设施环境调控技术

设施环境调控技术

摘要在设施环境栽培中,温度、光照、水分、气体和土壤起到非常重要的作用。分别论述了温度、光照、水分、气体、土壤等环境调控技术,以期在作物的不同生长阶段、时段,科学调控每个环境因子的参数指标,达到设施栽培的高产、高效、高创收的目标。

关键词设施环境调控;温度;光照;水分;气体;土壤

设施园艺实现了可调控内部环境因子量值、改善内部作物生长环境的小型人造“温室效应”,打破地域、气候、环境差异,创造作物正常生长的环境载体。通过配套设备或设施分别调控与控制各个环境因子(温度、光照、水分、气体、土壤、生物)的量值幅度与状态,给作物提供最佳的适宜生存环境,以达到市场供求及个别需求,实现经济收益。

1温度环境调控

温度是影响作物生存和生长发育的主要环境因子之一。作物从萌芽到成熟的各个生长发育阶段,体内一切生理生化过程,都有一定的“三基点”温度要求。根据作物对温度的不同要求,分为耐寒性、半耐寒性、不耐寒性等3类作为温度管理的主要依据。在设施栽培中,目前主要推广的是棚室四段变温管理,即把一昼夜24h分成4个阶段,上午、下午、前半夜和后半夜。上午以促进作物的光合作用为目标,进行高温管理;下午和前半夜温度逐渐降低,以便把光合产物运送到各个器官;后半夜在保证作物正常生长的前提下,进行低温管理,防止消耗更多的养分。

1.1温室加温

冬季,温室内部温度受到室外自然环境的影响而降低,可能降至作物生长温度最低基点以下,若不及时采取加温措施,将很难维持作物正常生长所要求的温度环境,因此需要加温。一是空气加温。常用的主要有热水供暖系统和热风供暖系统。前者主要热媒为水,介质热容量较大,系统热稳定性较高,适应范围较广;后者热媒为空气,介质热容量较小,热稳定性较低,适用于短时间补充热量,用以短期维持室内空气温度保持相对稳定或提高。二是土壤加温。多采用土壤下埋入电热线和埋设酿热物。前者又称电热温床,使电能转化成热能,实现土壤温度的自动调节,保温效果好,设备简单,用途广泛。后者温室土壤下面埋1层酿热物,既能提高地温(10cm 深土层温度提高1.5~2.0℃),又能补充二氧化碳,从而提高作物产量。

1.2温室降温

温室的降温在夏季尤为重要,降温的措施主要有:一是通风换气,包括自然通风和强制通风;二是遮阳降温,主要包括设置内、外遮阳幕系统、采用布织布覆盖、

温室透明屋面涂刷半透明涂料等;三是蒸发降温,主要包括湿帘降温和空气加湿降温。

1.3温室保温

有效的保温措施可以减少热损失,在节省能源的同时,保持作物正常生育所要求的环境温度。保温措施主要有:改善温室结构形式和结构材质,提高自然光的透光率和采光量,如园艺“LY-Ⅰ型”蓄热保温墙体的应用等;选用透光率高、导热性差的透明覆盖材料;设置室外辅助保温层、内保温幕和多层覆盖技术(比单层棚膜提高10~12℃),提高散热面热阻,降低向外的长波辐射率;选址适当,避免在冬季多风、风大的风口附近建造温室。

2光照环境调控

作物全部干物质产量的90%~95%均来自于光合作用。因此,设施光环境直接关系作物生命及其干物质产量和品质,是一种基础环境。它包括光照强度、光照时数、光质、光照分布等。不同植物所要求的光照强度和光照时间不同,前者分为强光照、弱光照、中光照植物;后者分为长日照、短日照、中日照植物,光照强度和光周期性反应是进行光照条件管理的主要依据。在设施有限的空间中,在自然光照形成的设施光照环境基础上,进行对室内光照条件适当地限制、补充和有目的地调节与控制,可以在充分利用自然光照条件的前提下,营造有利于作物生长全过程的良好光照环境,能够使温室周年生产各种不同的园艺作物,满足市场供应或其他需求。一是光照强度调节。进行科学合理的规划与棚、室设计,如选择合适的建筑方位、合理的温室结构、适宜的透光覆盖材料、减少结构和设备的遮阳率等。二是光质调节。根据作物对光质的要求,选择透射的光谱波段应有益于该种植物生长与开花结果的材质。如紫色膜对紫外光、紫光透过率高,有利于茄子果实的着色和提高品质。三是人工补光调节。分为人工光周期补光和人工光合补光。前者是对长光性作物正常发育采用的人工延长日照时间的措施,如安装荧光灯和钨丝灯;后者是作物自然光照强度不足而采用人工光源补充光合能量不足的补光措施,如安装农艺钠灯、荧光灯或张挂聚酯反光幕、覆盖银黑色地膜。四是遮光调节。包括光合遮光调节和光周期遮光调节。强光和高温会降低光合速率,抑制光合作用,采用有一定遮光率的遮光材料,减弱光照强度,有效降低温度,提高光合作用速率。短光性作物并不需要日照时间过长,需要用周期遮光的措施延长暗期,缩短日照时间,以利发育良好或提早开花、促进早熟。

3水分环境调控

水是构成并支撑植物体的主要组成部分,占植物总质量的80%~95%,园艺产品尤甚。设施的水分环境,由土壤水分和空气湿度共同构成,二者只有协调管理,才能充分满足作物生长发育的要求。不同生长发育时期对水分条件要求:种子发芽期,需要足够大量的促进种子贮藏物质的转化和原生质的生命活动,以利胚根伸出并向胚胎供足水分;幼苗生长期,根系弱小,保持土壤湿润,过高的土壤湿度造成植株徒长或烂根;营养生长期,处于茎叶生长盛期,需水量大,对土壤含水量和空气湿度要求高,但湿度也不可过高,易引发病害;开花结果期,对环境水分要求比较严

格,土壤水分足以维持正常的新陈代谢,不可缺水,否则导致生长发育不良或落花。空气湿度宜低,利于开花授粉。果实膨大要求土壤水分充足[1,2]。一是土壤水分调控。土壤水分的调控目的,是满足不同作物对水分的不同要求,根据不同生长期调节灌溉水量和灌溉次数。如采用滴灌、微喷灌、膜下沟灌等。二是空气湿度的调控。降低空气湿度采用:通风换气,是实现棚室内外空气交换、将温室内湿度较高的空气排除、降低室内空气湿度的办法,有效调节设施环境湿度,如通风口开启等;加热降湿,通过加热提高室内空气温度从而降低空气相对湿度;减少水分蒸发,通过采用膜下滴灌、微喷灌等节水灌溉措施,节水、减少水分蒸发量,降低空气相对湿度。增加空气湿度,如冬季供暖系统导致空气相对湿度过低,采用灌溉、微雾喷灌,增加地表水分,提高蒸发量。

4气体环境调控

温室内气体来自室外环境中的大气,但温室是个半封闭的空间,并非随时与室外保持连通,同时又种有作物,气体条件比较复杂,二氧化碳气体有时不足,有毒气体较多,如管理不当,易造成作物减产甚至中毒死亡。

二氧化碳为绿色植物进行光合作用的原料,对作物的生长发育、产量、品质有重要影响,随着环境中二氧化碳浓度的提高,作物碳代谢、体内碳氮比提高,促进花芽分化、器官健全、可达到增产和果实品质优良的目的。试验证明,二氧化碳浓度比正常空气高50%时,作物增产26%~37%。有害气体通过作物气孔进入其体内,不但影响作物生产发育,而且有的会导致作物受害致死,主要可能发生的有害气体有邻苯二甲酸二异丁酯、二氧化硫、氯气、氨气等。一是二氧化碳调控。及时打开通风口,使室外的二氧化碳补充进来,以满足作物光合作用的需要,降低“生理饥饿”造成的减产。采用一氧化碳定时、定量的充分燃烧,液态或固态二氧化碳的挥发、化学反应等方法,定量提高温室内二氧化碳的浓度;或利用有机肥的发酵在一定程度上作人为调控,从而提高光合速率,提高产量和品质。二是有害气体调控。选用安全可靠的农用塑料薄膜、塑料制品;施用充分腐熟的有机肥,防止氨气和二氧化硫有毒气体的危害;直燃式供暖设备的密闭性,防止一氧化碳和二氧化硫有毒气体的危害;避免化肥、农药等堆放不当,造成挥发,产生有害气体。

5土壤环境调控

土壤环境包括土壤物理性状(土壤质地、土壤结构、土壤水分、土壤温度、土壤气体)、土壤化学性状(土壤的酸碱度、土壤所含有机质和矿物质元素的物理化学性质)和土壤生物环境,对作物的生长与营养状况及产量有着密切的关系。温室周年生产,土壤利用率高,施肥量大,造成室内土壤环境与室外露地土壤明显不同,造成表层土壤盐分高,产生次生盐渍化、土壤酸化、连作障碍突出等问题[3,4]。一是利用平衡施肥技术。根据土壤的供肥能力和作物各生长阶段的需肥规律,有针对性地进行施肥,从根源上减少土壤盐分积累,避免或减缓土壤次生盐渍化或酸化。二是有机肥调节。增施有机肥,增加土壤腐殖质同时改善土壤理化性状,减缓盐类浓度上升。三是调节灌溉方式。采用微喷、滴灌、渗灌等灌溉方式,节水同时有效降低土壤表层蒸发强度,减缓土壤因大量水分上升而导致的地表层盐分过多积累。四是土壤消毒。温室内出现土壤病虫害难以灭绝,可采用高温消毒或药