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，共35頁，2023年，2月20日，星期六一、什么是環(huán)境自然環(huán)境太陽大氣圈

對流層（厚度為11km的大氣層）

水圈巖石圈和土壤圈

定義：指生物有機體生活空間的外界自然條件的總合生物圈不僅包括對其有影響的非生物環(huán)境，而且還包括生物有機體彼此的影響有作用第2頁，共35頁，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區(qū)等狹義：是指人工控制下的動植物的環(huán)境（溫室環(huán)境是狹義的人工環(huán)境）

第3頁，共35頁，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，對于某一個具體生物種類的生長發(fā)育有影響的環(huán)境因子

第4頁，共35頁，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體（種內(nèi)關(guān)系）

異種生物的有機體（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、陰坡和陽坡等）第5頁，共35頁，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)境的非生物因子對有機體的影響。

反作用——

有機體對環(huán)境的影響。

捕食、寄生、競爭和互惠共生等第6頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六四、生態(tài)因子的特性1、綜和性定義：每一個生態(tài)因子都不是獨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，共35頁，2023年，2月20日，星期六2、非等價性

定義：對生物起作用的諸多因子是非等價的，其中有1-2個是起主要作用的主導因子

3、不可替代性和可調(diào)劑性4、信號作用（光周期）第8頁，共35頁，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)因子的不同強度限制性：對生物的生長、發(fā)育、繁殖、數(shù)量和分布起限制作用

限制因子：那些對生物的生長、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，共35頁，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，而且生物有機體對環(huán)境因子的耐受性有一個上限和下限，任何因子不足或過多，接近或超過了某種生物的耐受限度，該種生物的生存就會受到影響，甚至滅絕第10頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六五、課程學習的意義1、學習在設施農(nóng)業(yè)環(huán)境中，農(nóng)業(yè)生物正常生長發(fā)育與那些環(huán)境條件有關(guān)，各個環(huán)境條件對農(nóng)業(yè)生物有何影響，并求出其定量關(guān)系2、學習設施農(nóng)業(yè)的建筑結(jié)構(gòu)、設備以及環(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)標準

第11頁，共35頁，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、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，共35頁，2023年，2月20日，星期六六、學習的主要內(nèi)容1農(nóng)業(yè)生物所處的環(huán)境性質(zhì)及變化規(guī)律，并熟悉各個環(huán)境因子的測定與控制方法2外界環(huán)境對農(nóng)業(yè)生物生理活動的影響3農(nóng)業(yè)生物對環(huán)境的影響4學習農(nóng)業(yè)工廠周年生產(chǎn)問題

第13頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六七、環(huán)境控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀目前國外設施栽培技術(shù)比較先進的國家有：西歐的荷蘭、法國、英國、意大利、西班牙，北美的美國、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、澳大利亞等。這些國家由于政府重視設施栽培的發(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。總的來說，設施分布情況是：西北歐國家由于常年天氣較冷，夏季短，故以建造玻璃設施為主；其它地區(qū)及南歐塑料設施的比重較大。

第14頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六國外幾個設施栽培綜合環(huán)境控制技術(shù)最先進的國家，由于其地理位置、自然環(huán)境和經(jīng)濟基礎不同，其發(fā)展的側(cè)重點也不同日本的農(nóng)產(chǎn)品以生產(chǎn)水稻為主。塑料大棚和其它設施在日本得到普遍的應用。被稱為“第四高技術(shù)農(nóng)業(yè)”的植物工廠，已在日本普及。開發(fā)了采用微機和專用設施栽培控制機組成的網(wǎng)絡系統(tǒng)，該網(wǎng)絡可將多臺計算機控制系統(tǒng)集中管理

第15頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六第16頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六第17頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六美國有著發(fā)達的設施栽培技術(shù)，農(nóng)業(yè)設施造商有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”就是一種特殊的保護設施，它是相對于我們居住的被稱為“生物圈1號”的地球而言的，主要是研究將來人在宇宙空間和其它星球，如何維持生活，進行生產(chǎn)和工作。經(jīng)過4年的研究，發(fā)現(xiàn)盡管出現(xiàn)不少問題，但“生物圈2號”內(nèi)作物的產(chǎn)量比常規(guī)種植高16倍，“生物圈3號”和“生物圈4號”將分別建在南極和北極，而“生物圈5號”將發(fā)射到月球。

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

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

第25頁，共35頁，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，共35頁，2023年，2月20日，星期六針對地源熱泵提供的熱媒介質(zhì)溫度較低（45～50℃）的特點，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，共35頁，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)的布置與設備安裝

第28頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六1、U型換熱管2、分水器3、補水閥4、潛水泵5、熱泵機組

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

第30頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六

將太陽能光伏發(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，實現(xiàn)植物的節(jié)能高效生產(chǎn)。DCloadSolarmodulearray太陽能光伏發(fā)電+節(jié)能光源LED+植物工廠Principleofthissystemplantfactory第31頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六光源

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

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

生物系統(tǒng)動力學運用工程科學（工程熱力學、傳熱學、流體力學以及農(nóng)業(yè)生物環(huán)境工程等）與系統(tǒng)動力學方法（信息反饋理論、系統(tǒng)力學理論與計算機模擬仿真