第二章 设施光照环境及其调控

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1、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,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：0.0010.02；月夜：0.020.3；阴天室内：550；阴天室外：50500；晴天室内：1001000；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：5060；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

2、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）,日光温室内的光照度分布,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。,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

3、反。,大棚内的光照度分布,园艺设施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。 在一般情况下温室内的光照强度为外界自然光照的4060。,光照度的季节性变化,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。,东西延长的温室的屋面倾斜角对直射光日总量的透光率有影响。,南北延长的温室的屋面倾斜角对直射光日总量透光率影响不大；,温室结构对光照的影响,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：,为了保证有高的透

4、光率，入射角应设在40度以内。,一般因薄膜老化可减少透光2040%，因污染又可减少透光1520%,因太阳光的反射还可损失1020%，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,帘子的揭盖时间； 种植密度； 地膜的覆盖； 反光幕的应用。,农事管理对温室光照度的影响,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,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

5、的光转变为以蓝紫光为主的光。,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。,表 各种薄膜对近紫外线的透过特性及其适用范围,表 不同设施与用途对覆盖材料特性的要求,表 不同树脂原料的棚膜特性比较,表 不同薄膜的主要性能比较,二、光照对作物生长发育的影响,光照强度,光质,光照时数,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

6、物生长发育的影响,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,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（610-760nm）、蓝紫光（400-510nm）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

7、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

8、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。,Fig.

9、14. Plantlets grown under different light treatments after 3 months of culture.,White Red Blue Blue+ Red,3、 人工补光 Artificial light supplement,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）人工光源的性能和选

10、择,对人工光源主要的要求 光谱性能：富含400500nm蓝紫光和600700nm橙红光 并有适当的组成比例，以及满足其他特定的光谱要求 效率：发出的光合有效辐射量与消耗功率之比 其他：使用寿命、价格等 人工光源的种类 热辐射光源 ：白炽灯、卤钨灯钨丝中通过电流产生高温（24003000） 发光气体放电光源：荧光灯、高压水银荧光灯、金属卤化物灯、 高压钠灯、低压钠灯,物质原子受电子激发产生光辐射。 半导体光源：LED（发光二极管）,人工补光的光源,白炽灯 Incandescent lamp 依靠高温钨丝发射连续光谱。其辐射光谱大部分是红外线，红外辐射的能量可达总能量的8090，而红、橙光部分约占

11、总辐射的1020，蓝、紫光部分所占比例很少，几乎不含紫外线。因此，白炽灯的生理辐射量很少，能被植物吸收进行光合作用的光能更少，仅占全部辐射光能的10左右。而白炽灯所辐射的大量红外线转化为热能，会使温室内的温度和植物的体温升高。,白炽灯,价格便宜，光效低，光色较差，目前常作为一种调节光周期的辅助光源。 使用寿命大约1000小时。 一般每平方米栽培面积上需配置的功率数为0.501.20 Kw左右。 不宜用作光合补光的光源 但可作光周期补光的光源 悬挂高度一般为距离植株40 cm（不低于30cm）。,荧光灯 Fluorescent lamp,灯管内壁覆盖了一层荧光物质，由紫外线激发荧光物质而发光。根

12、据荧光物质的不同，有蓝光荧光灯、绿光荧光灯、红光荧光灯、白光荧光灯、日光荧光灯以及卤素粉荧光灯和稀土元素粉荧光灯等。可根据栽培植物所需的光质选择相应的荧光灯。荧光灯的光谱成分中无红外线，其光谱能量分布红、橙光占4445，绿、黄光占39，蓝、紫光占16。生理辐射量所占比例较大，能被植物吸收的光能约占辐射光能的7580。,荧光灯,光谱性能好，发光效率较高，寿命长达3000小时左右。 功率低。低压日光荧光灯，一般每m2栽培面积上需配置的功率数为0.380.91 Kw左右。 目前在园艺设施补光中使用较多，尤其是用于无遮挡自然光问题产生的组培室中的人工光照。 高度应距植株510 cm，可沿植株行间配置。

13、,金属卤化物灯,发光效率较高，功率大； 光色好（可改变金属卤化物组成满足不同需要）； 寿命较高（数千小时）。使用较多,Metal halide lamp,高压钠灯,光谱能量分布红、橙光占3940，绿、黄光占5152，蓝、紫光占9。因含有较多的红、橙光，补光效率较高，适宜于温室叶菜类作物的补光。,高压钠灯,发光效率高，功率大； 寿命高（1200020000小时）。 目前在园艺设施补光中使用较多。 对于管状钠灯，在合理布置的情况下，每m2栽培面积上需配置的功率数为0.050.06 Kw。 安装高度与植株的垂直距离保持1 m较合适。为确保作物的补光强度，应将灯尽可能地布置在作物行间的正上方。,低压钠

14、灯,发光效率很高，功率大； 光色为单一的589 nm黄色光； 寿命高（平均寿命18000小时）。 光色单一，很少单独使用，但可与其他光源配合使用。,又称生物效应灯，是新型的金属卤化物放电灯。其光谱能量分布为红、橙光占2223，绿、黄光占3839，蓝、紫光占3839。日色镝灯虽蓝、紫光比红、橙光强，但光谱能量分布近似日光，具有光效高、显色性好、寿命长等特点，是较理想的人工补光光源。,管形镝灯,日色镝灯,在满足净补光强度大于2000 Lx的要求，且合理布置的情况下，每m2栽培面积上需配置的功率数为0.0680.070 Kw。 安装高度应与植株的垂直距离保持1.2 m，以使光强分布均匀。应将灯布置在

15、作物的上方。,日色镝灯,钠灯（220 V、400 W圆管形高压钠灯）在距照射面垂直距离为1.0 m时，光照分布较均匀，布置钠灯时，灯与作物垂直距离为1.0 m较合适。在水平距离2.1 m内，均能满足净补光强度大于2 000 lx的要求，但钠灯的正下方光强最弱，故应将更多的灯布置在走道的正上方。每平方米需要用灯数为0.126盏。,钠灯与镝灯的比较,镝灯（220 V、400 W反射型垂直点镝灯）在距照射面垂直距离为1.2 m时，光强分布较均匀，布置镝灯时，灯与作物垂直距离应为1.2 m较合适。在水平距离1.8 m内，均能满足净补光强度大于2 000 lx的要求根据光强在照射面上的分布，正下方光照强

16、，一般不布置在走道的正上方，每平方米需要用灯数为0.171盏。,钠灯和镝灯都是发光效率和有效光合成效率较高的光源，适用于温室蔬菜作物（特别是叶菜类）的补光。与荧光灯、白炽灯等光源比较，单位面积内需要的灯数较少，不会造成温室内遮荫过多。在育苗时，可达到较高的补光效率。两灯相比，在相同功率下，钠灯所产生的光照强度总体上比镝灯强。钠灯的一次性投入成本低，遮荫少，且要达到相同的补光强度，钠灯单位面积使用的灯数也少，从而补光能耗低。,钠灯与镝灯对作物光合作用的影响而言，在相同光照强度下，钠灯比镝灯略好，但净光合速率Pn的值相差不大。从光谱特征来看，钠灯含有较多的红橙光和较少的蓝绿光，而镝灯为仿日光色，在长期依靠人工光源补光的情况下，镝灯可能更有利于作物的生长，两者各有优缺点，可根据需要选择。,发光二极管（LED）,单色性，波谱域宽仅20nm左右； 没有中、长波红外辐射（对光合作用无效）的能量，发热少，可实现近距离补光（提高光利用效率）； 辐射效率和光量子效率极高； 具有多种光色器件，可按需要组合不同单色（如红蓝）的LED满足植物光合作用对光谱的需要； 单体尺寸小，便于组合和使设备小型化； 使用寿命长（5万小时以上）； 价格高，尤其是蓝色LED目前价格较贵。,