第五章-设施气体环境及其调控

第五章 设施气体环境及其调控 一、设施内的气体种类及作用 气体种类 气 体 的 作 用 O2 设施内氧气充足。植物最需要O2的部位是根系，保证土壤疏松、通气。 CO2 光合作用的原料。作物的CO2补偿点40～70mg/L（ppm）， CO2 饱和点是1000～1600 mg/L（ppm）。 CO2影响光合产量。 C2 H2和Cl2 源于有毒的农用塑料薄膜或塑料管，受害作物叶绿体解体变黄，重者叶缘或叶脉间变白枯死。 NH3 由气孔进入植物体内，产生碱性损害 ，叶片呈水浸状，颜色变淡，逐步变白或褐，继而枯死。番茄、黄瓜对氨气反应敏感。 NO2 叶面上出现白斑，以后褪绿，浓度高时叶片叶脉也变白枯死。番茄、黄瓜、莴苣等对二氧化氮敏感。 SO2 是弱酸，能直接破坏作物的叶绿体，轻者组织失绿白化，重者组织灼伤，脱水，萎蔫枯死。 自然状态下，CO2约占空气的0.03%，含量为330mg/L。作物进行光合作用的最适CO2含量约为1000mg/L，并且在作物密植、水肥丰富的环境中作物需要CO2的量会更高。因此，设施温室若仅靠通风换气来补充CO2，实际上是远远不能满足需要的。 若增加空气中的CO2含量： 1. 能够使叶肉细胞间隙中的CO2含量增加，有利于叶绿体获得CO2，有利于光合作用进行； 2. 提高1,5-二磷酸核酮糖羧化酶活性，增强光合作用固定CO2的能力，降低光呼吸强度，也有利于光合作用进行。 实践证明，在水稻抽穗前若将空气 中的CO2含量增加2倍，水稻即可增 产29%。 二、设施内二氧化碳气体状况及其调控 (一)设施内CO2来源： 1.作物呼吸放出CO2 2.土壤微生物活动，分解有机物放出CO2 3.加温温室内燃烧煤炭、柴草等放出CO2 4.CO2施肥 (二)设施内CO2浓度变化规律： 1.夜间富集、白天亏缺：夜间CO2浓度高于外界，而白天由于作物的光合作用，CO2浓度较外界低。晴天低于阴天，白天低于夜间。 2. 作物生育期影响：作物出苗、定植等呼吸作用强的时期，排出CO2量较大，设施内CO2浓度较高；其他时期呼吸强度较弱， CO2浓度相对较低。 3. 温室容积越大，CO2变化率越小，最低浓度出现的时间越迟。 (三)设施内CO2浓度的影响因素： 1. 光照强度的变化影响光合作用强度，也影响CO2浓度，晴天CO2浓度低于阴天，白天低于夜间。 2.设施内温度变化 3.设施类型、结构、面积、空间大小。 4.设施内通风换气方法及时间长短。 5.栽培床内有机质含量。 6.设施内作物种类、生育时期。 1、作物光合作用最适CO2浓度： 研究认为：0.15%—0.3% 时，作物光合作用最强，是其生育最适CO2浓度。但实际要达到此浓度的话生产成本会很高，所以从经济效益和设施结构考虑，0.06%—0.1% 也可取得良好效果。 (四)、设施内CO2浓度调控 2、CO2施用量： 由保护地大小、CO2设定浓度、设施换气率、作物CO2吸收量、CO2发生量而定。 3、CO2施肥碳素主要来源： （1）工矿生产或酒精酿造副产品： （2）空气分离：将空气分离CO2，再经低温压缩成液态CO2。 （3）化学分解：强酸与碳酸盐反应放出CO2气。 （4）碳素燃料充分燃烧产生CO2：如煤、油、液化气、沼气等。 （5）利用微生物分解有机物放出CO2 ：如增施有机肥料等。 4、 CO2施肥的作用： （1）提高光合速率，促进作物生长，增加株重、叶面积比及干重 （2）增加开花数、提高座果率 （3）促进生长发育，提高产量产值 （4）改善品质，增加果实内含物（维生素、可溶性固形物）含量 （1）施用时期与时间 根据蔬菜种类、栽培方式、栽培床状况、作物生育时期及天气变化等确定。 果菜类在开花结果开始时施用，叶菜类在定植后3~5天根系开始活动时或出现3~4片真叶时施用，根菜类在肉质根膨大期施用 一天中，一般于晴天日出后半小时或冬季揭帘后半小时开始，到通风换气时停止；冬季或阴天密闭不通风时，可延长到中午停止；晴天适宜CO2施肥而雨天不施肥；施肥最适温度为23~28°C 5、二氧化碳施肥的方法 (2)施肥的方法 ①通风 温室的通风管理是补充二氧化碳的最简便的方法。但不一定能满足作物的CO2浓度需求，而且寒冷季节通风易导致降温，应用受到限制。 ②增施有机肥 有机物在土壤分解时放出大量的CO2气体，1t有机物最终能释放出1.5t的CO2气体，秸秆堆肥施入土壤5~6d，就能释放大量的CO2气体。肥源丰富，简单易行，但CO2发生量集中，也不易控制。 ③燃烧法释放二氧化碳 每升完全燃烧的白煤油可产生2.5㎏（1.27m3）的CO2，其反应式为： 2C10H22＋31O2 = 20 CO2＋22H2O 将白煤油、天然气、沼气等燃烧后放出的CO2通入室内，燃烧均在CO2发生器内进行。发生器构造简单，分为贮油罐和圆形燃烧筒两部分。白煤油在常温常压下是液体，运输贮藏不需要特制耐压的钢瓶，利用方便，供给及时，CO2产生量易控制。 ③燃烧法释放二氧化碳 如燃烧沼气，结合生态型日光温室建设，是目前国内大棚生产最值得推广的二氧化碳施肥技术。大棚内每50m2设置一盏沼气灯，每100m2设置一台沼气灶，每天日出后燃放，每立方米沼气大约可得0.9m3二氧化碳。在棚内二氧化碳浓度达到0.1%~0.12%时停止施肥，关闭大棚2小时左右，棚温达30°C时开棚降温。 即使在寒冷季节，普通沼气池 燃烧沼气后都可以使600m3温室的 二氧化碳浓度达到0.1%~0.16%。 ④液态二氧化碳管路释放法 液化二氧化碳是酒精厂的副产品。在大棚、温室内施用方法方便、卫生，易控制施用量，是有效的CO2施用方法。不足之处是钢瓶租赁费用较高。 把二氧化碳钢瓶放在台秤上，按棚室的空间计算，1000m3的空间，每次放二氧化碳2~3㎏。先在钢瓶上接上减压阀，上面接上胶管，并系于棚室横梁上，塑料管上打放气孔，孔径0.8—1.2mm，孔距1.0—1.5m，远离钢瓶，孔径加大，孔距相应减少。 ⑤化学反应法 利用化学反应产生CO2。常用的方法有盐酸－石灰法和碳酸氢铵－硫酸法。其中碳酸氢铵－硫酸法取材方便，成本低。反应式为： CaCO3 + 2HCI = CaCI2 + CO2 + H2O 2NH4HCO3 + H2SO4 =（NH4）2SO4 + 2CO2 + 2H2O 晴天日出后0.5~1小时施用，通风前半小时停止，能够使温室内二氧化碳浓度达到1000mg/kg左右，连续施用30天以上，阴雨天停止。反应废液为硫酸铵和水可稀释十倍后作土壤追肥。 ⑥固体二氧化碳（干冰） 干冰应在低温下运输，应用时从容器中取出，在常温下升华为CO2气体。该方法简单，用量易控制，适宜小面积应用，但成本较高。 ⑦燃烧煤和木炭 燃料来源容易，但产生的CO2不宜控制，在燃烧过程中常有一氧化碳和二氧化硫有害气体伴随而出。 ⑧气体肥料 固气颗粒肥为直径1cm的扁圆形颗粒，施入表土层后，在潮湿、适温条件下发生生理生化作用，可持续释放CO2气体40d左右。供气浓度为500~1000mg/kg。使用量每1000m2施60kg于1~2cm表土层。在蔬菜定植后施用一次，基本可供一茬作物的需要。 山东省农业科学院原子能研究所研制的固气颗粒肥，作为设施CO2补充施肥效果良好。 （1）光照 （2）温度 （3）湿度 （4）灌水和施肥 5、二氧化碳施用期间的栽培管理 二、设施内有毒气体危害和防止方法 （一）氨（NH3） 1、来源 （1）未腐熟的粪肥在土壤中分解释放出NH3 。 （2）施用碳酸铵、碳酸氢铵肥料挥发NH3。 （3）施用尿素产生NH3。 2、最低危害浓度： 低浓度的氨气不伤害植物, 可被植物吸收作为氮素营养, 有利于植物生长。 NH3：5~10mg/L 3、危害 中毒症状： 花及幼嫩组织褐变甚至发白，最后萎蔫死亡。 黄瓜氨气危害病： 受害植株中部叶片首先表现症状，后逐渐向上、向下扩展， 受害叶片的叶缘、叶脉间出现水浸状斑点，严重时呈水烫状大型 斑块，而后叶肉组织白化、变褐，2－3天后受害部干枯。叶背面 受害处有下凹状。受到过量氨气 危害的黄瓜，突然揭去覆盖物时， 则会出现大片或全部植株如同遭 受重霜或强寒流侵袭的样子，植 株最终变为黄白色。 4、防止方法 （1）避免大量施用未腐熟厩肥、鸡粪和人粪等有 机肥。 （2）适量施用或不施用碳酸铵，最好与过磷酸钙 混施，可抑制NH3挥发；施肥后及时覆土， 多浇水，不撒施。 （3）加强通风换气。 （二）二氧化硫（SO2） 1、来源：含硫燃料的燃烧和室外空气污染 2、危害：刺激呼吸道、影响人体新陈代谢、影响人 体生长发育。 3、防止方法 （1）燃煤充分燃烧，封闭烟道缝隙， （2）不施未腐烂的有机肥。 （3）加强通风换气 （三）一氧化碳（CO） 1、来源：燃料质量差或燃烧不充分 2、危害：人体一氧化碳中毒，甚至导致死亡。 3、防治方法： （1）加热炉须安装烟囱； （2）选用优质燃料，保证充分燃烧； （3）及时通风换气。 （四）乙烯（CH=CH）与邻苯二甲酸二异丁酯 1、来源：塑料薄膜、塑料管等爆晒或高温下产生。 2、危害：催熟、老化；导致落花落果；毒害 3、防止方法： （1）使用安全无毒塑料制品。 （2）及时通风。 （五）亚硝酸气体（NO2-） 1、来源：过量施用的氮素化肥 2、危害：刺激呼吸道、影响人体新陈代谢、影响人 体生长发育。 3、防止方法 （1）燃煤充分燃烧，封闭烟道缝隙， （2）不施未腐烂的有机肥。 （3）加强通风换气 三、土壤气体条件及其调控 1、土壤气体环境 作物根系呼吸作用为各种生理活动提供能量，要保证正常呼吸作用，需要充足的O2和较低的CO2浓度。 土壤气体中O2的减少和CO2的增多，能影响蔬菜种子的发芽、根的生长和根对养分的吸收。一般蔬菜种子的发芽需要土壤中有10%~50%以上的O2。黄瓜和蒜较耐低氧浓度，在浓度1%时发芽率是20%，2%时发芽率增到50%；芹菜和萝卜等浓度在5%以下几乎不能发芽。 土壤气体组成： 土壤气体存在于土壤粒的间隙内，正常的土壤粒和间隙的比例大约是1:1，间隙内被气体和水分充满着，其比例又是大约1:1。如果孔隙的大小、孔隙率和含水量变化时，土壤的容气量也发生变化，要使土壤中保持一定比例的气体，土壤的结构应该是团粒结构，黏土团粒不发达排水不好，容气量小。 土壤气体的组成，一般情况是CO2浓度比大气中高，而O2浓度比大气中低，当土壤间隙小、水分多时能使CO2浓度剧增和O2浓度大量减少。土壤和大气中的气体交换主要是依靠扩散作用进行的，所以离表层越近，间隙越大，扩散抵抗越小，气体越充足。 2、 土壤气体的调节 1、一般是施用腐熟的有机肥或用作物秸秆改进土壤的透气性。 2、中耕，经常保持土壤疏松通气状态。 3、采用地下灌溉方法灌水，保护良好团粒结构。 第四节 气流环境及调控 一、风对植物生长的影响： 1、改变田间温度 2、增加蒸腾 3、改良光照，影响光合作用 4、增加空气交换 5、促进授粉 6、改变温室内环境 7、造成伤害 1、改变田间温度 （1）增加空气热交换，如在地面剧烈降温的夜里，风将大气中的热传给地面，减缓地面温度降低速率，不易发生霜冻； （2）影响作物表面温度， 风速大小会影响果实表面 最高温度； 2、增加蒸腾 带走叶表水汽，提高蒸腾力 （1）促进水份吸收 （2）增加根对矿质元素的吸收能力：温室内部较露地温度高、风速低，使蔬菜蒸腾力较低，根系吸水减少，导致温室蔬菜某些微量元素水平低于大田。 3、改良光照，影响光合作用 （1）叶片在风中摇晃形成周期极短的摇曳闪光。其光合效应比连续闪光更明显有效：周期为6~7s的闪光下，萝卜增产200%，黄瓜增产50%，番茄增产10%。 （2）风速、湿度和光合速率间的关系： 尤其在光照很强时，叶面温度较高，蒸腾旺盛，风速过高会降低光合强度。故气流速度在0.3-0.5m/s为宜。 光合速率 高湿度（＞60%） 低湿度 高风速 增加CO2,浓度 ， 提高光合速率 蒸腾过旺，叶面失水气孔缩小，不利于CO2,吸收 低风速 增加CO2,浓度 ， 提高光合速率 4、增加空气交换 （1）促进田间通气，有利于CO2扩散：如果没有风及湍流的作用，只要一分多钟，作物周围空气中的CO2就会被耗尽，光合作用会停止。气流交换带来CO2补充，有利于植物的光合速率增加。 （2）补充对CO2的消耗，促进作物增高。但高风速导 致降温，抑制作物株高增加，且抑制效应大于促进效应，所以常表现为高风速导致低株高。 5、不利因素： 造成病害蔓延，增加病虫害长距离迁移可能；也会造成作物叶片机械损伤，刮擦导致病原菌侵害；大风造成作物倒伏、落花落果甚至作物连根拔起。 温室是一个较为封闭的环境，在设施温室内基本不存在剧烈空气流动的情况。但是需要注意冬春季节气温很低的夜晚和清晨，若室外风速较大，会造成温室内迅速降温，甚至出现日出后室内温度低于室外的情况，即“逆温现象”。故冬春季节一定要做好防寒防风工作。 二、温室内气流的调控 温室内气流运动成因： （1）自然通风 自然通风耗能低、费用少、效益高，在常温条件下，合理的自然通风系统完全能满足温室的通风换气需要。但通风能力有限，通风效果易受周围地势和室外气候条件（风向、风速、室内外温差）等因素影响。在某些情况下（如夏季）需要人为辅助。即： （2）主动通风 （一）自然通风的动力： 1、室内外温差形成的内外空气密度差：热压 通风原理：利用温度差产生的室内外空气压力差进行自然通风。 特点：风力较小，但持续存在，稳定、变化较小。 影响因素：室内外温差、通风口高度、通风口有效开启面积、孔口阻力等。 屋面通风口尽量设置在屋面最高处，并与侧墙通风结合，形成较大高度差，避免热空气强迫向下运动。故屋脊通风窗最合理，天沟通风窗效果最差。 2、室外自然风在温室周围形成的压力差：风压 通风原理：有风存在时，迎风面和背风面形成正负压差，形成自然风。 特点：力量大于热压自然风，但不稳定，随机性很强。 影响因素：室外风速、风向及通风口面积等。 侧墙通风面积最大，设置通风口时应将通风口正对当地每年晚春到中秋的主导风向。 为什么选择晚春到中秋这个时节？ 实际生产中，设施在热压与风压同时作用下进行自然通风换气，因此通风口的设置必须符合空气流动的规律，实际温室的自然通风量取决于风速、风向、通风口位置及其有效面积。 通过调节通风口实际面积的大小，可以对温室通气条件进行控制。 （二）自然通风量的计算 通风率：单位温室面积的通风量。是指在单位时间内，单位温室地面面积所交换的空气体。 适度遮阳的温室，当室内最大太阳辐射强度为5万lx时，其通风率大约为2.5 m3/m2·min V1=2.5·S·ψ (Ψ= Ψ1· Ψ2 · Ψ3) V1：温室设计通风量（m3/min） 2.5 ：每平方米地面面积的基本通风量（ m3/m2·min ） S：温室面积（m2） Ψ：修正系数； Ψ1为海拔高度修正系数 Ψ2为光照度修正系数 Ψ3为空气升温修正系数 夏季通风，当风机与湿帘距离很近（＜30m）时，通过温室的气流流速很低，引起室内气流不畅。因此需要用风速系数对基本通风量进行修正。 Ψf = D：风机与湿帘的间距 当D＞30m时，不考虑Ψf ；当D＜30m时，取Ψ和Ψf 间的最大值。 为了保证温室内气流畅通，湿帘与风机的距离应在30~70m之间。超长型温室，可以将湿帘安装在两侧山墙，抽风机安装在侧墙或屋面。 冬季通风，要尽量避免室外冷风直吹作物。因此反而需要降低室内气流流速。所以要用“冬季通风设计修正系数”来修正其设计通风量。 Vd=0.45 · Ψ1· Ψ2 · Ψd Vd：冬季设计通风量； 0.45 ：冬季基本通风量； Ψ1、Ψ2 ：海拔高度修正系数、光照度修正系数 Ψd ：冬季通风设计修正系数 例 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 1、汉滨区一纵轴长为65m的5连栋塑料温室，每栋山墙宽度为6m，在设计建造时应按照多大的通风率进行计算？（安康市平均海拔按1500m计，最大室内光照55000lx，室内允许升温4°C） 2、若在同一地点建设一研究用的小型温室，因地形限制，长约15m，宽约8m。问此温室的通风率该如何设计？ 3、上面的小型温室建造时计划安装采暖设备，可保证室内恒温25°C，那么在户外温度为15°C时，其通风率为多少? 三、自然通风设施 卷膜开窗系统 塑料温室的侧墙和屋面开窗，分手动和电动两种。要求卷膜器有自锁功能。 齿条开窗系统 用于塑料温室和玻璃温室，一般适用于通风窗重量较大的温室，因此大多为机械传动。 四、强制通风、主动通风设施 依靠风机产生的风压强制空气流动。 通风能力强，效果稳定。 可在空气进入室内前进行加温或降温处理，便于组织室内气流和风量调控。 设备和维修费用相对较大，运行需要消耗电能。 设备遮光，运行中产生噪音。 ①进气式通风系统 （正压通风系统） 对温室密闭性要求低。 进风口集中，便于对进风进行加温、过滤等。 温室内的空气正压可阻止尘埃和微生物随空气从缝隙进入污染温室内环境，温室内卫生条件较好。 风口风速较高且吹向植物，室内气流分布不均，不便采用大通风量。 ②排气式通风系统（负压通风系统） 易于实现大风量通风。 室内气流分布均匀。 便于在进风口安装湿垫等降温设备。 要求温室有较好的密闭性。 与外界的卫生隔离较差。 风机的类型与性能 ① 离心式风机 叶轮旋转方向和气流流向不具逆转性； 比转数较小，风压大而空气流量相对较小； 工作静压1000Pa～3000Pa，或更高； 适用于较长管路送风，或气流需经过加热或冷却设备等通风阻力较高的情况。 ② 轴流式风机 叶轮旋转方向和气流流向具可逆转性； 比转数较高，流量大，风压低（适合大部分温室使用要求）； 耗能少、效率较高，安装和维护简单； 最佳工作范围较窄，风量不便调节。（需调节时，可采用改变转速的方法，或采用数台风机，通过改变运行风机数量的方法改变总的通风量。） 适用于不采用空气处理设备和不经过管道输送、风机直接连通设施内外空间的大多数进气通风与排气通风系统。