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设施的环境特性及其调控技术

花匠小妙招
2024-08-29 11:19

　　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、设施的太阳辐射
　　温室内的光照来源，除少数地区和温室进行补光育苗或栽培时利用人工光源外，主要依靠自然光源，即太阳光能。对绿色植物的吸收而言，用光量子通量密度来反映光能对植物的生理作用，同时温室作物生产中光环境功能的表达，也不仅依赖占太阳总辐射能量50％的可见光部分，还包括分别占太阳总辐射能量43％和7％的红外线辐射和紫外线辐射。
　　二、设施内的光环境特征
　　首先是总辐射量低，光照强度弱。
　　温室内的光合有效辐射能量、光量和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生产的主要限制因子。
　　其次是辐射波长组成与室外有很大差异。
　　由于透光覆盖材料对光辐射不同波长的透过率不同，一般紫外光的透过率低。但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，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。
　　第三是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。
　　三、影响设施光环境的主要因素
　　1．散射光的透光率
　　太阳光通过大气层时，因气体分子、尘埃、水滴等发生散射并吸收后到达地表的光线称为散射光。散射光是太阳辐射的重要组成部分，在温室设计和管理上要考虑充分利用散射光的问题。
　　2．直射光的透光率
　　依纬度、季节、时间、温室建造方位、单栋或连栋别、屋面角和覆盖材料的种类等而异。
　　(1)构架率
　　温室由透明覆盖材料和不透明的构架材料组成。温室全表面积内，直射光照射到结构骨架(或框架)材料的面积与全表面积之比，称构架率。构架率愈大，说明构架的遮光面积愈大，直射光透光率愈小，简易管棚(大棚)的构架率约为4％，普通钢架玻璃温室约为20％，Venlo型玻璃温室约为12％。　　(2)屋面直射光入射角的影响
　　影响太阳直射光透光率的种种因素，多是由于影响直射光入射角的大小所致。太阳直射光入射角是指直射光线照射到水平透明覆盖物与法线所形成的角。入射角愈小，透光率愈大，入射角为0时，光线垂直照射到透明覆盖物上，此时反射率为0。透光率随入射角的增大而减少，入射角为90时透光率约83％，入射角为40或45，透

光率明显减少。若入射角超过60的话，反射率迅速增加，而透光率就急剧下降。
　　(3)覆盖材料的光学特性
　　FRP板和PC板、PET板均不透过紫外线，PE膜、MMA板、PVC膜和玻璃都能透过紫外线。由于紫外线部分290mm以下的波长被臭氧层几乎全部吸收掉，不能到达地面，所以这四种材料紫外线的透过率，实质上不存在差异。至于可见光部分，各种覆盖材料的透光率大都在85％－92％左右，差异不显著。
　　由于各种覆盖材料使用后的污染、老化及水滴水膜的附着，使透光率大为减弱，光质也有改变。一般PVC膜易被污染，PE膜次之，玻璃污染较轻，如使用有滴膜，且不经常清除污染，则这种膜会因附着水滴而使透光率降低20％左右，因污染使透光率降低15％－20％，因本身老化透光率降低20％－40％，再加上温室结构的遮光，温室等设施的透光率最低时仅有40％左右。
　　(4)温室的结构方位的影响
　　温室内直射光透光率与温室结构、建筑方位、连栋数、覆盖材料、纬度、季节等有密切关系，因此必须要选择适宜的温室结构、方位、连栋数和透明覆盖材料。从我国温室分布的中高纬度地区看，冬季以东西单栋温室的透过率最高，其次是东西连栋温室，南北向温室光透过率在冬季不及东西向，但到夏季，这种关系发生了逆转。南北向优于东西向。因此从光透过率的角度看，东西向优于南北向，但从室内光分布状况来看，南北向较东西向均匀，因为东西向温室由于构材和北屋面形成一阴影弱光带，使北侧几跨温室靠北边床面的透光率下降，形成凹凸不匀的光分布状况。
　　我国北方日光温室的实际建造方位，在黄淮地区以南偏东5。－10。为多，而气候寒冷的高纬度地区则多以南偏西朝向居多。
　　四、光环境的调控
　 （一）光强的调控
　　1．遮光
　　芽菜和软弱蔬菜、观叶植物、花卉、茶叶等进行设施栽培或育苗时，往往通过遮光来抑制气温、土温和叶温的上升，以改善品质，保护作物的稳定生产，或者进行短日照处理，都要利用遮光来调控光照时数或光强。遮光用资材分为外覆盖与内覆盖用两类，但也有在玻璃温室表面涂白进行遮光降温的。
　　外覆盖的遮量降温效果好，但易受风害；内覆盖不易受风吹，但易吸热再放出，抑制升温的效果不如外覆盖的。
　　遮光目的是降温或抑制升温，遮光率愈大，抑制升温效果也越大，在内覆盖方式下，银灰色较黑色网抑制升温的效果好。
　　2．人工补光
　　主要目的有两个，一是调节光周期，抑制或促进花芽分化，调节开花期和成熟期，在菊花、草莓等冬季栽培上广为应用，通常称为电照栽培，一般要求光强较低。另一目的是促进光合作用，补充自然光的不足，高纬度的北方冬季夜长昼短，为促进生长，采取补光栽培，要求光强在补偿点以上。
　　3．提高温室内光照透过率主要措施有：
　　(1)选择适宜地区
　　选择冬半年光照充足地区建温室，选冬春阴雨雪天少、尘埃、烟雾等污染少的地区。
　　(2)改善设施的透光率
　　①选用透光性好、防尘、抗老化、无滴的透明覆盖材料，且透紫外光多，透长波红外辐射。
　　②采用合理的屋角面，如我国北方日光温室南屋面角在北纬32。－34。区域内应达到25。－35。。
　　③温室架构选材上尽量选结构比小而强度大的轻量钢铝骨架材料，以减少遮光面。
　　④注意建造方位，北方偏脊式的日光温室宜选东西向，依当地风向及温度等情况，采用南偏西或偏东5’－10~为宜，并保持邻栋温室之间的一定距离。大型现代温室则以南北方向为宜，因光分布均匀，并要注意温室侧面长度、连栋数等对透射光的影响。
　　(3)加强设施的光照管理
　　①经常打扫，清洗，保持屋面透明覆盖材料的高透光率。
　　②在保持室温适宜的前提下，设施的不透明内外覆盖物(保温幕、草苫等)尽量早揭晚盖，以延长光照时间增加透光率。
　　③注意作物的合理密植，注意行向(一般南北向为好)，扩大行距，缩小株距，增加群体光
透过率。
　　④张挂反光幕和玻璃温室屋面涂白等增加室内光分布均匀度，夏季涂白，可防止升温等。
　　(二)光照长度的调控
　　作物光周期反应的控制，促进或延缓花芽分化或打破休眠期，分为长日照处理与短日照处理。
　　1．短日照处理
　　短日照处理采用遮光率为100％的遮光幕覆盖，如菊花遮光处理，可促进提早开花。
　　2．长日照处理
　　长日照处理采用补光处理，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。
　　(三)光质的调控
　　覆盖材料光波透过率中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。
　　一、设施内的二氧化碳环境
　　以塑料薄膜、玻璃等覆盖的保护设施处于相对封闭状态，内部二氧化碳浓度日变化幅度远远高于外界。夜间，由于植物呼吸、土壤微生物活动和有机质分解，室内二氧化碳不断积累，早晨揭苫之前浓度最高，超过1000。揭苫以后，随光温条件的改善，植物光合作用不断增强，二氧化碳浓度迅速降低，揭苫后约2h二氧化碳浓度开始低于外界。通风前二氧化碳浓度降至一日中最低值。通风后，外界二氧化碳进入室内，浓度有所上升，但由于通风量不足，补充二氧化碳数量有限，因此，一直到16：00左右，室内二氧化碳浓度低于外界。16:00以后，随着光照减弱和温度降低，植物光合作用随之减弱，二氧化碳浓度开始回升。盖苫后及前半夜的室内温度较高，植物和土壤呼吸旺盛，释放出的二氧化碳多，因此二氧化碳浓度升高较快。第二天早晨揭苫之前，二氧化碳浓度又达到一日中的最高值。
　　二、二氧化碳浓度与作物光合作用
　　二氧化碳是绿色植物光合作用的原料，其浓度高低直接影响光合速率。各种作物对二氧化碳的吸收存在补偿点和饱和点。
　　三、二氧化碳施肥技术
　　二氧化碳施肥技术效果十分显著，平均增产20％－30％，并能促进开花，增加果数和果重，提高品质；叶菜和萝卜等根菜类的增产效果大；鲜切花施二氧化碳可增加花数，促进开花，增加和增粗侧枝，提高花的质量。
　　(一)二氧化碳施肥浓度
　　从光合作用的角度，接近饱和点的二氧化碳浓度为最适施肥浓度，但是，二氧化碳饱和点受作物、环境等多因素制约，实际操作中很难掌握，而且，施用饱和点浓度的二氧化碳，在经济方面也不一定合算。通常，800—1500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，如晴天和春秋季节光照强时施肥浓度宜高，阴天和冬季低温弱光季节施肥浓度宜低。
　　（二)二氧化碳施肥时间
　　从理论上讲，二氧化碳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。
　　苗期二氧化碳施肥利于缩短苗龄，培育壮苗，提早花芽分化，提高早期产量，苗期施肥应及早进行。定植后的二氧化碳施肥时间取决于作物种类、栽培季节、设施状况和肥源类型。以蔬菜为例，果莱类定植后到开花前一般不施肥，待开花坐果后开始施肥，主要是防止营养生长过旺和植株徒长；叶菜类则在定植后立即施肥。
　　一天中，二氧化碳施肥时间应从日出或日出后0．5—1h开始，通风换气之前结束。严寒季节或阴天不通风时，可到中午停止施肥。
　　（三)二氧化碳施肥过程中的环境调节
　　1．光照
　　二氧化碳施肥可以提高光能利用率，弥补弱光的损失。通常，强光下增加二氧化碳浓度对提高作物的光合速率更有利，因此，二氧化碳施肥的同时应注意改善群体受光条件。
　　2．温度
　　从光合作用的角度分析，当光强为非限制性因子时，增加二氧化碳浓度提高光合作用的程度与温度有关，高二氧化碳浓度下的光合适温升高。由此可以认为，在二氧化碳施肥的同时提高管理温度是必要的。有人提出将二氧化碳施肥条件下的通风温度提高，同时将夜温降低，加大昼夜温差，以保证植株生长健壮，防止徒长。
　　3．肥水
　　二氧化碳施肥促进作物生长发育，增加对水分、矿质营养的需求。因此，在二氧化碳施肥的同时，必须增加水分和营养的供给，满足作物生理代谢需要，但又要注意避免肥水过大造成徒长。应当重视氮肥的施用，因为氮是光合碳循环酶系和电子传递体的组成成分，增施氮肥利于改善叶片的光合功能。
　　(四)二氧化碳肥源
　　1．液态二氧化碳
　　液态二氧化碳主要来源有酿造工业、化工工业副产品、空气分离、地贮二氧化碳。我国在广东佛山和江苏泰兴均曾发现地贮二氧化碳资源，纯度高达99％左右。
　　2．燃料燃烧
　　二氧化碳发生机容积较小，适于温室内使用，以天然气、煤油、丙烷、液化石油气为燃料或专门燃烧煤球(砖)、木炭等。二氧化碳发生机在燃烧释放二氧化碳的同时可产生一定热量，利于提高设施内温度，缺点是气热分布不均匀，有时因不完全燃烧产生有害气体。
　　3．二氧化碳颗粒气肥
　　山东省农业科学院研制的固体颗粒气肥是以碳酸钙为基料、有机酸作调理剂、无机酸作载体，在高温高压下挤压而成，施人土壤后在理化、生化等综合作用下可缓慢释放二氧化碳。该类肥源使用方便、安全，但对贮藏条件要求极其严格，释放二氧化碳的速度受温度、水分的影响，难以人为控制。
　　4．化学反应
　　利用强酸(硫酸、盐酸)与碳酸盐(碳酸钙、碳酸铵、碳酸氢铵)反应产生二氧化碳，硫酸—碳酸氢铵反应法是应用最多的一种类型。在我国，简易施肥方法是在设施内部分点放置塑料桶等容器，人工加入硫酸和碳酸氢铵后产气，此法费工、费料，操作不便，可控性差，易挥发出氨气危害作物。
　　(五)其他提高设施二氧化碳浓度的方法
　　1．通风换气
　　当设施二氧化碳浓度低于外界大气水平时，采用强制或自然通风可迅速补充设施二氧化碳。此法简单易行，但二氧化碳浓度的升高有限，作物旺盛生长期仅靠自然通风不能解决二氧化碳亏缺问题，而且，寒冷季节通风较少，使本法难以应用。
　　2．增加土壤有机质
　　增施有机肥不仅提供作物生长必需的营养物质，改善土壤理化性状，而且可释放出大量二氧化碳。但是，有机质释放二氧化碳的持续时间短，产气速度受外界环境和微生物活动影响较大，不易调控，而且未腐熟厩肥在分解过程中还可能产生氨气、二氧化硫、二氧化氮等有害气体。
　　3．生物生态法
　　将作物和食用菌间套作，在菌料发酵、食用菌呼吸过程中释放出二氧化碳，或者在大棚、温室内发展种养一体，利用畜禽新陈代谢产生的二氧化碳。此法属被动施肥，易相互污染，无法控制二氧化碳释放量。　　一、温室的温度环境特点
　　(一)温室温度变化特征
　　1．气温的季节变化
　　在北方地区，保护设施内存在着明显的四季变化。日光温室内的冬季天数可比露地缩短3—5个月，夏天可延长2－3个月，春秋季也可延长20－30d，所以高效节能日光温室(室内外温差保持30左右)可四季生产喜温果菜。而大棚冬季只比露地缩短50d左右，春秋比露地只增加20d左右，夏天很少增加，所以果菜只能进行春提前、秋延后栽培，在多重覆盖下，有可能进行冬春季果菜生产。
　　2．气温的日变化
　　春季不加温温室气温日变化规律，其最高与最低气温出现的时间略迟于露地，但室内日温差要显著大于露地。日辐射量大的3月19日要比日辐射量小的12月15日气温上升幅度大，即日温差大。中国北方的节能型日光温室，由于采光、保温性好，冬季日温差高达15－30℃，在北纬40~左右地区不加温或基本不加温下能生产出黄瓜等喜温果菜。
　　3．设施内“逆温”现象
　　通常温室内温度都高于外界，但在无多重覆盖的塑料拱棚或玻璃温室中，日落后的降温速度往往比露地快，如再遇冷空气入侵，特别是有较大北风后的第一个晴朗微风夜晚，温室大棚夜晚通过覆盖物向外辐射放热更剧烈。室内因覆盖物阻挡得不到热量补充，常常出现室内气温反而低于室外气温1—2℃的逆温现象。一般出现在凌晨，10月至翌年3月都有可能出现，尤以春季逆温的危害最大。
　　(二)温室的热平衡原理
　　温室内的热量来自两方面：一是太阳辐射能，另一部分是人工加热量。而热量的支出则
　　包括如下几个方面：地面、覆盖物、作物表面有效辐射失热；以对流方式，温室内土壤表面与空气之间、空气与覆盖物之间热量交换，并通过覆盖物表面失热；温室内土壤覆盖表面蒸发、作物蒸腾、覆盖物表面蒸发，以潜热形式失热；通过排气将显热和潜热排出；土壤传导失热。
　　二、保温与加温
　　(一)保温措施
　　1．采用多层覆盖，减少贯流放热量
　　多层覆盖是最有效、实用、经济的方法。
　　我国长江流域一带塑料温室(大棚)近年推广“三棚五幕”多重覆盖保温方式，这是利用大棚加中棚加小棚，再加地膜和小拱棚外面覆盖一层幕帘或厚无纺布。
　　我国北方日光温室，不仅采光性、密封性好，由于采用外覆盖保温被、草希等方式，使保温性显著提高，在北方可以基本不加温在深冬生产出喜温果菜。
　　2．增大温室透光率
　　正确选择日光温室建造方位，屋面进行经常性洁净，尽量争取获大透光率，使室内土壤积累更多热能。
　　3．增大保温比
　　可减少保护设施内的放热，所谓保温比是指土地面积与保护设施覆盖及围护材料表面积之比，即保护设施越大，保温比越小，保温越差；反之保温比越大，保温越好。但日光温室由于后墙和后坡较厚(类似土地)，因此增加日光温室的高度对保温比的影响较小。而且，在一定范围内，适当增加日光温室的高度，反而有利于调整屋面角度，改善透光，增加室内太阳辐射，起到增温的作用。
　　4．设置防寒沟，防止地中热量横向流出
　　通常防寒沟宽30cm，深50cm，沟内填充稻壳、蒿草等导热率低的材料。防寒沟设置在日光温室周围，以切断室内土壤与外界的联系，减少地中热量横向散出。据测定，防寒沟可使温室内5cm地温提高4℃左右。
　　(二)加温技术
　　加温技术是现代温室园艺最基本的环控技术，但投人的设备费和运营费用大，要求采用高效、节能、实用的加温技术。常见的加温方式包括热风采暖、热水采暖、电热采暖和火炉采暖。
　　加温温室由于能耗大，成本高，据资料，能耗年运营费用一般约占生产总成本的40％一50％。目前，国内加温棚室的面积占我国温室、大棚总面积还不到2％，绝大部分都是利用自然太阳光能的不加温日光温室和塑料大棚。但在高档花卉、蔬菜栽培、工厂化育苗和娱乐型园艺上，现代加温温室的面积正在逐年增长中。北方日光温室在能耗便宜的产煤区，有相当的面积采用炉火烟道燃煤加温，也有采用立式小型燃煤暖风炉临时加温。
　　三、降温技术
　　（一）遮阳降温
　　外遮阳：遮光60％左右时，室温可降低4－612，降温效果显著。
　　内遮阳：室内在顶部通风条件下张挂遮阳保温幕，夏季内遮阳降温，冬季则有保温之效。
　　此外还有屋顶涂白遮光降温等。
　　(二)屋顶喷淋降温
　　在玻璃温室屋脊设置喷淋装置，水分通过管道小孔喷于屋面，既减少透光率，又能吸收投射到屋面的太阳辐射热能，一般可使室温下降3—4，此法成本低，方法简便，但易生藻类，要清除屋面水垢污染，硬水区水质要经软化处理后再使用为宜。
　　(三)蒸发冷却法
　　其原理是每升水蒸发时，需吸热2400ld，利用水转化成水蒸气，显热转换成潜热时，达到降温的目的。但会增加室内湿度，若相对湿度达到100％，则不能继续蒸发，因此同时要不断地将湿气从室内排出，达到降温的效果。主要形式有：
　　1．湿帘排气法
　　在温室北墙设置湿帘，面积与温室地面面积比为8:100，在距湿帘对应南侧墙安装轴流风扇，距离一般为30－40m，工作时风扇将室内空气强制抽出，形成负压，同时水泵启动，通过给水槽将水淋在湿帘垫上。室外空气通过多孔湿帘表面空气中大量显热变为潜热，理论上可使室内温度降低到湿球温度，实际应用设定时，高于湿球温度2－312，空气越干燥，温度越高，湿帘降温效果越大。
　　2．细雾喷散法
　　喷雾要求细雾雾滴大小在50pm以下，对蒸发冷却才有效，同时在天窗处要安装换气扇，喷雾一定要在换气扇打开中进行，以达到及时排气的目的。
　　(四)通风换气降温
　　通风包括自然通风和强制通风(启动排风扇排气)。自然通风与通风窗面积、位置、结构形式等有关，通常温室均设有天窗和侧窗，日光温室和大棚都在落地处设lm左右的地裙，然后在其上部扒缝放风。日光温室顶部常采用扒缝放风或烟囱放风，个别在后墙设有通风窗。大棚也常用卷幕器在侧部、顶部行卷膜放风，这些都是简易有效的通风降温方法，但在室外气温超过30C时，单纯的自然通风或强制通风是满足不了生产要求的。