溫室環(huán)境調(diào)控技術(shù)

溫室環(huán)境調(diào)控技術(shù)第1頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期六一、什么是環(huán)境自然環(huán)境太陽(yáng)大氣圈

對(duì)流層（厚度為11km的大氣層）

水圈巖石圈和土壤圈

定義：指生物有機(jī)體生活空間的外界自然條件的總合生物圈不僅包括對(duì)其有影響的非生物環(huán)境，而且還包括生物有機(jī)體彼此的影響有作用第2頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期六人工環(huán)境廣義：包括所有的作物栽培、家畜家禽的飼養(yǎng)馴化、人工森林、草地以及一些人工的保護(hù)區(qū)等狹義：是指人工控制下的動(dòng)植物的環(huán)境（溫室環(huán)境是狹義的人工環(huán)境）

第3頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期六二、環(huán)境因子環(huán)境因子：是指在生物居住空間中的各自存在的條件。

這些條件是原來(lái)客觀存在的，包括了生物需要的，不需要的或者有害的條件

生態(tài)因子：在諸多的環(huán)境因子中，對(duì)于某一個(gè)具體生物種類的生長(zhǎng)發(fā)育有影響的環(huán)境因子

第4頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期六三、生態(tài)因子的分類生物因子同種生物的其他有機(jī)體（種內(nèi)關(guān)系）

異種生物的有機(jī)體（種間關(guān)系）

非生物因子氣候因子（包括光、溫度、水分、空氣等）

土壤因子（土壤結(jié)構(gòu)、土壤的理化性質(zhì)、土壤肥力和土壤生物等）地形因子（地面的起伏、坡度、坡向、陰坡和陽(yáng)坡等）第5頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期六生態(tài)因子的作用方式生物和環(huán)境之間的相互關(guān)系：

生物和生物之間的相互關(guān)系：作用——

環(huán)境的非生物因子對(duì)有機(jī)體的影響。

反作用——

有機(jī)體對(duì)環(huán)境的影響。

捕食、寄生、競(jìng)爭(zhēng)和互惠共生等第6頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期六四、生態(tài)因子的特性1、綜和性定義：每一個(gè)生態(tài)因子都不是獨(dú)立存在的都是在與其他因子的相互影響、相互制約中起作用的，任何因子的變化都會(huì)在不同程度上引起其他因子的變化

因此生物環(huán)境的最佳單一生態(tài)因子，不等于最佳的綜合生態(tài)因子，而農(nóng)業(yè)生物更需要的是后者。從而影響這就是生態(tài)因子的綜合作用

第7頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期六2、非等價(jià)性

定義：對(duì)生物起作用的諸多因子是非等價(jià)的，其中有1-2個(gè)是起主要作用的主導(dǎo)因子

3、不可替代性和可調(diào)劑性4、信號(hào)作用（光周期）第8頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期六5、階段性和限制性

階段性：生物在生長(zhǎng)發(fā)育的不同階段往往需要不同的生態(tài)因子或生態(tài)因子的不同強(qiáng)度限制性：對(duì)生物的生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖、數(shù)量和分布起限制作用

限制因子：那些對(duì)生物的生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖、數(shù)量和分布起限制作用的關(guān)鍵性因子

第9頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期六生態(tài)因子限制作用的定律（1）李比希最小因子定律

植物的生長(zhǎng)取決于那些處于最少量的因素（2）謝爾福德耐受定律

生物的生存需要依賴環(huán)境中的多種條件，而且生物有機(jī)體對(duì)環(huán)境因子的耐受性有一個(gè)上限和下限，任何因子不足或過(guò)多，接近或超過(guò)了某種生物的耐受限度，該種生物的生存就會(huì)受到影響，甚至滅絕第10頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期六五、課程學(xué)習(xí)的意義1、學(xué)習(xí)在設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境中，農(nóng)業(yè)生物正常生長(zhǎng)發(fā)育與那些環(huán)境條件有關(guān)，各個(gè)環(huán)境條件對(duì)農(nóng)業(yè)生物有何影響，并求出其定量關(guān)系2、學(xué)習(xí)設(shè)施農(nóng)業(yè)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)境狀況和闡明形成這種狀況的機(jī)理，為確立環(huán)境調(diào)控的基本方法3、研究制定最佳綜合環(huán)境調(diào)控技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

第11頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

溫室環(huán)境因素環(huán)境調(diào)控技術(shù)

土壤溫度溫度加溫、保溫、可再生能源利用空氣溫度空氣濕度通風(fēng)、降溫

CO2環(huán)境---------------CO2施肥光照---------------光照調(diào)控根圈環(huán)境(水份、養(yǎng)分)---------灌溉與施肥第12頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期六六、學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容1農(nóng)業(yè)生物所處的環(huán)境性質(zhì)及變化規(guī)律，并熟悉各個(gè)環(huán)境因子的測(cè)定與控制方法2外界環(huán)境對(duì)農(nóng)業(yè)生物生理活動(dòng)的影響3農(nóng)業(yè)生物對(duì)環(huán)境的影響4學(xué)習(xí)農(nóng)業(yè)工廠周年生產(chǎn)問(wèn)題

第13頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期六七、環(huán)境控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀目前國(guó)外設(shè)施栽培技術(shù)比較先進(jìn)的國(guó)家有：西歐的荷蘭、法國(guó)、英國(guó)、意大利、西班牙，北美的美國(guó)、加拿大，非洲和中東的以色列、土耳其，亞洲和大洋洲的日本、韓國(guó)、澳大利亞等。這些國(guó)家由于政府重視設(shè)施栽培的發(fā)展，在資金和政策上都給予了大力支持，因此現(xiàn)代設(shè)施栽培的研究起步早，發(fā)展快，綜合環(huán)境控制技術(shù)水平高?？偟膩?lái)說(shuō)，設(shè)施分布情況是：西北歐國(guó)家由于常年天氣較冷，夏季短，故以建造玻璃設(shè)施為主；其它地區(qū)及南歐塑料設(shè)施的比重較大。

第14頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期六國(guó)外幾個(gè)設(shè)施栽培綜合環(huán)境控制技術(shù)最先進(jìn)的國(guó)家，由于其地理位置、自然環(huán)境和經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)不同，其發(fā)展的側(cè)重點(diǎn)也不同日本的農(nóng)產(chǎn)品以生產(chǎn)水稻為主。塑料大棚和其它設(shè)施在日本得到普遍的應(yīng)用。被稱為“第四高技術(shù)農(nóng)業(yè)”的植物工廠，已在日本普及。開(kāi)發(fā)了采用微機(jī)和專用設(shè)施栽培控制機(jī)組成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，該網(wǎng)絡(luò)可將多臺(tái)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)集中管理

第15頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第16頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第17頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期六美國(guó)有著發(fā)達(dá)的設(shè)施栽培技術(shù)，農(nóng)業(yè)設(shè)施造商有100多家，其綜合環(huán)境控制技術(shù)水平非常高。如“生物圈2號(hào)”就是一種特殊的保護(hù)設(shè)施，它是相對(duì)于我們居住的被稱為“生物圈1號(hào)”的地球而言的，主要是研究將來(lái)人在宇宙空間和其它星球，如何維持生活，進(jìn)行生產(chǎn)和工作。經(jīng)過(guò)4年的研究，發(fā)現(xiàn)盡管出現(xiàn)不少問(wèn)題，但“生物圈2號(hào)”內(nèi)作物的產(chǎn)量比常規(guī)種植高16倍，“生物圈3號(hào)”和“生物圈4號(hào)”將分別建在南極和北極，而“生物圈5號(hào)”將發(fā)射到月球。

第18頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第19頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第20頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期六以色列在設(shè)施栽培綜合環(huán)境控制技術(shù)中，對(duì)透光和降溫的要求不高，而對(duì)灌溉系統(tǒng)要求很高，其灌溉技術(shù)特別是滴灌技術(shù)和設(shè)備發(fā)展很快，處于世界先進(jìn)水平荷蘭建造了大量的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)設(shè)施荷蘭由于溫度變化很小，故降溫、通風(fēng)問(wèn)題考慮很少，而采光問(wèn)題考慮得較多，因此主要是玻璃設(shè)施第21頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第22頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第23頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期六我國(guó)設(shè)施栽培綜合環(huán)境控制技術(shù)的現(xiàn)狀

總體上說(shuō)，我國(guó)目前設(shè)施栽培綜合環(huán)境控制技術(shù)水平低，調(diào)控能力差，并且以單個(gè)環(huán)境因子的調(diào)控設(shè)備為主，帶有綜合環(huán)境自動(dòng)控制的高科技溫室主要靠從國(guó)外引進(jìn)。第24頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期六淺層地能（地源熱泵）在溫室的應(yīng)用研究目的：減少化石燃料的使用尋求有效的清潔能源實(shí)現(xiàn)熱泵在日光溫室的應(yīng)用

第25頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

地源熱泵系統(tǒng)由能量采集、提升和釋放等三部分組成。45℃~50℃14℃~16℃(Beijing)80m~100m第26頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期六針對(duì)地源熱泵提供的熱媒介質(zhì)溫度較低（45～50℃）的特點(diǎn)，提出了地表－冠層換熱方式取代傳統(tǒng)連棟溫室內(nèi)的暖氣布置方式。圖1傳統(tǒng)采暖管道的布置

圖2地表－冠層換熱方式

Replace第27頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期六地面散熱系統(tǒng)地面結(jié)構(gòu)剖面圖冠層散熱系統(tǒng)地表－冠層散熱系統(tǒng)的布置與設(shè)備安裝

第28頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期六1、U型換熱管2、分水器3、補(bǔ)水閥4、潛水泵5、熱泵機(jī)組

6、集水器7、循環(huán)水泵8、補(bǔ)水閥地源熱泵系統(tǒng)在日光溫室中的實(shí)驗(yàn)研究CSG13℃~14℃80m~100m45℃~50℃第29頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期六LED在植物育苗中的應(yīng)用

第30頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

將太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)與LED光源、密閉式植物工廠相結(jié)合，太陽(yáng)能為植物工廠的節(jié)能光源與環(huán)境控制系統(tǒng)提供能源，實(shí)現(xiàn)植物的節(jié)能高效生產(chǎn)。DCloadSolarmodulearray太陽(yáng)能光伏發(fā)電+節(jié)能光源LED+植物工廠Principleofthissystemplantfactory第31頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期六光源

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

第32頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期六實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)StructureoftheExperimentSystem實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的平面布局LayoutoftheExperimentSystem第33頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期六探索解決綜合環(huán)境控制問(wèn)題

生物系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)運(yùn)用工程科學(xué)（工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)、流體力學(xué)以及農(nóng)業(yè)生物環(huán)境工程等）與系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法（信息反饋理論、系統(tǒng)力學(xué)理論與計(jì)算機(jī)模擬仿真