《农业生物环境工程》第4章 温室设施环境调节与控制(2)_OK

章 温
植株，保证植物正常生长发育的人工环境。
室 设
通常较肥沃土壤的三相比约为40: 28: 32，含有大量的团
施 环
粒结构，并具有适宜的酸碱度。
境
调
节
与
控
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一、温室土壤的气体调节
维持土壤适当的通气性，是保证土壤空气质量、维持肥力 不可缺少的重要条件之一。
通常大土粒或土团疏松排列形成的非毛管孔隙的多少，直 接影响土壤通气性的好坏。
用水、节省劳力、提高作物品质和产量、提高耕地利用率等优
第 四
点。
章
温
配水管
单列孔管
调节门 A
配水管
单列孔管
室
设
施 环
（a)
A
A－A
境
配水管
调
节
与
控 制 2021/8/10
单列孔管
等压散水
图图4-44-747孔（孔b)管管式式喷喷洒洒器器
变压散水
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（四）设施灌溉系统的设计
灌溉系统一般包括水源、首部枢纽（包括
控
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如图所示，土壤水分张力计的一端带有中空素陶土探头， 另一端接真空表或电接点真空表，接管内充水后置于被测土 壤内。土壤干燥时，土壤从探头吸水，使张力计内形成局部 真空。而灌水后，土壤变湿，张力计探头反过来从土壤吸水 ，真空度就下降。真空度随着土壤水分的变化而变化。
第 四 章
。土壤消毒时，可根据常年病虫害发生情况，有针对性地选
择药剂和用量。将所选药剂加适量细干土拌匀，均匀撒于地
表，然后耕翻入土中。在温室内还可使用化肥-农药注入器
第
四 ，由自动控制装置将化肥-农药混合液注入微管道的专用装
章
温 置，然后施入土壤，达到施肥和消毒双重目的。
室 设
除药物消毒外，主要的工程措施就是蒸汽消毒。一般可
环
境
过长，使首末端喷洒量之差不超过5%。
调
节
与
控
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13
（2）需水量的确定 对于大型温室或温室群，灌水往往自 动控制。自动控制有水分张力控制和时间控制两种。当采 用分区轮灌时，采用时间控制较多。此时，常应用24小时 定时继电器来控制各区喷灌。所以必须定出各区的每日需 水量。由前可知，各种作物的每日需水量就等于蒸发蒸腾 量，可根据蒸发计测定的蒸发量求得。需水量单位为
章
温 室
式中Qp——水泵流量，m3/min； K——安全系数，常取K=1.5；
设 施
(Qi)max——各轮灌区中最大的单位时间喷水量，m3/min
环。
境
调
节
与
控
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（8）水泵扬程的确定 为了确定水泵扬程，需要进行喷灌系
统管路的水力计算。水泵应有的扬程H为：
H = Hn +Σ(RL+Z)+ Hl
（4-52）
式中Hn——喷洒器额定工作压力，m水柱；
Σ(RL+Z) —— 从水泵进水口到最不利位置喷洒器之间的
所有沿程损失和局部损失之和，m水柱；
Hl ——最不利位置喷洒器与水源水位高度差，m。
（9）水箱参数的确定
第 四
如在喷灌系统中设有水塔，则水塔内水箱的容量一般取
章 为一天总需水量的50%。水塔内水箱底部的离地高度H’为
节 与
～80%以下，以保证大气与土壤气体间有一定的扩散通道。
控
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二、温室土壤的水分调节 （一） 土壤水分调节标准
植物根系从土壤中吸水是由于根系与土壤之间存在的 水势差作用的结果。土壤含水率不同，其被植物吸收利用 的有效性也不同（图4-43）。
湿
干
1.8
3.66
4.2
(pF值)
根区总深度的百分数 根区深度－总值的百分数 脱水总值的百分数
25
40
50
70
75
90
100
100
图4-46 土壤脱水模式图 8
两次灌水期间，因作物蒸腾蒸发控制土层含水率达到
临界值时，其下各层土壤由于耗水率低，并未达到临界含
水率。因此，灌溉时，并非根区各土层均需灌同样多的水
，只补充两次灌水期间各土层的耗水量即可。耗水量最多
施 环
在夏季高温时密闭温室，将蒸汽管道埋至土中40cm深处，利
境 用采暖设施将土壤加温至60-85℃，10-30分钟即可消灭病原
调
节 菌及一般病毒。（高温焖棚）
与
控
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习题：
1.何谓土壤水分张力？
第 四 章
温
室
设
施
环
境
调
节
与
控
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砂土的非毛管孔隙多，通气性较好，但保水性能差。
第 四
壤土中具有保水能力的毛管孔隙与持有通气性能的非毛
章 管孔隙分配适中，既能通气，又能保水，是一种较理想的土
温 室
壤，砂土和壤土一般不会因通气性对植物生长产生不利影响
设 施
，但在排水不良的低洼地段，因土壤孔隙长期为水所充填，
环 境
也有通气不良的情况出现。
的表层土壤其净补水量，应为田间持水量与临界含水量的
差值。
由此可推算出一次净灌水的深度为：
第 四 章
h
(
fc
Ml)
D Cp
mm
（4-46）
温 室 设
式中 fc—— 田间容积持水量，%； Ml—— 开始影响生育的容积临界含水量，%；
施 环
D—— 限制土层厚度，mm；
境 调 节
Cp—— 两次灌水期间，限制土层耗水量占整个根区
mm/d。这样各轮灌区以m3/d为单位的需水量Qi为：
第 四
Qi
hi Ai 1000
章 温
式中 hi——各区需水量， mm/d
室 设
Ai———各区土壤面积（不含通道部分面积），m2
施
环
境
调
节
与
控
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表4-17 温室蔬菜的日需水量
作物名称
番茄 甜瓜 黄瓜 甜椒 茄子
最 小 1.1 2.4 2.5
调 节
粘土中非毛管孔隙含量少，通气性能最差。因此，对温
与 控
室内通气不良的土壤需进行调节和改良。
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土壤气体中O2的含量对植物种子发芽、根系生长、营养物质的吸收 都有着重要影响，特别是某些对土壤O2敏感的作物，O2含量过低时， 生长发育不良甚至会死亡。土壤气体组分的含量是受多种因素制约的 ，应根据产生不良通气性的原因，采取不同的措施。
3.9
3.0
日需
第
水量 平 均 3.8 3.9
四 章
（mm） 最 大 9.0 7.5
温
室
设
施
环
境
调
节
与
控
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6.1 7.2
—
7.2 10.0 6.0
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（3）喷嘴的选择和配置 首先选择适合于温室喷灌用的喷嘴。喷嘴的
性能参数包括压力、喷洒量、喷洒方式和喷洒半径。由此可确定喷嘴在配 水支管上的间隔。常见的喷嘴配置为矩形布置，亦即配水支管间距大于喷 嘴在管上的间距。喷嘴在管上间距常取0.5m。
第
四 章
流动损失水
迅速有效水
难利用水
无效水
温
室
设 施
田间持水量
生长障碍点
永久萎蔫点
环
境 调
图4-43 土壤水有效性与pF值的关系
节
与
控
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5
土壤含水量（％）
30
田间持水量
20
暂时萎蔫点
10
永久萎蔫点
无效水
1 2345
pF
第
四
章
小于永久萎蔫点的水分大多为结合在土粒子表面的薄膜水、粒子间
ti max
Qi max Qi'
min
（4-49）
全部最大喷水时间tmax为：
节 与
tmax ti max min
（4-50）
控
制 2计021/算8/1出0 的最大喷水时间应不大于喷灌系统每日可能的工作小时数 16
（6）管网管道直径的选择 根据各轮灌区的单位时间喷
水量，可确定出管网内各管道内的计算流量，再选择合理
温 室
的集积水、团粒内的水和由于层序作用产生的停滞水，属于不可移动水
设 ，无法被植物利用；永久萎蔫点至开始出现生长障碍点之间的水分，为
施 环
毛管带或带水层水，虽然能为植物所利用，但较为困难；生长障碍点与
境 田间持水量之间的水为毛管水，是对植物生长最有益的部分；超过田间
调 节 与
持水量的水在重力作用下，极易流失，为流动损失水，也不能被植物利 用。
第四章 温室设施
第 四 章
环境调节与控制
温
室
设
施
环
境
调
节
与
控
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1
第六节 温室设施土壤环境的调节与控制
土壤的构成
土壤由固、气、液三相组成，温室土壤的性质与原耕作 土壤及温室设施建造时间的长短有关。
第
土壤环境调节就是要创造能给植物根系提供适宜温度、
四 一定的气体条件、足够水分与营养物质，并能支持固定好
（4）各区单位时间喷水量的确定 喷嘴的性能参数中有压力和喷水
量，在满足喷嘴压力的条件下，各轮灌区单位时间的喷水量为：
Qi'
Ni qi 1000
m3/min
（4-48）
第 四 章
式中
Ni qi
—— 第i轮灌区中的喷嘴数；
—— 每个喷嘴的喷水量，L/min。
温
室 设 施 环 境 调
（5）喷水时间的确定 首先确定各轮灌区最大的喷水时间timax ：
施 环
物根系密集，耗水率较高
境 调
，越往深层，耗水率越低
节
（图4-46）。
与
控
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脱水-总值的百分数
根区深度－ D 25% D 25% D 25% D 25% D
100
90
80
Cp(%)
70
40% 60
50
30%
40 20%
30
20Leabharlann 10%100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
耗水量的百分比。
与
控
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（三）灌水方法与灌水技术
温室设施内常用的灌水方法有以下几种：
1．地面灌溉
包括畦灌与沟灌两种，使水流在畦面或垄沟内形成连续水层
，借重力与毛管作用湿润土壤。此法简单，亦有利于冲洗过多
盐分，但费水、不便于精确控制水量。
2．微灌
微灌又包括喷灌和滴灌。使用微灌技术进行灌溉，具有节约
意
14 15
温 室
图
设
施
环
境
调
节
16
与
12
控 制 1.水20泵21/8/21.0逆止阀 3.水塔 4.热水加热器 5.水位调节器 6.水温调节器 7.主管 8.热水供水管 9.1热2 水回水管
10.液肥箱 11.土壤水分控制器 12.土壤水分张力计 13.支管 14.配水支管 15.分水器 16.散水管
1. 喷灌系统设计
（1）喷灌系统的布置 进行温室喷灌系统平面布置时，应
考虑到如下问题：
①水源（水井、水泵，有时还包括水塔）应尽量靠近喷灌
中心，以便缩短主管，减少压头损失；
第 四
②为了减少设备投资，对于一个温室群或大型连栋温室常
章
采用统一的喷灌系统，布置时分成区以便进行分区轮灌
温
室
；
设
施 ③配水支管常沿耕作栽培的方向布置，配水支管长度不能
温
室
：
设
施
H’＝Hn＋Σ(RL＋Z)＋Hl’
（4-53）
环
境 调
式中Hl’——最不利位置喷洒器与水塔处地面的高度差，m
节 与
。
控 制
对于滴灌系统，同样按上述程序进行设计。
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18
三、温室土壤施肥与养分调节
温室设施内施用的基肥和追肥量一般都远远高于露地。 对于具有自动喷、滴灌系统的温室，常将施肥与自动喷滴灌 结合进行。图4-49即是一种灌溉系统自动施肥装置。目前， 在国外自动施肥系统的应用已经非常广泛，施肥器受计算机 或小型控制器控制，以实现精确施肥，主要有泵注方式、文 丘里式、压差式、水驱动混合注入式等。
温
室
设
施
环
境
调
节
与
控
制 2021/8/10
7
（二）灌水定额与灌水时间的确定
一般蔬菜作物由于
蒸腾蒸发，土壤表层耗水
量较多，深层较少。根据
研究，根圈范围内不同深
度处，作物根系耗水率不
等。所谓耗水率是指某土
第
层在两次灌水时间间隔内
四
章
，实际耗水量占其整个根
温 室
区耗水量的百分比，以Cp
设
表示。一般，表层土壤作
取水泵、过滤器、灌溉泵、压力和流量监测设备
、压力保护装置、施肥设备和自动化控制设备）
第 、管网系统（包括各级主支管道，各种口径的管
四 章
道控制阀门，排污设备，田间枢纽、微管）和灌
温 水器（滴喷头）四部分。
室
设
施
环
境
调
节
与
控
制 2021/8/10
11
3
自
5
6
7
11
动
喷
灌
8
10
2
4
9
系
1
统
13
第示
四 章
对温室内通气不良的土壤进行调节和改良的措施：
结构性差的土壤：应采用适时耕作、合理增施腐熟有机肥等措
第 施，增加土壤团粒含量、改善土壤结构，进而达到增加土壤总孔隙度
四 章
和空气孔隙度、改善土壤通气性的目的。
温 室
易板结的土壤：应适时进行灌溉和中耕松土，破除地表结壳，
设 施
来提高土壤的通气性。
环
境 调
低洼湿地：则是要改善排水条件。还应将地膜覆盖面积控制在60%
第 四 章
温 室 设 施 环 境 调 节 与 控 制 2021/8/10
图4-49 灌溉系统自动施肥装置
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四、温室土壤消毒
温室设施内的土壤，由于温湿度较高，病原菌的发生及
繁殖较快，土壤消毒是控制病虫害，获得稳产、高产的重要
措施。播种或定植前，对温室土壤进行药剂消毒，可杀死土
壤中的病菌或虫卵，预防或减轻温室作物生长期的病虫危害
的管内流速，即可确定出各管道的直径。一般安装喷嘴的
配水支管直径为20～35mm，常见的为25mm。其他管道的
计算流速高于一般的配水管，以减少温室的占用面积。一
般主管和配水管内水的流速为 4.5～5.0m/s。
（7）水泵流量的确定 水泵流量可按下式计算：
（4-52）
第 四
Qp K (Qi' )max