第二章 设施光环境及其调控
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湖北省年太阳总辐射分布图 湖北省太阳能资源区划图
三联体光伏大棚侧立面图
光伏农业大棚项目单体(三联体棚)占地面积约2200m2 ，属于设 施农业示范项目。光伏高效种植大棚是利用太阳能光伏发电和 农业种植相结合，大棚内部设有植物补光灯、地源热泵、加温 和散热设备，实现农业种植的绿色、高产、高效。建筑结构为 框剪结构，结构设计使用年限为30年，建筑抗震设计类别为丙 类。屋顶太阳能组件方阵安装采用固定倾角安装形式，由于需 要保障屋顶的防水、保温，所以光伏组件采用插入式专用光伏 支架与屋面结合，缝隙处以橡胶条、密封胶填补。
我国全年太阳总辐射分布图
等级 最丰富带 很丰富带 较丰富带
一般
资源带号 I II III IV
年总辐射量（MJ/ m ） 年总辐射量（kWh/ m ）平均日辐射量（kWh/ m ）
≥6300
≥1750
≥4.8
5040-6300
1400-1750
3.8-4.8
3780-5040
1050-1400
2.9-3.8
——光照强度影响产品品质
• 根据作物对光照强度的要求可分为：
1. 阳生植物：光饱和点在6万-7万lx以上。
茄果类/瓜类的西瓜、甜瓜、番茄、茄子等均属此类。
2. 阴生植物：光饱和点在2.5-4万Lx。
-如菠菜、莴苣、茼蒿等绿叶菜类在光照充足时能良好 生长，但在较弱的光照下，生长快、品质柔嫩。
3. 中生植物：光饱和点在4-6万Lx之间。
东京地区直射光透过率的季节变化（藏田，1986）
下图表纬示度：越温大室影栋响向越对大直，射纬光度透越过低率影季响节越变小化。的我影国响北 方随地纬区度的的日不光同温而室变是化典型的单栋温室，采用东西栋向 有利于太阳光的聚集。
设施光环境控制
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光照对人体生物钟、内分 泌等生理功能有重要影响， 不合理的光环境可能对健 康产生负面影响。
光环境控制技术的发展历程
手动控制阶段
最初的光环境控制主要依靠人工 调节，如窗帘、百叶窗等。
自动控制阶段
随着科技的发展，出现了自动控 制设备，如调光器、智能照明系 统等，可以根据室内外光线变化
自动调节光照强度。
重要性
良好的光环境可以提高工作效率、保 护视力、减轻视觉疲劳，同时还有助 于调节人体生物钟，促进身心健康。
光环境对设施的影响
01
02
03
影响视觉舒适度
光照不足或过强都会影响 人眼的舒适度，导致视觉 疲劳和不适。
影响工作效率
适宜的光环境可以提高工 作效率，反之则会影响工 作效率和准确性。
影响人体健康
突出展示
利用灯光突出展示商品的特点和优势，提高商品的销售效果。
节能环保
采用智能控制的照明系统，根据商业活动的需要调节光照强度和颜 色。
公共空间光环境控制
提高安全性
合理的照明设计可以提高公共空间的安全性，如道路照明、广场 照明等。
引导人流
通过灯光引导人流，使人们更加便捷地到达目的地。
美化城市
利用灯光美化城市建筑和景观，提升城市的形象和品质。
04 设施光环境控制的应用场 景
办公空间光环境控制
调节光照强度
根据工作需要，调节办公区域的光照强度，提高 工作效率和舒适度。
避免眩光
通过合理布置灯具和调整光照角度，避免眩光对 眼睛造成不适。
节能环保
采用高效节能的照明设备，降低能耗，同时减少 对环境的影响。
商业空间光环境控制
第二章设施光环境控制
如黄瓜，甜椒，甘蓝类，白菜、萝卜等
（二）光周期的生物学效应
设施栽培光照时数不足往往称为限制因子，因为 在高寒地区尽管光照度能达到，但一天的光照时 间太短，不能满足要求，一些果菜类或观花的花 卉若不进行补光难以栽培成功。
—长光性植物
—短光性植物
—中光性植物
（三）光质的生物学效应
• 光质即光的组成，对植物的生长发育有一定的影 响，但对园艺产品品质影响较大。
二、影响设施光环境的因素
（一）室外光照条件：温室内的自然光
照来自室外太阳辐射，因此在光照强度、 光谱分布以及光照周期等方面，室内光照 环境首先是受室外光照条件的影响。
（二）覆盖材料 （三）直射光入射角 （四）屋面倾斜角 （五）温室的方位角 （六）植株垄（行）向 （七）温室结构、设备的遮光
1. 室外光照强度
光质对作物产生的生理效应
紫外光 290-390nm
不同材质具有不同的特性：EVA有特别优异的耐低温性；其次是PE，含 有30%增塑剂的PVC农膜在0°C时硬化，抗拉力及耐冲击性极差。EVA 及PVC农膜不适于高温炎热的夏天应用。PVC与PE初始透光率均可达到 90%，PVC随着时间的推移，影响透光，使透光率很快下降。而PE透光 率下降速度较为缓慢。
θ=90°-β-α
北坡屋面的入射角为：
θ=90°+β-α
当温室纵向轴线沿南北向配置时，屋面的入射角为：
θ=90°-α
（四）屋面倾斜角
由前面内容可知，当温室纵向轴线沿东西向配置时， 南北坡屋面的入射角都与太阳高度角和屋面坡度有关， 为了保证有合理的透光率，入射角应在40°以下：
因此，南坡屋面的倾角β应为： θ =90°- β -α ≤40
玻璃纤维聚酯板（FRP板） 碳酸树脂板PC阳光板
（二）光周期的生物学效应
设施栽培光照时数不足往往称为限制因子，因为 在高寒地区尽管光照度能达到，但一天的光照时 间太短，不能满足要求，一些果菜类或观花的花 卉若不进行补光难以栽培成功。
—长光性植物
—短光性植物
—中光性植物
（三）光质的生物学效应
• 光质即光的组成，对植物的生长发育有一定的影 响，但对园艺产品品质影响较大。
二、影响设施光环境的因素
（一）室外光照条件：温室内的自然光
照来自室外太阳辐射，因此在光照强度、 光谱分布以及光照周期等方面，室内光照 环境首先是受室外光照条件的影响。
（二）覆盖材料 （三）直射光入射角 （四）屋面倾斜角 （五）温室的方位角 （六）植株垄（行）向 （七）温室结构、设备的遮光
1. 室外光照强度
光质对作物产生的生理效应
紫外光 290-390nm
不同材质具有不同的特性：EVA有特别优异的耐低温性；其次是PE，含 有30%增塑剂的PVC农膜在0°C时硬化，抗拉力及耐冲击性极差。EVA 及PVC农膜不适于高温炎热的夏天应用。PVC与PE初始透光率均可达到 90%，PVC随着时间的推移，影响透光，使透光率很快下降。而PE透光 率下降速度较为缓慢。
θ=90°-β-α
北坡屋面的入射角为：
θ=90°+β-α
当温室纵向轴线沿南北向配置时，屋面的入射角为：
θ=90°-α
（四）屋面倾斜角
由前面内容可知，当温室纵向轴线沿东西向配置时， 南北坡屋面的入射角都与太阳高度角和屋面坡度有关， 为了保证有合理的透光率，入射角应在40°以下：
因此，南坡屋面的倾角β应为： θ =90°- β -α ≤40
玻璃纤维聚酯板（FRP板） 碳酸树脂板PC阳光板
第二章 设施光环境及其调节
透 过 率 射 角
入射光
透明材料
0
30
60
90
入射角(°)
透明覆盖材料的透光特性（直射光）
入射角为40°时透光率减少不到10％
（一）透明覆盖材料
1. 影响透明覆盖材料透光性的因素
（1）对不同波长 光的选择透性
400~700nm
光合有效辐射
①特定波段紫外线透过率低
透 光 性 要 求
第一节 设施光环境特征
光是温室、大棚等设施中的最主要
能量来源，也是影响作物光合作用的最 直接因素。因此，光的调节是设施环境
调节的重要组成部分。
一、太阳辐射的光谱能量分布
99%的能量集中在170-4000 nm.
紫外线（波长250-380 nm)占7%. 可见光（波长380-760nm)占47%. 红外光(波长 760-4000nm)占46%.
棚膜内表面添加防雾剂
（4）防尘性
粘性 静电
2. 不同透明覆盖材料的性能
（1）聚氯乙烯（PVC）和聚乙烯（PE）薄膜 生产工艺： PVC膜： PVC树脂+增塑剂，高温轧延而成
PE膜： 由低密度聚乙烯（LDPE）树脂或线型低密度聚乙
烯（LLDPE）树脂吹塑而成
特点与性能：
PVC
透 紫 光 性（光透过率%） 外： 小 大 小 弱（-500C） 大（1.32g· -2） cm 大 小 大 （中远红外－热）
温度变化而引起的收缩及散光性，
平板厚度0.8mm左右。
（1）玻璃纤维增强聚酯树脂板（FRP板)
0.7-0.8mm，使用寿命10年以上
（2）玻璃纤维增强聚丙烯树脂板（FRA板)
0.7-0.8mm，抗紫外线，使用寿命15年
设施光照环境及其调控
表 不同树脂原料的棚膜特性比较
棚膜原料 主要特性 密度 拉伸强度 断裂伸长率 透明性
聚乙烯 高压聚乙烯 0．923 良 良 良
应用早期 透光率 良
应用后期 透光率 中
保温性
良
耐低温性
良
耐穿刺性
良
低温抗冲击性 良
防尘性
良
线性聚乙烯 0．923 优 中 中
良
中 中 优 优 优 良
聚氯乙烯
1．275 优 良 良
120
100
80
60 钢 竹 露
40
架木地 结结对
20
构构照
0 光照强度(klx)
钢竹露 架木地 结结对 构构照
透光率(%)
透明覆盖材料对大棚透光率的影响
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。
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。
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。
第二节设施的环境特点及调节控制
设计布局 选择材料 栽培管理 遮光
设计 布局
合理间距
（二）设施光照环境的调节控制
1
设计布局 2
选择材料 栽培管理 遮光
（二）设施光照环境的调节控制
1
设计布局 2
选择材料 栽培管理 遮光
优质棚膜
（二）设施光照环境的调节控制
设计布局
1234567
薄更膜换清棚洁膜
选择材料
栽培管理
遮光
（二）设施光照环境的调节控制
光照度 光照时数 光质
123 日光温室光照分布
（一）设施光照环境特点
光照度
草苫
光照时数
光质
（一）设施光照环境特点
光照度 光照时数 光质
紫外线 减少
（二）设施光照环境的调节控制
设计布局 选择材料 栽培管理 遮光
前屋面
设计
布局
后屋面
后屋面仰角
前屋面采光角
设计合理的前屋面采光角和后屋面仰角
（二）设施光照环境的调节控制
遮光
改进后株行距
（二）设施光照环境的调节控制
1234567
设计布局 选光照环境的调节控制
1234567
设计布局
选择材料
栽培管理
遮光
人工补光
（二）设施光照环境的调节控制
设计布局 选择材料 栽培管理 遮光
遮阳网 无纺布
竹帘
二、温 度
（一）设施温度环境特点 （二）设施温度 环境的调节控制
第二节设施的环境特点 及调节控制
2020年7月10日星期五
一、光 照
（一）设施光照环境特点
（二）设施光照 环境的调节控制
（一）设施光照环境特点
上午 下午
《设施光环境控制》课件
2
工业生产
设施光环境控制技术在光伏发电和LED照明中应用，可以提高能源利用效率，促 进绿色经济发展。
设施光环境控制的未来发展
智能化控制
设施光环境控制技术将会 更加智能化，能够实时监 测和调节环境参数，提控制技术需要 更加注重可持续发展，减 少能源和资源的消耗，保 护环境。
设施光环境控制
# 设施光环境控制 掌握环境控制技术，打造最佳作物生长环境。
什么是设施光环境控制
设施光环境控制是一种通过调节光照、温度、湿度、CO2等环境参数来创造适 宜作物生长条件的技术。它对于提高农业和工业生产效率具有重要意义。
设施光环境控制的成分
光源控制
通过调节光的强度、光的周期和光的谱成分来控制环境，提高作物产量和质量。
生态环境保护
设施光环境控制技术也需 要更加注重生态环境保护， 保护生态系统和生物多样 性。
结语
总结回顾
设施光环境控制技术是 提高农业和工业生产效 率的重要手段。
展望未来
设施光环境控制技术的 智能化和可持续发展是 未来发展的方向。
感谢观看
感谢您的观看，希望此 PPT对您有所帮助。
环境控制
通过调节温度、湿度、CO2、氧气等环境参数来创造适宜的作物生长环境。
设施光环境控制的技术手段
光源技术
LED光源可以根据作物生长需要调节光的强度 和周期。
环境控制技术
通过温室技术、通风技术和水肥一体化技术来 创造适宜作物生长环境。
设施光环境控制的应用
1
农业生产
设施光环境控制技术在蔬菜、水果、花卉种植中广泛应用，可以改善生长环境， 提高产量和质量。
设施的环境特点及调节控制概述(ppt28张)
改善土壤的气体环境
施入大量的有机肥，合理灌水防板结。
土壤消毒，改善生物环境 改进栽培措施，防止土壤次生盐渍化
合理施肥 洗 盐 地面覆盖 生物除盐 土壤耕作
五、气
体
（一）设施气体环境特点
（二）设施气体 环境的调节控制
（一）设施气体环境特点
有害气体
CO2
（二）设施气体环境的调节控制
夜间垂 直温度 变化
高 低
白天垂 直温度 变化 夜间水平 温度变化 白天水平 温度变化
24（时）
气
相关因素
日变化 空间分布
温
微风
温度低于外界
逆温现象
地温变化
水平温度分布 晴天的白天，在温室内南北方向上，中部地 温最高，向南向北均递减；夜间后屋面下地温最 高，向南递减。东西方向上差异不大。塑料大棚 的地温，中部均高于四周。 垂直分布
• • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
1、想要体面生活，又觉得打拼辛苦；想要健康身体，又无法坚持运动。人最失败的，莫过于对自己不负责任，连答应自己的事都办不到，又何必抱怨这个世界都和你作对？人生的道理很简单，你想要什么，就去付出足够的努力。 2、时间是最公平的，活一天就拥有24小时，差别只是珍惜。你若不相信努力和时光，时光一定第一个辜负你。有梦想就立刻行动，因为现在过的每一天，都是余生中最年轻的一天。 3、无论正在经历什么，都请不要轻言放弃，因为从来没有一种坚持会被辜负。谁的人生不是荆棘前行，生活从来不会一蹴而就，也不会永远安稳，只要努力，就能做独一无二平凡可贵的自己。 4、努力本就是年轻人应有的状态，是件充实且美好的事，可一旦有了表演的成分，就会显得廉价，努力，不该是为了朋友圈多获得几个赞，不该是每次长篇赘述后的自我感动，它是一件平凡而自然而然的事，最佳的努力不过是：但行好事，莫问前程。愿努力，成就更好的你！ 5、付出努力却没能实现的梦想，爱了很久却没能在一起的人，活得用力却平淡寂寞的青春，遗憾是每一次小的挫折，它磨去最初柔软的心智、让我们懂得累积时间的力量；那些孤独沉寂的时光，让我们学会守候内心的平和与坚定。那些脆弱的不完美，都会在努力和坚持下，改变模样。 6、人生中总会有一段艰难的路，需要自己独自走完，没人帮助，没人陪伴，不必畏惧，昂头走过去就是了，经历所有的挫折与磨难，你会发现，自己远比想象中要强大得多。多走弯路，才会找到捷径，经历也是人生，修炼一颗强大的内心，做更好的自己！ 7、“一定要成功”这种内在的推动力是我们生命中最神奇最有趣的东西。一个人要做成大事，绝不能缺少这种力量，因为这种力量能够驱动人不停地提高自己的能力。一个人只有先在心里肯定自己，相信自己，才能成就自己！ 8、人生的旅途中，最清晰的脚印，往往印在最泥泞的路上，所以，别畏惧暂时的困顿，即使无人鼓掌，也要全情投入，优雅坚持。真正改变命运的，并不是等来的机遇，而是我们的态度。 9、这世上没有所谓的天才，也没有不劳而获的回报，你所看到的每个光鲜人物，其背后都付出了令人震惊的努力。请相信，你的潜力还远远没有爆发出来，不要给自己的人生设限，你自以为的极限，只是别人的起点。写给渴望突破瓶颈、实现快速跨越的你。 10、生活中，有人给予帮助，那是幸运，没人给予帮助，那是命运。我们要学会在幸运青睐自己的时候学会感恩，在命运磨练自己的时候学会坚韧。这既是对自己的尊重，也是对自己的负责。 11、失败不可怕，可怕的是从来没有努力过，还怡然自得地安慰自己，连一点点的懊悔都被麻木所掩盖下去。不能怕，没什么比自己背叛自己更可怕。 12、跌倒了，一定要爬起来。不爬起来，别人会看不起你，你自己也会失去机会。在人前微笑，在人后落泪，可这是每个人都要学会的成长。 13、要相信，这个世界上永远能够依靠的只有你自己。所以，管别人怎么看，坚持自己的坚持，直到坚持不下去为止。 14、也许你想要的未来在别人眼里不值一提，也许你已经很努力了可还是有人不满意，也许你的理想离你的距离从来没有拉近过......但请你继续向前走，因为别人看不到你的努力，你却始终看得见自己。 15、所有的辉煌和伟大，一定伴随着挫折和跌倒；所有的风光背后，一定都是一串串揉和着泪水和汗水的脚印。 16、成功的反义词不是失败，而是从未行动。有一天你总会明白，遗憾比失败更让你难以面对。 17、没有一件事情可以一下子把你打垮，也不会有一件事情可以让你一步登天，慢慢走，慢慢看，生命是一个慢慢累积的过程。 18、努力也许不等于成功，可是那段追逐梦想的努力，会让你找到一个更好的自己，一个沉默努力充实安静的自己。 19、你相信梦想，梦想才会相信你。有一种落差是，你配不上自己的野心，也辜负了所受的苦难。 20、生活不会按你想要的方式进行，它会给你一段时间，让你孤独、迷茫又沉默忧郁。但如果靠这段时间跟自己独处，多看一本书，去做可以做的事，放下过去的人，等你度过低潮，那些独处的时光必定能照亮你的路，也是这些不堪陪你成熟。所以，现在没那么糟，看似生活对你的亏欠，其 实都是祝愿。
设施环境的特点及调控
2、人工补光 有调节花期的日长补光和栽培补光。 日长补光主要为调节花期（如草莓，一般只要求几十lx 的光照强度。 栽培补光要求2000~3000lx以上。 有两类补光灯，一类是发生完全的连续光谱的灯光如白 炽灯何弧光灯，红橙光占59.4%，紫光少，利于增温， 易徒长。另一类是发生间断直线光谱的如光灯和高压气 体发光灯，蓝紫光占16.1%，红橙光占44.6%，升温差， 但不易徒长。亮灯一起用好。
第二节 温度
一、设施内温度条件的特点 （一）设施内温度的形成 覆盖材料封闭气流和阻止长波辐射，形成“温室效 应”。 （二）设施内热量支出途径 1、贯流放热 通过覆盖物及墙体、屋面等放热 2、缝隙放热 通过通风口、门窗等对流放热。 3、地中传热 通过纵向和横向向四周传热
（三）设施内温度的变化特征 1、气温的日变化规律 与太阳辐射同步。最高温13~14时，最低 温在日出前或覆盖物揭起前。 设施越大，温度变化越缓慢，日较差越小。 2、气温的季节变化 与外界一致。冬季设施内月平均温约15℃， 应根据温度条件栽植作物。
二、设施内温度的调控
（一）保温 保持墙体的厚度和干燥 加厚屋顶，保持屋顶干燥 设置防寒沟 保证草毡的厚度、覆盖质量和覆盖时间 多层覆盖 减少缝隙放热 设施四周设置风障 多风地区
（二）增温
1、增加白天透光量 2、提高地温 高温烤地 上午28 ℃时放风，中午保持32 ℃,下 午28 ℃时关闭风口。 高垄栽培 科学浇水 晴天午前浇小水、温水，膜下浇水，浇 水后闷棚，等气温回升后再通风。 地面喷增温剂 可提高地温2~4℃ 增施有机肥
3、设施结构对透光率的影响 屋面角 当入射角在0~40°内，透光率变化不大，大 于60 °时透光率急剧减小。 设施类型 单栋竹木棚为61.4%，单栋钢管71.6%， 单栋塑料71.7%，连栋钢结构55.2%。 双层覆 盖为单层覆盖的50%。 设施方位 单屋面温室，坐北朝南透光好 单栋大棚，东西延长比南北延长高 5~20%。南北延长温室透光均匀。 相邻温室或塑料棚的间距 以冬季不遮光为度
园艺设施光环境及调控
光环境的综合作用
光环境对植物生长的影响是多方面的，包括光合作用、植物形态建成、 色素形成等。
光环境对植物的生理生化过程也有重要影响，例如影响植物激素的合成 和代谢等。
光环境与温度、湿度等环境因素相互作用，共同影响植物的生长和发育。 因此，在园艺设施中需要综合考虑各种环境因素，进行综合调控。
03
光环境对园艺植物的影响
02
园艺设施光环境的构成
自然光
自然光是园艺设施中最重要的光源，它能够提供植物所需的光合作用能量，促进植 物生长和发育。
自然光的强度和光谱成分会随着季节和地理位置的变化而有所不同，因此需要根据 实际情况进行适当调控。
自然光的利用可以通过合理的设计和布局来实现，例如采用透明覆盖材料、反射板 等手段，提高园艺设施内的光照水平。
蓝光与紫外光的调控
光质的调节设备
蓝光和紫外光对植物的形态建成和生理过 程具有重要作用，合理调控蓝光和紫外光 的比例，可提高植物的抗性和品质。
采用ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ效的光质调节设备，如LED灯具等， 可实现精确的光质调控，以满足不同植物 生长的需求。
05
光环境调控的实际应用
温室园艺中的光环境调控
温室园艺是园艺生产的重要方式 之一，光环境调控对于温室园艺
的产量和品质具有重要影响。
通过调整温室内的光照强度、光 质和光周期等参数，可以促进植 物的光合作用、生长和发育，提
高产量和品质。
光环境调控的具体措施包括使用 LED灯、遮阳网、反光膜等设备 和技术，以达到最佳的光照效果。
植物工厂中的光环境调控
植物工厂是一种高度洁净的生产 环境，通过人工光照和环境控制 技术实现植物的全年连续生产。
光质调控的精细化
深入研究不同光质对植物生长的影响，实现 光质的精细化调控，提高植物生长质量。
设施农业环境工程学-考点总结
第一章绪言设施农业环境工程学：是在充分掌握农业生物生长发育与各环境因素相作用的基础上，研究如何采用经济和有效的环境调控工程技术与设备，创造优于自然界的、更加适于农业生物生长发育和产品转化的环境条件，提高农业产品生产效率的一门学科。
环境：指围绕着生物体周围的所有事物。
设施农业环境工程学所关注的环境因素：温度、湿度、光照、热辐射、空气、土壤和水的运动状态等。
影响和决定农业生物的生长发育、产品产量和品质的各种因素可以概括为遗传和环境两个方面。
设施农业环境工程内容：1.温室内光、热、水、气、土五大因素的基本特征与变化规律。
2.温室内五大因素与作物生态发育的关系。
3.温室环境因子进行调控的设备与技术。
4.环境自动监测与控制系统。
5.能源开发与利用。
设施农业环境工程在农业生产中的作用：1.打破季节限制，实现动植物周年生产2.采用标准化管理，实现高产、优质、高效生产3.节约能源与光源，提高农业生产产值存在的问题：1.数量较大，质量较差2.设施种类齐全，内部功能较差3.种植种类较多，栽培技术不规范发展趋势：1.开发新型温室结构，制定设施标准体系2.开发设施内环境控制技术与设备3.开发与应用设施生产机械作业技术4.培养设施农业管理的专门人才5.研究与开发植物工厂化生产技术体系。
第二章设施光环境及其调控第一节辐射：物体以电磁波方式向外传递能量的过程。
被传递的能量称为辐射能。
太阳光波长的单位通常用纳米（nm）表示,1nm=10-9m。
狭义的太阳光是指可见光，波长在380~760nm之间，广义的太阳光应包含所有的辐射。
波长250~380nm的辐射称为紫外光、380~760nm的辐射称为可见光，760nm以上的辐射光称为红外光，4000nm以上的辐射被称为长波辐射。
一、太阳辐射的光谱能量分布（课本P9）二、太阳辐射强度以电磁波形式发射、传播或接受的能量称为辐射能（Qe）单位焦耳（J）。
单位时间内发射、传播或吸收的辐射能称为辐射功率又称辐射通量（Φe）单位瓦（W）。
设施农业环境工程学考点总结
设施农业环境⼯程学考点总结第⼀章绪⾔设施农业环境⼯程学：是在充分掌握农业⽣物⽣长发育与各环境因素相作⽤的基础上，研究如何采⽤经济和有效的环境调控⼯程技术与设备，创造优于⾃然界的、更加适于农业⽣物⽣长发育和产品转化的环境条件，提⾼农业产品⽣产效率的⼀门学科。
环境：指围绕着⽣物体周围的所有事物。
设施农业环境⼯程学所关注的环境因素：温度、湿度、光照、热辐射、空⽓、⼟壤和⽔的运动状态等。
影响和决定农业⽣物的⽣长发育、产品产量和品质的各种因素可以概括为遗传和环境两个⽅⾯。
设施农业环境⼯程内容：1.温室内光、热、⽔、⽓、⼟五⼤因素的基本特征与变化规律。
2.温室内五⼤因素与作物⽣态发育的关系。
3.温室环境因⼦进⾏调控的设备与技术。
4.环境⾃动监测与控制系统。
5.能源开发与利⽤。
设施农业环境⼯程在农业⽣产中的作⽤：1.打破季节限制，实现动植物周年⽣产2.采⽤标准化管理，实现⾼产、优质、⾼效⽣产3.节约能源与光源，提⾼农业⽣产产值存在的问题：1.数量较⼤，质量较差2.设施种类齐全，内部功能较差3.种植种类较多，栽培技术不规范发展趋势：1.开发新型温室结构，制定设施标准体系2.开发设施内环境控制技术与设备3.开发与应⽤设施⽣产机械作业技术4.培养设施农业管理的专门⼈才5.研究与开发植物⼯⼚化⽣产技术体系。
第⼆章设施光环境及其调控第⼀节辐射：物体以电磁波⽅式向外传递能量的过程。
被传递的能量称为辐射能。
太阳光波长的单位通常⽤纳⽶（nm）表⽰,1nm=10-9m。
狭义的太阳光是指可见光，波长在380~760nm之间，⼴义的太阳光应包含所有的辐射。
波长250~380nm的辐射称为紫外光、380~760nm的辐射称为可见光，760nm以上的辐射光称为红外光，4000nm以上的辐射被称为长波辐射。
⼀、太阳辐射的光谱能量分布（课本P9）⼆、太阳辐射强度以电磁波形式发射、传播或接受的能量称为辐射能（Qe）单位焦⽿（J）。
单位时间内发射、传播或吸收的辐射能称为辐射功率⼜称辐射通量（Φe）单位⽡（W）。
设施光环境与其调控要求
2020/11/25
7
2500 辐射能（W/m2.mm）
6000K黑体辐射
2000
大气层外缘
1500
地面
1000
500
植物光合有效辐射(生理辐射)
300～780nm —— 对植物生理 产生作用的光辐 射波长范围
400～720nm —— 产生植物光 合作用的光辐射 波长范围，一般 在 400 ～ 700nm 的 范围计量
mmol/m2.s
16.8 (16)
对应的太阳 总辐射照度
W/m2
10
k lx数 ×4 ≈ W/m2 W/m2 ×4 ≈ mmol/m2.s
2020/11/25
15
3.光照强度与植物光合作用
光照对植物的作用： ▪ 植物产物形成和生理活动的光合作用能量源 ▪ 影响生长发育过程和形态形成的信息源
光合作用产生的物质正好抵偿 呼吸作用的消耗，植物吸收的 CO2 与 放 出 的 CO2 相 等 ， 这 时 的 光强量值称为光补偿点。
• P730占优势时，可促进长日照植物、抑制短日照植物的生长发育。
• P660对660nm波长的红光吸收敏感，经一定时间的光照或660nm的光
照射，R660可转变为P730；
• P730对730nm的远红光吸收敏感。 P730经一定的暗期或730nm的辐射
照射，可转变为R660。
连续明期
660nm光照
14
各种光照度量单位的相互关系
光照度、辐射照度、光量子流密度等与光谱确定的光谱能量分布情况下，才有明确的相关关系。
一般天气自然（太阳）光照情况下几种光照度量单位的近似换算关系
光照度 1 klx ≈
光合有效 辐射照度
W/m2
教学课件第二节设施的环境特点及调节控制
病菌虫卵多
聚积各种成分
（二）设施土壤环境调节控制
改善土壤的气体环境
施入大量的有机肥，合理灌水防板结。
土壤消毒，改善生物环境 改进栽培措施，防止土壤次生盐渍化
合理施肥 洗 盐 地面覆盖 生物除盐 土壤耕作
五、气 体
（一）设施气体环境特点 （二）设施气体 环境的调节控制
（一）设施气体环境特点
有害气体
夹心墙 苯板
防寒土
（二）设施温度环境的调节控制
保温措施 降温措施
放风筒
筒状通风
逐渐加大通风量 反复多次进行 早晨揭苫后不宜立 即放风排湿 低温季节不放底风
带状通风
底脚通风
三、湿 度
（一）设施湿 度环境特点 （二）设施湿度 环境的调节控制
（一）设施湿度环境特点
1.空气相对湿度较高，且随着湿度的升高而 降低。
2.土壤湿度较高且 存在着局部湿差。
蒸腾
蒸发
水分
（二）设施湿度环境的调节控制
除湿 加湿
通风 加温
（二）设施湿度环境的调节控制
除湿 加湿
减少通风、扣小拱棚
灌水加湿
四、土 壤
（一）设施土 壤环境特点
（二）设施土 壤环境的调节 控制
（一）设施土壤环境特点
气体条件
营养条件
CO2 浓度高
土壤板结
生物条件
夜间水平 温度变化
6
12
高
低 18
日光温室气气温温日在变空化间走上势的分布
白天水平 温度变化
24（时）
相关因素 日变化 空间分布 逆温现象
气温
温度低于外界
微风
地温变化 热岛效应
❖水平温度分布
晴天的白天，在温室内南北方向上，中部地 温最高，向南向北均递减；夜间后屋面下地温最 高，向南递减。东西方向上差异不大。塑料大棚 的地温，中部均高于四周。
设施环境的特点及调控
二、设施内温度的调控措施
（一）保温 （二）增温 （三）降温
㈠ 保 温(P83中的归类)
1、减少贯流放热 （1）保持墙体的厚度和墙体的干燥
（2）加厚屋顶、保持屋顶干燥 （4）保证草苫厚度、覆盖质量及覆盖时间 （5）采用多层覆盖 （7）设施四周设置风障
2、减少缝隙放热(6) 设施密封、及时补膜、通风口 处理、作业间设置等。
3、减少地中传热(3) 设置防守防寒沟。
1、减少贯流放热
最有效的办法是多层覆盖。 室外覆盖草苫、纸被或保温被
二层固定覆盖 （双层充气膜）
室内活动保温幕（活动天幕）
室内扣小拱棚
加强防风措施
使用保温性能好的材料作墙体和后坡的 材料，并尽量加厚。
2. 减少换气放热
尽可能减少园艺设施缝隙； 及时修补破损的棚膜； 在门外建造缓冲间，并随手关严房门。
单元二 温度
一、园艺设施内温度条件的特点
（一）设施内温度的形成 （二）设施内热量支出途径 （三）设施内温度的变化特征 二、设施内温度条件的调控措施 （一）保温 （二）增温 （三）降温
一、园艺设施内温度条件的特点
（一）设施内温度的形成
（回顾：塑料大棚的增温原理）
在不加温情况下，设施内热量的来源主要是 太阳辐射。
空间
南北方向：南强北弱
东西方向：中部强东西部弱 垂直方向：由上向下逐渐减弱
时间
中午强早晚弱
一、设施内光照条件的特点
3、光照时数：设施类型的不同有异
大棚和连栋温室：与露地基本相同。
设施类型
单坡面日光温室：短于室外 其他均存在光照时数不足的问题
一年内露地日照时间变化情况
一、设施内光照条件的特点
4、光质：不同覆盖材料的透光率不同。
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特点：充有水银蒸气和少量氮气；红 色光谱成分少
改 良
高压水银荧光灯：特点、优势
金属卤化物灯和氙灯
特点：光效高，光色好，寿命长，输 出功率大
高压汞灯 发展
金属卤化物灯
氙灯：成本高，发热量大，光效不高。
新光源
1、微波灯
强度大，光谱能量分布于太阳辐射相近，光合有效辐射 高，辐射强度连续可控，寿命长。
三、设施光环境特点
（一）、关照强度 比自然光弱（覆盖材料吸收、反射、结露、老化） （二）、关照时数 1、塑料大棚、连栋温室全面透光，无覆盖，与露地
基本相同 2、单屋面的比露地短（日光温室） 3、冬季为了保暖，有覆盖的，也较短 （三）、光质 室内光谱的组成与自然光不同，与透明覆盖材料有关
第二章 设施光环境及其调控
第一节
第二章 设施光环境及其调控
设施光环境特征
辐射：任何物体只要它的温度不低于绝对零度，就会以电磁波方式向 外传递能量，这一过程称为辐射。被传递的能量被称为辐射能。 广义的太阳光包含所有的辐射。
一、太阳辐射的光谱能量分布
1、太阳对地球的总辐射能=直射辐射能+散射辐射能
3、光质 发育影响 花色影响 花种萌发
第二节 园艺作物对光环境的要求
一、果树作物对光环境的要求
1、光照度 喜光 中性 耐阴
2、光照时数
不同生长时期 需求不一，暗 期长度需连续
3、光质 光合影响 产量影响 品质影响
第三节 设施光环境的调节
一、光量调节
光照度 新光源
性能和 选择
人工补 光
高压水银 灯
三、设施光环境特点
（四）、关分布
分布不均匀： ①单层面温室后屋面及东、西、北三面有墙，不透光，
还有遮阴 ②朝南的透明屋面下，光照优于北部
四、影响设施光环境的因素
温室内的光照强度I = 温室的平均透光率ι * 温室光 照强度I0 I = I0 * ι
{ 温室的透光率ι 直射透光率ιZ ι =散M射*ιZ透+（光1率-MιS）* ιS ιS取决于覆盖材料的种类、温室的结构形式以及覆盖
四、影响设施光环境的因素
（二）、直射光入射角 （三）、屋面倾斜角 （四）、温室的方位角 （五）、植株垄（行）向 （六）、温室光环境季节的变化
第二节 园艺作物对光环境的要求
植物对光环境的要求主要包括以下几个方面： 1、光照度 2、日照时数 3、光质
蔬菜、花卉、果树
（一）、辐射密度（辐射照度、辐射强度，I ，
W/m2） 定义：单位时间内到达或通过单位面积的辐射能
辐射密度 = 投射到某表面上的辐射功率 Фe /
该表面面积 A
I = Фe / A
辐射能：以电磁波形式发射、传播或接收的能量， 以符号Qe，单位为焦耳（J）。
辐射功率（辐射通量）：单位时间内发射、传播或 吸收的辐射能，以符号Фe 表示，单位为瓦（W）。 Фe=d Qe/dt (W)
人工光照的计算
逐点计算法、查表法
利用手册上或者国家的一些标准上 的数据查阅确定
第三节 设施光环境的调节
二、光质调节
不同光源
覆盖材料
第三节 设施光环境的调节
二、日长调节
遮光
补光
2、晴天地球水平表面所获得的太阳辐射照度（I）与一年内的日期以
及当时的太阳高度角α有关，其计算公式为： I=（C+sin α ）Ae-B/sin α（W/m2）
式中A、B、C为常数，与所处的一年中的日期有关，可按照表2-1查询， α为太阳高度角，取决于当地的纬度和所处的日期和时刻。
二、太阳辐射强度
金属卤 化物和
氙灯
人பைடு நூலகம்补光的光照度
1、考虑经济效益 2、光照度高时，光合作用强，但光能利用率低， 光照度适中时，光合作用有所降低，但光能 利用率较高
人工光源的性能和选择
1、对人工光源的性能要 求
光谱性能 发光效率 2、常用的温室人工光源
白炽灯 荧光灯
高压水银灯
根据几何关系: δω= δA`/r2
④
δA`= δA * cosθ
⑤
将④⑤代入③得：E=Ee* cosθ/r2 (lx)
由多点光源产生的光照度等于每一光源 分别产生照度的总和。
人工光照的计算
逐点计算法、查表法
关于μ、k 反射影响较大时，附加照度系数μ进行校正。 由于光源老化，灯具污垢等造成的光损失， 用维护系数k校正。k=k1k2k3
材料的污损情况，也与温室的方位、季节及时间等有 关。
四、影响设施光环境的因素
ιS取决于覆盖材料的种类、温室的结构形式以及覆盖 材料的污损情况，也与温室的方位、季节及时间等有 关。 ιS= ιS0*（1-r1）*（1-r2）*（1-r3）
ιS0是指清洁的覆盖材料对散射光的透光率（表2-3） r1是由温室构架和设备等引起的遮阳损失系数 r2是因覆盖材料老化而引起的透光率损失系数 R3是水滴和尘埃引起的透光损失系数
二、太阳辐射强度
（二）、辐射照度 每平方米面积通过一流明（lm）的光通量时，照度为1勒克斯
（lx）。
（三）、光量子密度 单位时间内到达或通过单位面积的光量子数 mol/(m2.s）。
（四）、光量子密度、光照度和光量子密度的关系 光量子密度和辐射强度不具有完全的正比例关系； 光照度和光量子密度之间也不具有完全的正比例关系。 （换算是根据各光源而定）
第二节 园艺作物对光环境的要求
一、蔬菜作物对光环境的要求
1、光照度 阳性蔬菜 阴性蔬菜 中性蔬菜
2、光照时数 长日照蔬菜 短日照蔬菜 日中性蔬菜
3、光质 产量低 品质劣 需补光
第二节 园艺作物对光环境的要求
一、花卉作物对光环境的要求
1、光照度 阳性花卉 阴性花卉 中性花卉
2、光照时数 长日照花卉 短日照花卉 中日性花卉
2、发光二极管
光谱单纯，冷光源，发热少不伤植物；抗机械冲击，寿 命长；除红光外价格高
人工光照的计算
逐点计算法、查表法
某点的光照强度：E=δφ/δA
光源的发光强度：Ee=δω/δA
(lx) ①
(cd) ②
联立①②消去δφ得：E=Ee= δω/δA (lx) ③
人工光照的计算
逐点计算法、查表法
改 良
高压水银荧光灯：特点、优势
金属卤化物灯和氙灯
特点：光效高，光色好，寿命长，输 出功率大
高压汞灯 发展
金属卤化物灯
氙灯：成本高，发热量大，光效不高。
新光源
1、微波灯
强度大，光谱能量分布于太阳辐射相近，光合有效辐射 高，辐射强度连续可控，寿命长。
三、设施光环境特点
（一）、关照强度 比自然光弱（覆盖材料吸收、反射、结露、老化） （二）、关照时数 1、塑料大棚、连栋温室全面透光，无覆盖，与露地
基本相同 2、单屋面的比露地短（日光温室） 3、冬季为了保暖，有覆盖的，也较短 （三）、光质 室内光谱的组成与自然光不同，与透明覆盖材料有关
第二章 设施光环境及其调控
第一节
第二章 设施光环境及其调控
设施光环境特征
辐射：任何物体只要它的温度不低于绝对零度，就会以电磁波方式向 外传递能量，这一过程称为辐射。被传递的能量被称为辐射能。 广义的太阳光包含所有的辐射。
一、太阳辐射的光谱能量分布
1、太阳对地球的总辐射能=直射辐射能+散射辐射能
3、光质 发育影响 花色影响 花种萌发
第二节 园艺作物对光环境的要求
一、果树作物对光环境的要求
1、光照度 喜光 中性 耐阴
2、光照时数
不同生长时期 需求不一，暗 期长度需连续
3、光质 光合影响 产量影响 品质影响
第三节 设施光环境的调节
一、光量调节
光照度 新光源
性能和 选择
人工补 光
高压水银 灯
三、设施光环境特点
（四）、关分布
分布不均匀： ①单层面温室后屋面及东、西、北三面有墙，不透光，
还有遮阴 ②朝南的透明屋面下，光照优于北部
四、影响设施光环境的因素
温室内的光照强度I = 温室的平均透光率ι * 温室光 照强度I0 I = I0 * ι
{ 温室的透光率ι 直射透光率ιZ ι =散M射*ιZ透+（光1率-MιS）* ιS ιS取决于覆盖材料的种类、温室的结构形式以及覆盖
四、影响设施光环境的因素
（二）、直射光入射角 （三）、屋面倾斜角 （四）、温室的方位角 （五）、植株垄（行）向 （六）、温室光环境季节的变化
第二节 园艺作物对光环境的要求
植物对光环境的要求主要包括以下几个方面： 1、光照度 2、日照时数 3、光质
蔬菜、花卉、果树
（一）、辐射密度（辐射照度、辐射强度，I ，
W/m2） 定义：单位时间内到达或通过单位面积的辐射能
辐射密度 = 投射到某表面上的辐射功率 Фe /
该表面面积 A
I = Фe / A
辐射能：以电磁波形式发射、传播或接收的能量， 以符号Qe，单位为焦耳（J）。
辐射功率（辐射通量）：单位时间内发射、传播或 吸收的辐射能，以符号Фe 表示，单位为瓦（W）。 Фe=d Qe/dt (W)
人工光照的计算
逐点计算法、查表法
利用手册上或者国家的一些标准上 的数据查阅确定
第三节 设施光环境的调节
二、光质调节
不同光源
覆盖材料
第三节 设施光环境的调节
二、日长调节
遮光
补光
2、晴天地球水平表面所获得的太阳辐射照度（I）与一年内的日期以
及当时的太阳高度角α有关，其计算公式为： I=（C+sin α ）Ae-B/sin α（W/m2）
式中A、B、C为常数，与所处的一年中的日期有关，可按照表2-1查询， α为太阳高度角，取决于当地的纬度和所处的日期和时刻。
二、太阳辐射强度
金属卤 化物和
氙灯
人பைடு நூலகம்补光的光照度
1、考虑经济效益 2、光照度高时，光合作用强，但光能利用率低， 光照度适中时，光合作用有所降低，但光能 利用率较高
人工光源的性能和选择
1、对人工光源的性能要 求
光谱性能 发光效率 2、常用的温室人工光源
白炽灯 荧光灯
高压水银灯
根据几何关系: δω= δA`/r2
④
δA`= δA * cosθ
⑤
将④⑤代入③得：E=Ee* cosθ/r2 (lx)
由多点光源产生的光照度等于每一光源 分别产生照度的总和。
人工光照的计算
逐点计算法、查表法
关于μ、k 反射影响较大时，附加照度系数μ进行校正。 由于光源老化，灯具污垢等造成的光损失， 用维护系数k校正。k=k1k2k3
材料的污损情况，也与温室的方位、季节及时间等有 关。
四、影响设施光环境的因素
ιS取决于覆盖材料的种类、温室的结构形式以及覆盖 材料的污损情况，也与温室的方位、季节及时间等有 关。 ιS= ιS0*（1-r1）*（1-r2）*（1-r3）
ιS0是指清洁的覆盖材料对散射光的透光率（表2-3） r1是由温室构架和设备等引起的遮阳损失系数 r2是因覆盖材料老化而引起的透光率损失系数 R3是水滴和尘埃引起的透光损失系数
二、太阳辐射强度
（二）、辐射照度 每平方米面积通过一流明（lm）的光通量时，照度为1勒克斯
（lx）。
（三）、光量子密度 单位时间内到达或通过单位面积的光量子数 mol/(m2.s）。
（四）、光量子密度、光照度和光量子密度的关系 光量子密度和辐射强度不具有完全的正比例关系； 光照度和光量子密度之间也不具有完全的正比例关系。 （换算是根据各光源而定）
第二节 园艺作物对光环境的要求
一、蔬菜作物对光环境的要求
1、光照度 阳性蔬菜 阴性蔬菜 中性蔬菜
2、光照时数 长日照蔬菜 短日照蔬菜 日中性蔬菜
3、光质 产量低 品质劣 需补光
第二节 园艺作物对光环境的要求
一、花卉作物对光环境的要求
1、光照度 阳性花卉 阴性花卉 中性花卉
2、光照时数 长日照花卉 短日照花卉 中日性花卉
2、发光二极管
光谱单纯，冷光源，发热少不伤植物；抗机械冲击，寿 命长；除红光外价格高
人工光照的计算
逐点计算法、查表法
某点的光照强度：E=δφ/δA
光源的发光强度：Ee=δω/δA
(lx) ①
(cd) ②
联立①②消去δφ得：E=Ee= δω/δA (lx) ③
人工光照的计算
逐点计算法、查表法