設(shè)施光照環(huán)境及其調(diào)控

1、第二章 設(shè)施農(nóng)業(yè)的光照環(huán)境及調(diào)控農(nóng)業(yè)設(shè)施的光照環(huán)境特點(diǎn)光環(huán)境對(duì)作物生育的影響農(nóng)業(yè)設(shè)施光照環(huán)境的調(diào)節(jié)與控制設(shè)施光照相關(guān)研究情況1制定園藝作物設(shè)施栽培的環(huán)境調(diào)控標(biāo)準(zhǔn)和栽培技術(shù)規(guī)范，必須研究以下幾個(gè)問(wèn)題： (1)掌握?qǐng)@藝作物的遺傳特性和生物學(xué)特性，及其對(duì)各個(gè)環(huán)境因子的要求。 (2)應(yīng)研究各種園藝設(shè)施的建筑結(jié)構(gòu)、設(shè)備以及環(huán)境工程技術(shù)所創(chuàng)造的環(huán)境狀況特點(diǎn)，闡明形成各種環(huán)境特征的機(jī)理。 (3)通過(guò)環(huán)境凋控與栽培管理技術(shù)措施，使園藝作物與設(shè)施的小氣候環(huán)境達(dá)到最和諧、最完美的統(tǒng)一。 摸清園藝沒施內(nèi)的環(huán)境特征 掌握各種園藝作物生育對(duì)環(huán)境要求 2一 設(shè)施光照環(huán)境特點(diǎn) 光照度 光照時(shí)數(shù) 光質(zhì) 1、定義：又稱照度。即

2、通常所說(shuō)的勒克司度（lux），表示被攝主體表面單位面積上受到的光通量。1勒克司相當(dāng)于1流明/平方米。常見環(huán)境照度值 黑夜：0.0010.02；月夜：0.020.3；陰天室內(nèi)：550；陰天室外：50500；晴天室內(nèi)：1001000；夏季中午太陽(yáng)光下的照度：約為10*9次方；閱讀書刊時(shí)所需的照度：5060；家用攝像機(jī)標(biāo)準(zhǔn)照度：1400。 3一 設(shè)施光照環(huán)境特點(diǎn) 光照度 光照時(shí)數(shù) 光質(zhì) 2、溫室內(nèi)光照度：溫室地平面或溫室栽培床平面上平均單位面積的光通量。光照度低于外界光照度隨時(shí)間的變化與自然光照同步，但變化較外界平緩。光照度在空間上分布不均勻垂直方向由上向下遞減水平方向日光溫室塑料大棚4 日光溫室中

3、的光比大棚中的光在分布上更不均勻，是由于后墻、后坡、東、西墻的遮陰。冬天溫室的入射光要比夏天多一些，而分布也比夏天均勻些。（這是按照設(shè)計(jì)溫室的要求，即冬天是光入射最多以確保此時(shí)得到充足的熱量的要求） 后坡遮蔭西墻下午遮蔭東墻上午遮蔭中線以南為強(qiáng)光區(qū)，以北光照相對(duì)弱日光溫室內(nèi)的光照5大棚內(nèi)的光照大棚內(nèi)的光照強(qiáng)度與薄膜透光率、太陽(yáng)高度、天氣狀況、大棚方位和結(jié)構(gòu)等均有一定關(guān)系。在一般情況下大棚內(nèi)的光照強(qiáng)度為外界自然光照的4060。6光照的季節(jié)性變化大棚內(nèi)地表光照的季節(jié)變化7大棚方位對(duì)光照的影響東西延長(zhǎng)的大棚比南北延長(zhǎng)的大棚透光率高，但光照分布的均勻度要低些。南 部中 部北 部東 部中部西部8大棚結(jié)構(gòu)

4、對(duì)光照的影響鋼架結(jié)構(gòu)竹木結(jié)構(gòu)露地對(duì)照露地對(duì)照竹木結(jié)構(gòu)鋼架結(jié)構(gòu)9一般因薄膜老化可減少透光2040%，因污染又可減少透光1520%,因太陽(yáng)光的反射還可損失1020%，因水滴附著可損失20%，這樣透光率約為入射光強(qiáng)的50%左右。透明覆蓋材料對(duì)大棚透光率的影響10大棚內(nèi)也存在著一定的光差，一般大棚南端的光強(qiáng)大于北端，上午東側(cè)大于西側(cè)，午后則相反。大棚內(nèi)的光照分布光強(qiáng)降低光強(qiáng)垂直分布光強(qiáng)水平分布 兩側(cè)強(qiáng)，中間弱； 上午東強(qiáng)西弱、下午相反。11光照度 光照時(shí)數(shù) 草苫光質(zhì) 一 設(shè)施光照環(huán)境特點(diǎn) 光照時(shí)數(shù)短，往往不超過(guò)7-8小時(shí)，成為冬季生產(chǎn)的主要影響因素 12光照時(shí)數(shù) 光質(zhì) 紫外線減少光照度 一 設(shè)施光照環(huán)

5、境特點(diǎn) 光質(zhì)的改變與薄膜的成分、顏色等有關(guān)系；玻璃、硬質(zhì)塑料板材的特性，也影響光質(zhì)的成分。在膜里添加光質(zhì)轉(zhuǎn)化劑，可以使進(jìn)入設(shè)施內(nèi)的光轉(zhuǎn)變?yōu)橐运{(lán)紫光為主的光。13 影響光照環(huán)境的因素為了保證有高的透光率，入射角應(yīng)設(shè)在40度以內(nèi)。14結(jié)構(gòu)、形狀骨架結(jié)構(gòu)透明覆蓋物方位 影響光照環(huán)境的因素農(nóng)事操作屋面坡度、單棟或連棟等15 A單棟溫室或塑料棚： 冬季生產(chǎn)為主時(shí)，對(duì)單棟的溫室、塑料棚、雙屋面而言，則應(yīng)以東西延長(zhǎng)、坐北朝南為優(yōu)。 16 B連棟溫室： 17開間跨度檁條屋面梁天溝檐高脊高 連棟溫室采用單元尺寸、總體尺寸兩種方法描述溫室的建筑尺寸。 溫室的單元尺寸：主要包括跨度、開間、檐高、脊高等。 溫室的總體

6、尺寸：主要包括溫室的長(zhǎng)度、寬度、總高等。18有檁屋架結(jié)構(gòu)無(wú)檁屋架結(jié)構(gòu)19 溫室單間跨度為6.4米、8米、9.6米、12.8米，開間距3米、4米、或4.5米，檐高3.55.0米，每跨由兩個(gè)或三個(gè)（雙屋面的）小屋面直接支撐在桁架上，小屋面跨度3.3米，矢高0.8米。近年有改良為4.0米跨度的，根據(jù)桁架的支撐能力，還可將兩個(gè)以上的3.2米的小屋面組合成6.4米、9.6米、12.8米的多脊連棟型大跨度溫室。 Venlo型溫室2021Venlo玻璃溫室22Venlo聚碳酸酯中空板溫室骨架23芬洛型溫室的主要特點(diǎn)透光率高：由于其獨(dú)特的承重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)減少了屋面骨架的斷面尺寸，省去了屋面檁條及連接部件，減少了遮

7、光，又由于使用了高透光率園藝專用玻璃，使透光率大幅度提高。密封性好：由于采用了專用鋁合金及配套的橡膠條和注塑件，溫室密封性大大提高，有利于節(jié)省能源。屋面排水效率高：由于每一跨內(nèi)有26個(gè)排水溝（天溝數(shù)），與相同跨度的其它類型溫室相比，每個(gè)天溝匯水面積減少了5083%。使用靈活且構(gòu)件通用性強(qiáng)24骨架結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)、形狀透明覆蓋物方位農(nóng)事操作橫拉桿的陰影豎桿陰影的一天變化 影響光照環(huán)境的因素25透明覆蓋物骨架結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)、形狀方位農(nóng)事操作 影響光照環(huán)境的因素 各種覆蓋材料的光譜特性不同，對(duì)各波段的吸收、反射和透射能力不同。玻璃；玻璃纖維聚酯板（FRP板）；玻璃纖維丙烯酸樹脂板（FRA板）；碳酸樹脂板（PC板）

8、；聚丙烯樹脂板（MMA板）；PVC;PE;EVA;硬質(zhì)塑料膜PET、ETFE等。26透明覆蓋物骨架結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)、形狀方位農(nóng)事操作 影響光照環(huán)境的因素27透明覆蓋物骨架結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)、形狀方位農(nóng)事操作 影響光照環(huán)境的因素28透明覆蓋物骨架結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)、形狀方位農(nóng)事操作 影響光照環(huán)境的因素29表 各種薄膜對(duì)近紫外線的透過(guò)特性及其適用范圍種類透過(guò)波長(zhǎng)范圍近紫外線透過(guò)率適用范圍適用作物和病蟲害近紫外線必需型300nm以上70%以上促進(jìn)花青素著色茄子、草莓、葡萄、蘋果、無(wú)花果、桃、中晚熟蜜柑、郁金香、洋桔梗、石斛等具有紅紫和蘭色花的植物促進(jìn)蜜蜂活動(dòng)甜瓜、草莓紫外線透過(guò)型300nm以上50%通用幾乎所有植物近紫外線抑制

9、透過(guò)型34010nm25%10促進(jìn)葉菜、莖菜生長(zhǎng)韭菜、菠菜、萵苣等紫外線不透過(guò)型380nm以上0防治病蟲害水稻菌核病、菠菜萎焉病、大蔥黑斑病、灰霉病、薊馬、蚜蟲、潛葉蠅類30表 不同設(shè)施與用途對(duì)覆蓋材料特性的要求用途光學(xué)特性熱特性濕度特性機(jī)械特性耐候性透光性選擇性透光性遮光率散光性保溫性隔熱性通氣性防滴性防霧性透濕性展張性開閉性伸縮性強(qiáng)度外覆蓋溫室中小棚防雨內(nèi)覆蓋固定移動(dòng)地膜覆蓋遮陽(yáng)浮面覆蓋31表 不同樹脂原料的棚膜特性比較 32表 不同薄膜的主要性能比較性能老化性(連續(xù)覆蓋月數(shù))防霧滴持效期(月)保溫性 透光性漫散射性 防塵性轉(zhuǎn)光性 類別PVC普通膜46無(wú) 優(yōu)前優(yōu)后差無(wú) 差 無(wú) PE普通膜4

10、6 無(wú) 差 前良后中 無(wú) 良 無(wú)PVC防老化膜1018 無(wú) 優(yōu) 前優(yōu)后差 無(wú) 差 無(wú) PE防老化膜 1218無(wú) 差 前良后中 無(wú) 良 無(wú) PE長(zhǎng)壽膜 24以上 無(wú) 差 前良后中 無(wú) 良 無(wú)PE多功能膜 1218 無(wú) 優(yōu)良前良后中 中 良 無(wú)PE多功能復(fù)合膜 1218 34 優(yōu)良 前良后中 中 良 無(wú)EVA多功能復(fù)合膜 1520 68 優(yōu) 前優(yōu)后中 弱 良無(wú)33方位骨架結(jié)構(gòu)透明覆蓋物結(jié)構(gòu)、形狀農(nóng)事操作偏西：搶陰偏東：搶陽(yáng) 影響光照環(huán)境的因素34方位骨架結(jié)構(gòu)透明覆蓋物結(jié)構(gòu)、形狀農(nóng)事操作 影響光照環(huán)境的因素東西延長(zhǎng)大棚35方位骨架結(jié)構(gòu)透明覆蓋物結(jié)構(gòu)、形狀農(nóng)事操作 影響光照環(huán)境的因素南北延長(zhǎng)大棚36

11、-南北延長(zhǎng)連棟溫室的屋面傾斜角對(duì)直射光日總量透光率影響不大； -東西延長(zhǎng)的連棟溫室的屋面傾斜角對(duì)直射光日總量的透光率有影響。 37農(nóng)事操作骨架結(jié)構(gòu)透明覆蓋物結(jié)構(gòu)、形狀方位簾子的揭蓋時(shí)間；種植密度；地膜的覆蓋；反光幕的應(yīng)用。 影響光照環(huán)境的因素38二、光照對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育的影響 光照強(qiáng)度 光質(zhì) 光照時(shí)數(shù) 39二、光照對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育的影響 光周期現(xiàn)象：一天之內(nèi)光照時(shí)數(shù)對(duì)作物開花結(jié)實(shí)生長(zhǎng)發(fā)育影響的現(xiàn)象。光照強(qiáng)度 光照時(shí)數(shù) 光質(zhì) 40二、光照對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育的影響 光照強(qiáng)度 光照時(shí)數(shù) 光質(zhì) 類別涵義代表植物長(zhǎng)日植物要求光照在1214h以上才能開花結(jié)實(shí) 唐菖蒲、多數(shù)綠葉菜、甘藍(lán)類、豌豆、蔥、蒜等， 短日植物

12、要求光照在1214h以下才能開花結(jié)實(shí) 一品紅、菊花、絲瓜、豇豆、扁豆、茼蒿、莧菜、蕹菜。 日中性植物對(duì)光照長(zhǎng)短沒有嚴(yán)格的要求茄果類、菜豆、黃瓜。41二、光照對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育的影響 光照強(qiáng)度 光照時(shí)數(shù) 光質(zhì) 可見光380-750nm紅外光750nm紫外光300-380nm具有抑制植物生長(zhǎng)的作用；對(duì)植物體內(nèi)VC 的含量影響大，紫外光越強(qiáng)VC含量越高；紫外光對(duì)果實(shí)著色也有很大影響。葉綠素吸收太陽(yáng)光中的紅橙光、藍(lán)紫光最多，這兩種光也是植物光合作用旺盛進(jìn)行的光源。紅外光主要是產(chǎn)生熱量，特別是大于1000nm的紅外光是產(chǎn)生熱量的主要光源。4243三、農(nóng)業(yè)設(shè)施光照環(huán)境的調(diào)節(jié)與控制 農(nóng)業(yè)設(shè)施內(nèi)對(duì)光照條件的要求：

13、 一是光照充足； 二是光照分布均勻。 從我國(guó)目前的國(guó)情出發(fā)，主要還依靠增強(qiáng)或減弱農(nóng)業(yè)設(shè)施內(nèi)的自然光照，適當(dāng)進(jìn)行補(bǔ)光，而發(fā)達(dá)國(guó)家補(bǔ)光已成為重要手段。44措施： 一是改善保護(hù)地的透光能力，增強(qiáng)保護(hù)地的自然光照強(qiáng)度。 二是在光強(qiáng)的夏季栽培或進(jìn)行軟化栽培等特殊條件下進(jìn)行遮光。 三是在冬季弱光期或光照時(shí)數(shù)較少的地區(qū)進(jìn)行人工補(bǔ)光。 451.改進(jìn)農(nóng)業(yè)設(shè)施結(jié)構(gòu)提高透光率 （1）確定適宜的建筑場(chǎng)地及合理建筑方位46（2）設(shè)計(jì)合理的屋面坡度 棱鏡溫室47 充分利用反射光。如日光溫室適當(dāng)縮短后坡，并在后墻上涂白以及安裝鍍鋁反光膜，地面覆蓋地膜等。 4849（3）合理的透明屋面形狀 實(shí)踐證明，拱圓形屋面采光效果好。（

14、4）骨架材料 （5）選用透光率高且透光保持率高的透明覆蓋材料502.改進(jìn)栽培管理措施 （1）保持透明屋面干潔 （2）在保溫前提下，盡可能早揭晚蓋外保溫和內(nèi)保溫覆蓋物，增加光照時(shí)間。51（3）合理密植，合理安排種植行向，尤其是北方單屋面溫室更應(yīng)注意行向。 （4）加強(qiáng)植株管理， 黃瓜、番茄等高秧作物及時(shí)整枝打杈，及時(shí)吊蔓或插架。進(jìn)入盛產(chǎn)期時(shí)還應(yīng)及時(shí)將下部老葉摘除，以防止上下葉片相互遮蔭。 52 要注意作物的合理密植，注意壟向。 53（5）選用耐弱光的品種。 （6）地膜覆蓋，有利地面反光以增加植株下層光照。 （7）采用有色薄膜，人為地創(chuàng)造某種光質(zhì)，以滿足某種作物或某個(gè)發(fā)育時(shí)期對(duì)該光質(zhì)的需要。但有色覆

15、蓋材料其透光率偏低，只有在光照充足的前提下改變光質(zhì)才能收到較好的效果。54Blue Blue+Red Fluorescent light Red Fig. 14. Plantlets grown under different light treatments after 3 months of culture. 55 White Red Blue Blue+ Red 563、 人工補(bǔ)光 Artificial light supplement人工補(bǔ)光的目的： 日長(zhǎng)補(bǔ)光以抑制或促進(jìn)花芽分化，調(diào)節(jié)作物開花時(shí)期，即以滿足作物光周期的需要為目的。 栽培補(bǔ)光促進(jìn)作物光合作用，促進(jìn)作物生長(zhǎng)，補(bǔ)充自然光照的

16、不足為目的。 57（1）人工補(bǔ)光的光照度光照度高時(shí)光合作用強(qiáng)，但光能利用率低；光照度適當(dāng)降低時(shí)，光合作用雖然降低，但能獲得較高的光能利用率。58（2）人工光源的性能和選擇對(duì)人工光源主要的要求光譜性能：富含400500nm藍(lán)紫光和600700nm橙紅光 并有適當(dāng)?shù)慕M成比例，以及滿足其他特定的光譜要求效率：發(fā)出的光合有效輻射量與消耗功率之比其他：使用壽命、價(jià)格等人工光源的種類熱輻射光源 ：白熾燈、鹵鎢燈鎢絲中通過(guò)電流產(chǎn)生高溫（24003000）發(fā)光氣體放電光源：熒光燈、高壓水銀熒光燈、金屬鹵化物燈、 高壓鈉燈、低壓鈉燈,物質(zhì)原子受電子激發(fā)產(chǎn)生光輻射。半導(dǎo)體光源：LED（發(fā)光二極管）59人工補(bǔ)光的光

17、源 白熾燈 Incandescent lamp價(jià)格便宜，光效低，光色較差，目前常作為一種調(diào)節(jié)光周期的輔助光源。 使用壽命大約1000小時(shí)。發(fā)出的可見光中，紅色光多，藍(lán)紫光少，發(fā)光效率低， 不宜用作光合補(bǔ)光的光源但可作光周期補(bǔ)光的光源60熒光燈 Fluorescent lamp光譜性能好，發(fā)光效率較高，壽命長(zhǎng)達(dá)3000小時(shí)左右。 功率小 目前在園藝設(shè)施補(bǔ)光中使用較多，尤其是用于無(wú)遮擋自然光問(wèn)題產(chǎn)生的組培室中的人工光照。61金屬鹵化物燈發(fā)光效率較高，功率大；光色好（可改變金屬鹵化物組成滿足不同需要）；壽命較高（數(shù)千小時(shí)）。使用較多Metal halide lamp62高壓鈉燈發(fā)光效率高，功率大；光

18、譜分布范圍較窄，黃橙光為主；壽命高（1200020000小時(shí)）。目前在園藝設(shè)施補(bǔ)光中使用較多。63低壓鈉燈發(fā)光效率很高，功率大；光色為單一的589 nm黃色光；壽命高（平均壽命18000小時(shí)）。光色單一，很少單獨(dú)使用，但可與其他光源配合使用。64發(fā)光二極管（LED）單色性，波譜域?qū)拑H20nm左右；沒有中、長(zhǎng)波紅外輻射（對(duì)光合作用無(wú)效）的能量，發(fā)熱少，可實(shí)現(xiàn)近距離補(bǔ)光（提高光利用效率）；輻射效率和光量子效率極高；具有多種光色器件，可按需要組合不同單色（如紅藍(lán)）的LED滿足植物光合作用對(duì)光譜的需要；單體尺寸小，便于組合和使設(shè)備小型化；使用壽命長(zhǎng)（5萬(wàn)小時(shí)以上）；價(jià)格高，尤其是藍(lán)色LED目前價(jià)格較貴。65LED補(bǔ)光燈66植物生效燈 可發(fā)出連續(xù)光譜，紫外光、藍(lán)紫光和近紅外光低于自然光，而綠、紅、黃光比自然光強(qiáng)。 67HGH-300食用菌專用補(bǔ)光燈（稀土補(bǔ)光燈） 6869人工光源的應(yīng)用704.遮光 主要有兩個(gè)目的：光合遮光