资料---设施园艺-环境及调控技术课件.ppt

设施环境特性及调控技术,设施园艺学,设施内的环境因子，包括光、温、水、气、土壤及营养元素等，虽在很大程度上受外界环境的影响，但与露地栽培必竟存在着根本的差别，它可使在露地生产中无能为力的环境调控成为可能。因此，了解设施内的环境特点，并掌握其人工调控方法，对促进设施园艺作物的优质高产高效栽培，具有重要的意义。,本章主要内容,光环境 温度环境 湿度环境 二氧化碳 土壤环境,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。,一、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5080%，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。,二、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,图1 覆盖材料为3mm玻璃的太阳入射角与透光率和反射率,东西栋,南北栋,直射光日总量透过率(%),图 3 冬至四连栋温室直射光日总量平均透过率床面分布（日本大阪、藏田，1986）,北,南,东,西,表2 不同方位连栋温室透光率差值比较（中国蔬菜栽培学，1987）,随着纬度的增加,东西栋与南北栋温室的透光率差值增大,图4 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,优 O 良 差 X 劣,图6 冬至北纬35度地区温室屋面角与透光率,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。,三、光环境的调控,1.光量（光强）的调控 遮光 人工补光 提高温室内光照透过率,图7 各种遮光资材的覆盖方式（遮光资材覆盖位置）（日本设施园艺协会，1991）,凉爽纱、PE网,凉爽纱、PVA纤维网、PE网、软质膜,棚架式,外覆盖,软质膜,凉爽纱、PE网、不织布、软质膜,不织布、PVA纤维网,大棚普通覆盖,内覆盖,直接覆盖,凉爽纱、PE网、芦帘,遮光处理,图8 不同作物必要遮光率的范围（%）（日本设施园艺协会，1986）,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。,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。,金属卤化物灯,光效高（60-80 Lm/w），光色好（主要集中在可见光区域），功率大（200-400 W），是目前高强度人工补光的主要光源。缺点是成本较高。,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50-60 Lm/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（27-37 Lm/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。,2.光照长度的调控,短日照处理 采用遮光率100%遮光幕覆盖，例如菊花遮光处理，可促进提早开花。长日照处理 通常补光处理，如菊花电照处理可延长秋菊开花期至冬季三大节日期间开花、实现反季节栽培，增加淡季菊花供应，提高效益。而草莓电照栽培，可阻止休眠或打破休眠，提早上市。补光强度、方法，依作物种类而异。,3.光质的调控,最近以聚丙烯树脂为原料的薄膜中混入能遮断红光和远红光的色素制成的转光膜，可调节室内600700 nm的红光（R）和700800nm的远红光（FR）的光量子比（R/FR），控制茎节的伸长。覆盖材料光波透过率中另一重要波长域是紫外线，紫茄子温室栽培若无紫外线就着色不好，月季花的着色与紫外线也有关系，同时如果温室草莓、甜瓜栽培，放蜂传粉的话，用除去紫外线的薄膜覆盖会影响蜜蜂传粉，但能抑制蚜虫的发生，并促进茎叶的伸长。,温度环境,设施作物对温度的基本要求 设施的温度环境特点与热平衡 设施内温度环境调控,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。,表5 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）,表6 几种叶、根、花菜类蔬菜的生育适温及界限温度,气温（）,蔬菜种类,最高气温,最适温,最低界限,菠菜,25,2015,8,萝卜,25,2015,8,大白菜,23,1813,5,芹菜,23,1813,5,茼蒿,25,2015,8,莴,苣,25,2015,8,甘蓝,20,177,2,花椰菜,22,2010,2,韭菜,30,2412,2,温室韭黄,30,2717,10,2.设施的温度环境特点与热平衡,设施温度变化特征 气温的季节变化 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,图 9 无加温温室内温度的日变化（高仓）i室内气温 o室外气温,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。,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Q=进入温室内的热量（Qi）-散失的热量（Qo）。当QiQo时，温室蓄热升温；当QiQo时，室内失热而降温；当Qi=Qo时，室内热收支达到平衡，此时温度不发生变化。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。,Q,Qout,Q=0,Qin Qout,Qin,QinQout室内蓄热 升温,QinQout热量收支平衡 恒温,QinQout室内失热 降温,Q,Qout,Qin,图10 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,图 11 热贯流传热模式图,保护地热支出的各种途径之一 贯流放热,表7 各种材料的热贯流率（KJ/m2h）,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%。,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=RVF(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=1.3 KJ/m3；V是设施的体积，m3。,表8 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,保护地热支出的各种途径之三 土壤传导失热,3.设施温度环境调控技术,保温 采用多层覆盖，减少贯流放热量 增大温室透光率 增大保温比 设置防寒沟 降温遮阳降温、屋顶喷淋降温、蒸发冷却法、通风换气降温等,加温,1.增加设施内进光量提高透明覆盖物的透光率,2.人工加温,明火加温,电热加温,热风加温,气暖加温,水暖加温,辐射加温,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,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,1.设施内湿度环境特征,甜椒温室空气平均相对湿度（上海南汇现代温室 1997）,设施内空气湿度的影响因素,设施的密闭性 设施内温度,温室内水分移动模式图,2.湿度对设施作物生长发育的影响,土壤水分 空气湿度,土壤水分,空气湿度,（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,具体影响表现在：,（四）园艺植物对水分的要求,植物因素,根系的强弱与吸水能力的大小,叶片的组织和结构,园艺植物的分类,对水分的要求和吸收能力,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。,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。,中生植物：既不耐旱，也不耐涝，要求经常保持土壤湿润,蔬菜作物对空气湿度的基本要求,番茄体内水分张力的减少与光合成、呼吸的衰退,3.设施内湿度环境与病虫害发生的关系,黄,瓜,瓜蚜,干燥（旱）,疫病、炭疽病,95,细菌性疮痂病,95,绵疫病、软腐病等,95,辣,椒,病毒病,干燥（旱）,疫病,95,炭疽病、灰霉病等,90,韭,菜,灰霉病,90,番,茄,晚疫病,85,芹菜,斑点病、斑枯病,高温,4.设施湿度环境的调控技术,加湿,湿帘加湿,喷雾加湿,除湿措施,（1）被动除湿（2）主动除湿,减少灌水 地膜覆盖 增大通风量和透光量 采用透湿性和吸湿性良好的保温幕材料,强制通风换气 加温除湿 强制空气流动 除湿机或除湿型热交换 通风装置,二氧化碳环境,设施内的二氧化碳环境 二氧化碳浓度与作物光合作用 二氧化碳施肥技术,大气中CO2浓度约为330350l/L，由于受气候、生物等因素影响而具有：季节变化：一年之中，11月2月较高，46月较低。日变化：一天中，日出之前最高，1014时最低。,设施内二氧化碳环境,设施类型空间面积大小通风状况栽培的作物种类生育阶段栽培床条件设施土壤条件,设施内二氧化碳环境影响因素,图16 日光温室CO2浓度日变化,表11 冲施鸡粪对日光温室CO2浓度的影响（何启伟等，2000）单位：l.L-1,图18 温室内砾培番茄CO2浓度垂直分布日变化（矢吹等，1965）,株高（cm）,二氧化碳浓度与作物光合作用,提高空气中CO2浓度，作物光合速率上升的原因:CO2是光合反应的底物，大气CO2浓度升高的同时，叶肉细胞间隙CO2浓度升高，从而提高CO2与O2的比值，导致二磷酸核酮糖羧化酶（RuBPcase）活性增加，加氧酶(RuBPoase)活性降低，光呼吸受到抑制，并加速碳同化过程。随着CO2浓度的升高，光补偿点下降，光合量子产额增加，对弱光的利用能力增强，可补偿弱光下的光合损失。,表12 CO2浓度对黄瓜叶片光合速率、Rubisco活性的影响（于国华等，1997）,注：X-光通量密度(molm-2s-1)；Y-光合速率(molCO2m-2s-1),表13 CO2浓度对番茄表观量子产额及光补偿点的影响（侯玉栋等，1996）,二氧化碳施肥技术,CO2施肥浓度 通常，8001500l.L-1作为多数作物的推荐施肥浓度，具体依作物种类、生育时期、光照及温度等条件而定。CO2施肥时间 从理论上讲，CO2施肥应在作物一生中光合作用最旺盛的时期和一日中光照条件最好的时间进行。CO2施肥过程中的环境调节 光照 温度 肥水,CO2肥源,液态CO2 燃料燃烧 CO2 颗粒气肥 化学反应,液态CO2,燃烧法-燃烧白煤油释放CO2,化学法CO2发生器,其他提高设施 CO2浓度的方法,通风换气 增加土壤有机质 生物生态法 作物与食用菌间套作；设施种养一体化,(二)施肥量大,养分残留量高,土壤盐类浓度过高,易产生次生盐渍化和养分失衡,氮过量,磷富集,钾缺乏,(三)土壤养分转化和有机质分解速度加快园艺设施内的土壤温度一般全年都高于露地，再加上土壤湿度较高，所以土壤中的微生物活动全年均较旺盛，这就加快了土壤养分转化和有机质分解速度。,(四)土壤酸化严重,主要原因是由于氮肥施用量过多,残留量大。危害：直接伤害，抑制磷，钙和镁的吸收，可溶性锰和铝增加，容易产生毒害。,（六）连作障碍,同一作物或近缘作物连作后，即使在正常管理情况下，也会出现产量降低，品质变劣，生育状况变差的现象。,（五）土壤中病原菌集聚 由于园艺设施作物连作栽培十分普遍，又由于园艺设施一年四季利用，因此，就导致了土壤中病原菌的大量集聚，造成土传病害的大量发生。,克服土壤盐分浓度危害1.土壤盐类聚集的原因,园艺设施的半封闭条件减弱了土壤水分的淋洗作用。过量施肥增加了土壤盐分含量。地下水位高和灌溉水质量差。,2.园艺设施内的土壤管理要点,2.土壤盐分浓度危害的防止途径,避免在盐碱土地区发展园艺设施生产。平衡施肥，减少土壤中的盐分积累。合理灌溉，降低土壤水分蒸发量。施用秸秆，降低土壤盐分含量。换土、轮作和无土栽培。,设施连作障碍的成因及表现,土壤连作障碍防止的具体措施,1.轮作2.配方施肥测土施肥3.嫁接4.土壤消毒5.无土栽培,1.轮 作 采用不同科的作物进行一定年限的轮作。其作用在于：调节土壤肥力 改变土壤病原菌的寄主 改变微生物群落,几种蔬菜作物 N、P、K三要素施用量（kg/hm2）及比例,2.配方施肥,3.嫁 接,采用抗病力强的野生种做砧木，与栽培品种进行嫁接，增强栽培品种的抗性。,黑籽南瓜砧木对根结线虫侵染具有较好的耐受能力，同时其嫁接苗对枯萎病的抗性较好，因此是较理想的嫁接黄瓜砧木。,黄瓜抗病砧木的筛选,茄子嫁接砧木研究,试验证明，托鲁巴姆抗黄萎病和根结线虫病的能力较强，是嫁接茄子适宜砧木材料。,4.土壤消毒,福尔马林（40%甲醛溶液）溴甲烷（溴代甲烷、甲基溴）氯化苦（三氯硝基甲烷、硝基氯仿),（1）药剂消毒,药剂消毒主要用于床土消毒：,使用浓度：50100倍水溶液，每亩用药液量100 kg。程序：,翻松床土,喷洒药液,翻土,覆盖地膜,57天撤膜,翻土12次,播种,（2）蒸汽消毒,利用高温蒸汽杀死土壤中病菌和虫卵。优点：无污染、无残毒缺点：能耗较大，成本高程序：,（3）太阳能消毒,在设施高温休闲季节，密闭设施，利用强日照产生高温杀死设施内环境、土壤中病原菌和虫卵。优点：无污染，节能。缺点：有时温度不够高，消毒效果较差。,适用于大面积机械化露地作业,适用于小面积日光温室或塑料大棚,无土栽培的优点,产量高，品质优，效益大。节省肥、水用量。防止土壤连作病害及土壤盐分积累造成的生理障碍。,5.无土栽培,栽培地点的选择受土壤、地形的局限较小，空闲荒地、河滩地、盐碱地以及城市楼顶、阳台都可以，极大地提高了土地利用率。,