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1、温室环境调控技术一、什么是环境自然环境太阳大气圈 对流层（厚度为11km的大气层） 水圈岩石圈和土壤圈 定义：指生物有机体生活空间的外界自然条件的总合 生物圈不仅包括对其有影响的非生物环境，而且还包括生物有机体彼此的影响有作用 人工环境广义：包括所有的作物栽培、家畜家禽的饲养驯化、人工森林、草地以及一些人工的保护区等 狭义：是指人工控制下的动植物的环境 （温室环境是狭义的人工环境） 二、环境因子n环境因子：是指在生物居住空间中的各自存在的条件。 这些条件是原来客观存在的，包括了生物需要的，不需要的或者有害的条件 n生态因子：在诸多的环境因子中，对于某一个具体生物种类的生长发育有影响的环境因子
2、三、生态因子的分类生物因子同种生物的其他有机体（种内关系 ） 异种生物的有机体（种间关系） 非生物因子气候因子（包括光、温度、水分、空气等） 土壤因子（土壤结构、土壤的理化性质、土壤肥力和土壤生物等 ）地形因子 （地面的起伏、坡度、坡向、阴坡和阳坡等 ）生态因子的作用方式 n生物和环境之间的相互关系： n生物和生物之间的相互关系： 作 用 环境的非生物因子对有机体的影响。 反作用 有机体对环境的影响。 捕食、寄生、竞争和互惠共生等 四、生态因子的特性n1、综和性定义：每一个生态因子都不是独立存在的都是在与其他因子的相互影响、相互制约中起作用的，任何因子的变化都会在不同程度上引起其他因子的变化
3、因此生物环境的最佳单一生态因子，不等于最佳的综合生态因子，而农业生物更需要的是后者。从而影响这就是生态因子的综合作用 n2、非等价性 定义：对生物起作用的诸多因子是非等价的，其中有1-2个是起主要作用的主导因子 n3、不可替代性和可调剂性n4、信号作用 （光周期）n5、阶段性和限制性 阶段性：生物在生长发育的不同阶段往往需要不同的生态因子或生态因子的不同强度限制性：对生物的生长、发育、繁殖、数量和分布起限制作用 限制因子 ：那些对生物的生长、发育、繁殖、数量和分布起限制作用的关键性因子 生态因子限制作用的定律n（1）李比希最小因子定律 植物的生长取决于那些处于最少量的因素 n（2）谢尔福德耐受
4、定律 生物的生存需要依赖环境中的多种条件，而且生物有机体对环境因子的耐受性有一个上限和下限，任何因子不足或过多，接近或超过了某种生物的耐受限度，该种生物的生存就会受到影响，甚至灭绝 五、课程学习的意义n1、学习在设施农业环境中，农业生物正常生长发育与那些环境条件有关，各个环境条件对农业生物有何影响，并求出其定量关系n2、学习设施农业的建筑结构、设备以及环境工程技术所创造的环境状况和阐明形成这种状况的机理，为确立环境调控的基本方法n3、研究制定最佳综合环境调控技术标准 u 温室环境因素 环境调控技术 土壤温度温度 加温、保温、可再生能源利用 空气温度 空气湿度 通风、降温 CO2环境 - CO2
5、施肥 光照 - 光照调控 根圈环境(水份、养分) - 灌溉与施肥六、学习的主要内容n1 农业生物所处的环境性质及变化规律，并熟悉各个环境因子的测定与控制方法n2 外界环境对农业生物生理活动的影响n3 农业生物对环境的影响n4 学习农业工厂周年生产问题 七、环境控制技术的发展现状n目前国外设施栽培技术比较先进的国家有：西欧的荷兰、法国、英国、意大利、西班牙，北美的美国、加拿大，非洲和中东的以色列、土耳其，亚洲和大洋洲的日本、韩国、澳大利亚等。n这些国家由于政府重视设施栽培的发展，在资金和政策上都给予了大力支持，因此现代设施栽培的研究起步早，发展快，综合环境控制技术水平高。总的来说，n设施分布情况
6、是：西北欧国家由于常年天气较冷，夏季短，故以建造玻璃设施为主；其它地区及南欧塑料设施的比重较大。 n国外几个设施栽培综合环境控制技术最先进的国家，由于其地理位置、自然环境和经济基础不同，其发展的侧重点也不同 n日本的农产品以生产水稻为主。塑料大棚和其它设施在日本得到普遍的应用。被称为“第四高技术农业”的植物工厂，已在日本普及。开发了采用微机和专用设施栽培控制机组成的网络系统，该网络可将多台计算机控制系统集中管理 n美国有着发达的设施栽培技术，农业设施造商有100多家，其综合环境控制技术水平非常高。 n如“生物圈2号”就是一种特殊的保护设施，它是相对于我们居住的被称为“生物圈1号”的地球而言的，
7、主要是研究将来人在宇宙空间和其它星球，如何维持生活，进行生产和工作。经过4年的研究，发现尽管出现不少问题，但“生物圈2号”内作物的产量比常规种植高16倍，“生物圈3号”和“生物圈4号”将分别建在南极和北极，而“生物圈5号”将发射到月球。 n以色列在设施栽培综合环境控制技术中，对透光和降温的要求不高，而对灌溉系统要求很高，其灌溉技术特别是滴灌技术和设备发展很快，处于世界先进水平 n荷兰建造了大量的现代农业设施荷兰由于温度变化很小，故降温、通风问题考虑很少，而采光问题考虑得较多，因此主要是玻璃设施 我国设施栽培综合环境控制技术的现状 n总体上说，我国目前设施栽培综合环境控制技术水平低，调控能力差，
8、并且以单个环境因子的调控设备为主，带有综合环境自动控制的高科技温室主要靠从国外引进 。(1)浅层地能（地源热泵）在温室的应用研究浅层地能（地源热泵）在温室的应用研究 目的：减少化石燃料的使用目的：减少化石燃料的使用 寻求有效的清洁能源寻求有效的清洁能源 实现热泵在日光温室的应用实现热泵在日光温室的应用 1.地源热泵系统由地源热泵系统由能量采集能量采集、提升提升和和释放释放等三部分组成。等三部分组成。45 50 14 16 (Beijing )80m 100m针对地源热泵提供的热媒介质温度较低（4550）的特点，提出了地表冠层换热方式取代传统连栋温室内的暖气布置方式。图图1 传统采暖管道的布置传
9、统采暖管道的布置 图图2 地表冠层换热方式地表冠层换热方式 Replace地面散热系统地面散热系统地面结构剖面图地面结构剖面图冠层散热系统冠层散热系统地表冠层散热系统的布置与设备安装地表冠层散热系统的布置与设备安装 1、U型换热管型换热管 2、分水器、分水器 3、补水阀、补水阀 4、潜水泵、潜水泵 5、热泵机组、热泵机组 6、集水器、集水器 7、循环水泵、循环水泵 8、补水阀、补水阀n地源热泵系统在日光温室中的实验研究地源热泵系统在日光温室中的实验研究CSG13 14 80m 100m45 50 1.LED在植物育苗中的应用在植物育苗中的应用 将太阳能光伏发电系统与LED光源、密闭式植物工厂相
10、结合，太阳能为植物工厂的节能光源与环境控制系统提供能源，实现植物的节能高效生产。DC loadSolar module array 太阳能光伏发电太阳能光伏发电 + 节能光源节能光源LED + 植物工厂植物工厂Principle of this system plant factory光源光源 系统结构图系统结构图 实验系统的结构实验系统的结构 Structure of the Experiment System 实验系统的平面实验系统的平面布局布局 Layout of the Experiment System探索解决综合环境控制问题 n生物系统动力学 运用工程科学（工程热力学、传热学、流体力学以及农业生物环境工程等）与系统动力学方法（信息反馈理论、系统力学理论与计算机模拟仿真技术）相结合的手段，建立农业设施的环境生物系统的模型，通过计算机仿真模拟，研究在一定的外界环境条件下，环境生物系统中的环境与生物的相互作用关系，以及系统的动态变化过程特性。 n1.空气热湿状态模型空气热湿状态模型n2.农业设施通风量模拟农业设施通风量模拟n3.太阳辐射与光照模型太阳辐射与光照模型n4.地面及土壤传热模型地面及土壤传热模型n5.农业设施围护结构的传热模拟农业设施围护结构的传热模拟n6.农业设施热湿环境动态模型农业设施热湿环境动态模型
