园艺作物设施环境特征及其调节

第四章园艺设施的环境特征及其调节控制

［目的要求］：了解园艺设施内光照、温度、湿度、气体、土壤等环境因素的特点，理解设施环境对园艺作物生育的影响，掌握设施内光照、温度、湿度、气体以及土壤的调节与控制措施。

［基本内容］：

第一节光照环境及其调节控制

1.园艺设施的关照环境特点

2.园艺设施的关照环境对作物生育的影响

3.园艺设施光照环境的调节与控制

第二节温度环境及其调节控制

1.园艺设施的温度环境对作物生育的影响

2.园艺设施的温度状况及特点

3.园艺设施温度环境的调节与控制

第三节湿度环境及调节控制

1.园艺设施内的湿度环境对作物生育的影响

2.空气湿度的调节与控制

3.土壤湿度的调节与控制

第四节气体环境及其调节控制

1.园艺设施的气体环境对作物生育的影响

2.园艺设施气体环境的调节与控制

第五节土壤环境及其调节控制

1.园艺作物对土壤环境的要求

2.园艺设施的土壤特点及对作物生育的影响

3.园艺设施土壤环境的调节与控制

第六节设施园艺的综合环境管理

1.设施环境管理的目的和意义

2.综合环境管理的方式

3.设施园艺计算机综合环境管理系统

［教学重点］：设施内光照、温度、湿度、气体、土壤的调节与控制方法。［教学难点］：设施内光照、温度、湿度的调节与控制原理。

［教学时数］：6

［教学过程］：

第一节光照环境及其调节控制

一设施的光照环境特点

农业设施内的关照环境不同于露地，由于使人工建造的保护设施，其设施内的光照条件受建筑方位、设施结构以及透光屋面大小、形状和覆盖材料特性、干洁程度等多种因素的影响。农业设施内的光照环境除了从光照强度、光照时数、光的组成（光质）等方面影响作物生长发育之外，环要考虑光的分布对其生长发育的影响。

1、光照强度园艺设施内的光照强度，一般均比自然光弱，这是因为自然光是透过透明屋面覆盖材料才能进入设施内，这个过程中会由于覆盖材料吸收、反射、覆盖材料内面结露的水珠折射、吸收等而降低透光率。尤其在冬季、春季或阴雨天，透光率只有自然光的50％-70％，如果透明材料不清洁，使用时间长而染灰尘、老化等因素，透光率甚至更低。

2、光照时数园艺设施内的光照时数，是指受光时间的长短，因设施类型而异。塑料大棚和连栋温室因为全面透光，无外覆盖，设施内的光照时数和露地基本相同。但单屋面温室的光照时数一般要比露地要短，在寒冷季节，因覆盖物晚揭早盖而使得光照时数大减，有时1天仅达7-8小时。

3、光质园艺设施内的光质由于覆盖材料的的不同差异很大，而露地栽培阳光直接照射在作物上，光质一致。

4、光分布露地栽培阳光分布均匀，设施内则不然。由于设室内光分布不均，而致使作物生长差异很大。

二园艺设施内光环境对作物生育的影响

1、作物对光照强度的要求

（1）强光性植物这类植物必须在完全光照下生长，不能忍受长期的荫蔽环境，一般多产于热带或高原阳面。如一二年生花卉、宿根花卉、球根花卉、木本花卉以及仙人掌类植物等。蔬菜中的西瓜、甜瓜、番茄、茄子、豆角以及水

生蔬菜中大多数种类。果树设施栽培较多的葡萄、桃子、樱桃等也属于喜光植物。

（2）弱光性植物这类植物不耐较强光照，荫蔽环境下生长良好，一般多产于热带雨林或阴坡。如花卉中的兰科植物、观叶类植物、凤梨科、姜科植物、天南星科及秋海棠科植物。蔬菜中的多数绿叶菜和葱蒜类比较耐弱光。（3）中光性植物：这类植物介于上述二者之间，一般喜欢阳光充足，但在微阴下生长较好，如花卉中的萱草、麦冬草、玉竹等。果树中的李、草莓等。蔬菜中的黄瓜、甜椒、甘蓝类、白菜、罗卜等。

2、作物对光照时数的要求

光照时数的长短影响蔬菜等园艺植物的生长发育，也就是通常所说的光周期现象。光周期是指一天中受光时间的长短，受季节、天气、地理纬度的影响。如蔬菜对光周期的反应可分为三类：

（1）长日照蔬菜：12～14小时以上开花结实。如多数绿叶菜类、甘蓝类、豌豆、葱、蒜等，如光照时数少于12～14小时，则不易抽薹开花。

（2）短日照蔬菜：12～14小时以下开花结实。如大豆、豇豆、茼蒿、扁豆、苋菜等。

（3）中日照蔬菜：对光照要求不严格，适应范围较宽。如番茄、辣椒、黄瓜、菜豆。其对光照时数的要求不是关键，而关键的是在于黑暗时间的长短，对发育影响很大，而长光性则相反，光照时数至关重要，黑暗时间不重要。甚至在连续光照下也不影响开花结实。

3、光质及光分布对作物的影响

三园艺设施光照环境的调节与控制

1、改进农业设施结构提高透光率

（1）科学选择建筑场地及合理建筑方位依据设施的具体生产用途和当地的实际自然环境考虑。

（2）设计合理的屋面坡度当屋面温室主要设计好后屋面仰角、前屋面与地面交角及前后坡长度。

（3）合理的透明屋面形状拱圆形屋面采光效果好。

（4）骨架材料用材要求强度高、用量少，最大限度的减少其遮光影响。

（5）选择透光率高且持久的透明覆盖材料选用耐老化的、耐候性强、防灰。的无滴膜，有条件的可使用PC板。

2、改进栽培管理措施

（1）保持透明屋面干洁

（2）在确保温度条件的前提下尽可能的早揭晚盖覆盖材料，以增加光照时间。（3）合理密植，合理安排种植行向

（4）加强植株管理

（5）选择耐弱光品种。

（6）采用地膜覆盖

（7）使用有色膜

3、遮光目的是减弱保护地内的光照强度和降低其内温度。

（1）覆盖各种遮荫物选用遮阳网、无纺布、苇帘等。

（2）玻璃面涂白可遮光50％-55％，降低温度3.5-5.0度。

（3）屋面流水可遮光25％左右。

（4）张挂反光幕

4、人工补光

当温室内床面光照总量小于100瓦／平方米时，或光照时数不足4.5小时／天时，就可利用白炽灯、荧光灯等进行补光。

第二节温度环境及其调节控制

一园艺设施的温度环境对作物生育的影响

1、温度三基点

不同作物都有各自温度要求的“三基点”，即最低温、最适温、最高温。这与其原产地有密切的关系，原产于温带的，生长基点温度较低，一般在10度左右开始生长；起源于亚热带的在15-16度开始生长；起源于热带的要求温度更高。依据温度的要求不同，作物可分为耐寒性、半耐寒性和不耐寒性三类。（1）耐寒性作物抗旱能力强，生育适温15-20度。这类植物的二年生种类一般不耐高温，炎热到来时生长不良或提前完成生殖生长阶段而枯死。多年生种类或第上部分枯死，利用宿根越冬，或以植物体越冬。该类作物在华北一般

利用简易的保护地设施如小拱棚等便可越冬栽培，甚至露地越冬。如三色堇、金鱼草、韭菜、菠菜、大葱、葡萄、桃子、李子。

（2）半耐寒性作物这类作物介于耐寒性作物和不耐寒性作物之间，可以抗霜，但不耐长期零度以下的低温。一般在黄河以南可露地越冬或露地生长，在黄河以北则需要进行设施栽培。如紫罗兰、金盏菊、萝卜、芹菜、白菜类、甘蓝类、莴苣、豌豆、蚕豆等。其同作用最适温为18-25度，超过25度生长不良，大于30度几乎不能积累同化产物。

（3）不耐寒性作物生长期间要求较高的温度，不能忍受零度以下的低温，一般在无霜期内生长，多为一年生植物或多年生温室植物。其中喜温植物如报春花、瓜叶菊、茶花、黄瓜、番茄、茄子和菜豆等，它们的生长适温为20-30度，当温度超过40度几乎停止生长，而当温度低于15度生长不良或授粉、受精不好。此类植物在长江流域以春播或秋播为主，冬季只能在温室内生产。2、花芽分化与温度许多越冬性植物和多年生木本植物，冬季低温时必需的，满足必需的低温才能完成花芽分化和开花，这在设施果树中尤为重要，果树解除休眠需要7.2度以下的一定的低温积累。

二园艺设施温度环境的调节与控制

1、保温

（1）多层覆盖，减少贯流放热量采用薄膜、保温被等进行多层覆盖。（2）合理通风量，防止热量外流

（3）增大保护设施的透光率，减少土壤蒸发和作物蒸腾量

（4）增大保温比适当降低设施高度、减少其夜间散热量。

（5）设置防寒沟，防止棚内地中热量横向流出。

2、加温

（1）炉灶煤火加温

（2）水暖加温

（3）热风加温

（4）蒸汽加温

（5）电热加温

（6）辐射加温

3、降温

（1）遮光降温

（2）通风换气降温

（3）屋顶喷淋降温

（4）蒸发冷却降温包括水帘降温、细雾降温等。

第三节湿度环境及调节控制

农业设施内的湿度环境，包括空气湿度和土壤湿度两个方面。

一作物对土壤水分的要求及调控

1、作物对土壤湿度的要求

（1）耐旱植物

抗旱能力强，能忍受长期的空气和土壤干燥而继续生活。其根系发达、叶片较小、革质花或较厚，具有贮水能力或也便面有茸毛，气孔较少并下陷。如石榴、无花果、葡萄、杏、枣等果树；花卉中的仙人掌科和景天科植物；蔬菜中的南瓜、西瓜、甜瓜等。

（2）湿生植物

其耐旱性较弱，生长期间要求有大量水分存在或生于水中。它的根茎叶内有通气组织与外界通气，一般原产于热带沼泽或阴湿地带，如花卉中的热带兰类、蕨类和凤梨科植物及荷花、睡莲等，蔬菜中的莲藕、菱、慈菇、茭白、水芹等。

（3）中生植物

其中水分要求中等，即不耐旱，也不耐涝，一般旱地栽培要求经常保持土壤湿润。如果树中的苹果、梨、樱桃、柑橘等和大多数花卉以及蔬菜中的茄果类、黄瓜、豆类、根菜类、叶菜类、葱蒜类等。

2、土壤湿度的调节与控制

设施内的土壤湿度主要受灌溉量、土壤毛管水上升量、土壤蒸发量和作物蒸腾量的大小影响，土壤湿度的调节与控制则主要与科学灌溉有重大关系，考虑到空间湿度的控制，在灌溉时最好采用以下方式：

（1）滴灌

（2）地下灌溉

（3）膜下灌溉

二作物对空气湿度的要求及调控

1、作物对空气湿度的要求

作物对空气湿度的要求是不同的，如蔬菜有喜湿的，有中性的，还有耐干旱的等，高湿是设施湿度环境的突出特点，设施内的高湿环境对作物生长往往不良，在生产中应合理的加以调控。

2、空气湿度的调节与控制

（1）通风换气

（2）覆盖地膜

（3）科学灌溉

（4）采用吸湿材料

（5）农业技术措施

（6）加温除湿

第四节气体环境及其调节控制

农业设施内的气体条件不如光照和温度条件那样直观地影响着园艺作物的生长发育，往往被人们所忽视。近年来，随着设室内光照、温度条件的不断完善，其内的气体成分和空气流动状况对园艺植物生育的影响逐渐引起人们的重视。设室内空气流动不但对温度、湿度有调节作用，并且能够及时地排放有害气体，同时补充二氧化碳以增强光合作用。

一园艺设施的气体环境对作物生育的影响

1、氧气

作物的生命活动需要氧气，尤其在夜间，光合作用虽不再进行，呼吸作用则需要充足的氧气。地上部分的生长需要空气中的氧气，而地下部分根系的形成、发展则需要土壤中要有足够的氧，否则根系会因缺氧而死。

2、二氧化碳

二氧化碳是绿色植物制造养分的原料，空气中的二氧化碳含量约为其的0.03％，远远不能满足植物光合作用的需要，设施栽培是在一定可控环境内的生产，它的应用，为人为的施用二氧化碳气肥提供了条件。

3、有害气体

（1）氨气

为设施内肥料分解的产物，其危害主要是由气孔进入体内而产生碱性损害。它的产生主要是使用未腐熟的有机肥而导致，追施化肥不当也可引起氨气危害。其为害症状是叶片呈水浸状，颜色变淡，逐步变白或褐，继而枯死。番茄、黄瓜对其反应较敏感。

（2）二氧化氮

其往往是使用过量的氨态氮而引起的。施入土壤中的氨态氮，在亚硝化细菌和硝化细菌的作用下，要经历一个氨态氮到亚硝态氮再到硝态氮的过程。在土壤酸化条件下，亚硝化细菌活动受抑，亚硝态氮不能转化为硝态氮，亚硝态氮积累而散发出二氧化氮。当空间气体中的二氧化氮浓度达0.002％（2毫升／立方米）时可危害植株。其为害症状是叶片出现白斑，以后褪绿，浓度高时叶片叶脉也变白枯死。番茄、黄瓜、莴苣等对其反应较敏感。

（3）二氧化硫

其又称亚硫酸气体，是由燃烧含硫高的煤炭或施用大量的肥料而产生的，如未经过腐熟的有机肥在分解过程中可释放多量的二氧化硫气体。它的危害在于二氧化硫遇水或高湿度会产生亚硫酸，从而破坏叶绿体，轻者组织是绿变白，重者组织受伤、脱水、萎蔫枯死。

（4）氯气

使用有毒农膜所致，有些薄膜产品所选用的增塑剂、稳定剂不当，在阳光暴晒或高温下可挥发出乙烯、氯气等有害气体，危害作物生长。受害作物叶绿体解体便黄，重者叶缘或叶脉渐变白枯死。

二园艺设施气体环境的调节与控制

1、二氧化碳浓度的调节与控制施用二氧化碳肥的方法很多，可因地制宜地采用。

（1）有机肥发酵

肥源丰富，成本低，简单易行，但二氧化碳发生量集中，也不易掌握。（2）液态二氧化碳

为酒精工业的副产品，经压缩装在钢瓶内，可直接在设施内释放，容易控制用量，肥源较多。

（3）固态二氧化碳

如干冰、二氧化碳颗粒气肥，可放于容器内，任期扩散，起到施肥效果，但成本较高。

（4）化学反应

采用碳酸盐或碳酸氢盐和强酸反应产生二氧化碳，我国目前广为采用。

（5）燃料燃烧法

燃料来源多，但产生的二氧化碳浓度不易控制，另在燃烧过程中还容易产生一氧化碳和二氧化硫等有毒气体。

2、有害气体发生的原因及防止对策

有害气体主要是通过气孔、也可通过根部进入植物体内。它的危害程度，一方面取决于其浓度，另一方面取决于植物本身的表面保护组织及气孔开张的

程度、细胞的中和气体的能力及原生质的抵抗能力。一般是光照强、温度高、湿度太时危害较严重。

氨气和二氧化氮发生原因主要是一次施用大量的有机肥、铵态氮肥或尿素，尤其是在土壤表面施用有机肥料或尿素。防止这两种气体危害的措施主要是应避免一次施用过量的肥料，在土表施肥后应当盖土或灌水。二氧化硫气体的发生主要是由于燃烧的煤中古有硫化物，防止措施主要是要选择优质燃煤并防止炉火及烟道漏烟。对于塑料制品中有毒增塑剂和乙烯、氯气等的危害主要应选用优质农膜，遇到危害时应及时通风换气或更换薄膜。由此，在有害气体的防治上应力求：

（1）合理施肥

施用腐熟的有机肥，不适用挥发性较强的化肥，如碳酸氢铵、氨水等，少使用尿素、硫酸铵，可施用硝酸铵。施肥要以基肥为主，追肥为辅。要穴施、深施，施肥后要覆土浇水及通风换气。

（2）通风换气及时通风，排除有毒气体。

（3）使用优质农膜选用厂家信誉好、质量优的产品。

（4）科学加温加温炉体及烟道要设计合理，密封性好，燃料中含硫量低。（5）加强田间管理经常检查植株生长情况，一旦有中毒症状，及时寻找病因，有针对性的治理。

第五节土壤环境及其调节控制

土壤是作物赖以生存的基础，作物生长所需要的养分和水分，都需要从土壤中获得，所以设施内的土壤营养状况直接关系到作物品质和产量，是非常重要的环境条件。

一设施土壤的特点及对作物生育的影响

由于设施内温度高、湿度大、气体流动性差、光照弱，而作物种植茬次多，生长期长，故施肥量大，根系残留量也较多，因而使得土壤环境与露地环境土壤很不相同，影响设施作物的生育。

1.土壤有机质含量高

设施内的土壤温度几乎全年度高于露地，加之土壤湿度较高，使得土壤微

生物活动旺盛，加快了土壤养分的转化和有机质的分解速度。

2.肥料利用率高

设施内土壤不受或较少受雨淋，土壤养分流失少，肥料的利用率较高。

3.产生土壤盐害

由于温室是一个封闭的或半封闭的空间，自然降水受到阻隔，土壤受自然降水自上而下的淋溶作用几乎没有，使土壤中积累的盐分不能被淋洗到地下水中。由于设室内温度高，作物生长旺盛，土壤水分自下而上的蒸发和作物的蒸腾作用比露地强，根据“盐随水走”的规律，也加速了土壤表层积聚了较多的盐分。土壤盐渍化是主要是由于盐类聚集而引起的土壤溶液浓度的提高，这些盐类随土壤蒸发而上升到土壤的表面，从而在土壤表面聚集的现象。它是设施栽培中的一种常见现象，其危害很大，不仅直接影响作物根系的生长，而且通过影响水分、矿质元素的吸收、干扰植物体内正常的生理代谢而间接的影响作物的生长发育。

4.连作障碍

设施内作物栽培的种类比较单一，为了获得较高的经济效益，往往连续种植产值高的作物，而不注意轮作换茬，久而久之，使土壤中的养分失去平衡，某些营养元素严重亏缺，而某些营养元素却因过剩而大量残留于土壤中，产生连作障碍。露地栽培轮作与体闲的机会多，上述问题不易出现。连作障碍主要包括以下几个方面：一是根系分泌的有毒物质积累而影响作物的生长；二是土壤中矿质营养。

5.土壤酸化

造成园艺设施土壤酸化原因是多方面的，但最主要的原因还是由于氮肥施用量过多，残留量大而引起的。土壤酸化除因pH值过低直接危害作物外，还抑制了铁，钙，镁等元素的吸收，铁在pH小于6时溶解度降低，从而诱发作物产生营养元素缺乏症。另外，土壤酸化还会抑制士壤中硝化细菌的活动，容易发生二氧化氮的危害。

二园艺设施土壤环境的调节与控制

1.科学施肥

设施内宜施用有机肥，因为其肥效缓慢，腐熟的有机肥不易引起盐类浓度上升，还可改进土壤的理化性状，疏松透气，提高含氧量，对作物根系有利。

设施内土壤的次生盐渍化与一般土壤盐渍化的主要区别在于盐分的组成，设施内土壤次生盐渍化的盐分是以硝态氮为主，硝态氯占到阴离子总量的50％

以上。因此，降低设施土壤硝态氮含量是改良次生盐溃化土壤的关键。

施用作物秸秆是改良土壤次生盐渍化的有效措施。除豆科作物的秸秆外，其他禾本科作物秸秆的碳氮比都较宽，施人土壤以后，在被微生物分解过程中，能够同化土壤中的氮素。据研究，l g没有腐熟的稻草可以固定12～22mg无机氮。在土壤次生盐渍化不太重的土壤上，按每667m2施用300～500 kg稻草较为适宜。在施用以前，先把稻草切碎，一般应小于3cm施用时要均匀地翻人土壤耕层。也可以施用玉米秸秆，施用方法与稻草相同。施用秸秆不仅可以防止土壤次生盐渍化，而且还能平衡土壤养分，增加土壤有机质含量，促进土壤微生物活动，降低病原菌的数量，减少病害。

增施有机肥，提高土壤的有机质含量和保肥保水性能；有机肥和化肥混合施用，氮磷钾配合施用，科学施用微肥；避免使用含硫、含氯的肥料；基肥为主，追肥为辅。

2.合理轮作

轮作是指在一块地上按一定的年限轮换种植几种性质不同的作物的方式，是一种科学的栽培制度，能够合理地利用土壤肥力，防治病虫危害，改善土壤理化特性，使作物在很好的环境下生长。）要充分考虑到蔬菜所需养分不同，充分发挥土壤养分。轮作时要充分考虑到：要互不传染病虫害；有利于改善土壤结构，提高土壤肥力；考虑土壤PH的变化；考虑前茬作物对后茬作物中杂草的抑制作用；考虑到作物的轮作年限。轮作或休闲也可以减轻土壤的次生盐渍化程度，达到改良土壤的目的。如蔬菜栽培设施连续使用几年以后，种一季露地蔬菜或一茬水稻，对恢复地力、减少生理病害和病菌引起的病害都有显著作用。

3.更换土壤

在病虫害严重难以治理或土壤盐渍化严重的情况下，可采用客土之法，换土是解决土壤次生盐渍化的有效措施之一，但是劳动强度大不易被接受，只适台小面积应用。

4.土壤消毒

土壤中有病原菌、害虫等有害生物，也有微生物、硝酸细菌、亚硝酸细菌、固氮菌等有益生物。正常情况下这些微生物在土壤中保持一定的平衡，但连作时由于作物根系分泌物质的不同或病株的残留，引起土壤中生物条件的变化打

破了平衡状况，造成连作的危害。由于设施栽培有一定空间范围，为了消灭病原菌和害虫等有害生物，可以进行土壤消毒。一是采用药剂消毒，把药剂灌入土壤或洒于其表面，常用的有甲醛、氯化苦、硫磺粉等；二是采用蒸汽消毒，在60度下30分钟便可杀死多数土壤病菌。

5.合理灌溉，降低土壤水分蒸发量，有利于防止土壤表层盐分积聚

设施栽培土壤出现次生盐演化并不是整个土体的盐分含量高，而是土壤表层的盐分含量超出了作物生长的适宜范围。土壤水分的上升运动和通过表层蒸发是使土壤盐分积聚在土壤表层的主要原因。灌溉的方式和质量是影响土壤水分蒸发的主要因素，漫灌和沟灌都将加速土壤水分的蒸发，易使土壤盐分向表层积聚。滴灌和渗灌是最经济的灌溉方式，同时又可防止土壤下层盐分向表层积聚，是较好的灌溉措施选择适宜的季节。对盐分较高的设施内的土壤，可采用灌水洗盐，让土壤充分雨淋或灌水冲洗，可解除土壤盐渍化的影响。

6.无土栽培

当设施内的土壤发生严重障碍，或者土传病害泛滥成灾，常规方法难以解决时，可采用用基质代替土壤，采用无土栽培技术，克服土壤的不利因素，使得土壤栽培存在的问题得到解决。

第六节设施园艺的综合环境管理

一设施环境管理的目的和意义

设施园艺的光、温、湿、气、土五个环境因子是同时存在的，它们综合作用影响植物的生长发育。在实际生产中各因子是同时起作用的，它们具有同等重要性和不可代替性，缺一不可又相辅相成，当其中某一个因子起变化时，其他因子也会受到影响随之变化。在实际管理过程中要求各因子协调相成，抓好主要矛盾和次要矛盾，才能使作物生长发育正常。

因此，为了创造作物生长发育的息好环境，应将几个环境要素综合起来考虑，根据它们之间的相互关系进行调节。综合环境调控就是以实现作物的增产、稳产为目标，把关系到作物生长的多种环境要素都维持在适于作物生长的水平条件下，而且要求使用最少的环境调节装置，即省工又节能，便于生产人员管理的一种环境控制方法。

如对温室进行综合环境调节时，不仅考虑室内、外各种环境因素和作物的生长、产量状况，而且要从温室经营的总体出发，考虑各种生产资料的投入成

本、产出产品的市场价格变化、劳力和栽培管理作业、资金等等的相互关系，根据效益分析进行环境控制，并对各种装置的运行状况进行监测、记录和分析，以及对异常情况进行检查处理等，这些管理称为综合环境管理。从设施园艺经营角度看，要实现正确的综合环境管理，必须考虑上述各种因素之间的复杂关系。

二综合环境管理的方式

综合环境管理的方式在未普及计算机以前完全靠人们头脑和经验来分析判断与操作。目前随着科技的发展，综合环境管理已越来越趋于计算机智能管理。三设施园艺计算机综合环境管理系统

1、输出原理；

2、加温装置的调控；

3、换气窗的调控；

4、保温幕的

调节；5、湿度的调节；6、二氧化碳调节；7、环流风机控制；8、营养液栽培及灌水的调控。

［思考题］：

1、设施光环境有何特点？