无土栽培的环境调节控制设施.ppt

第八章 无土栽培的环境 调节控制设施 Chapter 8 Environmental control facilities for soilless culture,通过对半封闭系统的物质交换和能量调节来改善或创造周年更适于作物无土栽培的生长环境，以期获得栽培作物速生、优质、高产、均衡和最大的经济效益。“Rapid growth,high quality,high yield,equilibrium production all year round will be gained by controlling or creating the more favorite growth conditions for hydroponic plants by means of improving or regulating the materials and energy exchanges in the closed or semi-closed system.,构成作物的综合环境，往往是由光、温、水、气、养分的组成与浓度等多种因子组成。本章重点介绍无土栽培作物与环境因素及环境工程间相互作用的规律及有关温室、大棚等环境调节控制设施的性能、特点与调控技术。Integrated environment for plant growth is the constitute of many factors including light,temperature,water,air and nutrients.This chapter will stress the disciplinarians and the interaction of the plants in soilless culture with environmental factors and with environmental engineering.And the characteristics,specialties of environmental controlling facilities of greenhouse,and the regulating and controlling techniques would be also introduced in this chapter.,第一节 环境调节控制概述,一、环境调节控制的意义与作用 遗传决定农业生产的潜势，而环境则决定这种潜势可能兑现的程度。作物对环境因素的要求，涉及光、温、水、气、肥等众多的因子。同时，随着品种、生育阶段及昼夜生理活动中心的变化而不断变化。因此，作物对环境因子的要求，是由彼此关连的众多环境因子组成的综合环境动态模型决定的。,进行综合环境调节要考虑：The follows would be considered in order to carry out the comprehensive environmental regulation:室内外各种环境因子和作物生长发育情况；The information of every kinds of environmental factors indoor and outdoor and the basic information of plant growth and development.各种生产资料投入的成本、市场价格变化、资金周转和栽培管理作业等。Every kinds of the costs of means of production,changes of market price,capital turnover and culture management,and so on.综合环境调节是以速生、优质、高产为目标进行监测、分析与调节控制。Integrated environmental regulation is the monitoring,analysis and regulation according to the target of rapid growth,high quality and high yield.综合环境管理是在综合环境调节的基础上，随时根据市场变化与效益分析，对目标环境指标进行修订，以期获得最大的经济效益。Integrated environmental management is the base on the regulation of environment.The target environmental indexes will be adjudged according to the change of market and the analysis of benefit,in order to gain maximum economic benefit.,二、环境工程设施设计的原理和基本要求,先进的生产技术与生产工艺总是通过一定的建筑结构、环境调控设施等硬件作为载体，并与优良的品种、科学的种植管理技术相结合而体现出来的。首先是利用围护结构把一定的空间与外界环境隔离开来，形成一个相对封闭的系统。这是区别于露地栽培达到改善和创造作物生长优良环境的先决条件。而环境工程则是在一定建筑设施的基础上，通过对半封闭系统的物质交换和能量调节来进一步改善和创造更佳的生长环境。二者相互制约，相辅相成。环境工程设施在设计、建造及运行管理时须符合以下原则和基本要求。,1、安全可靠 在一定的设计使用年限和设计标准条件下，保证建筑结构和环境工程设施运行的安全性和可靠性。2、经济适用 一次投资和运行费用较低；节约土地、能源、人力等资源；便于机械化、自动化作业；能充分满足作物无土栽培管理要求。3、保护环境 环境问题是人类生存和经济、社会发展的基础。建筑与环境工程设施，应便于栽培环境废弃物的处理和再利用，避免环境污染与公害，保证无土栽培设施的可持续发展性。,第二节 常用环境调控设施的结构与性能,温室 日光温室 大棚 防雨棚 遮阳网覆盖等,一、温室/greenhouse,用透光覆盖材料作外围护结构密封件，可让绝大部分太阳短波辐射透入，阻止绝大部分地面长波辐射透出，能起到蓄热升温与保温作用，可供冬季作物栽培的建筑设施统称为温室。,(一)温室分类/classification of greenhouse,按无土栽培用途可分为：生产温室、试验研究温室、观赏温室与庭院温室。按加温与否可分为：加温温室、不加温温室。按室内的环境温度可分为：高温、中温、低温温室与冷室。按覆盖材料可分为：玻璃温室、硬质塑料或聚酯板温室、塑料薄膜温室。,硬质塑料或聚酯板温室的覆盖材料主要有：PVC(polyvinyl chloride,聚氯乙烯)PC(polycarbonate,聚碳酸酯,)FRP(Fiberglass-reinforced plastics,玻璃纤维聚酯波纹板)PC双层或三层中空板 温室覆盖材料使用的塑料薄膜有：聚氯乙烯(PVC)膜 聚乙烯(polyethylene,PE)膜 聚烯烃(polyolefin,PO)膜(聚乙烯PE和聚酯酸乙烯EVA多层复合),(二)温室常用结构形式及性能特点,1、单坡面温室 屋脊东西向，坡面朝南，北面用砖墙承重、保温。在屋面设有苇箔、草帘保温。夏季竹帘遮阳。屋面用玻璃覆盖材料，透光、保温、抗风性能较好。一般跨度为6m左右。冬季管道煤火加温。主要用于北方冬季蔬菜或花卉越冬生产或春提前育苗。单坡面玻璃温室，由于建造费用高，保温尚不足，在北方冬季不加温时，仍不能满足一般无土栽培作物生产要求。,单坡面温室示意图,2、双坡面温室,双坡面及侧墙均为玻璃等硬质透光覆盖材料。主要特点是采光量大，通风效果良好，净空较高栽培管理方便。缺点是散热面大，保温性差。主要用于南方科研蔬菜育苗或花卉越冬栽培，真正在大规模生产上使用得较少。,双坡面温室示意图,双波面温室外观汕头,3、连栋温室,连栋温室造价低、占地省、保温性好、便于操作管理，但通风换气效果较差。必要时夏季增设湿帘风机降温。连栋温室根据屋脊走向有东西与南北向布置。南北向布置，虽透光率较东西向小7%左右，但屋脊、天沟等为活荫影，光照分布较均匀，一般南北向布置为多。,我国大型连栋温室发展迅速。连栋温室多采用异型薄壁型钢、热浸镀锌，卷帘或转轴齿条开闭天、侧窗。环境调节控制，包括通风、降温、加温、遮阳、保温、灌溉施肥等实现了自动化。高档温室还实现了微电脑温度、湿度、光照、CO2浓度、营养液温度、离子浓度等的数据采集、显示、存储，超限报警，以及以光照量为基准的智能化变温管理等。现代化的大型连栋温室，还可实现温室综合环境智能化控制，实现高产、优质、高效栽培。但一次投资与运行管理费用较高。,连栋温室示意图,连栋PC板温室,连栋玻璃温室,连栋玻璃温室,青岛农科所温室,大型连栋温室,二、日光温室,靠日光能维持冬季蔬菜生产的温室，称为日光温室。优点：结构简单、便于建造、投资较省；采光性好，较普通连栋温室光照量高3040%；保温性好，夜间室内外温差可达25左右；面积适中，便于农户栽培管理。日光温室在不加温条件下，成功的解决了我国北方地区元旦、春节喜温果菜等冬季新鲜蔬菜的供应问题。近十多年来，在我国北纬3445的华北、东北、西北地区推广，面积达50多万公顷，成为解决我国北方地区农民脱贫致富与城市菜蓝子供应问题的支柱产业。这是我国、乃至世界蔬菜栽培史上的重大突破。缺点：土地利用率较低，管理不太方便。,日光温室结构示意图,日光温室入口,日光温室骨架(竹架),植株了作物的日光温室,未植株作物前的日光温室,骨架结构日光温室内部,未覆盖薄膜前的日光温室,日光温室群的 棚头工作间,日光温室 棚头工作间,日光温室顶部外观,三、塑料大棚/plastichouse,用塑料薄膜覆盖的拱型简易温室设施统称为塑料大棚，简称大棚。其骨架有竹木结构、钢筋焊接结构、钢筋混凝土或无碱玻纤钢筋混凝土结构、镀锌钢筋装配式结构等。大棚一般无加温设施。由于大棚结构简单、拆建方便、投资省、土地利用率高等优点。在北方多用于“春提前、秋延后”栽培。在南方则用于越冬或防雨栽培。,塑料大棚结构示意图 The sketch map of plastichouse,用于无土栽培的大棚，跨度一般为610m，顶高2.33.0m，长3050m。覆盖材料有PVC、PE膜，最好选用防雾滴、耐老化的多功能PO膜。为了提高保温性能，可在棚内设置小拱棚及多重保温幕设施等。,建设中的拱形钢架塑料大棚,拱形钢架大棚群,拱形钢架塑料大棚侧面卷膜装置,未覆盖塑料薄膜前的大棚骨架,建设中的拱形骨架大棚群,拱形骨架大棚群,拱形骨架大棚群俯瞰,竹架结构塑料温室,充气银灰色拱形塑料大棚,四、防雨棚或遮阳网设施,高温强光型天气，根据作物光饱和点要求，采用遮光率为50%70%的黑色遮阳网增产效果显著；但对阴凉多雨天气，则采用遮光率为40%50%的银灰色遮阳网为宜。遮阳网栽培，蔬菜的某些营养品质，如叶绿素、蛋白质、维生素C等有所下降，特别是硝酸盐含量将明显升高。在采收前57天，提前将遮阳网取下，使覆盖作物得到炼苗与绿化处理，即可使各种营养成分含量迅速赶上或超过露地产品，同时，硝酸盐积累量也将迅速降低。,第三节 设施环境对作物生长的影响及其调控技术,一、光照及其调控技术 植物利用光能将CO2和水转化为碳化合物的过程称为光合作用。光合作用是地球上生物赖以生存和发展的基础。光是光合作用的能量源泉，同时又是控制光周期的一种信息。因此，光照是无土栽培温室设施极其重要的环境因子。,(一)太阳辐射与光合有效辐射,1、太阳辐射的光谱能量分布,可见光部分叶面的反射(R)、吸收(A)透射(T)(Kleshin和Shulgin，1959就80种植物测定值平均，A的虚线表示种间变异幅度),2、植物光合有效辐射,投射到植物叶面的辐射，一部分被叶面反射，一部分被叶绿素吸收，另一部分则被叶子透射。反射、吸收及透射的比率因辐射波长、植物种类及叶龄而异。绿色植物对辐射具有选择性的吸收特性。一般说来在0.30.44m与0.670.68m两处呈现吸收高峰，对0.55m一段吸收率较低。对0.72.5m的一段近红外线，由于植物体为避免高温的保护性反应几乎不能吸收，而对大于2.5m的远红外辐射，其吸收率很高，甚至可当作黑体来反应。,3、辐射的度量,辐照度：以电磁波形式发射、传播或接收的能量称为辐射能，单位为J 在单位时间内发射、传播或接收的辐射能称辐射功率，单位为W 在单位时间内投射到或通过某单位面积的辐射能，称为辐照度，单位为W/m2 在光的热效应或辐射能利用中，应以辐照度作为计量单位。,照度：据规定，具有均匀发光强度为1坎，单位为cd的点光源在单位立体角内发射的光通量定为1流明，单位为Lm。到达或通过某单位面积的光通量称为光照度或照度勒克斯，单位为Lx。在研究人及某些动物的视觉环境时，应以照度作为计量单位。,量子流密度：光辐射为不连续的细小粒子流。每一个粒子叫做光子或光量子。光化学定律指出：吸收一个量子，只能激活一个分子或原子。因量子的能量与其波长成反比，故在研究光电效应或光化学反应如光合作用与光照的关系时，应该以量子流密度作为计量光辐射的单位。,(二)光照环境与作物生长,1、光质与作物的生长 紫外线、可见光与红外线对植物生长的影响是各不相同的。小于280nm的远紫外线，对植物有杀伤致死的作用。280400nm的近紫外线，虽对植物的生长有一定的抑制作用，但对维生素C与花青素的形成有积极作用。蔬菜、花卉需要少量的近紫外线照射。,可见光是光合作用的主要能源。光量子具有的能量与波长成反比。在光饱和点以下的弱光范围，光能在相同的条件下，所含量子的数量因波长越长而越多。因此，红橙光较蓝紫光的光合光效能为高。在光饱和点以上，光量子数量已不是光合作用的限制因子，在可见光范围由波长引起的差异就不明显了。绿色光本来难于为叶绿素所吸收，但叶绿素含量较高时，绿色光的大部分仍能为叶绿素吸收利用。决定光合强度的光谱因子，主要由每单位能量的生理辐射量子数、色素的光谱吸收特性、色素含量，即与有效吸收的生理辐射光量子数成正相关。,2、光照量与光合作用 illumination amount and photosynthesis,光合产物的形成不仅与量子流密度，而且由光照的累积时间所决定的。The formation of photosynthate depends not only on the density of quanta flow,but also on the accumulative times of sun light.光照的强弱一方面影响着光合强度，同时还能改变作物的形态，如开花时期、节间长短、茎的粗细及叶片的大小与厚薄等。Light influences not only on the intensity of photosynthesis,but also on the conformation of plants,such as flowering time,the length of internode,the thickness of stem and the size and thickness of leaves.,茄子光合强度与温度、光照、CO2浓度的关系,在一定的温度和CO2浓度下，在一定的辐照度范围内，光合强度随辐照度的增加而增加。The intensity of photosynthesis increases with the increase of irradiance in the definite range of irradiance,temperature and the concentration of CO2.到光饱和点时，光合强度趋于稳定。The photosynthesis is stable in the light saturation point.辐照度下降到光补偿点以下时，植物的呼吸作用超过了光合作用，时间长了植株会逐渐枯黄。The intensity of respiration will excess that of photosynthesis when the irradiance decreases under the light compensation point,and the plant will be scorch gradually.植物的光补偿点，耐荫作物为2001000Lx，喜阳植物为10002000Lx。The light compensation point is 2001000Lx for shade plants and 10002000Lx for sun plants.,在一定的辐照度下，植物叶片光合强度随光线入射角的增大而按余弦关系降低。The photosynthesis will be decreased in cosine relation with the increase of incident angle of light in definite irradiance.植物群体光合强度，则随散射光比率的增大而提高。The group photosynthesis of plant will increases with the increase of the ratio of scattered light.,光合作用包括光反应与暗反应两个阶段。连续光照下，光反应的中间产物在某种意义上有过剩现象，甚至会不稳定而分解。待暗期光反应产物被消耗后，下一个光反应才能顺利进行。The photosynthesis involves 2 phrases,light reaction and dark reaction.Under the condition of continuous illumination,the intermediate products of light reaction will be surplus in a sense,even unstable and decomposed.The next light reaction will be continued after the consumption of the products of light reaction in dark period.由此表明：光合强度与单位叶面积上的有效光能吸收量成正比。因此，适当降低辐照度而延长光照时间、增加散射光的比率、间歇或强弱光交替下，均可大大提高光能利用率。It shows that the photosynthetic intensity is direct ratio to the effective light energy in unit leaf area.The light utilization ratio will be promoted greatly under the conditions of decreasing irradiance,prolonging the illumination time,increasing the ratio of scattered light,and intermission and alternating of strong and weak lights.,主要蔬菜的光饱和点(师惠芬、张志勇，1986)Light saturation points of some major vegetables,3、光周期对光照的基本要求The basic requirement of light for photoperiod,光敏色素以两种互相可逆变化的形式存在，即R660与P730。R660由植物体合成，它对660nm的红光吸收敏感。经一定时间的光照或660nm的辐射照射，R660可转变为P730。P730对730nm的远红光敏感。P730经一定的暗期或730nm的辐射照射，可转变为R660。,光周期光敏色素图 The sketch map of phytochrome of photoperiod,问题/Question R660占优势时，促进_植物生长，抑制_植物生长。反之，P730占优势时，促进_植物生长发育，而抑制_植物生长发育。Answers:这对于引种、育种、控制光周期敏感植物光萌发、花芽分化等有着重要的意义。,(三)温室设施的光照条件,1、辐照度及其影响因素 Irradiance and its influencing factors 温室栽培床平面内平均单位面积的辐照通量，即为温室的辐照度。The irradiance of greenhouse is the irradiation flux per unit area of plantation bed averagely in greenhouse.,提高辐照度的措施：1、温室走向 2、覆盖材料角度 3、覆盖材料洁净度 4、合理种植密度,干洁覆盖材料入射角为时透过率,太阳赤纬的变化曲线,2、覆盖材料的透光特性,覆盖材料分光透过特性,覆盖材料不同，其分光透过特性各异。从温室栽培考虑，理想的覆盖材料应对300750nm的生理辐射具有最大的透过能力。波长300nm以下的远紫外线透过率越低，对覆盖材料抗老化性能越有利。300380nm的近紫外线透过率高时，对作物花青素的显现、果色、花色与维生素C的形成有利。8003000nm的红外线透过率低时，进入温室的热量较少。520m辐射的透过率越低，地面长波辐射透出的越少，对温室保温愈有利。,3、光照分布,在一定的光照度下，温室光照分布愈均匀，其阴影面积率及作物群体漏光损失愈小，则温室作物的光能利用率就愈高。光照的平面和空间分布，主要由温室方位、形状与结构形式、覆盖材料散射特性及作物叶面积指数和受光态势所决定。,在我国中高纬度地区，东西向单栋双坡屋面温室透光率，较南北向的高约15%，但由于屋脊、檩条等水平构件为东西向，在温室内将造成一条条死阴影弱光带，透光率最大与最小差值在40%以上。对于3连跨以上的温室，南北向较东西向的透光率低的7%，但南北向温室其水平构件为南北向，活阴影，光照分布在时间和空间上都较均匀。若采用南北畦向栽培，作物群体受光态势较好，光照充足均匀。,4、光周期光照时间/photoperiod illumination time,能对植物光周期产生影响效应的一段时间，称为光周期光照时间。一般大于、等于22Lx的光照时间，即可对植物光周期产生影响效应。太阳高度角h-4.5时的曙暮自然光照，即可对植物光周期产生影响效应。,太阳高度角h时地表照度(Lx),(四)光照调节与控制,在自然条件下，光照度与光照时间因季节、纬度、天气状况而异。中、高纬度地区，冬季弱光、低温伴随着短的日照；夏季强光、高温伴随着长的日照。除采用适当的温室结构与朝向，选择透光率高、耐老化、无滴防尘、散光性覆盖材料，以尽量增大栽培床面的光照外，温室光照调节主要包括补光与遮光调节。,1、自然光照光合补光,在东西向温室的北墙内表面上加装反射板，可增强自然光照光合补光。反射板一般由反射率80%以上的镀铝膜制成。跨度为58m的东西向单栋温室，在内墙面上加装反射板后，晴天栽培床面光照度可达室外自然光照度的110%120%，为普通玻璃温室内栽培床面光照度的2倍。冬季不仅可提高光合强度，而且还可提高室内气温和叶温，可节省30%40%的采暖费用。,反光温室增光效应,2、人工光照光合补光,目前使用的人工光源仅限于电光源一种。常用的有荧光灯、镝灯、钠灯、氙灯及植物效应灯等。在考虑灯具选择时，首先应选择发射光谱与需用光谱接近的产品，必要时亦可考虑多种光源组合光谱互补。另外，应选择发光效率高、灯具寿命长、价格低廉的产品，使设备折旧与运行费用最低为原则。,人工补光灯具,光照度、光照时间对下列产生影响：1、作物光合作用 2、光周期 3、作物温度 4、蒸腾量 5、周围环境(气温、空气湿度、气体组成等),低辐照度时，光合强度较低，但光能利用率却很高。在考虑人工光合补光的光照度与光照时间时，应通过试验以单位产品经济效益最大时必要的光照度及光照时间为依据。一般采用较低的光照度，延长光照时间较为经济。,3、人工光周期补光,对光周期敏感的作物，特别是光周期的临界期，当黑夜时间过长而影响作物的生长发育时，应对作物进行人工光周期补光。人工光周期补光是作为调节作物生长发育的信息提供的，需用的照度较低，一般大于22Lx，最好是54Lx。光谱能量分布最好是在660665nm一带为好，可用富含红光的白炽灯。不同作物光周期反应差异很大。就同一种作物，光周期反应也因温度，营养状况不同而异。光周期补光参数应通过试验确定。,4、光合遮光调节,夏季强光、高温会使某些作物光合强度降低，对某些荫生作物或幼苗，甚至产生叶片灼烧伤现象，因此需进行光合遮光。目的：削减光强，减小太阳热负荷。光合遮光主要是遮挡午间的直射光，四周不需严密搭接。遮光材料应具有一定的透光率、较高的的反射率和较低的吸收率。,常用的有在温室顶面上方铺设竹帘、白色聚乙烯纱网、黑色遮阳网等。也可在室内设置无纺布或透明与镀铝膜相间编织的内遮阳网。遮阳率可在40%70%中选择。另外在温室顶面内侧涂白以遮挡部分日光。,温室内部遮荫,塑料大棚外部遮荫,玻璃温室外部遮阳,玻璃温室外遮阳打开状,连栋温室外遮阳,5、光周期遮光调节,目的：延长暗期，保证短日照作物对连续暗期的要求。常用的材料有黑布与黑色塑料两种，在温室顶面及四周铺设、严密搭接。使室内光照降到临界光周期照度以下，一般不高于22lx。遮光的时间应使连续暗期大于14.5小时，通常从黑夜向傍晚和清晨两头延长。,二、温度及其调节控制,在一定的温度范围，作物生长随温度的提高而加快。温度降至某一低温或超过某一高温时，作物将停止生长甚至死亡。维持在某一适温范围时，生长发育最好。由于地球的自转和公转，造成地表热量在时间和空间上分布的不平衡，形成地表与空气温度在昼夜、季节和地区上的变化，往往不能完全满足作物生长适温的需要。因此，应根据温室设施的温度条件，随时采取必要的保温、加温与降温措施，以充分满足作物的适温要求。,(一)温度与作物的生长,1、温度对作物生长的影响,温度对三叶草光合强度和呼吸强度的影响,温室内的气温、基质与营养液温度对作物的光合作用、呼吸作用、光合产物的输送、根系的生长和水分、养分的吸收均有着显著的影响。作物的生长适温，随作物种类、品种、生育阶段及生理活动的昼夜变化而变化。一般作物光合作用的最低温度为05，最适温度为2030，最高温度为3540。在光合适温范围内，温度提高10，光合强度提高约一倍。,适温范围以外的低温或高温，光合强度都要显著降低。呼吸作用的最低温度为-10，最适温度为3646，最高温度为50。在呼吸适温范围内，温度提高10，呼吸强度提高11.5倍。,温室加温装置的排气管,温室燃油加温的棚外贮油罐,营养液池中的电加温装置,作物光合作用及其大部分产物输送是同时进行的。如果下午与夜间温度过低，叶片中的光合产物不能输送出去，叶片中的碳水化合物过分积累，影响第二天光合作用。叶片变厚、颜色变深、衰老较快，光合强度下降。如光照较弱，气温过高，光合产物较少，呼吸消耗过多，则叶片变薄而植株生长瘦弱。,根际一般适宜的温度为1520。根际温度和气温对植株的生长有一定的互补作用。这种互补作用是指当气温较低或较高时，仅仅确保根际温度在适宜的范围列，植株能够生长得较为正常。当冬季气温较低时，通过根际的加温比室内加温的热损失少，节能效果好，较为经济有效；而在夏季高温时，虽然气温很高，当如果对根际进行降温，尤其是在无土栽培条件下，对营养液等介质进行冷却降温，具有显著的增产效果。,温度不仅影响着光合产物的形成与消耗，而且对分配也产生着巨大的影响。在群体形成阶段，越是生长前期，温度对叶面积扩展速度的影响越显著。在偏高的温度下，有促进同化系统(即所谓的“源”)势态的作用；相反，在偏低的温度下，则有促进贮藏系统(即所谓的“库”)势态的作用。叶面积扩展速度越快，物质再生产也越旺盛。,因此，生育前期温度应偏高，叶面积的扩展应优于同化率的增加。生育中、后期以后，叶面积指数已增至最大，此时物质生产主要由单位面积的净同化率决定。在这个阶段中，应适当降低温度，以增加净光合产物的积累和贮藏。,2、生育适温与变温管理,常见温室作物的最适温度注()(师惠芬、张志勇，1986),番茄全生育期的温度管理模式,上午的光合产物约占全天的3/4，下午约占1/4。而白天输送的光合产物约占全天的3/4，前半夜仅占1/4。日本土歧知久提出，将一天分为四个时段。上午采取适当高于白天适温，以促进光合产物的形成；下午适当低于白天的适温，以节省能源、确保一定的光合强度及产物输送；前半夜适当高于夜间的适温，以促进光合产物的输送和分配；后半夜适当低于夜间适温，以抑制呼吸消耗。,(二)温室设施的温度调节控制,1、温室设施温度特性与保温节能(1)温室效应 温室覆盖材料能让绝大部分太阳短波辐射透入，阻止绝大部分地面长波辐射透出，使温室蓄热升温的特性称为温室效应。温室能够蓄热升温，更主要的还是由于温室密闭，空间较小，隔绝了与外界的对流热交换所致。,(2)温室设施的温度特性,温室设施的温度随太阳辐射的变化而呈昼夜与季节的变化。一般密闭、土壤干燥、非供暖、单层覆盖温室，白天室内气温可达室外气温的两倍以上。室内气温基本上是随太阳辐射的变化而变化的。晴天上午，室内气温每小时可升高57，14时达最高，下午每小时约下降45。日落后每小时降温约0.7，日出前达最低温。夜间太阳辐射为零，室温最低比室外最低气温高23。有风的晴天夜间，温室表面由于强烈的净辐射，可能出现室内气温低于室外气温13的“温室逆温”现象。,(3)温室的保温与节能,温室覆盖材料热阻较小，通过覆盖材料对流、传导、辐射传出的热量损失要占总散热量的70%左右。通风换气及冷风渗透的热量损失要占20%左右。通过地中传出的热量约占10%以下。在北方地区光照充足，白天室内气温可很快升至2030；若不进行保温，夜间室内气温很快会降至接近于室外温度。在北方地区温室冬季的保温是必不可少的温度调控措施。,温室保温的原理，主要是增加外围护结构的热阻；减小通风换气及冷风渗透；减小围护结构底部土壤的传热。常用的方法是采用多层覆盖、设防寒沟、增加温室的密闭性。,常用覆盖材料对红外辐射的热工特性,保温覆盖的方式,注：单层玻璃覆盖温室为对照。,不同覆盖材料的保温节能效果,蓄热加温法也是行之有效的节能措施。利用白天多余热量以补充夜间的不足，也是温室经济有效的节能措施。常用的方法有地中热交换法，蓄热体热交换法等。地中热交换法是在温室地面以下5060cm深处埋管，通过风机强制通风或风囱自然通风，进行土壤热交换。白天室内空气温度高于土壤温度，温室内空气多余热量，通过空气在管中流动热交换集蓄于土壤中；夜间地中温度高于室内气温，地中积蓄的热量，又通过空气在管中流动热交换传入空气进行加温。地中热交换贮能加温，一般可使温室夜间气温提高57，可使大棚或温室春提前或秋延后一个月左右。,2、温室加温,北方的普通温室，特别是大型连栋温室，因冬季透光率较低、集热量较小，同时无法采用非常严密的保温措施，在冬季较低的室外温度条件下，须进行一定的采暖加温，才能维持室内作物生长必要的最低温度。,常用的采暖方式有热水采暖、热风采暖与电热采暖、燃气辐射采暖等。热水采暖：用水作热媒，经锅炉加热并送至温室，经散热器放热对温室进行加温的方式，称为热水采暖。热水采暖的热稳定性好、温度分布均匀、波动小、生产安全可靠、供热负荷能力大，多在大中型永久性的温室中使用。根据热水在系统中循环流动的动力不同，热水采暖系统可分为自然循环与机械循环两种。,自然循环热水采暖系统,热风采暖：以空气作热媒，用燃煤或燃油热风炉直接加温，或通过蒸气气热交换器加温。热风采暖升温快、热利用率高，一般可达70%80%，一次投资与运行费用低，但温度稳定性差，一般多用于季节性短期加温。,电热采暖：利用电加热形式进行采暖。主要用于育苗时季节性温床基质局部加温。电热温床主要由隔热层、加热线、基质及地面覆盖几部分组成。隔热层一般由干燥的锯木、稻糠、麦秸等铺成，厚1020cm。床上底层由35cm炉灰或干土铺平，电热线设在床土中间。其上则为培养基质及营养钵等。,热风炉采暖,(a)蔬菜电热温床育苗(b)电热温床电热线布置示意图 1.塑料薄膜 2.基质 3.绝热层 4.电加热线 电热温床与电热线布置,3、温室通风降温,为了维持温室设施内适宜的环境温度，往往需要通过必要的通风换气、甚至设置湿帘风机降温系统对温室设施的温度条件进行必要的调节与控制。为了补充CO2，排除室内过多的湿气，也往往需要适当地进行换气。,开窗自然换气,温室开设天侧窗：通过温室顶部和侧面安装的天窗和侧窗的开闭，可起到调节自然换气的功能。利用温室内外温差造成内外空气压差的换气，称为热压换气；利用风力作用造成内外压差的换气，称为风压换气。热压与风压换气统称为自然换气。,温室侧窗通风,温室顶部侧面开窗通风,自然换气,机械强制换气,湿(水)帘风机降温,温室水帘降温,湿帘风机降温系统示意图,利用棚室内间种来降温,三、湿度及其调控技术,夜间随着气温下降，相对湿度逐渐增大；日出后随着温度升高，相对湿度逐渐下降。,不同结构温室空气湿度状况比较,(二)湿度与作物的生长发育,1、湿度与蒸腾和光合作用 根据日本东近农事试验场对黄瓜、菜豆的研究试验，相对湿度为90%时的净同化率及干物质增加量，均较相对湿度为80%及60%的为高。相对湿度对光合作用的影响是间接起作用的。当空气湿度较低时，作物将部分关小气孔开度来控制蒸腾量，这样将增大CO2扩散阻抗，造成CO2不足而减弱光合强度。相对湿度过低而温度又较高时，作物将失水过多而造成暂时或永久萎蔫，甚至给细胞原生质的分化作用造成影响。相对湿度过高，如95%以上时，蒸腾受到抑制，影响和阻碍了根系对养分的吸收和输送，同样会造成光合强度的下降。,2、湿度与作物的病害 温室设施内由于空间小，因密闭保温而限制了通风换气，往往造成室内空气的高湿状态。湿度与病原微生物的繁殖密切相关。在高湿状态下，围护结构与叶片容易造成结露。温室设施内的湿度条件是引起作物病害的主要原因。,(三)湿度环境的调节与控制,1、除湿与降湿调节 通常采用的降湿方法：(1)通风换气降湿 采取自然或强制通风换气，以降低室内湿度。设施内相对湿度的控制标准因季节、作物种类不同而异，一般在60%85%为宜。通风换气量的大小与土壤、作物蒸发、蒸腾的大小及室内外的温湿度条件有关。,(2)加温降湿,在一定的室外气象条件与室内蒸腾蒸发及换气率条件下，室内相对湿度与室内温度成负相关。因此，冬季温室设施内适当的加温是降低室内相对湿度的有效措施之一。,(3)地膜覆盖与控制灌水,通常采用滴灌、下方灌溉等供液方式以及控制灌水量也可减少室内蒸发。滴灌设置在地膜覆盖以下，可使地面蒸发降到最低限度。地膜覆盖与膜下滴灌相结合，可使室内夜间相对湿度控制在85%以下。这对防止病害的发生与蔓延是非常有效的。,(4)热泵降湿 利用压缩机对制冷工质压缩做功，使制冷工质通过蒸发器蒸发时，以低温热源吸取蒸发潜热，经压缩后再通过高温散热器，将从低温热源吸取的热量与压缩机压缩做功的热量一起放热于高温加热间，这是热泵正常的工作程序。如将热泵的蒸发器置于温室设施栽培间，蒸发盘管的温度可降到5左右，远低于室内空气的露点温度。此时，空气循环时，室内空气中的水汽将大量从蒸发盘管上析出，从而达到降低室内空气湿度的目的。利用热泵降湿，一般可使夜间温室设施内湿度降到85%以下。,此外，也可利用换热通风装置，通过多层塑料薄膜管道，使室外低温低湿空气与室内高温高湿空气通过管道壁进行充分的换热。这样，既回收了排出空气的热量，又换出了室内高湿的空气，以达到控制室内空气湿度的目的。,2、加湿调节,在一定的风速条件下，适当的增加一部分湿度可增大叶片气孔的开度，从而提高作物光合强度。常用的加湿方法有：A、湿帘风机降温系统加湿