照度在空間上分布不均勻垂直方向由上向下遞減水平方向日光溫室塑料大棚 日光溫室中的光比大

3、棚中的光在分布上更不均勻，是由于后墻、后坡、東、西墻的遮陰。冬天溫室的入射光要比夏天多一些，而分布也比夏天均勻些。（這是按照設計溫室的要求，即冬天是光入射最多以確保此時得到充足的熱量的要求） 后坡遮蔭西墻下午遮蔭東墻上午遮蔭中線以南為強光區(qū)，以北光照相對弱日光溫室內的光照大棚內的光照大棚內的光照強度與薄膜透光率、太陽高度、天氣狀況、大棚方位和結構等均有一定關系。在一般情況下大棚內的光照強度為外界自然光照的4060。光照的季節(jié)性變化大棚內地表光照的季節(jié)變化大棚方位對光照的影響東西延長的大棚比南北延長的大棚透光率高，但光照分布的均勻度要低些。南 部中 部北 部東 部中部西部大棚結構對光照的影響鋼架

4、結構竹木結構露地對照露地對照竹木結構鋼架結構一般因薄膜老化可減少透光2040%，因污染又可減少透光1520%,因太陽光的反射還可損失1020%，因水滴附著可損失20%，這樣透光率約為入射光強的50%左右。透明覆蓋材料對大棚透光率的影響大棚內也存在著一定的光差，一般大棚南端的光強大于北端，上午東側大于西側，午后則相反。大棚內的光照分布光強降低光強垂直分布光強水平分布 兩側強，中間弱； 上午東強西弱、下午相反。光照度 光照時數(shù) 草苫光質 一 設施光照環(huán)境特點 光照時數(shù)短，往往不超過7-8小時，成為冬季生產的主要影響因素 光照時數(shù) 光質 紫外線減少光照度 一 設施光照環(huán)境特點 光質的改變與薄膜的成分

5、、顏色等有關系；玻璃、硬質塑料板材的特性，也影響光質的成分。在膜里添加光質轉化劑，可以使進入設施內的光轉變?yōu)橐运{紫光為主的光。 影響光照環(huán)境的因素為了保證有高的透光率，入射角應設在40度以內。結構、形狀骨架結構透明覆蓋物方位 影響光照環(huán)境的因素農事操作屋面坡度、單棟或連棟等 A單棟溫室或塑料棚： 冬季生產為主時，對單棟的溫室、塑料棚、雙屋面而言，則應以東西延長、坐北朝南為優(yōu)。 B連棟溫室： 開間跨度檁條屋面梁天溝檐高脊高 連棟溫室采用單元尺寸、總體尺寸兩種方法描述溫室的建筑尺寸。 溫室的單元尺寸：主要包括跨度、開間、檐高、脊高等。 溫室的總體尺寸：主要包括溫室的長度、寬度、總高等。有檁屋架結構

6、無檁屋架結構 溫室單間跨度為6.4米、8米、9.6米、12.8米，開間距3米、4米、或4.5米，檐高3.55.0米，每跨由兩個或三個（雙屋面的）小屋面直接支撐在桁架上，小屋面跨度3.3米，矢高0.8米。近年有改良為4.0米跨度的，根據(jù)桁架的支撐能力，還可將兩個以上的3.2米的小屋面組合成6.4米、9.6米、12.8米的多脊連棟型大跨度溫室。 Venlo型溫室Venlo玻璃溫室Venlo聚碳酸酯中空板溫室骨架芬洛型溫室的主要特點透光率高：由于其獨特的承重結構設計減少了屋面骨架的斷面尺寸，省去了屋面檁條及連接部件，減少了遮光，又由于使用了高透光率園藝專用玻璃，使透光率大幅度提高。密封性好：由于采用

7、了專用鋁合金及配套的橡膠條和注塑件，溫室密封性大大提高，有利于節(jié)省能源。屋面排水效率高：由于每一跨內有26個排水溝（天溝數(shù)），與相同跨度的其它類型溫室相比，每個天溝匯水面積減少了5083%。使用靈活且構件通用性強骨架結構結構、形狀透明覆蓋物方位農事操作橫拉桿的陰影豎桿陰影的一天變化 影響光照環(huán)境的因素透明覆蓋物骨架結構結構、形狀方位農事操作 影響光照環(huán)境的因素 各種覆蓋材料的光譜特性不同，對各波段的吸收、反射和透射能力不同。玻璃；玻璃纖維聚酯板（FRP板）；玻璃纖維丙烯酸樹脂板（FRA板）；碳酸樹脂板（PC板）；聚丙烯樹脂板（MMA板）；PVC;PE;EVA;硬質塑料膜PET、ETFE等。透明

8、覆蓋物骨架結構結構、形狀方位農事操作 影響光照環(huán)境的因素透明覆蓋物骨架結構結構、形狀方位農事操作 影響光照環(huán)境的因素透明覆蓋物骨架結構結構、形狀方位農事操作 影響光照環(huán)境的因素表 各種薄膜對近紫外線的透過特性及其適用范圍種類透過波長范圍近紫外線透過率適用范圍適用作物和病蟲害近紫外線必需型300nm以上70%以上促進花青素著色茄子、草莓、葡萄、蘋果、無花果、桃、中晚熟蜜柑、郁金香、洋桔梗、石斛等具有紅紫和蘭色花的植物促進蜜蜂活動甜瓜、草莓紫外線透過型300nm以上50%通用幾乎所有植物近紫外線抑制透過型34010nm25%10促進葉菜、莖菜生長韭菜、菠菜、萵苣等紫外線不透過型380nm以上0防治

9、病蟲害水稻菌核病、菠菜萎焉病、大蔥黑斑病、灰霉病、薊馬、蚜蟲、潛葉蠅類表 不同設施與用途對覆蓋材料特性的要求用途光學特性熱特性濕度特性機械特性耐候性透光性選擇性透光性遮光率散光性保溫性隔熱性通氣性防滴性防霧性透濕性展張性開閉性伸縮性強度外覆蓋溫室中小棚防雨內覆蓋固定移動地膜覆蓋遮陽浮面覆蓋表 不同樹脂原料的棚膜特性比較 棚膜原料聚乙烯聚氯乙烯乙烯-臘酸乙烯主要特性高壓聚乙烯線性聚乙烯密度0923092312750940拉伸強度 良 優(yōu) 優(yōu) 良 斷裂伸長率 良 中 良 優(yōu) 透明性 良 中 良 優(yōu) 應用早期 透光率 良 良 優(yōu) 優(yōu)應用后期 透光率 中 中 差 良 保溫性 良 中 優(yōu) 良 耐低溫性

10、良 優(yōu) 差 優(yōu) 耐穿刺性 良 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu)低溫抗沖擊性 良 優(yōu) 差 優(yōu)防塵性 良 良 差 良表 不同薄膜的主要性能比較性能老化性(連續(xù)覆蓋月數(shù))防霧滴持效期(月)保溫性 透光性漫散射性 防塵性轉光性 類別PVC普通膜46無 優(yōu)前優(yōu)后差無 差 無 PE普通膜46 無 差 前良后中 無 良 無PVC防老化膜1018 無 優(yōu) 前優(yōu)后差 無 差 無 PE防老化膜 1218無 差 前良后中 無 良 無 PE長壽膜 24以上 無 差 前良后中 無 良 無PE多功能膜 1218 無 優(yōu)良前良后中 中 良 無PE多功能復合膜 1218 34 優(yōu)良 前良后中 中 良 無EVA多功能復合膜 1520 68 優(yōu) 前優(yōu)

11、后中 弱 良無方位骨架結構透明覆蓋物結構、形狀農事操作偏西：搶陰偏東：搶陽 影響光照環(huán)境的因素方位骨架結構透明覆蓋物結構、形狀農事操作 影響光照環(huán)境的因素東西延長大棚方位骨架結構透明覆蓋物結構、形狀農事操作 影響光照環(huán)境的因素南北延長大棚 -南北延長連棟溫室的屋面傾斜角對直射光日總量透光率影響不大； -東西延長的連棟溫室的屋面傾斜角對直射光日總量的透光率有影響。 農事操作骨架結構透明覆蓋物結構、形狀方位簾子的揭蓋時間；種植密度；地膜的覆蓋；反光幕的應用。 影響光照環(huán)境的因素二、光照對作物生長發(fā)育的影響 光照強度 光質 光照時數(shù) 類別涵義代表植物蔬菜花卉果樹陽性植物對光照強度要求高，光飽和點在6

12、7萬lx。必須在完全的光照下生長，不能忍受長期蔭蔽環(huán)境，一般原產于熱帶或高原陽面。 西、甜瓜 茄果類 2年生花卉 宿根花卉球根花卉 木本花卉仙人掌類 葡萄 櫻桃桃 陰性植物多數(shù)起源于森林的下面或陰濕地帶，不能忍受強烈的直射光線，多產于熱帶雨林或陰坡。對光照要求弱光飽和點在2.54萬lx，光補償點也很低。 多數(shù)綠葉菜蔥蒜類 蘭科、姜科觀葉植物、鳳梨科天南星科秋海棠科 中性植物對光照要求不嚴格，一般喜歡陽光充足，但在微陰下生長也較好，光飽和點在45萬lx。 黃瓜、甜椒、甘藍類、白菜類、蘿卜 萱草、玉竹麥冬草李子、草莓 二、光照對作物生長發(fā)育的影響 光周期現(xiàn)象：一天之內光照時數(shù)對作物開花結實生長發(fā)育

13、影響的現(xiàn)象。光照強度 光照時數(shù) 光質 二、光照對作物生長發(fā)育的影響 光照強度 光照時數(shù) 光質 類別涵義代表植物長日植物要求光照在1214h以上才能開花結實 唐菖蒲、多數(shù)綠葉菜、甘藍類、豌豆、蔥、蒜等， 短日植物要求光照在1214h以下才能開花結實 一品紅、菊花、絲瓜、豇豆、扁豆、茼蒿、莧菜、蕹菜。 日中性植物對光照長短沒有嚴格的要求茄果類、菜豆、黃瓜。二、光照對作物生長發(fā)育的影響 光照強度 光照時數(shù) 光質 可見光380-750nm紅外光750nm紫外光300-380nm具有抑制植物生長的作用；對植物體內VC 的含量影響大，紫外光越強VC含量越高；紫外光對果實著色也有很大影響。葉綠素吸收太陽光中

14、的紅橙光、藍紫光最多，這兩種光也是植物光合作用旺盛進行的光源。紅外光主要是產生熱量，特別是大于1000nm的紅外光是產生熱量的主要光源。三、農業(yè)設施光照環(huán)境的調節(jié)與控制 農業(yè)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。措施： 一是改善保護地的透光能力，增強保護地的自然光照強度。 二是在光強的夏季栽培或進行軟化栽培等特殊條件下進行遮光。 三是在冬季弱光期或光照時數(shù)較少的地區(qū)進行人工補光。 1.改進農業(yè)設施結構提高透光率 （1）確定適宜的建筑場地及合理建筑方位（2）設計合理

15、的屋面坡度 棱鏡溫室 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，地面覆蓋地膜等。 （3）合理的透明屋面形狀 實踐證明，拱圓形屋面采光效果好。（4）骨架材料 （5）選用透光率高且透光保持率高的透明覆蓋材料2.改進栽培管理措施 （1）保持透明屋面干潔 （2）在保溫前提下，盡可能早揭晚蓋外保溫和內保溫覆蓋物，增加光照時間。（3）合理密植，合理安排種植行向，尤其是北方單屋面溫室更應注意行向。 （4）加強植株管理， 黃瓜、番茄等高秧作物及時整枝打杈，及時吊蔓或插架。進入盛產期時還應及時將下部老葉摘除，以防止上下葉片相互遮蔭。 要注意作物的合理密植，注意壟向。 （5）選用耐

16、弱光的品種。 （6）地膜覆蓋，有利地面反光以增加植株下層光照。 （7）采用有色薄膜，人為地創(chuàng)造某種光質，以滿足某種作物或某個發(fā)育時期對該光質的需要。但有色覆蓋材料其透光率偏低，只有在光照充足的前提下改變光質才能收到較好的效果。Blue Blue+Red Fluorescent light Red Fig. 14. Plantlets grown under different light treatments after 3 months of culture. White Red Blue Blue+ Red 3、 人工補光 Artificial light supplement人工補光的目

17、的： 日長補光以抑制或促進花芽分化，調節(jié)作物開花時期，即以滿足作物光周期的需要為目的。 栽培補光促進作物光合作用，促進作物生長，補充自然光照的不足為目的。 （1）人工補光的光照度光照度高時光合作用強，但光能利用率低；光照度適當降低時，光合作用雖然降低，但能獲得較高的光能利用率。（2）人工光源的性能和選擇對人工光源主要的要求光譜性能：富含400500nm藍紫光和600700nm橙紅光 并有適當?shù)慕M成比例，以及滿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、價格等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

18、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。半導體光源：LED（發(fā)光二極管）人工補光的光源 白熾燈 Incandescent lamp價格便宜，光效低，光色較差，目前常作為一種調節(jié)光周期的輔助光源。 使用壽命大約1000小時。發(fā)出的可見光中，紅色光多，藍紫光少，發(fā)光效率低， 不宜用作光合補光的光源但可作光周期補光的光源熒光燈 Fluorescent lamp光譜性能好，發(fā)光效率較高，壽命長達3000小時左右。 功率小 目前在園藝設施補光中使用較多，尤其是用于無遮擋自然光問題產生的組培室中的人工光照。金屬鹵化物燈發(fā)光效率較高，功率大；光色好（可改變金屬鹵化物組成滿足不同需要）；壽命較高（數(shù)千小時）。使用較多Metal halide lamp高壓鈉燈發(fā)光效率高，功率大；光譜分布范圍較窄，黃橙光為主；壽命高（1200020000小