设施园艺环境调节与控制技术

刘涛　高健　宋富兰　张延芳

园艺作物设施栽培是在一定的空间范围内进行的，因此生产者对环境的干预、控制和调节能力与影响，比露地栽培要大得多。管理的重点，是根据园艺作物遗传特性和生物学特性对环境的要求，通过人为的调节控制，尽可能使作物与环境相协调、统一、平衡，人工创造出作物生育所需的最佳综合环境条件，从而实现蔬菜、花卉、水果设施栽培的优质、高产、高效。

1 环境因子

设施园艺小气候环境因子主要包括光照、温度、湿度、气体、土壤5个方面。

1.1 光照

植物的生命活动与光照密不可分，在生产中，主要是通过调节设施内的光照强度与合理光分布来实现作物的正常生长发育。

增强或改进光照强度的管理措施包括：①选用防雾滴且持效期长、耐候性强、耐老化性强等优质多功能薄膜、漫反射节能膜、防尘膜、光转换膜，有条件的可选用PC板材。②保持屋面透明干洁：使塑料薄膜屋面的外表少染尘，经常清扫以增加透光，内表面应通过放风等措施减少结露（水珠凝结），防止光的折射，提高透光率。③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，在阴天或雪天，也应揭开不透明覆盖物，时间越长越好（同样也要在防寒保温的前提下），以增加散射光的透光率。双层膜温室，可将内层改为白天能拉开的活动膜，以利光照。④合理密植，合理安排种植行向，目的是为减少作物间的遮荫，密度不可过大，否则作物在设施内会因高温、弱光发生徒长，作物行向以南北行向较好，没有死阴影。若是东西行向，则行距要加大，单屋面温室的栽培床高度要南低北高，防止前后遮荫。⑤加强植株管理，高秧作物及时整枝打权，及时吊蔓或插架。进入盛产期还应及时将下部老化的或过多的叶片摘除，以防止上下叶互相遮荫。⑥选用耐光品种。⑦地膜覆盖，有利地面反光以增加植株下层光照。⑧利用反光，在温室北墙张挂反光幕（板），可使反光幕前光照增加，有效范围达3m。⑨人工补光，人工补光的目的有2种，一是人工补充光照，用以满足作物光周期的需要。二是作为光合作用的能源，补充自然光的不足。

1.2 温度

温度是影响植物生长发育的最重要的环境因子，与其它环境因子比较，温度是设施栽培中相对容易调节控制的环境因子。对于日光温室来说，温度是通过吸取太阳光照来获得的，光照强，则室内温度高；光照弱，则室内温度低。在生产实践中，光照比温度相对重要，如遇到连续阴天，为维护作物生长发育，在保证作物不受到冻害的情况下，要尽量揭开不透明覆盖材料，让作物接受散射光。

设施内温度的调节和控制包括保温、加温和降温3个方面。这里只介绍日光温室生产中最常用到的保温措施：①采用隔热性能好的保温覆盖材料，提高设施的气密性。②根据当地最大冻土层，合理增加后墙与山墙厚度。③在温室前底角内（或外）设置一条宽30cm，深与当地冻土层相当的防寒沟，沟中填入稻壳等保温材料。④合理通风，减少通风换气量。⑤增加保温覆盖的层数，棚内套一层或两层小拱棚，或在小拱棚上再盖草帘。⑥增大保温比，适当减低温室的高度，缩小夜间保护设施的散热面积，有利提高设施内昼夜的气温和地温。⑦增大温室的透光率，使用透光率高的薄膜，正确选择温室方位和屋面坡度，尽量减少建材的阴影，经常保持覆盖材料干洁。⑧减少土壤蒸发和作物蒸腾量，增加白天土壤贮存的热量，土壤表面不宜过湿，进行地面覆盖也是有效措施。

1.3 湿度

设施内的湿度环境，包含空气湿度与土壤湿度2个方面。

1.3.1 空气湿度。是由土壤水分的蒸发和植物体内水分的蒸腾，在设施密闭的情况下形成的。高湿，是园艺设施湿度环境的突出特点。从环境调控的观点来说，空气湿度的调控，主要是防止作物沾湿和降低空气湿度2个直接目的。防止作物沾湿是为了抑制病害，实际上作物沾湿如能减少2～3h以上，即可抑制大部分病害。降低空气湿度的目的包括促进蒸发蒸腾、防止徒长、防止结露、防止生理病害等等。

除湿的方法：①通风换气。一般采用自然通风，从调节风口大小、时间和位置，达到降低室内湿度的目的。②增温除湿。适当提高室内温度是有效措施之一。湿度的控制既要考虑作物的同化作用，又要注意病害发生和消长的临界湿度。保持叶片表面不结露，就可有效控制病害的发生和发展。③覆盖地膜。④适当控制灌水量。采用滴灌或膜下浇水，节水增温减少蒸发、降低空气湿度。

1.3.2 土壤湿度。因为设施空间或地面有比较严密的覆盖材料，土壤耕作层不能依靠降雨来补充水分，故土壤湿度只能由灌水量、土壤毛细管上升水量、土壤蒸发量以及作物蒸腾量的大小来决定。

在设施环境调控中，土壤湿度的调控是最重要、最严格环节之一。土壤湿度的调控应当依据作物种类及生育期的需水量、体内水分状况以及土壤湿度状况而定。目前，我国设施栽培的土壤湿度调控仍然依靠传统经验，主要凭人观察感觉，调控技术的差异很大。

1.4 气体

园艺设施内的气体条件不如光照和温度条件那样直观地影响着园艺作物的生育，往往被人们所忽视，但随着设施内光照和温度条件的不断完善，保护设施内气体成分和空气流动状况对园艺作物生育的影响逐渐引起人们的重视。设施内空气流动不但对温、湿度有调节作用，并且能够及时排出有害气体，同时补充CO₂对增强园艺作物光合作用，促进生育有重要意义。

1.4.1 CO₂浓度的调节与控制。在半封闭或完全封闭的园艺设施内，作物不断地从有限的空气中吸收CO₂，同时外界大气中又不能及时补充，造成设施内浓度很低，不能充分满足作物生育需要而减产。因此，采取通风换气或人为补充浓度（气体施肥），不但可以增产，也有早熟和改进品质的效果。经济又有效的CO₂浓度，对于一般蔬菜而言，约为大气含量的5倍，CO₂施肥量适宜浓度与作物自身和其他环境因子有关，一般应随光照强度的增加而逐步提高CO₂用量。CO₂的施肥时间必须在一定的光强和温度下进行，即在其他条件适宜，而只因CO₂不足影响光合作用时施用，才能发挥其良好的作用。一般温室在上午随着光照的加强，CO₂浓度因作物的吸收而迅速下降，这时应及时进行CO₂施肥。冬季（11月至翌年2月）CO₂施肥时间约为上午9时，春秋2季可适当提前。中午设施内温度过高，需要进行通风，可在通风前0.5h停止，下午一般不施用。在温室生产中，增加室内CO₂浓度的方法很多，最为常见的为增施有机肥与CO₂发生器（碳酸盐和强酸反应产生CO₂）。

1.4.2 预防有害气体。一般从2个方面来进行：一是改进栽培和施肥方法，使用抗性强的品种，提高作物的耐受能力。二是进行通风换气，以利排除有害气体和换人新鲜气体。在温室生产中，越是在寒冷的季节越需注意通风换气，而通风换气与防寒保温往往是有矛盾的。每天清晨温度比较低，为保温，原则上不应通风，但此时是设施内空气湿度最高、有害气体最多和CO₂最缺少的时刻，应当打开通风口，一方面可以排出有害气体，降低湿度减轻病害，同时又可以换人新鲜空气以补充CO₂。

1.4.3 土壤气体的调节。生产中一般是施用腐熟有机肥或用作物秸杆改进土壤的透气性，由于透气性变好，其他物理性状如保温性、保水性和透水性都变好。施有机物时，能提高土壤的保肥性和减少肥料对pH的影响。孔隙多、透气性好的土壤氧气含量高，有充分的氧进行呼吸作用，使根系发育好，也促进地上部的发育。

1.5 土壤

土壤是园艺作物赖以生存的基础，园艺作物生长发育所需要的养分与水分，都需从土壤中获得，所以园艺设施内的土壤营养状况直接关系作物的产量和品质，是十分重要的环境条件。

设施土壤的肥沃主要表现在能充分供应和协调土壤中的水分、养料、空气和热能以支持作物的生长和发育。土壤中含有作物所需要的有效肥力和潜在肥力，采用适宜的耕作措施，能使土壤达到熟化的要求，并使潜在肥力转化为有效肥力。通过耕作措施使土层疏松深厚，有机质含量高，土壤结构和通透性能良好，蓄保水分、养分和吸收能力高，微生物活动旺盛等，都是促进园艺作物生长发育的有利土壤环境。

1.5.1 土壤环境的调节与控制。①平衡施肥减少土壤中的盐分积累，是防止设施土壤次生盐渍化的有效途径。过量施肥是蔬菜设施土壤盐分的主要来源，目前我国在设施栽培尤其是蔬菜栽培上盲目施肥现象非常严重，化肥的施用量一般都超过蔬菜需要量的1倍以上，大量的剩余养分和副成分积累在土壤中，使土壤溶液盐分的浓度逐年升高，土壤发生次生盐渍化，引起生理病害加重。要解决这些问题，必须根据土壤的供肥能力和作物的需肥规律，进行平衡（配方）施肥。②合理灌溉降低土壤水分蒸发量，有利于防止土壤表层盐分积累。设施栽培土壤出现次生盐渍化并不是整个土体的盐分含量高，而是土壤表层的盐分含量超出了作物生长的适宜范围。土壤水分的上升运动和通过表层蒸发是使土壤盐分积聚在土壤表层的主要原因。灌溉的方式和质量是影响土壤水分蒸发的主要因素，漫灌和沟灌都将加速土壤水分的蒸发，易使土壤盐分向表层积聚。滴灌和渗灌是最经济的灌溉方式，同时又可防止土壤下层盐分向表层积聚，是较好的灌溉措施。③增施有机肥、施用秸秆降低土壤盐分含量。设施内宜施用有机肥，因为其肥效缓慢，腐熟的有机肥不易引起盐类浓度上升，还可改进土壤的理化性状，疏松透气，提高含氧量，对作物根系有利。施用作物秸秆是改良土壤次生盐渍化的有效措施，不仅可以防止土壤次生盐渍化，而且还能平衡土壤养分，增加土壤有机质含量，促进土壤微生物活动，降低病原菌的数量，减少病害。④换土、轮作和无土栽培。换土是解决土壤次生盐渍化的有效措施之一，但是劳动强度大不易被接受，只适合小面积应用。轮作或休闲也可以减轻土壤的次生盐渍化程度，达到改良土壤的目的，如蔬菜保护设施连续使用几年以后，种一季露地蔬菜或一茬水稻，对恢复地力，减少生理病害和病菌引起的病害都有显著作用。当园艺设施的土壤障碍发生严重，或者土传病害泛滥成灾，常规方法难以解决时，可采用无土栽培技术，使得土壤栽培存在的问题得到解决。

1.5.2 土壤消毒。土壤消毒的目的是为了消灭病原菌和害虫等有害生物，主要包括药剂消毒和蒸汽消毒两种方法。

2 设施园艺的综合环境管理

2.1 综合环境调节

设施园艺的光、温、湿、气、土5个环境因子是同时存在的，综合影响作物的生长发育，它们具有同等重要性和不可代替性，缺一不可又相辅相成，当其中某一个因子起变化时，其他因子也会受到影响随之起变化。所谓综合环境调节，就是以实现作物的增产、稳产为目标，把关系到作物生长的多种环境要素都维持在适于作物生长的水平，而且要求使用最少量的环境调节装置（通风、保温、灌水、利用太阳能等等各种装置），既省工又节能，便于生产人员管理的一种环境控制方法。这种环境控制方法的前提条件是，对于各种环境要素的控制目标值（设定值），必须依据作物的生育状态、外界的气象条件以及环境调节措施的成本等情况综合考虑。

如对温室进行综合环境调节时，不仅考虑室内、外各种环境因素和作物的生长、产量状况，而且要从温室经营的总体出发，考虑各种生产资料的投入成本、产出产品的市场价格变化、劳力和栽培管理作业、资金等等的相互关系，根据效益分析进行环境控制，并对各种装置的运行状况进行监测、记录和分析，以及对异常情况进行检查处理等，这些管理称为综合环境管理。从设施园艺经营角度来看，要实现正确的综合环境管理，必须考虑上述各种因素之间的复杂关系。

2.2 综合环境管理的方式

综合环境管理初级阶段可以靠人的分析判断与操作，高级阶段则要使用计算机实行自动化管理即物联网技术。

2.2.1 依靠人进行的综合环境管理。单纯依靠生产者的经验和头脑进行的综合管理，是初级阶段，也是采用计算机进行综合环境管理的基础。依靠人脑实行的综合环境管理，对管理人员的要求较高：一是要具备丰富的知识；二是要善于并勤于观察情况，随时掌握情况变化；三是要善于分析思考，能根据情况做出正确的决断，集思广益；四是能让作业人员准确无误地完成所应采取的措施。

2.2.2 采用计算机的综合环境管理。现代化温室生产过程是一个十分复杂的系统，各个子系统间的运行与协调，环境的控制与管理，依赖人工操作或是传统的机械控制，几乎难以完成，只有通过计算机系统才能达到复杂控制和优化管理的目标。一个好的设施园艺计算机综合环境管理系统，要具有综合环境调节、异常情况紧急处理和数据采集处理功能，并能实现人、机互补，使人与计算机能够科学分担管理项目，则温室环境管理的质量就可以显著地提高。

（收稿：2016-03-01）