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1、强化植物生活要素调控力度 发展高效设施农业扌商要：光照、温度、湿度、CO2浓度等农业设施环境要素的调控技术及应用效果在很大程度上决定着 设施农业生产的成败和生产效益的高低。本文论述了设施农业对植物生活要素的调控技术及其应用，提 出了设施农业对生态环境的调控及防治措施，同时简述了国内外设施农业的发展现状和趋势，为进一步 研究高产、优质、高效的设施农业环境调控技术提供理论基础。关键词： 生活要素；设施农业；调控技术；影响因素；防治措施随着我国市场经济的不断发展，以高产、高效、优质为基本特征的设施农业栽培技术 得到迅速推广。设施农业与传统农业相比较，主要特点是设施农业具有外围护结构，其作 用是对不利
2、于农作物及畜、禽等生长发育的自然环境条件进行调控，以达到在不利自然条 件或反季节条件下进行农业生产的目的。因此研究和掌握农业设施环境要素的变化特点及 相关调控和应用技术，具有重要现实意义。1 植物生活要素1.1 植物生活要素的概念及其分类 农业生产总是在一定的环境条件下进行的。环境因素对植物有直接关系的因素称之为生态因素，植物生命活动必不可少的生态因素叫“生存条件”或“生活要素”。概括而言， 植物的生活要素包括光、热、水、气、矿质营养五个方面。按照其基本来源和依托之所， 可划分为两种基本类型即宇宙因素：来自太阳的以光、热辐射为主题的能量形态的生活 要素；土地因素：来自地壳浅层土壤中的矿质营养元
3、素，以及依托于土壤的水分、空气 等物质形态的生活要素。1.2 植物生活要素的基本学说1.2.1 植物生活要素的同等重要与不可代替性 植物只有在光、热、水、气、矿质营养元素等生活要素同时存在条件下，才能正常地生长发育。植物生活要素的每一方面都是植物生命代谢不可欠缺的，它们对植物生活的作 用各具有质的特点，相互之间是不能代替的。即使植物对它们要求的数量悬殊，但从重要 性上看缺一不可。1.2.2 限制因素及其克服 植物生活要素之间有着相互联系、相互制约的关系。若因某一因素的不足，限制植物对其他因素的利用，进而影响到植物生长发育和产量水平，则该植物产量由处于相对最低 数量的因素所决定。这就是通常所谓“
4、最低因素法则”。1913 年 V.E.Shelford 创立的“耐性定律”学说指出，生物的生存对环境的适应有一 个最低限和一个最高限，任何一个因子数量上的不足或过剩，均会使生物的生存或生长发 育衰退。由此可见，任何接近或超出耐性限度的因子，都可能成为“限制因子”。从事植物生产时，需要对所在地区的植物基本生活要素存在状况做出正确分析，从中 找出“限制因素”，并集中全力加以克服，方能取得预期的生产效果。1.2.3 因素的综合作用基于植物生活要素的同等重要与不可代替性和限制因素定律的认识，植物的生活要素 在环境中的存在不是孤立的，而是结合成为一个整体，综合地影响植物的生长发育。显然，因素的综合作用表
5、现在因素之间的相互关系上，一个因素的变化，会导致其他 因素作用的相应变化。农作物高产的获得是其生理上同等重要的生活要素同时存在、共同 作用的结果。农业技术的任务，在于按照植物的生长发育进程及对生活要素的要求，加以 人工调控，以不断符合植物变动中的需要，方能取得预期的效果。1.3 植物生活要素与农作制度发展迄今为止的人类农耕历史进程表明，农作制度的发展，土地利用率的提高，其关键环 节在于对植物生活要素调控力度的增进。依照植物生活要素的同等重要与不可代替法则， 不间断地克服限制因素，全面满足植物生长发育对光、热、水、气和矿质营养物质的需要， 是农业增产的基本技术原则，也是农作制度发展的实质。现代科
6、学技术的快速发展，使得许多新材料和新技术不断应用于农业。设施农业作为 当代社会农业高度集约化经营的处所，将部分或大部分环境条件置于人工调控之下，使农 业生物生活要素达到最佳组合，有效地抗御自然灾害，提高资源的利用效率，成为了耕地 资源短缺的我国农业发展的重要选择。2 设施农业及其环境要素调控技术2.1 设施农业的概念设施农业也称工厂化农业，是通过采用现代化农业工程和机械技术，改变自然环境， 为动，植物生产提供相对可控制甚至最适宜的温度、湿度、光照、水肥和气等环境条件， 而在一定程度上摆脱对自然环境的依赖进行有效生产的农业。它具有规模化、集约化、综 合化、智能化等特点。2.2 设施农业的类型（1
7、）按设施农业的主体不同，可分为两种类型：一是设施栽培，又称保护地栽培， 其主体是种植业的各作物（指蔬菜、花卉及果类）的设施栽培；二是设施养殖，其主体是养 殖业的各动物（指畜禽、水产品及特种动物）的设施养殖。目前，研究得较多的是设施栽培。（2）按设施和设备的复杂程度可分为 4 种模式：一是简易覆盖型，以地膜覆盖为典 型代表；二是简易设施型，主要是中小拱棚，以塑料薄膜低空（低于2m）覆盖为主；三是一 般设施型，主要是塑料大棚、日光温室、加温温室、微滴灌系统以及近海网箱养鱼等；四 是复杂设施型，主要指工厂化育种育苗、工厂化生产及无土栽培等。（3）按设施农业的技术层次可分为 3 层：植物工厂、现代化大
8、型温室、简易温室。 目前，发展和应用较多的主要有塑料大棚、温室大棚和连栋温室，也有少量采用先进工程 技术的智能型温室和大型温室。2.3 设施环境要素的相关调控及应用技术2.3.1 热环境调控技术2.3.1.1 保温技术（1）外围护结构与热环境的关系。单屋面温室外围护结构包括采光面覆盖物和墙体 两部分。墙体兼有隔热和储存、放热功能。研究发现，50cm厚的土墙，白天夜间均为吸热 体，纯土质墙体建造厚度要求100-150 cm。采用总厚度为48 cm空心夹层砖墙结构的异质 复合墙体，白天温室升温阶段，墙体吸收热量，夜间降温阶段，内侧墙体为热源向室内释 放热量，起到平衡调温作用。据观测，PVC透光膜，
9、对红外线透射率仅为20%,而PE透光 膜对红外线的透光率达到 80%左右。选择采光面材料时，除考虑透光性能外，保温性能也 应是考虑因素。双屋面单栋或连栋温室采光面采用双层塑膜，可提高温室保温性能。（2）覆盖材料与热环境的关系。覆盖材料主要用于增加透光面夜间热阻。传统覆盖 材料有草帘、蒲席、棉被、无纺布等。据研究，草帘保温为5-6oC,蒲帘7-10oC，双层草 帘为14-15oC,棉被为7-10oC，草帘上加层由4层牛皮纸复合成的纸被，保温能力还可提 高3-5oC。室内架设保温幕，有l-3oC的保温能力。新型保温材料主要由微孔泡沫塑料、 毛毡、蜂窝塑膜及防水材料构成，重量仅为传统草帘的 10%-
10、30%，保温效果与草帘相当。（3）地中热交换系统对热环境的改善。为蓄积白天富余热量并于夜间降温时补充室 内热量不足，一些日光温室采用了地中热交换系统。系统在40-60 cm地下铺设通风管道, 与轴流风机相连，白昼高温时段，风机使室内热空气从地中管道流过，向土壤层贮热，夜 间温度过低时，风机使室内低温空气流过管道，由土壤加热空气，使气温升高。运行结果 表明，白天贮热阶段，出风口温度较进风口温度降低6.5-7.5oC，夜间放热阶段，出风口 较进风口温度升高4.5-5.3oC，从而达到改善温室昼夜热环境的目的。在连续阴天情况下, 仍具有提高夜间温度的能力。（4）微灌对改善温室热环境的影响。温室采用传
11、统的大水漫灌灌溉方式，一方面灌 溉用水温度较低，灌溉后引起地温大幅下降，另一方面用水量较大，水分蒸发消耗大量汽 化热，恶化温室热环境。采用滴灌等微灌技术，可有效使之改善。以哈尔滨为例， 4 月下 旬温室滴灌比沟灌提高气温0.5oC,提高5cm地温3.2oC, 5月上中旬提高地温2oC左右， 效果明显。（5）地膜覆盖对温室热环境的改善。自然条件下，地温高于气温。在温室内常为地 温低于气温。长时间地温过低，使根系产生生理障碍，影响正常生长。采用地膜覆盖，使 地温平均提高2-4oC,协调作物地下地上部分生长。地膜生产引入无滴技术，抑制地膜下 表面水汽凝结成滴，提高地膜透光率，对改善地温，特别是温室地
12、温有积极意义。2.3.1.2 增温技术 当温室有可能出现接收和贮存的热量不足以维持作物生长所需温度的情况时，应考虑 采用加温设备改善温室热环境条件。（1）燃烧加热技术。单屋面温室，采用在北墙处安装烟道的形式，实现对温室的加 温，所需设备和技术较为简单。现代化大型连栋温室，缺少单屋面温室墙体贮热及室外覆 盖的保温条件，采用加热维持正常生产。（2）灌溉用水加热技术。西北干旱地区地下水位很低，冬季属农业用水低谷期，不 能保障温室灌溉用水，即使有蓄水池蓄水，也因冬季结冰而无法灌溉。日光温室柔性蓄水 技术，较好地解决了干旱地区日光温室冬季灌溉用水问题。在专用日光温室内建造柔性蓄 水池，利用日光温室接收和
13、贮存的能量，提高池内水温，避免水体冻结，便于灌溉，同时 不使灌溉地段因灌溉而大幅降温。2.3.1.3 降温技术（1）通风换气降温。单屋面日光温室，在室内温度较高时，通过换气窗口排出热空 气，达到降温目的。对大型连栋温室，可通过风机和天窗实现换气降温。室内外温差较大 时，降温效果明显。（2）遮阳降温。通过遮挡或反射采光面太阳辐射的射入量达到降低室内温度的目的。 采用遮阳网，室内气温可降低 2oC 左右。铝箔反射型遮阳幕依其铝箔面积所占比例不同， 遮阳率在 20%-99%可调。（3）蒸发降温。利用水分蒸发吸收汽化热的原理，降低温室温度，方式有湿帘蒸发 降温和雾化蒸发降温。湿帘是由梭椤状纸板层叠而成
14、的幕墙，墙内有水分循环系统。借助 轴流风机形成室内负压，室外空气流经湿帘，经湿帘内水分蒸发吸热，形成低温气体流入 室内，起到降温作用，降幅可达2-4oC。雾化降温的基本原理是普通水经过滤后，加压 （4mPa），由孔径非常小的喷嘴（直径15卩m），形成直径20p m以下的细雾滴，与空气混合, 利用其蒸发吸热的性质，大量吸收空气中热量，从而达到降温目的，降温幅度可达 7oC， 降温效率较湿帘提高 15%。2.3.1.4 变温管理技术 根据作物光合和呼吸过程以及部分作物有“午休”现象的特性，在温度管理上采用四 段变温管理技术，不但可以达到节能目的，而且还可以获得最适产量。四段变温管理的原理：上午，作
15、物光合作用效率较高，需要较高的温度，使作物光合 作用得到充分进行；午后，作物需转化光合产物，光合效率下降趋势，需适当降低温度， 抑制呼吸；前半夜，需转移同化产物，如温度太低，转移速率较慢，需适当加温；后半夜 降低温度，抑制呼吸消耗。研究结果表明，一些植物的节间长度与温差成反比。一般生产 中为获得理想株型，通过升高夜温，降低昼温的方式调控。2.3.2 光环境调控技术 光环境调控是设施农业中仅次于热环境调控的另一重要措施。“有收无收在于温，收 多收少在于光”。光环境调控从补光、遮光实施相应技术。2.3.2.1 反射补光在单屋面温室北墙，悬挂反光膜可改善温室光照条件。反光膜幅宽为1.5-2.0 m,
16、长 度随室温长度而定。可改善北部3 m内的光照和温度条件。使用时应与北墙蓄热过程统筹 考虑。2.3.2.2 低强度补光对感光性作物，为满足作物光周期需要而进行的补光措施。补光强度需22-45 lx,目 的是缩短黑暗时间，改变作物发育速度。2.3.2.3 高强度补光为作物光合作用而实施的补光措施。在室内光照小于3 000 1x,可人工补光。具体要求和做法：补光强度。要求光照强度要大，以1000-30001X为宜。光源。 研究表明，作物对红光和蓝紫光吸收能力最强，所以光源以日光灯、高压汞灯、弧氙气灯 为好。补光时间。冬季补光应在日出后进行，一般掌握在每天2-3小时，棚内光强增大 后停止，阴雨雪天气时可全天补光。2.3.2.4 紫外线补光紫外线中0.28-0.32“m称为保健波段，对动植物具有很强的生理效应。玻璃、塑膜 等透光材料对紫外线的吸收率较大，温室内紫外线条
