设施环境学Word格式.docx
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前屋面角是指温室前部塑料薄膜采光面与地平面的夹角
后屋面角—温室后屋面与后墙水平线的夹角
④温室墙体和后屋面的厚度:
温室墙体和后屋面的作用:
承重、保温、蓄热
⑤后屋面水平投影长度:
后屋面越长,冬天晚间保温越好。
后屋面过长会造成春夏秋温室北部地面阴影过长;
还会减小前屋面采光面积,使白天升温过慢。
2、墙体和后屋面材料的选择
必须采用复合墙体,即内墙采用蓄热能力强的材料,中墙和外墙采用保温性能好的材料。
墙体类型:
类型
内墙
中墙
外墙
砖体空心墙
12cm水泥砂浆砖墙
6~12cm空心内衬
24cm水泥砂浆砖墙
砖体夹心墙
12cm珍珠岩、炉渣、锯末、聚苯板
砖墙或石墙外培土
24cm砖墙或37cm石墙
外培土1.0~1.2m
土墙
50cm厚木板打墙和泥垛墙
后屋面类型:
木板、草垫、炉渣、水泥砂浆
木板、聚苯板、炉渣、水泥砂浆
秸秆、碎草、草泥
二、设施农业环境概念
⏹设施农业环境是指设施农业生物(主要指各种栽培园艺植物、牺畜等)正常生长繁育所需的各种环境要素的综合整体,主要包括水、土壤、空气、光照、温度等环境要素。
⏹设施的环境控制是根据作物遗传特性和生物特性对环境的要求,通过人为地调节控制,尽可能使作物与环境间协调、统一、平衡,人工创造出作物生育所需的最佳的综合环境条件,从而实现作物设施栽培的优质、高产、高效。
三、我国设施农业环境研究进展
1、温室结构性能研究
2、环境调节措施的小气候效应
3、温室气候环境监测和控制系统
4、环境与作物生长发育关系的研究
几点建议
重视基础性的研究工作、加强获取作物本身信息的研究
第二章设施农业的光照环境及调控
一设施光照环境特点
1光照度
定义:
又称照度。
即通常所说的勒克司度(lux),表示被摄主体表面单位面积上受到的光通量。
1勒克司相当于1流明/平方米
温室内光照度:
温室地平面或温室栽培床平面上平均单位面积的光通量。
Ø
光照度低于外界
光照度随时间的变化与自然光照同步,但变化较外界平缓。
光照度在空间上分布不均匀
大棚内的光照分布
大棚内也存在着一定的光差,一般大棚南端的光强大于北端,上午东侧大于西侧,午后则相反。
2光照时数
光照时数短,往往不超过7-8小时,成为冬季生产的主要影响因素
3光质
影响光照环境的因素:
1.入射角
为了保证有高的透光率,入射角应设在40度以内
2.结构、形状:
A.单栋温室或塑料棚:
冬季生产为主时,对单栋的温室、塑料棚、双屋面而言,则应以东西延长、坐北朝南为优。
B.连栋温室:
芬洛型温室的主要特点:
透光率高、密封性好、屋面排水效率高、使用灵活且构件通用性强
3骨架结构
4透明覆盖物
5方位
南北延长连栋温室的屋面倾斜角对直射光日总量透光率影响不大;
东西延长的连栋温室的屋面倾斜角对直射光日总量的透光率有影响。
6农事操作
帘子的揭盖时间;
种植密度;
地膜的覆盖;
反光幕的应用。
二、光照对作物生长发育的影响
1光照强度
类别
涵义
代表植物
蔬菜
花卉
果树
阳性植物
对光照强度要求高,光饱和点在6~7万lx。
必须在完全的光照下生长,不能忍受长期荫蔽环境,一般原产于热带或高原阳面。
西、甜瓜茄果类
2年生花卉
宿根花卉
球根花卉
木本花卉
仙人掌类
葡萄樱桃桃
阴性植物
多数起源于森林的下面或阴湿地带,不能忍受强烈的直射光线,多产于热带雨林或阴坡。
。
对光照要求弱光饱和点在2.5~4万lx,光补偿点也很低。
多数绿叶菜葱蒜类
兰科、姜科观叶植物、凤梨科天南星科秋海棠科
中性植物
对光照要求不严格,一般喜欢阳光充足,但在微阴下生长也较好,光饱和点在4~5万lx。
黄瓜、甜椒、甘蓝类、白菜类、萝卜
萱草、玉竹麦、冬草
李子、草莓
光周期现象:
一天之内光照时数对作物开花结实生长发育影响的现象。
长日植物
要求光照在12~14h以上才能开花结实
唐菖蒲、多数绿叶菜、甘蓝类、豌豆、葱、蒜等,
短日植物
要求光照在12~14h以下才能开花结实
一品红、菊花、丝瓜、豇豆、扁豆、茼蒿、苋菜、蕹菜。
日中性植物
对光照长短没有严格的要求
茄果类、菜豆、黄瓜。
紫外光300-380nm:
具有抑制植物生长的作用;
对植物体内VC的含量影响大,紫外光越强VC含量越高;
紫外光对果实着色也有很大影响。
可见光380-750nm:
叶绿素吸收太阳光中的红橙光、蓝紫光最多,这两种光也是植物光合作用旺盛进行的光源。
红外光>750nm:
红外光主要是产生热量,特别是大于1000nm的红外光是产生热量的主要光源。
三、农业设施光照环境的调节与控制
农业设施内对光照条件的要求:
一是光照充足;
二是光照分布均匀。
措施:
一是改善保护地的透光能力,增强保护地的自然光照强度。
二是在光强的夏季栽培或进行软化栽培等特殊条件下进行遮光。
三是在冬季弱光期或光照时数较少的地区进行人工补光。
四是充分利用反射光。
如日光温室适当缩短后坡,并在后墙上涂白以及安装镀铝反光膜,地面覆盖地膜等。
1.改进农业设施结构提高透光率
(1)确定适宜的建筑场地及合理建筑方位
(2)设计合理的屋面坡度
(3)合理的透明屋面形状实践证明,拱圆形屋面采光效果好。
(4)骨架材料
(5)选用透光率高且透光保持率高的透明覆盖材料
2.改进栽培管理措施
(1)保持透明屋面干洁
(2)在保温前提下,尽可能早揭晚盖外保温和内保温覆盖物,增加光照时间
(3)合理密植,合理安排种植行向,尤其是北方单屋面温室更应注意行向。
(4)加强植株管理,黄瓜、番茄等高秧作物及时整枝打杈,及时吊蔓或插架。
进入盛产期时还应及时将下部老叶摘除,以防止上下叶片相互遮荫。
(5)选用耐弱光的品种。
(6)地膜覆盖,有利地面反光以增加植株下层光照。
(7)采用有色薄膜,人为地创造某种光质,以满足某种作物或某个发育时期对该光质的需要。
但有色覆盖材料其透光率偏低,只有在光照充足的前提下改变光质才能收到较好的效果。
3人工补光
人工补光的目的:
日长补光以抑制或促进花芽分化,调节作物开花时期,即以满足作物光周期的需要为目的。
栽培补光促进作物光合作用,促进作物生长,补充自然光照的不足为目的。
(1)人工补光的光照度
⏹光照度高时光合作用强,但光能利用率低;
光照度适当降低时,光合作用虽然降低,但能获得较高的光能利用率。
(2)人工光源的性能和选择
1对人工光源主要的要求
光谱性能:
富含400~500nm蓝紫光和600~700nm橙红光,并有适当的组成比例,以及满足其他特定的光谱要求
效率:
发出的光合有效辐射量与消耗功率之比
其他:
使用寿命、价格等
2人工光源的种类
热辐射光源:
白炽灯、卤钨灯钨丝中通过电流产生高温(2400~3000℃)
发光气体放电光源:
荧光灯、高压水银荧光灯、金属卤化物灯、高压钠灯、低压钠灯,物质原子受电子激发产生光辐射。
半导体光源:
LED(发光二极管)
4.遮光
主要有两个目的:
光合遮光、光周期遮光
遮光方法有如下几种:
①覆盖各种遮荫物,如遮阳网、无纺布、苇帘、竹帘等;
②玻璃面涂白;
可遮光50%~55%,降低室温3.5~5.0℃;
③屋面流水,可遮光25%,遮光对夏季炎热地区的蔬菜栽培,以及花卉栽培尤为重要。
第三章设施温度特点及调控
一园艺作物与温度的关系
(一)园艺作物对温度的要求
1、蔬菜作物对温度的要求
耐寒性多年生宿根蔬菜:
能耐-20~-30℃低温,冬季地上部茎叶枯死,地下部根不死,第二年春天温度达到5℃可解冻后重新发芽生长。
金针菜、芦笋、韭菜等
耐寒性蔬菜:
能长时间耐-1~-2℃,能短时间耐-10~-12℃低温,最适生长温度12~18℃。
适合温室冬春季节栽种。
葱、蒜、菠菜、油菜、香菜等
2、果树作物对温度的要求
●影响果树地理分布的温度是年平均温度、生长期积温和冬季极端低温。
3、花卉作物对温度的要求
(二)温度对园艺作物的影响
吸收能力:
温度特别是地温过低,影响植物根系的生长和吸收能力。
光合作用、呼吸作用、蒸腾作用、花芽分化
二设施温度环境特点及产生原因
1气 温
日变化:
日变化大,晴天昼夜温差明显大于外界。
空间分布:
空间分布严重不均。
白天上高下低,中部高四周低,夜间上低下高,南低北高。
温室效应:
温室允许波长较短的太阳辐射穿过,同时使波长较长的红外辐射热不易穿过,使温室保持着一种温暖的状态,这种现象被称为“温室效应”。
逆温现象:
有风的晴朗夜间,温室大棚的表面辐射散热很强,出现棚室内气温反比外界气温低1~2℃,此现象即逆温现象。
易发生的时期:
早春2~3月凌晨4~5点
2地 温
特点
水平温度分布
晴天的白天,在日光温室内南北方向上,中部地温最高,向南向北均递减;
夜间后屋面下地温最高,向南递减。
东西方向上差异不大。
塑料大棚的地温,中部均高于四周。
垂直分布
晴天白天上层土壤温度高,下层土壤温度低;
夜间以10cm深处最高,向上向下均递减;
阴天,下层土温比上层高。
收支状况
热量来源=太阳总辐射+人工加热量
热量支出=贯流放热+换气放热+地中传热
热量平衡方程:
进入保护地的热量=热量支出+蓄热
贯流放热:
透过覆盖材料和围护结构的热量。
(是农业设施放热的最主要途径,占总散热量的60~70%,高时可达90%左右。
)
Qt=Awht(tr–to)【Aw设施表面积ht热贯流率(tr–to)内外温差】
通风换气:
自然通风、强制通风,建筑材料的缝隙导致的热量损失。
(包括显热和潜热失热)
Qv=R·
V·
F(tr-t0)
Qv为整个设施单位时间的换气放热量
R为每小时换气次数
V为设施容积
F为空气比热=1.30kJ/(m3·
℃)
(tr-t0)为室内外温差
土壤传导:
土壤上下层和土壤横向传热。
(受土壤松紧度和含水量影响很大。
三设施温度环境的调节控制
保温原理:
●保温比:
是指设施内的土壤面积与围护结构及覆盖面积之和的比值。
保温比越大,说明温室的保温性能越好。
●适当减低农业设施的高度,缩小夜间保护设施的散热面积,有利提高设施内昼夜的气温和地温。
●减少贯流放热
●减少覆盖面的漏风而引起的换气传热;
●减少土壤的地中传热。
保温措施
1、多层覆盖:
最有效的办法
2、减少缝隙-减少换气放热
3、设置防寒沟-减少地中传热
4、全面地膜覆盖、膜下暗灌、滴灌-减少土壤蒸发和作物蒸腾
5、太阳能的充分利用
加温措施
●环保加热:
太阳能加热、酿热加温
●利用能源加热:
电热温床、热风炉、水暖
●利用工业的余热
1、热水采暖系统的设备
系统组成:
热水锅炉→输送管道→散热设备及附属设备
特点:
水热容量大,热稳定性好,室内温度波动小,停机后保温性强;
配置复杂、设备费用高;
预热时间长
适用范围:
大型温室、有较长期和大量供热需求的温室
2、热风采暖设备(热风炉或暖风机)
热源:
燃煤、燃油、燃气、电能、热水、蒸汽
供热系统简单,配置安装灵活、简便,设备费用较低;
系统预热时间短,升温快;
温度稳定性差,停机后温度降低快。
小型温室或供热需求较小的温室,或用于大型温室辅助加温,尤其适用于短期临时加温
热风温度:
30℃~60℃
送风量:
每m2温室面积送风量27~36m3/h
3、土壤加温设备
A电加热线及地中热水管道加温
B地能利用
地源热泵温室加温与降温系统
用于冬季温室加温,比燃煤热水采暖系统节能40%
电热温床的铺设
——计算公式
所需总功率(w)=总加温面积(m2)×
单位面积功率(w/m2)
需电加温线根数=总功率(w)/电加温线的额定功率(w)
注:
电热线不能截断使用,故只能取整数。
电加温线布线条数=
电加温线总长(m)-加温面积的宽度(m)
实际加温面积的长度(m)
为了方便接线,应使电热线两端的导线处在苗床的同一侧,故布线条数应取偶数。
假如最后一趟线不够长,可中途折回。
布线的平均距离(m)=加温面积的宽度/(布线条数-1)
——例题
在1m宽、5.5m长的畦子上铺总功率800W、100m长的电热线,如何铺设?
⏹铺一个畦子:
功率密度=800W/5.5m2≈145
铺设电热线的条数=(100m-畦子宽)÷
畦子长=18
两条地热线的距离=畦子宽/条数=1/18≈5cm
⏹铺两个畦子:
两个畦子的面积是11m2,一个800W的地热线铺两个畦子,那么每平米是将近80W。
铺设电热线的条数=(100m-2×
畦子宽)÷
畦子长≈16
(注意:
这个数必须是双数,如果是单数要减去1)。
两条地热线的距离=1/16≈6cm。
降温措施
1.通风换气
2、遮光,减少进入园艺设施内的热量。
3.增大潜热消耗(湿帘风机降温系统)
4.汽化冷却法(喷雾法)
变温管理
目的:
1白天增进光合作用2傍晚至前半夜促进光合产物转运3后半夜抑制呼吸消耗
四、设施温度的研究热点
●低温对植物生理生化的影响。
第四章设施湿度环境及调节控制
农业设施内的湿度环境,包含空气湿度和土壤湿度两个方面
一、园艺作物对湿度环境的要求
(一)不同作物对水分的需求
类别
特征
代表植物
耐旱植物
根系发达、吸水力强;
叶片蒸发少,消耗水分少
杏树、石榴、无花果、葡萄和枣等;
南瓜、西瓜、甜瓜、葱蒜类、石刁柏;
仙人掌科、景天科植物。
湿生植物
根系吸水能力减弱,叶片薄而大,水分蒸发消耗量大,多原产于热带、沼泽地带
莲藕、菱、芡实、莼菜、慈菇、茭白、水芹、蒲菜、豆瓣菜和水蕹菜等;
荷花、睡莲、凤梨科、菊、兰
科
中生植物
不耐旱、不耐涝
苹果、梨、樱桃、柿子、柑橘;
根菜类作物、茄果类、瓜类、豆类、叶菜类作物。
大多数花卉;
(二)蔬菜作物对湿度的要求
蔬菜种类
适宜相对湿度%
较高湿型
黄瓜、白菜类、绿叶菜类、水生菜
85~90
中等湿型
马铃薯、豌豆、蚕豆、根菜类(胡萝卜除外)
70~80
较低湿型
茄果类
55~65
较干湿型
西瓜、甜瓜、胡萝卜、葱蒜类、南瓜
45~55
不同生长期对水分的需求不同
种子发芽期:
需要大量的水分。
幼苗生长期:
根系小,抗旱力弱,需经常保持土壤潮湿,但湿度不能过大。
营养生长期:
需水量大。
(土壤含水量和空气湿度)
开花结果期:
湿度低
(三)果树对湿度环境的要求
⏹萌芽前:
⏹开花期:
湿度要求严格,过多过少都会引起落花落果。
⏹新稍生长期:
需水量最多,需水临界期。
果树灌溉应抓住:
花前、花后、花芽分化和休眠四个时期。
(四)花卉对湿度环境的要求
⏹一般需要较高的空气湿度:
60%~90%。
⏹开花结实期湿度相对需求较少。
灌水的原则:
间干间湿,不干不浇,见干就浇,浇则浇透。
浇水时间以上午或傍晚为好,中午可适当喷雾洒水。
二、湿度与作物的生长发育
(一)湿度与作物的蒸腾和光合作用
低湿,会引起植物气孔关闭,减弱光合作用。
低湿同时高温,加剧植物的蒸腾,使植物暂时或永久失水萎蔫。
高湿,抑制植物的蒸腾,影响根系的吸收。
(二)湿度与作物的病害
高湿有利于病原微生物的繁殖。
温室内的湿度条件是引起病害发生的重要原因。
(瓜类霜霉病)
三、设施湿度环境特点
(一)空气湿度特点
高湿
空气相对湿度的日变化大早春、晚秋最高,夏季较低;
阴天湿度大于晴
季节变化
空气湿度依园艺设施的大小而变化。
大型设施空气湿度及其日变化小,但局部湿差大。
结露
由于设施内部温度差异的存在,其相对湿度分布差异非常大,因此在冷的地方就会出现冷凝水。
冷凝水的出现与积聚,会使设施作物的表面结露。
晴朗的夜晚,温室的屋顶会散发大量的热量,这会导致高秆作物顶端结露。
植物的果实和花芽在日出前后,容易结露。
濡湿(沾湿)现象
原因:
屋面或保温幕落下的水滴、作物表面的结露、根压使作物体内的水分从叶片水孔排出“溢液”(吐水现象)、雾等4种原因造成的。
(二)土壤湿度的特点
1.土壤湿度比露地稳定。
2.水分蒸发和蒸腾量很少,土壤湿度较大。
3.土壤水分是向上运动的。
4.土壤湿度存在着一定的湿差。
通常设施的四周或加温设备附近的土壤湿度小,中间部分土壤湿度大。
(三)设施内水分收支
Ir+G+C=ET
【ET蒸散量(土壤蒸发与作物蒸腾)Ir灌水量G地下水补给量C凝结水量】
四、设施湿度环境的调节控制
1、土壤湿度的调节与控制
⏹设施的土壤湿度由灌水量、土壤毛细管上升水量、土壤蒸发量以及作物蒸腾量的大小来决定。
⏹土壤湿度的调控应当依据作物种类及生育期的需水量、体内水分状况以及土壤湿度状况而定
改进灌溉方法
全面灌溉
局部灌溉
喷灌
地面灌溉
沟灌
淹灌
畦灌
滴灌
微喷灌
涌泉灌
膜上灌
渗灌
灌水方式
2、空气湿度的调节与控制
(1)除 湿
温室除湿的最终目的:
防止作物沾湿,抑制病害发生。
A被动除湿:
不用人工动力(电力等),不靠水蒸气或雾等的自然流动,使园艺设施内保持适宜湿度环境
覆盖地膜覆盖地膜即可减少由于地表蒸发所导致的空气相对湿度升高。
据试验,覆膜前夜间空气湿度高达95%~100%,而覆膜后,则下降到75%~80%。
科学灌水采用滴灌或地中灌溉,根据作物需要来补充水分,同时灌水应在晴天的上午进行,或采取膜下灌溉等等。
减少灌水通过改良灌水方法提高水分的利用率
地膜覆盖地膜覆盖也能抑制土壤表面水分蒸发,提高室温和空气湿度饱和差,从而降低空气相对湿度。
B主动除湿:
用人工动力,依靠水蒸气或雾等的自然流动,使园艺设施内保持适宜湿度环境。
⏹通风换气
自然通风,从调节风口大小、时间和位置,达到降低室内湿度的目的,但通风量不易掌握,而且室内降湿不均匀。
强制通风,可由风机功率和通风时间计算出通风量,而且便于控制。
⏹加温除湿是有效措施之一。
湿度的控制既要考虑作物的同化作用,又要注意病害发生的临界湿度。
保持叶片表面不结露,就可有效控制病害的发生和发展。
(2)加 湿
⏹喷雾加湿喷雾器种类很多,可根据设施面积选择。
温室内顶部安装喷雾系统,降温的同时可加湿。
⏹湿帘加湿主要是用来降温的,同时也可达到增加室内湿度的目的。
第五章设施气体环境与调控
一设施气体环境特点
1、设施内主要气体
设施内不仅有作物生长有利的CO2和氧气,还有许多有害气体
气体种类
气体的作用
O2
温室俗称氧吧,设施内氧气充足。
植物最需要O2的部位是根系,保证土壤疏松、通气。
CO2
光合作用的原料。
作物的CO2补偿点40~70mg/L(ppm),CO2饱和点是1000~1600mg/L(ppm)。
CO2影响光合产量。
C2H2和Cl2
源于有毒的农用塑料薄膜或塑料管,受害作物叶绿体解体变黄,重者叶缘或叶脉间变白枯死。
NH3
由气孔进入植物体内,产生碱性损害,叶片呈水浸状,颜色变淡,逐步变白或褐,继而枯死。
番茄、黄瓜对氨气反应敏感。
NO2
叶面上出现白斑,以后褪绿,浓度高时叶片叶脉也变白枯死。
番茄、黄瓜、莴苣等对二氧化氮敏感。
SO2
是弱酸,能直接破坏作物的叶绿体,轻者组织失绿白化,重者组织灼伤,脱水,萎蔫枯死。
2、设施内CO2的变化特征
夜间比白天高,阴天比晴天高;
作物不同生育期浓度不同:
出苗前,因呼吸强度大,大棚内CO2浓度高;
不同大小的温室浓度不同:
大温室CO2出现最低浓度的时间延迟。
二设施气体环境的调节控制
1.Co2的调控
(一)增施二氧化碳的措施
最直接最有效的办法是增施有机肥
合理放风
人工施用CO2气肥(方法:
CO2发生器燃烧法固体CO2液态CO2)
2.预防有害气体的产生
(一)氨气(NH3)和亚硝酸气(NO2)
主要是在肥料分解过程中产生,逸出土壤散布到室内空气中,通过叶片的气孔侵入细胞造成危害。
主要危害蔬菜的叶片,分解叶绿素。
氨气(NH3)
叶片开始水浸状,逐步变黄色或淡褐色,严重的可导致全株死亡。
容易受害的蔬菜有黄瓜、
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