整理4 作物的生理生态与设施环境及其调控技术.docx
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整理4作物的生理生态与设施环境及其调控技术
幻灯片1
第二单元:
总论---设施园艺的
基本理论与技术
第四章作物的生理生态、设
施环境及其调控技术
幻灯片2
主要内容
一、作物生理生态
二、设施调控技术
●光环境性及其调控
●二氧化碳环境及其调控
●温度环境及其调控
●湿度环境及其调控
●土壤环境及其调控
●根际环境及其调控
●综合调控
●概述
●光合与呼吸生理
●蒸腾作用
●生长发育生理
●群体生理生态
幻灯片3
一、作物生理生态
(一)概述
1.设施内环境特点
●遮风挡雨,可以调节土壤水分
●调节气温或地温
●调节光照环境
●创造特定的通气环境
●提高二氧化碳浓度
●提高设施内湿度
幻灯片4
(二)光合与呼吸生理
●几个重要概念
●光合作用:
绿叶利用光能将CO2和H2O转变成碳水化合物并释放出氧气的过程。
●
●CO2+H20——→(CH2O)+O2
呼吸作用:
植物吸收O2将体内的碳水化合物分解成二氧化碳和水,同时释放能量的过程.(有氧呼吸)
光照
叶绿素
C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+能量
无氧呼吸
C6H12O6→2C2H5OH+2CO2+能量C6H12O6→2CH3CHOHCOOH+能量
幻灯片5
●光强
●定义:
在单位时间内照射到单位面积上的光
●能量或光量子摩尔数
单位:
w/m2,或mol/m2/s
幻灯片6
●光补偿点:
光合速率与呼吸速率相同时的光强
●光饱和点:
CO2交换速率变化稳定时的光强
●二氧化碳补偿点:
在一定条件下,作物对CO2的
●同化吸收量与呼吸释放量相等,表观
●光合速率为0,此时的CO2浓度即为二
●氧化碳补偿点
●二氧化碳饱和点:
在一定条件下,CO2浓度升
●高,光合作用增强,当CO2浓度升高
●到一定程度,光合速率不再增加时的
CO2浓度即为二氧化碳饱和点
幻灯片7
(三)生长发育生理
●1、概念
●生长:
细胞数量增加、体积增大(量变)
●发育:
细胞功能分化(质变)
●生长发育过程:
●一年生植物
●二年生植物
多年生植物
幻灯片8
2、生长生理
生长规律:
“S”形曲线
运输:
碳水化合物的转移(水分、温度影响)
生长(营养与生殖):
鲜重
高度
直径
色泽
幻灯片9
●3、发育生理
●光周期型(光周期现象)
●低温春化长日类型
●春化作用:
指一段时间的低温对植物由营养生长转为生殖生长的诱导作用。
●种子春化如白菜、萝卜、菠菜
●绿体春化如甘蓝、洋葱、大蒜、芹菜等
●脱春化(25-400C)
●营养型开花结果不受光照长短影响
●不受低温诱导
幻灯片10
4、影响生长发育的环境条件
●温度:
●光照
●二氧化碳
●土壤
●微生物
●湿度
幻灯片11
温度:
植物对温度的要求:
“三基点”
┌最高温度:
40-50℃
三基点│最适温度:
25-35℃
└最低温度:
5-7℃
菠菜、大葱、大蒜:
0-5/15-25℃
黄瓜、辣椒、番茄:
10-15/25-30℃
温度影响酶活性
(光合作用受温度的影响)
●生长温周期现象:
在自然条件下,一般表现日温较高和夜温较低的周期性变化,同无温差条件下相比,植物生长更为迅速
幻灯片12
光照:
可见光:
400-760nm,占52%
不可见光:
<400nm,占5%
或>760nm,占43%
植物需光3种类型:
强光照、中光照、弱光照植物;
阳性、中性、阴性植物
幻灯片13
二氧化碳:
植物光合作用的原料;
提高光能利用和作物产量;
现象:
光合适应(photosyntheticacclimation)或
光合下调(downregulationofphotosynthesis)
在同样的浓度下测定比较时,长期在高二
氧化碳浓度下生长的植物光合速率往往低
于普通二氧化碳浓度下生长的植物
幻灯片14
5、设施作物生长发育的调节
生长发育特性:
●营养生长型
●营养、生殖生长同时型
先营养后生殖型
幻灯片15
生长发育调控:
●栽培管理措施
生长调节剂
●促发芽生根:
GA3/IBA/NAA
●增产:
PP333(多效唑)
●控制性别分化:
乙烯
●提高坐果率
●催熟:
乙烯利
●控制抽薹开花:
GA(赤霉素)
幻灯片16
(四)群体生理生态
1、群体构成
定义:
由多数既独立又相关、相互影响的个体组成的群体
结构层次:
结构类型:
●光合层
●支持层
●吸收层
●支水平和丛生
●垂直叶群
●混合叶群
蔓性
幻灯片17
2、群体构成与光能利用率
(光能利用率是指作物光合作用积累的有机物中所含能量占照射在同一地面上太阳辐射能的百分率;光合作用效率是指作物通过光合作用制造的有机物中所含有的能量,与光合作用中吸收的光能的比值)
关系:
群体结构影响光能利用率
提高光能利用率的途径:
●合理密植
●调整群体结构株型
●延长光合作用时间
●改善栽培环境条件
●提高CO2浓度
幻灯片18
二、设施环境及其调控技术
(一)设施环境特性及调控
(二)环境的综合调控
幻灯片19
(一)设施环境特性及调控
1光环境
2温度环境
3湿度环境
4二氧化碳气体
5土壤环境
幻灯片20
1、光环境
光环境对温室作物的生长发育产生光效应、热效应和形态效应,直接影响其光合作用,光周期反应和器官形态的建成,在设施园艺作物的生产中,尤其是对喜光园艺作物的优质高产栽培中,具有决定性的影响。
幻灯片21
1.1设施内的光环境特征
●总辐射量低,光照强度弱
●温室内的光合有效辐射能量、光量、太阳辐射量受透明覆盖材料的种类、老化程度、洁净度的影响,仅为室外的50~80%,这种现象在冬季往往成为喜光果菜类作物等生产的主要限制因子。
●辐射波长组成与室外有很大差异
●当太阳短波辐射进入设施内并被作物和土壤等吸收后,又以长波的形式向外辐射时,多被覆盖的玻璃或薄膜所阻隔,很少透过覆盖物外去,从而使整个设施内的红外光长波辐射增多,这也是设施具有保温作用的重要原因。
●光照分布在时间和空间上极不均匀
温室内的太阳辐射量,特别是直射光日总量,在温室的不同部位、不同方位不同时间和季节,分布都极不均匀,尤其是高纬度地区冬季设施内光照强度弱,光照时间短,严重影响温室作物的生长发育。
幻灯片22
1.2影响设施光环境的主要因素
●散射光的透光率(Ts)
●太阳光通过大气层时,因气体分子、尘埃、水滴等而发生散射并吸收后到达地表的光线称为散射光。
●直射光的透光率(Td)
●依纬度、季节、时间、温室建造方位、单栋或连栋、屋面角和覆盖材料的种类等而异。
●构架率:
简易管棚〈Venlo型玻璃温室〈普通钢架玻璃温室
●屋面直射光入射角的影响
●覆盖材料的光学特性
●温室的结构方位的影响
幻灯片23
图1覆盖材料为3mm玻璃的太阳入射角与透光率和反射率
幻灯片24
◎优O良△差X劣
图2各种温室太阳直射光环境综合评价
(日本农业气象学会,1977)
A南北单栋A’东西单栋
B南北2连栋B’东西2连栋
C南北15连栋C’东西5连栋
D南北5连栋D’东西15连栋
幻灯片25
●东西单栋温室随屋面角的增大而增大透光率。
●东西连栋温室,则随着屋面角增大到约30度时透光率达最高值,再继续增大则透光率又迅速下降,这是由于屋脊升高后,直射光透过温室时要经过的南屋面数增多了。
●南北栋温室的透光率与屋面角的大小关系不很大。
●单栋温室的透光率均高于连栋温室。
幻灯片26
1.3设施内光环境的调控
1.3.1光量(光强)的调控
●改善设施的透光能力,增强设施内的自然光照强度。
●在强光的夏季栽培或进行软化栽培等特殊条件下进行遮光。
●在冬季弱光期或光照时数较少的地区进行人工补光。
幻灯片27
1.3.1.1改善设施的透光能力
A、选好透明覆盖材料、改进设施的结构
●采用透光率高、防尘性能好、抗老化、无水滴的覆盖材料;
●建造设施时应尽量采用合理的屋面角度;
●减少建材的遮荫;
●建筑设施时,要注意选择合理的方位。
幻灯片28
同时,要充分利用反射光。
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。
幻灯片29
从透光率和骨架材料遮阴两方面考虑:
对单栋温室、塑料棚而言,如是单屋面,则应以东西延长,坐北朝南为优。
如是双屋面的,以冬季生产为主时,东西延长比南北延长的光强,并可调整屋面坡度,减少水平构架材料来减少床面上弱光带;如以春秋栽培为主或全年栽培时,则应以南北延长为优。
幻灯片30
B、加强设施的光照管理
●建造设施应选择粉尘、烟尘等污染较轻的地方。
●应经常打扫和清洗透光覆盖面,增加透光率。
●阴雪天过后应及时揭开保温覆盖物。
幻灯片31
C、通过栽培技术来实现
★栽培畦向---以南北畦受光均匀
★密度
★植株调整
★设施专用品种
★利用反射光:
地膜覆盖,北墙张挂反光膜
★有色薄膜使用,改变光质
幻灯片32
要注意作物的合理密植与垄向,改善光照分布。
1.3.1.2夏季栽培或软化栽培等条件下遮光
●遮光的目的
●减弱设施内的光强
降低设施内的温度
遮阳网、玻璃面涂白、
屋面流水、苇帘、
竹帘等
幻灯片36
遮光的方法
①覆盖各种遮荫物,如覆盖苇帘、竹帘、遮阳网、不织布等。
优点:
降温效果好
缺点:
操作较难,易损坏
幻灯片41
幻灯片42
②玻璃面涂白法
全部涂白、部分涂白或斑状涂白
幻灯片43
涂白原料一般为石灰水,在国外也有用温室专用涂白剂。
幻灯片44
③玻璃屋面喷雾法
幻灯片45
1.3.1.3冬季弱光期或光照时数较少的地区
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。
幻灯片46
调控花期:
弱光(5-10w/m2),红光,用白炽灯、荧光灯即可;蓝、红光等,用荧光灯或高压气体放电灯。
栽培补光对电光源的要求
●光照强度在3000lx以上。
●光照强度具有一定的可调性。
●有一定的光谱组成,最好具有太阳光的连续光谱。
幻灯片47
人工补光的光源
●白炽灯:
红光、远红光多,可见光所占比例少。
●价格便宜,但发光效率低(10-26光通量(Lm)/消耗电功率(w)),光色较差,目前只能作为一种辅助光源。
使用寿命大约1000小时。
幻灯片48
荧光灯光谱主要集中在可见光区
蓝紫光黄绿光红橙光
16.1%39.3%44.6%
●第二代电光源。
价格便宜,发光效率高(约为白炽灯的4倍)。
可以改变荧光粉的成分,以获得所需的光谱。
寿命长达3000小时左右。
●主要缺点是功率小。
幻灯片49
金属卤化物灯
光效高(60-80Lm/w),光色好(主要集中在可见光区域),功率大(200-400W),是目前高强度人工补光的主要光源。
缺点是成本较高。
幻灯片50
高压气体放电灯
●水银灯(汞灯):
主要是蓝绿光,紫外辐射高,发光效率高(达50-60Lm/w),光色差。
低压灯主要用作紫外光源,高压灯用于照明及人工补光。
●氙灯:
分为长弧氙灯和短弧氙灯,两种氙灯辐射能量分布与日光较接近,故称“小太阳”。
强度高,发光效率高(27-37Lm/w)体积小,寿命长。
●生物效应灯:
连续光谱,紫外光、蓝紫光和远红外光低于自然光,远红外低于自然光25%。
绿、红、黄光比自然光高。
幻灯片51
幻灯片52
2、温度环境
2.1设施作物对温度的基本要求
2.2设施的温度环境特点与热平衡
2.3设施内温度环境调控
幻灯片53
2.1园艺作物对温度的基本要求
温度是园艺作物设施栽培的首要环境条件,因为任何作物的生长发育和维持生命活动都要求一定的温度范围,即所谓最适、最高、最低界限的“温度三基点”。
当温度超过生长发育的最高、最低界限,则生育停止。
如再超过维持生命的最高最低界限,就会死亡。
幻灯片54
表1几种果菜类蔬菜生育的适宜气温、地温及界限温度(℃)
(高桥等,1977)
幻灯片56
●温室效应
在无加温条件下,温室内温度的来源主要靠太阳的直接辐射和散射辐射,而且透过透明覆盖物,照射到地面,提高室内气温和土温,由于反射出来的是长波辐射,能量较小,大多数被玻璃、薄膜等覆盖物阻挡,所以温室内进入的太阳能多,反射出去的少。
再加上覆盖物阻挡了外界风流作用,室内的温度自然比外界高,这就是所谓的温室效应。
幻灯片57
温室效应的影响因素
●太阳辐射量
●设施的保温比—设施内的土壤面积(S)与覆盖及维护结构表面积(W)之比,即S/W=β。
一般温室的保温比:
●单栋0.5-0.6;连栋0.7-0.8
●设施屋面角、方位
覆盖材料
幻灯片58
2.2设施的温度环境特点与热平衡
●2.2.1设施温度变化特征
●气温的季节变化
●冬季:
候均温10C旬最高均温17C旬最低均温4C
●夏季:
候均温22C旬最高均温28C旬最低均温15C
●气温的日变化
●设施内“逆温”现象
●室内气温的分布存在不均匀
●
候均温是连续5日的平均气温。
气候学上按候均温划分季节。
半旬为一候。
候均温划分四季的标准是:
10℃~22℃为春季;大于22℃为夏季;22℃~10℃为秋季;小于10℃为冬季。
这样子才会有长夏无冬之类的说法。
幻灯片59
无加温温室内温度的日变化(高仓)θi室内气温θo室外气温
幻灯片60
设施内气温分布不均匀,无论垂直方向和水平方向均存在温差。
在保温条件下,垂直温差可达4-6℃,水平温差较小。
幻灯片61
2.2.2温室的热平衡原理
温室是一个半封闭系统,它不断地与外界进行能量与物质交换,根据能量守恒原理,蓄积于温室内的热量ΔQ=进入温室内的热量(Qi)-散失的热量(Qo)。
当Qi>Qo时,温室蓄热升温;当Qi 不过,平衡是相对、暂时和有条件的,不平衡是经常的绝对的。 根据热平衡原理,人们采取增温、保温、和降温措施来调控温室内的温度。 幻灯片62 Qin Q=0 Qout Q QinQout Q Qout Qin Qin>Qout 室内蓄热升温 Qin=Qout 热量收支平衡恒温 Qin<Qout 室内失热降温 幻灯片63 温室热量收支模式图 qt: 太阳总辐射能量;qf: 有效辐射能量;qg: 人工加热量;qc: 对流传导失热量(显热部分);qi: 潜热失热量;qs: 地中传热量;qs': 土壤横向失热;qv: 通风换气失热量(包括显热和潜热)两部分 幻灯片64 保护地热支出的各种途径之一——贯流放热 热贯流传热模式图 幻灯片65 表3各种材料的热贯流率(KJ/m2·h·℃) 贯流放热是园艺设施放热的最主要途径,占总散热量的70-80%。 幻灯片66 保护地热支出的各种途径之二——通风换气放热 温室内自然通风或强制通风,建筑材料的裂缝,覆盖物的破损,门、窗缝隙等,都会导致室内的热量流失。 温室内通风换气失热量,包括显热失热和潜热失热两部分,显热失热量的表达式如下: Qv=R·V·F(tr-to) 式中Qv为整个设施单位时间的换气失热量; R为每小时换气次数(见表5-12); F是空气比热,F=1.3KJ/m3·℃; V是设施的体积,m3。 幻灯片67 表4每小时换气次数(次/时)(温室密闭时) 保护设施类型覆盖形式R/(次.h-1) 玻璃温室单层1.5 玻璃温室双层1.0 塑料大棚单层2.0 塑料大棚双层1.1 幻灯片68 保护地热支出的各种途径之三——土壤传导失热 幻灯片69 日光温室内热收支平衡示意图 幻灯片70 2.3设施内的温度调节 2.3.1保温 2.3.2加温 2.3.3降温 2.3.4变温管理 幻灯片71 2.3.1保温 A.通过保温材料减少贯流放热和通风换气量 幻灯片72 保温覆盖的材料与方法 外覆盖(屋顶上盖草苫、蒲席、纸被、棉被等) 幻灯片73 ①室外覆盖: 草苫、纸被或保温被等 幻灯片74 充气口 ②二层固定覆盖 (双层充气薄膜) 间距10-20cm比5cm保温好 幻灯片75 ③室内覆盖: 活动保温幕(活动天幕,2层足够) 幻灯片76 室内扣小拱棚 幻灯片77 ④结构与墙体: 使用保温性能好的材料作墙体和后坡,并尽量加厚。 保温材料 密封缝隙 幻灯片78 ⑤减少换气放热 ●尽可能减少园艺设施缝隙 ●及时修补破损的棚膜 幻灯片79 在门外建造缓冲间,并随手关严房门。 幻灯片80 保温覆盖的热节省率 热节省率/% 玻璃温室塑料大棚 保温方法保温覆盖材料 双层固定覆盖玻璃或聚氯乙烯薄膜4045 聚乙烯薄膜3540 室内单层保温幕聚乙烯薄膜3035 聚氯乙烯薄膜3540 不织布4030 混铝薄膜3045 镀铝薄膜4555 室内双层保温幕两层聚乙烯薄膜4555 聚乙烯薄膜+镀铝薄膜6565 外面覆盖温室用草苫6065 幻灯片81 B.增大保温比 ●适当降低设施高度,减少夜间散热面积 幻灯片82 C减少土壤传热 设置防寒沟,减少温室南面底角土壤热量散失。 深40cm 宽30cm 幻灯片83 幻灯片84 D.减少土壤蒸发和作物蒸腾 全面地膜覆盖、膜下暗灌、滴灌,阻止或减少潜热损失。 幻灯片85 2.3.2加温 A.增加设施内进光量— 提高透明覆盖物的透光率 幻灯片86 B.人工加温 加温目的: 靠保温不能维持作物生长温度时,需补充加温。 现代温室加温成本占运营成本50-60%。 加温在设计上要求做到: 幻灯片87 气暖加温 明火加温 电热加温 水暖加温 热风加温 辐射加温 幻灯片88 炉火加温 幻灯片89 暖 气 加 温 幻灯片90 热风加温 幻灯片91 幻灯片92 土壤加温 电热加温 幻灯片93 2.3.3降温措施 幻灯片94 A.通风换气 自然通风 强制通风 外遮阳 B.遮光、屋顶喷水,减少进入设施内的热量。 屋面涂白 内遮阳 幻灯片97 C.蒸发冷却法增大潜热消耗 湿帘 幻灯片98 大量灌水之后强制通风排湿 幻灯片99 喷雾 幻灯片100 2.3.4变温管理 (三段变温或四段变温) 依据作物在一天中的生理活性中心的变化将1天分成若干时段,设计出各时段适宜的管理温度,以促进同化产物的制造、运转和合理分配,同时降低呼吸消耗,从而起到增产、节能的作用。 这样的温度管理方法叫做变温管理。 幻灯片101 变温管理的理论基础 时间 生理活性中心 温度控制 目的 上午 光合 生育适温上限 促进光合 下午 光合减弱 适当降温 促进光合 部分运转 前半夜 光合产物运转 呼吸 继续降温 加速运转 抑制呼吸 后半夜 呼吸 保持生长下限 抑制呼吸 幻灯片102 果菜类蔬菜变温管理应注意的问题 ●气温与地温互补关系 ●光照与变温管理的关系 幻灯片103 黄瓜四段变温管理 西瓜结果期三段变温管理 幻灯片104 3湿度环境 ●设施内湿度环境特征 ●湿度与设施作物生长发育 ●设施内湿度环境与病虫害发生的关系 ●设施湿度环境的调控 幻灯片105 3.1设施内的湿度概念 空气湿度—表示空气的潮湿程度即空气中水 汽含量的物理量。 土壤湿度—表示土壤的湿润程度即土壤中水 分含量的物理量。 3.1.1空气湿度 绝对湿度: 相对湿度 一定体积的空气中含有的水蒸气的质量,其单位是g/m3。 绝对湿度的最大限度是饱和状态下的最高(与温度有关)。 是空气中实际水汽含量(绝对湿度)与同温度下的饱和湿度(最大可能水汽含量)的百分比值。 它的单位是%。 幻灯片107 3.1.2土壤湿度 绝对湿度—一定重量的干土中所含水分重量,其单位为%干土重。 绝对湿度的最大限度是饱和状态下的最高。 相对湿度—土壤中实际所含水分重量与饱和含水量的百分比值。 它的单位是%。 幻灯片108 3.2设施内湿度环境特征 3.2.1设施内空气湿度特点 空气湿度大 存在季节变化和日变化 湿度分布不均匀 3.2.2设施内空气湿度的影响因素 设施的密闭性 设施内温度 幻灯片111 温室内水分移动模式图 幻灯片112 3.3湿度对设施作物生长发育的影响 ●土壤水分 ●空气湿度 空气湿度 土壤水分 幻灯片113 具体影响表现在: (一)园艺植物对营养物质的吸收及转运需要水分 根系对元素的吸收需要在水溶液中进行 营养元素在植株体内的运输需要水分作介质 (二)园艺植物的生理代谢需要水分 光合作用,蒸腾作用, 渗透压的维持等 (三)园艺植物产品器官的形成需要较多的水分 产量,品质 幻灯片114 园艺植物对水分的要求 根系的强弱与吸水能力的大小 植物因素 叶片的组织和结构 耐旱植物: 可忍受长期空气和土壤干燥而继续生活。 根系强大,叶片小、革质化或较厚,气孔少并下陷。 园艺植物的分类 湿生植物: 生长期间要求大量的水分存在根、茎、叶内有大量水分存在。 对水分的要求和吸收能力 中生植物: 既不耐旱,也不耐涝,要求经常保持土壤湿润 幻灯片115 蔬菜作物对空气湿度的基本要求 幻灯片116 番茄体内水分张力的减少与光合成、呼吸的衰退 幻灯片117 3.4设施内湿度环境与病虫害发生的关系 幻灯片118 3.5设施湿度环境的调控 3.5.1加湿 湿帘加湿 喷雾加湿 幻灯片119 3.5.2除湿措施 ①减少灌水 ②地膜覆盖 ③增大通风量和透光量 ④采用透湿性和吸湿性良好的保温幕材料 (1)被动除湿 (2)主动除湿 ①强制通风换气 ②加温除湿 ③强制空气流动 ④除湿机或除湿型热交换 通风装置 幻灯片120 除湿措施 (1)被动除湿 不用人工动力(电力等)
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