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智能玻璃温室红掌切花环境调控技术

花匠小妙招
2024-08-08 19:20

智能玻璃温室红掌切花环境调控技术

_江运海

鄢陵建业绿色基地建有连栋智能温室 8 个，单体温室面积 5000 m 2 。种植花卉和果蔬，包括红掌（切花和盆花）、丹麦木槿、荷兰小番茄和水果黄瓜等。切花红掌种植面积 10000 m 2 ，以花泥为基质采用无土栽培方式。连栋智能温室配备湿帘风机、高压迷雾系统、内循环风扇、顶部天窗、内遮阳幕布、外遮阳幕布、内保温幕布、侧保温系统、自动灌溉系统、热水钢管道加温系统以及环境控制系统等装置。环境自动控制系统对温室温度、湿度、光照、通风、灌溉等传感器的数据进行记录分析并对相应设备做出指令，设备接受指令后运行到设置好的状态，以此达到调控温室内环境的目的。

温度调控

切花红掌生长适宜温度为 18~28℃，大于30℃易出现褪色现象，小于 18℃易出现冷害现象。在适温范围内，平均温度每升高 1℃、切花红掌产量增加 1.15 /m 2 ，因此表现出夏季高产，冬季低产现象。

降温技术

白天温室降温利用高压喷雾系统（图 1）对空气进行加湿，使空气含水量增加，达到降温效果。如果测量的相对湿度大于 90%，则加湿系统保持关闭状态。因为此时空气水分含量趋于饱和，水分几乎不能蒸发，无降温效果。温室空气温度大于 23℃时，开启天窗（图 2），进行通风降温，因为此时喷雾加湿的效果不佳，水分会通过顶部天窗散失，导致湿度下降。温度大于 26℃时，开启风机-湿帘（图3）进行降温。利用湿帘风机降温，需关闭顶部天窗，防止外部热气通过顶部天窗进入温室，影响湿帘风机的降温效果。风机湿帘的降温效果取决于开启风机的组数、风机转速、温室面积等，实际生产根据实际降温效果选择开启风机组数以及时间。温室内温度大于 29℃时，通过展开外遮阳系统牺牲大部分光照进行降温。利用环境控制系统进行调控温度调控时，其设置将会有一个缓冲空间用以避免设备频繁开启和关闭。具体包括温度变化速率，光照因素等。夜间降温开启顶部天窗和风机，必要时开启部分湿帘风机进行降温。另外，人工地面洒水或植株表面洒水也可以达到降温目的。

图 1 高压喷雾系统

图 2 顶部天窗

图 3 风机 - 湿帘降温系统

保温技术

温室内保温工作可以利用侧保温和顶部内保温幕布（图 4）以及内外遮阳幕布和顶部天窗完成。保温工作可以在日落前 2 h 提前进行。日落前 2 h 先关闭顶部天窗，展开内保温，此后逐步展开内遮阳和侧保温。在日落前将内保温、内遮阳、侧保温全部展开。必要时外遮阳也可以全部展开进行保温。在外界太阳辐射照度小于 300 W/m 2 （叶片气孔关闭）且需要保温时，可以直接打开内保温、侧保温以及内遮阳，同时关闭顶部天窗。

图 4 保温幕布

加温技术

加温方式用热水管道加温（图 5），即天然气锅炉加热通过钢结构管道输送到温室内部达到加温效果。温室内顶部、底部以及四周均安装加温管道，并安装管道泵、水温传感器和四通蝶阀用来具体控制其运行状态。当温室温度低于 18℃时，开启热水管道泵与四通蝶阀，使热水在管道内循环流通，达到整个温室的加温效果。环境控制系统利用温度传感器的数据（图 6），控制其管道泵的开启时间、关闭时间与四通蝶阀热水通量，以此控制整个加温系统的运行。

图 5 温室加温系统

图 6 温室内空气温湿度检测

湿度调控

切花红掌适宜湿度为 60%~80%。大于 90%时，部分品种会出现玻璃化和蓝斑现象，例如‘热情’。湿度低于 60% 且持续 1 周，花芽展开受阻，切花损伤率提高。湿度控制主要通过使用顶部高压喷雾系统。可以依据相对湿度或饱和湿度差进行调整。饱和湿度差指在当前温度下的饱和水汽压与空气中实际水汽压之间的差值，在不同温度条件下，对应的饱和水汽压不同，在同一温度条件下，饱和湿度差越小，空气越湿润。因此运用饱和湿度差，可以兼顾温室内温度和湿度的双重影响。例如在鄢陵绿色基地生产红掌切花时，设置条件饱和湿度差高于 7 g/m 3 开启喷雾，低于 5 g/m 3 停止喷雾。通过调节单次喷雾最长时间、最短时间和喷雾最长停止时间、最短停止时间来控制温室内湿度的大小。相对湿度大于 80%，内循环风扇开启，使温室内湿度分布更加均匀。

光照调控

切花红掌适宜的光照度为 15000~25000 lx，大于 30000 lx，部分品种会出现叶片灼伤的现象。低于 15000 lx 且持续 1~2 周，红掌植株生长缓慢、产量下降。调节光照时，需衡量温室内温度的变化。

若温室使用漫反射玻璃，平行的入射光线射到粗糙的玻璃表面，表面会把光线向着四面八方反射，所以入射线虽然互相平行，由于各点的法线方向不一致，造成反射光线向不同的方向无规则地反射，这种散射光能够更均匀地渗透到温室中，使植株中冠层和下冠层的光合速率更高。温室内光照使用幕布进行调节，其内保温的遮阳率13%，内遮阳的遮阳率 55%，外遮阳的遮阳率74%。光照调控幕布的运行设置主要以光照强度和温度为主，在不同时间段可设置不同光照、不同温度条件下的幕布运行状态，同时有时间延迟的设置，避免幕布频繁开启与关闭。环境控制系统经过对光照数据进行记录分析。当光照达到目标值 400 W/m 2 ，内保温展开 50%；当光照达到500 W/m 2 时，内保温和内遮阳同步展开 50%；当光照达到 700 W/m 2 ，内保温全部合拢，内遮阳展开 100%；当光照达到 800 W/m 2 ，外遮阳展开 100%，内保温和内遮阳全部合拢。考虑到全年光照入射角变化影响光强，人工需每周使用光照计对温室内光照强度进行测量，再对比环境控制系统检测值，对环境控制系统中目标值进行调整，以此确保温室内光照强度长期适合植株生长。

天窗自然通风

连栋玻璃温室作为一个相对密闭的空间，适当通风换气有利于植株更健康地生长，鄢陵建业绿色基地文洛型温室具有独特的天窗设计，依靠温室屋面开窗，利用自然通风降温，让热空气从顶部散出，它以每个小屋面的屋脊为界线左右交错式对开天窗，通过齿轮齿条整体传动控制。在进行切花红掌种植时，合理利用天窗的通风系统，不仅可以使温湿度环境更加适宜，更有利于切花红掌产量和质量的提高。

顶部天窗的应用需要考虑风向、风速、光照、湿度等因素。不同条件下对应不同的天窗位置。当温室内处于加温状态时，天窗处于合拢状态，确保加温效果。环控系统表现为加温设置线必须高于通风设置线。在温度合适的情况下，湿度低于 50%，减少开窗，防止湿度散失过快。环境控制系统还可以对天窗的最大最小开启程度进行设置，控制更精确。

灌溉施肥

灌溉营养液要求 EC 为 1.2~1.6 mS/cm，pH值 5.2~6.2，确保每天滴灌量 2~3 L/（m 2 . d）。专用肥料配方配置 A、B 母液，及酸碱调节母液。母液经过施肥机（图 7）稀释，检测 EC 和 pH，最后通过滴灌设施（图 8）进行肥水灌溉。EC低于目标值 1.2 mS/cm，提高 A、B 母液用量。否则，降低 A、B 母液用量。pH 高于 6.2，使用酸性液调节。低于 5.2，碱性液调节。喷灌使用净水（EC 小于 0.3 mS/cm）经过喷灌管道利用十字喷罐头对植株基质表面和茎基部进行喷洒，便于植株吸收，同时增加微环境湿度条件，便于花芽的分化和生长发育。

图 7 水肥一体装置

图 8 滴灌和喷灌管道

灌溉量充分考虑温度、光照、湿度和基质干湿度的影响。以红掌切花为例，在夏季晴天且温室内 24 h 平均温度大于 25℃时，需要提高 1~2 次灌溉。即在鄢陵地区 6~9 月高温月份晴天滴灌每天进行 6 次灌溉，一般在日出后 2 h进行第 1 次灌溉时间，2 次滴灌灌溉时间间隔为100 min。喷灌安排在 2 次滴灌中间。在其余低温季节和阴雨天气，滴灌和喷灌量各减少 1~2次，达到节水节肥的效果。夜间基质湿度不可过高，避免根系长期浸泡在水中，导致烂根现象的发生。利用环境控制系统可以设置灌溉异常报警、灌溉时间段、每次灌溉时间，每次灌溉量、灌溉最大时间间隔、灌溉最小时间间隔、光照对灌溉影响、湿度对灌溉的影响、温度对湿度的影响，以此更精确的对红掌切花进行施肥。人工定期每周测量基质流出液和滴灌头流出液的 EC 和 pH，并对比环控系统检测值，发现异常及时纠正。以此确保植株长期正常吸收水肥。

温度

根据鄢陵建业绿色基地红切花 2 年内‘普利维亚’产量与温度的数据，表中是面积为 50.71 m 2 的‘普利维亚’产量（表 1），温度越高，对应的产量越高。温度超过 30℃时，花色出现了严重褪色现象。如何做到在高产量水平和 30℃高温环境下，确保切花的花色正常，是未来研究方向之一。

光照积累量和产量

根据鄢陵建业绿色基地红掌切花 2 年内光照积累量和产量的数据（表 1），发现光照积累量对产量的影响，更多表现滞后性，即光照积累量的提高会对后期（1~2 个月后）的产量有提升的效果，我们猜测光照的增强促进当前植株的花芽分化，进而提高了后期的产量。在实际生产中，种植着经常在温度太高的时候选择使用外遮阳进行降温，导致光照严重不足。光照与温度的矛盾对生产造成了较大的影响。如何利用现有设备对光温进行更好的调控值得进一步探究。

表 1 红掌切花‘普利维亚’产量与温度、光积累量的关系