设施光照环境及其调控

第二章设施农业的光照环境及调控农业设施的光照环境特点光环境对作物生育的影响农业设施光照环境的调节与控制设施光照相关研究情况制定园艺作物设施栽培的环境调控标准和栽培技术规范，必须研究以下几个问题：(1)掌握园艺作物的遗传特性和生物学特性，及其对各个环境因子的要求。(2)应研究各种园艺设施的建筑结构、设备以及环境工程技术所创造的环境状况特点，阐明形成各种环境特征的机理。(3)通过环境凋控与栽培管理技术措施，使园艺作物与设施的小气候环境达到最和谐、最完美的统一。摸清园艺没施内的环境特征掌握各种园艺作物生育对环境要求一设施光照环境特点光照度光照时数光质1、定义：又称照度。即通常所说的勒克司度（lux），表示被摄主体表面单位面积上受到的光通量。1勒克司相当于1流明/平方米。常见环境照度值黑夜：0.001—0.02；月夜：0.02—0.3；阴天室内：5—50；阴天室外：50—500；晴天室内：100—1000；夏季中午太阳光下的照度：约为10*9次方；阅读书刊时所需的照度：50—60；家用摄像机标准照度：1400。一设施光照环境特点光照度光照时数光质2、温室内光照度：温室地平面或温室栽培床平面上平均单位面积的光通量。光照度低于外界光照度随时间的变化与自然光照同步，但变化较外界平缓。光照度在空间上分布不均匀垂直方向由上向下递减水平方向日光温室塑料大棚日光温室中的光比大棚中的光在分布上更不均匀，是由于后墙、后坡、东、西墙的遮阴。冬天温室的入射光要比夏天多一些，而分布也比夏天均匀些。（这是按照设计温室的要求，即冬天是光入射最多以确保此时得到充足的热量的要求）后坡遮荫西墙下午遮荫东墙上午遮荫中线以南为强光区，以北光照相对弱日光温室内的光照大棚内的光照大棚内的光照强度与薄膜透光率、太阳高度、天气状况、大棚方位和结构等均有一定关系。在一般情况下大棚内的光照强度为外界自然光照的40～60％。光照的季节性变化010203040506070清明(5/4)谷雨(20/4)立夏(6/5)小满(21/5)芒种(6/6)绝对照度（kLux)透光率（%）大棚内地表光照的季节变化大棚方位对光照的影响东西延长的大棚比南北延长的大棚透光率高，但光照分布的均匀度要低些。05101520253035404550南北延长大棚东西延长大棚南部中部北部东部中部西部大棚结构对光照的影响020406080100120光照强度(klx)透光率(%)钢架结构竹木结构露地对照露地对照竹木结构钢架结构一般因薄膜老化可减少透光20～40%，因污染又可减少透光15～20%,因太阳光的反射还可损失10～20%，因水滴附着可损失20%，这样透光率约为入射光强的50%左右。透明覆盖材料对大棚透光率的影响大棚内也存在着一定的光差，一般大棚南端的光强大于北端，上午东侧大于西侧，午后则相反。大棚内的光照分布光强降低光强垂直分布光强水平分布两侧强，中间弱；上午东强西弱、下午相反。光照度光照时数草苫光质一设施光照环境特点光照时数短，往往不超过7-8小时，成为冬季生产的主要影响因素光照时数光质紫外线减少光照度一设施光照环境特点光质的改变与薄膜的成分、颜色等有关系；玻璃、硬质塑料板材的特性，也影响光质的成分。在膜里添加光质转化剂，可以使进入设施内的光转变为以蓝紫光为主的光。影响光照环境的因素为了保证有高的透光率，入射角应设在40度以内。结构、形状骨架结构透明覆盖物方位影响光照环境的因素农事操作屋面坡度、单栋或连栋等A．单栋温室或塑料棚：冬季生产为主时，对单栋的温室、塑料棚、双屋面而言，则应以东西延长、坐北朝南为优。B．连栋温室：开间跨度檩条屋面梁天沟檐高脊高连栋温室采用单元尺寸、总体尺寸两种方法描述温室的建筑尺寸。温室的单元尺寸：主要包括跨度、开间、檐高、脊高等。温室的总体尺寸：主要包括温室的长度、宽度、总高等。有檩屋架结构无檩屋架结构温室单间跨度为6.4米、8米、9.6米、12.8米，开间距3米、4米、或4.5米，檐高3.5～5.0米，每跨由两个或三个（双屋面的）小屋面直接支撑在桁架上，小屋面跨度3.3米，矢高0.8米。近年有改良为4.0米跨度的，根据桁架的支撑能力，还可将两个以上的3.2米的小屋面组合成6.4米、9.6米、12.8米的多脊连栋型大跨度温室。Venlo型温室Venlo玻璃温室Venlo聚碳酸酯中空板温室骨架芬洛型温室的主要特点透光率高：由于其独特的承重结构设计减少了屋面骨架的断面尺寸，省去了屋面檩条及连接部件，减少了遮光，又由于使用了高透光率园艺专用玻璃，使透光率大幅度提高。密封性好：由于采用了专用铝合金及配套的橡胶条和注塑件，温室密封性大大提高，有利于节省能源。屋面排水效率高：由于每一跨内有2~6个排水沟（天沟数），与相同跨度的其它类型温室相比，每个天沟汇水面积减少了50~83%。使用灵活且构件通用性强骨架结构结构、形状透明覆盖物方位农事操作横拉杆的阴影竖杆阴影的一天变化影响光照环境的因素透明覆盖物骨架结构结构、形状方位农事操作影响光照环境的因素各种覆盖材料的光谱特性不同，对各波段的吸收、反射和透射能力不同。玻璃；玻璃纤维聚酯板（FRP板）；玻璃纤维丙烯酸树脂板（FRA板）；碳酸树脂板（PC板）；聚丙烯树脂板（MMA板）；PVC;PE;EVA;硬质塑料膜PET、ETFE等。透明覆盖物骨架结构结构、形状方位农事操作影响光照环境的因素透明覆盖物骨架结构结构、形状方位农事操作影响光照环境的因素透明覆盖物骨架结构结构、形状方位农事操作影响光照环境的因素表各种薄膜对近紫外线的透过特性及其适用范围种类透过波长范围近紫外线透过率适用范围适用作物和病虫害近紫外线必需型300nm以上70%以上促进花青素着色茄子、草莓、葡萄、苹果、无花果、桃、中晚熟蜜柑、郁金香、洋桔梗、石斛等具有红紫和兰色花的植物促进蜜蜂活动甜瓜、草莓紫外线透过型300nm以上50%通用几乎所有植物近紫外线抑制透过型340±10nm25%±10促进叶菜、茎菜生长韭菜、菠菜、莴苣等紫外线不透过型380nm以上0防治病虫害水稻菌核病、菠菜萎焉病、大葱黑斑病、灰霉病、蓟马、蚜虫、潜叶蝇类表不同设施与用途对覆盖材料特性的要求用途光学特性热特性湿度特性机械特性耐候性透光性选择性透光性遮光率散光性保温性隔热性通气性防滴性防雾性透湿性展张性开闭性伸缩性强度外覆盖温室●●—○●——●◎—●◎○●●中小棚●——○●—○○——●●—●○防雨●◎————————◎——●●内覆盖固定●●——●——●◎○◎—○○◎移动◎○——●—◎●◎◎◎●●○◎地膜覆盖—◎●—●○○———————○遮阳—◎●——●◎◎——◎●●●●浮面覆盖●—◎—◎◎●——●———◎—表不同树脂原料的棚膜特性比较棚膜原料聚乙烯聚氯乙烯乙烯-腊酸乙烯主要特性高压聚乙烯线性聚乙烯密度0．9230．9231．2750．940拉伸强度良优优良断裂伸长率良中良优透明性良中良优应用早期透光率良良优优应用后期透光率中中差良保温性良中优良耐低温性良优差优耐穿刺性良优优优低温抗冲击性良优差优防尘性良良差良表不同薄膜的主要性能比较性能老化性(连续覆盖月数)防雾滴持效期(月)保温性透光性漫散射性防尘性转光性类别PVC普通膜4—6无优前优后差无差无PE普通膜4—6无差前良后中无良无PVC防老化膜10—18无优前优后差无差无PE防老化膜12—18无差前良后中无良无PE长寿膜24以上无差前良后中无良无PE多功能膜12—18无优良前良后中中良无PE多功能复合膜12—183—4优良前良后中中良无EVA多功能复合膜15—206—8优前优后中弱良无方位骨架结构透明覆盖物结构、形状农事操作偏西：抢阴偏东：抢阳影响光照环境的因素方位骨架结构透明覆盖物结构、形状农事操作影响光照环境的因素东西延长大棚方位骨架结构透明覆盖物结构、形状农事操作影响光照环境的因素南北延长大棚-南北延长连栋温室的屋面倾斜角对直射光日总量透光率影响不大；-东西延长的连栋温室的屋面倾斜角对直射光日总量的透光率有影响。农事操作骨架结构透明覆盖物结构、形状方位帘子的揭盖时间；种植密度；地膜的覆盖；反光幕的应用。影响光照环境的因素二、光照对作物生长发育的影响光照强度光质光照时数类别涵义代表植物蔬菜花卉果树阳性植物对光照强度要求高，光饱和点在6～7万lx。必须在完全的光照下生长，不能忍受长期荫蔽环境，一般原产于热带或高原阳面。西、甜瓜茄果类2年生花卉宿根花卉球根花卉木本花卉仙人掌类葡萄樱桃桃阴性植物多数起源于森林的下面或阴湿地带，不能忍受强烈的直射光线，多产于热带雨林或阴坡。。对光照要求弱光饱和点在2.5～4万lx，光补偿点也很低。多数绿叶菜葱蒜类兰科、姜科观叶植物、凤梨科天南星科秋海棠科中性植物对光照要求不严格，一般喜欢阳光充足，但在微阴下生长也较好，光饱和点在4～5万lx。黄瓜、甜椒、甘蓝类、白菜类、萝卜萱草、玉竹麦冬草李子、草莓二、光照对作物生长发育的影响光周期现象：一天之内光照时数对作物开花结实生长发育影响的现象。光照强度光照时数光质二、光照对作物生长发育的影响光照强度光照时数光质类别涵义代表植物长日植物要求光照在12～14h以上才能开花结实唐菖蒲、多数绿叶菜、甘蓝类、豌豆、葱、蒜等，短日植物要求光照在12～14h以下才能开花结实一品红、菊花、丝瓜、豇豆、扁豆、茼蒿、苋菜、蕹菜。日中性植物对光照长短没有严格的要求茄果类、菜豆、黄瓜。二、光照对作物生长发育的影响光照强度光照时数光质可见光380-750nm红外光＞750nm紫外光300-380nm具有抑制植物生长的作用；对植物体内VC的含量影响大，紫外光越强VC含量越高；紫外光对果实着色也有很大影响。叶绿素吸收太阳光中的红橙光、蓝紫光最多，这两种光也是植物光合作用旺盛进行的光源。红外光主要是产生热量，特别是大于1000nm的红外光是产生热量的主要光源。三、农业设施光照环境的调节与控制农业设施内对光照条件的要求：一是光照充足；二是光照分布均匀。从我国目前的国情出发，主要还依靠增强或减弱农业设施内的自然光照，适当进行补光，而发达国家补光已成为重要手段。措施：一是改善保护地的透光能力，增强保护地的自然光照强度。二是在光强的夏季栽培或进行软化栽培等特殊条件下进行遮光。三是在冬季弱光期或光照时数较少的地区进行人工补光。1.改进农业设施结构提高透光率（1）确定适宜的建筑场地及合理建筑方位（2）设计合理的屋面坡度棱镜温室充分利用反射光。如日光温室适当缩短后坡，并在后墙上涂白以及安装镀铝反光膜，地面覆盖地膜等。（3）合理的透明屋面形状实践证明，拱圆形屋面采光效果好。（4）骨架材料（5）选用透光率高且透光保持率高的透明覆盖材料2.改进栽培管理措施（1）保持透明屋面干洁（2）在保温前提下，尽可能早揭晚盖外保温和内保温覆盖物，增加光照时间。（3）合理密植，合理安排种植行向，尤其是北方单屋面温室更应注意行向。（4）加强植株管理，黄瓜、番茄等高秧作物及时整枝打杈，及时吊蔓或插架。进入盛产期时还应及时将下部老叶摘除，以防止上下叶片相互遮荫。要注意作物的合理密植，注意垄向。（5）选用耐弱光的品种。（6）地膜覆盖，有利地面反光以增加植株下层光照。（7）采用有色薄膜，人为地创造某种光质，以满足某种作物或某个发育时期对该光质的需要。但有色覆盖材料其透光率偏低，只有在光照充足的前提下改变光质才能收到较好的效果。BlueBlue+RedFluorescentlightRedFig.14.Plantletsgrownunderdifferentlighttreatmentsafter3monthsofculture.WhiteRedBlueBlue+Red3、人工补光Artificiallightsupplement人工补光的目的：日长补光以抑制或促进花芽分化，调节作物开花时期，即以满足作物光周期的需要为目的。栽培补光促进作物光合作用，促进作物生长，补充自然光照的不足为目的。（1）人工补光的光照度光照度高时光合作用强，但光能利用率低；光照度适当降低时，光合作用虽然降低，但能获得较高的光能利用率。（2）