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1、Lesson 1Part BEarly Development and Status of Plasticulture塑料栽培早期的发展和状况没有任何技术比运用农业塑料对改变园艺作物栽培的进程有更大的作用。正如绿色革命提高农作物的产量一样，塑料栽培发起了另一场农业革命。塑料栽培悄然无声地使全世界各个国家在很大程度上提高了粮食生产能力(原因)。塑料栽培包括许多部分，不仅有塑料而且有一个完整的管理系统，包括害虫控制，市场等等。塑料栽培是个完整的系统（定义），能改变小气候以达到生产高产优质园艺产品。塑料栽培的早期发展和地位塑料栽培起初在南欧、日本和美国（出现的国家）应用。1948年首次采用了聚乙烯作
2、为温室覆盖物，当时Kentucky大学的Emery Myers Emmert教授用廉价塑料取代了较昂贵的玻璃。Emmert 博士被认为是美国的农业塑料之父，他基于农业目的，通过自己在温室、小拱棚和地膜上的研究，创立了许多关于塑料技术的理论。（地膜）覆盖物天然覆盖物如树叶、稻草、锯末、泥炭藓和堆肥，历来被用来控制杂草和保持土壤湿度。在商品性蔬菜生产中，这些材料没有任何一种被大规模（大范围）使用。只是在过去的五十年，合成材料改变了覆盖地膜的方法和优点，通过与聚乙烯、箔、纸的早期对比研究项目，确立了它们作为地膜的潜力。纸质地膜覆盖在20世纪20年代早期吸引了极大的注意力，由于纸使用年限短，材料和劳动
3、力成本高，不能实现机械化生产，所以不适于商品蔬菜生产。在20世纪50年代后期到60年代初，改良的纸膜（包括复合纸和聚乙烯、铝箔、石蜡）的研究刺激了对地膜覆盖材料的研究和使用。同时，产生了适于干旱气候的石油和树脂覆盖物。在这些覆盖物中，只有聚乙烯膜至今在农业工业中仍在使用。尽管由于某些特殊原因，在蔬菜作物生产中采用各种各样颜色，最好的颜色是透明的和黑色的。目前，红、黄、蓝、灰、橙色正在进行试验。每一种有其明显的光学特征并影响植株生长发育。银色覆盖物有驱虫作用，昆虫往往是各种病毒的载体。在20世纪60年代初，随着机械化、铺膜机的发明，将植株直接在地膜上定植的定植机的发明，应用地膜覆盖物的优点突显出
4、来。红外穿透膜，传导光辐射中大部分太阳能热量部分，但吸收大部分可见光部分，在过去十年中引入市场。红外穿透膜，像黑色膜那样有控制杂草作用，像透明膜那样增加土壤温度，不足之处是生长季后从田间除去塑料膜所需劳动力很多。新的生物降解膜、光降解聚乙烯膜、聚乙烯-纸合成物和聚乙烯淀粉混合物消除了清除覆盖物的麻烦，使人们看到了光明。今天，数百万公顷种植用塑料地膜覆盖，单在中国，1989年超过2867000公顷，比1979年的44公顷有了显著的增加。小拱棚小拱棚，或塑料小棚，保护作物避免受霜冻并创造有利于植物的条件，以达到早熟。塑料小拱棚最初应用在欧洲，美国，尤其在日本。实际上，在1959年，法国和美国塑料覆
5、盖总面积少于400公顷，而日本超过8000公顷。从此，这种保护性农业方法在全世界普及起来。今天，正如在1959年，日本的小拱棚主要用聚氯乙烯膜。在其它国家，主要用聚乙烯。对于同一事情选择不同材料既有历史原因，也有经济原因。PVC膜比聚乙烯膜蓄热性能好（红外辐射），但同时价格也更高。在小拱棚的发展初期，不能生产宽度大于1.6m的PVC膜，而有2-12m宽的PE膜。在政府财政支持下，日本成为第一个生产宽PVC膜（2-3m）的国家，因此日本选择这种材料作为主要的膜的类型。法国和意大利发现生产PE的吹压工艺设备比生产PVC的设备资本投入少（capital intensive 资本密集型），因而选用PE
6、作为小拱棚覆盖材料。最简单、最经济的小拱棚形式是直接或浮面覆盖，覆盖物没有支撑铁丝或竹圈。德国在1970年首次引入浮面覆盖，此后被邻国采用。50微米的打孔PE膜，每平方米总共500孔（即4%的通风量，每平方米46克），目前正与多孔、更质轻（每平米10-25克）的无纺布/黏合的纤维材料竞争。20世纪90年代中期，后两种材料在法国（4500公顷中有2800公顷）、日本（4000公顷全部）特别成功。目前，无纺布覆盖物在全世界应用非常普遍。这种质轻，有渗透性的膜可以进行气体交换、透雨、控制昆虫、促进生长、防冻、消除手动通风。温室大棚全世界玻璃温室总面积超过4万公顷，其中大部分在欧洲西北部。与玻璃温室比
7、，塑料温室已经在五大洲广泛应用，特别是在地中海地区、中国和日本。大多数塑料温室正如大多数玻璃温室一样，是季节性生产，而不是周年生产。PVC膜温室是亚洲的主要类型，特别是日本。从1960年起，温室已不再仅仅是一个作物保护设施。它已经成为控制环境农业（CEA）的一个系统，精密控制空气、根际温度、水分、湿度、作物营养、CO2，甚至光照。今天的温室作为植物或蔬菜工厂。生产系统几乎每一方面都是自动化的：人工环境和生长系统几乎全部由计算机控制。在研究设置中，比如全封闭系统，人工控制光照，称作生长室或人工气候室。在美国和日本，这样的系统有很大面积。Lesson 2 Part AGoals of greenh
8、ouse climate control温室气候控制的目标利用气候控制能影响最重要的地上部生长因子。这些因子包括光、CO2浓度、温度和空气湿度（影响及因素）。尽管使用遮荫或补光措施，种植者能在一定程度上进行光照的控制，但光的多少、强弱主要还是由温室外的气候条件决定的。通过气候控制，种植者对温室气候的影响远大于其它因子。那么，温室气候控制最主要的目标是什么呢？简要总结一下：高产量最佳收获计划理想的产品质量风险管理（灾害预防）环境目标（涉及到杀虫剂和能量的使用）最佳作物条件（为了前几项目标而设定的目标）成本管理（能源、CO2、劳力等的成本）同时，人们必须认识到保护地栽培是一种经济行为。气候控制也必
9、须视为是在总的商业框架下运作，在这个意义上，通常认为气候控制与商业目标有关，比如优质高产、最佳时间、可以接受的成本和可以接受的风险，尽可能少的对环境造成影响。气候控制不能与作物分开，因为人们要尽量为作物生长来创造最佳的条件。作物有双重作用：它能改变环境，并对环境作出反应（能受环境影响）。由于蒸腾作用、光合作用、呼吸作用的结果，作物影响空气中CO2和水蒸气压的质量平衡，以及能量平衡。在控制生产过程中，慢反应和快反应过程的区别清晰可见。例如慢反应过程指叶片和花的生长发育、形态建成、物质的积累和分配。快反应过程（几分钟或几个小时）包括光合作用和蒸腾作用。当人们在长时间里（限制条件）对管理作物予以足够
10、重视，就会发现生产率主要由作物光合作用决定。其中绝大部分由光合有效辐射决定，其次是CO2含量，温度和空气湿度只起一小部分作用。但是，后2个因素的确通过作物生长状况间接地影响到生产。作物状况涉及一些复杂的特性，这些特性决定在较长时间内作物传送高产量的能力。这是在长期的栽培过程中一个非常重要的特性，是无限生长型作物（如番茄和玫瑰）所必需的，并且和作物结构与生长势有关。由于对作物发育的影响，温度对种植计划起着重要作用。另外，人们必须考虑到光质的重要影响，比如通过巧妙处理光长和光质来进行作物管理。对许多作物来说，根据可预知的价格波动（比如：母亲节-康乃馨，复活节etc）或总的种植计划（劳动力需求）和合
11、同，来计划收获时间是气候控制的重要标准。产品质量是个广义的概念，很难在这一课来讨论清楚。但是，关于气候因子，为了避免其对品质产生不良影响，必须控制在某个范围内，这是毫无疑问的。表2-1 气候因子的上下限对品质的影响气候因子下 限上 限光发育缓慢、易感病、易腐烂灼伤伤害（尤其是盆栽植物）CO2增加光合呼吸、产量降低早衰危害（副产品的氧化）温度冷害、畸形果热害空气湿度发生病虫害、脱水出现病症，缺素症这些限度往往并不是绝对的，而是依赖于作物处于这种情况的时间长度和暴露的程度（相当于剂量，时间强度），或其它气候因子的交互作用。特别是对于花卉作物，忍耐的范围非常狭窄，如果温度没有保持在最适宜的范围内，那
12、么开花、花型、花色等均要受到不良影响。气候因子应保持在一定的范围之内，除了（避免）由于作物品质下降造成危害外，通过控制气候还可以促进优良的品质特征。在这个领域还有很多有待于研究。通过气候控制提高品质的一个例子是最近发明的DIF温度概念。在DIF方法中，为了缩短节间长度，可以有意使夜温高于日温，使株型紧凑。气候控制的费用很大程度取决于能源所耗，这些能源用于加热（或干燥），降温，可能还有补光。另外，注入CO2（CO2施肥）也能增加额外的成本。但是降低这些成本并不是环境控制的目标。人们必须认识到超额的利润来源于额外的生产资源（边际成本对边际利润）。气候控制也能间接影响到成本，比如通过影响劳动力的需求
13、和温室空间的利用（作物计划）。生产中各种问题都被视为风险管理范畴的一部分。一方面，种植者（生产者）能考虑到一些险情，比如由病害、虫害、空气污染或生理失调反应引起的生理病害，造成严重的作物病害，甚至全部作物失收。另一方面，可能有另一类型的风险，比如作物种植计划失败。产品过早或过晚成熟，而没有市场。风险管理与作物品质休戚相关，如具有抗胁迫、抗病虫害，在其它因素中，能够避免类似于作物表面结露或被暴露在极限条件下的风险情况等。作物品质表现为对水分胁迫和病虫害的抵抗力。生产者的决策对于险情的预防或者承受发挥着巨大作用。Part BConcepts of Microclimate Physics 微气候物
14、理的概念为了了解在任何生态系统中对生物产量的限制因素，很有必要在生态系统内界定物理环境。基本的生化进程速度取决于温度，湿度状况和不同基质的提供。整个植株或者动物的发育同样也强烈的依赖于他们发育过程中的环境条件，这些环境条件影响着生物体的结构和他们对周围环境各个方面的反应。在自然环境中有着范围极其宽的环境条件来供给生物体的生长。有些微生物可以在-6 to 100度的条件下生存，而高等植物在0度以下或是40度以上就不能存活。温室生态系统总体上是属于一种较窄范围的环境条件，因为人类介入的目的就是提供给特定作物最适合的生长条件。在高等作物中，有些可以刺激植物器官光合色素的一定波长的太阳能是固定CO2的
15、动力。这种C的固定建立了CO2 浓度差，CO2 可以由周围环境进入植物体内。更宽范围波长的照射环境可以影响其它的生物过程，如那些控制整个植物体发育的过程。昼长的比率以及它的变化引起发育模式的改变，如植株从营养生长进入开花状态，光的直接刺激能够影响植株生长的方式。当然，光能的总量由于其对系统中温度平衡的作用而有着间接的意义。除过CO2的重要性外，水蒸气的流动也是重要的。在高等植物中这些变化主要是通过植物外表皮上的气孔进行的，通过气孔进行气体交换在一定程度上是在植株控制之下，因此使得植株有能力影响生长的环境。如果想要发挥正常作用，植株器官就必须保持一个高度的水合状态。这是通过蜡质以及植株大部分表面
16、存在的类似物质来实现的，因此气孔的关闭可以将水分的损失降到最低水平。通过这种方法减少水分的损失并不是理想的方法，因为它同时也降低了通过气孔CO2气体的交换。对于植物来说，为了确保足够的矿质营养进入植株的各个部分，植株通过蒸腾作用形成的显著的水汽流也是很重要的。对于出现在温室生态系统中的其它有机体来说，空气中的水分同样是很重要的。许多寄生在植株的叶子，茎上的真菌微生物需要植株表面自由水的存在；这就使得真菌孢子开始萌芽，渗入叶表皮进而侵入叶片器官。被用作生物控制的真菌同样也需要这些条件，利用它们本身的这种能力，这些菌在害虫体内生长并因此杀死它们。微物理环境主要是与运输过程有关，在运输过程中，我们可以界定那些通过微气候在还在讨论的系统的各个部分中控制热，能以及物质的交换。这些基本的原则是能量和物质守恒的基本原理。温室生态系统中各个实体间物质
