設(shè)施園藝環(huán)境調(diào)節(jié)與控制技術(shù)

劉濤　高健　宋富蘭　張延芳

園藝作物設(shè)施栽培是在一定的空間范圍內(nèi)進(jìn)行的，因此生產(chǎn)者對(duì)環(huán)境的干預(yù)、控制和調(diào)節(jié)能力與影響，比露地栽培要大得多。管理的重點(diǎn)，是根據(jù)園藝作物遺傳特性和生物學(xué)特性對(duì)環(huán)境的要求，通過(guò)人為的調(diào)節(jié)控制，盡可能使作物與環(huán)境相協(xié)調(diào)、統(tǒng)一、平衡，人工創(chuàng)造出作物生育所需的最佳綜合環(huán)境條件，從而實(shí)現(xiàn)蔬菜、花卉、水果設(shè)施栽培的優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效。

1 環(huán)境因子

設(shè)施園藝小氣候環(huán)境因子主要包括光照、溫度、濕度、氣體、土壤5個(gè)方面。

1.1 光照

植物的生命活動(dòng)與光照密不可分，在生產(chǎn)中，主要是通過(guò)調(diào)節(jié)設(shè)施內(nèi)的光照強(qiáng)度與合理光分布來(lái)實(shí)現(xiàn)作物的正常生長(zhǎng)發(fā)育。

增強(qiáng)或改進(jìn)光照強(qiáng)度的管理措施包括：①選用防霧滴且持效期長(zhǎng)、耐候性強(qiáng)、耐老化性強(qiáng)等優(yōu)質(zhì)多功能薄膜、漫反射節(jié)能膜、防塵膜、光轉(zhuǎn)換膜，有條件的可選用PC板材。②保持屋面透明干潔：使塑料薄膜屋面的外表少染塵，經(jīng)常清掃以增加透光，內(nèi)表面應(yīng)通過(guò)放風(fēng)等措施減少結(jié)露（水珠凝結(jié)），防止光的折射，提高透光率。③在保溫前提下，盡可能早揭晚蓋外保溫和內(nèi)保溫覆蓋物，增加光照時(shí)間，在陰天或雪天，也應(yīng)揭開(kāi)不透明覆蓋物，時(shí)間越長(zhǎng)越好（同樣也要在防寒保溫的前提下），以增加散射光的透光率。雙層膜溫室，可將內(nèi)層改為白天能拉開(kāi)的活動(dòng)膜，以利光照。④合理密植，合理安排種植行向，目的是為減少作物間的遮蔭，密度不可過(guò)大，否則作物在設(shè)施內(nèi)會(huì)因高溫、弱光發(fā)生徒長(zhǎng)，作物行向以南北行向較好，沒(méi)有死陰影。若是東西行向，則行距要加大，單屋面溫室的栽培床高度要南低北高，防止前后遮蔭。⑤加強(qiáng)植株管理，高秧作物及時(shí)整枝打權(quán)，及時(shí)吊蔓或插架。進(jìn)入盛產(chǎn)期還應(yīng)及時(shí)將下部老化的或過(guò)多的葉片摘除，以防止上下葉互相遮蔭。⑥選用耐光品種。⑦地膜覆蓋，有利地面反光以增加植株下層光照。⑧利用反光，在溫室北墻張掛反光幕（板），可使反光幕前光照增加，有效范圍達(dá)3m。⑨人工補(bǔ)光，人工補(bǔ)光的目的有2種，一是人工補(bǔ)充光照，用以滿足作物光周期的需要。二是作為光合作用的能源，補(bǔ)充自然光的不足。

1.2 溫度

溫度是影響植物生長(zhǎng)發(fā)育的最重要的環(huán)境因子，與其它環(huán)境因子比較，溫度是設(shè)施栽培中相對(duì)容易調(diào)節(jié)控制的環(huán)境因子。對(duì)于日光溫室來(lái)說(shuō)，溫度是通過(guò)吸取太陽(yáng)光照來(lái)獲得的，光照強(qiáng)，則室內(nèi)溫度高；光照弱，則室內(nèi)溫度低。在生產(chǎn)實(shí)踐中，光照比溫度相對(duì)重要，如遇到連續(xù)陰天，為維護(hù)作物生長(zhǎng)發(fā)育，在保證作物不受到凍害的情況下，要盡量揭開(kāi)不透明覆蓋材料，讓作物接受散射光。

設(shè)施內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)和控制包括保溫、加溫和降溫3個(gè)方面。這里只介紹日光溫室生產(chǎn)中最常用到的保溫措施：①采用隔熱性能好的保溫覆蓋材料，提高設(shè)施的氣密性。②根據(jù)當(dāng)?shù)刈畲髢鐾翆?，合理增加后墻與山墻厚度。③在溫室前底角內(nèi)（或外）設(shè)置一條寬30cm，深與當(dāng)?shù)貎鐾翆酉喈?dāng)?shù)姆篮疁希瑴现刑钊氲練さ缺夭牧?。④合理通風(fēng)，減少通風(fēng)換氣量。⑤增加保溫覆蓋的層數(shù)，棚內(nèi)套一層或兩層小拱棚，或在小拱棚上再蓋草簾。⑥增大保溫比，適當(dāng)減低溫室的高度，縮小夜間保護(hù)設(shè)施的散熱面積，有利提高設(shè)施內(nèi)晝夜的氣溫和地溫。⑦增大溫室的透光率，使用透光率高的薄膜，正確選擇溫室方位和屋面坡度，盡量減少建材的陰影，經(jīng)常保持覆蓋材料干潔。⑧減少土壤蒸發(fā)和作物蒸騰量，增加白天土壤貯存的熱量，土壤表面不宜過(guò)濕，進(jìn)行地面覆蓋也是有效措施。

1.3 濕度

設(shè)施內(nèi)的濕度環(huán)境，包含空氣濕度與土壤濕度2個(gè)方面。

1.3.1 空氣濕度。是由土壤水分的蒸發(fā)和植物體內(nèi)水分的蒸騰，在設(shè)施密閉的情況下形成的。高濕，是園藝設(shè)施濕度環(huán)境的突出特點(diǎn)。從環(huán)境調(diào)控的觀點(diǎn)來(lái)說(shuō)，空氣濕度的調(diào)控，主要是防止作物沾濕和降低空氣濕度2個(gè)直接目的。防止作物沾濕是為了抑制病害，實(shí)際上作物沾濕如能減少2～3h以上，即可抑制大部分病害。降低空氣濕度的目的包括促進(jìn)蒸發(fā)蒸騰、防止徒長(zhǎng)、防止結(jié)露、防止生理病害等等。

除濕的方法：①通風(fēng)換氣。一般采用自然通風(fēng)，從調(diào)節(jié)風(fēng)口大小、時(shí)間和位置，達(dá)到降低室內(nèi)濕度的目的。②增溫除濕。適當(dāng)提高室內(nèi)溫度是有效措施之一。濕度的控制既要考慮作物的同化作用，又要注意病害發(fā)生和消長(zhǎng)的臨界濕度。保持葉片表面不結(jié)露，就可有效控制病害的發(fā)生和發(fā)展。③覆蓋地膜。④適當(dāng)控制灌水量。采用滴灌或膜下澆水，節(jié)水增溫減少蒸發(fā)、降低空氣濕度。

1.3.2 土壤濕度。因?yàn)樵O(shè)施空間或地面有比較嚴(yán)密的覆蓋材料，土壤耕作層不能依靠降雨來(lái)補(bǔ)充水分，故土壤濕度只能由灌水量、土壤毛細(xì)管上升水量、土壤蒸發(fā)量以及作物蒸騰量的大小來(lái)決定。

在設(shè)施環(huán)境調(diào)控中，土壤濕度的調(diào)控是最重要、最嚴(yán)格環(huán)節(jié)之一。土壤濕度的調(diào)控應(yīng)當(dāng)依據(jù)作物種類及生育期的需水量、體內(nèi)水分狀況以及土壤濕度狀況而定。目前，我國(guó)設(shè)施栽培的土壤濕度調(diào)控仍然依靠傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)，主要憑人觀察感覺(jué)，調(diào)控技術(shù)的差異很大。

1.4 氣體

園藝設(shè)施內(nèi)的氣體條件不如光照和溫度條件那樣直觀地影響著園藝作物的生育，往往被人們所忽視，但隨著設(shè)施內(nèi)光照和溫度條件的不斷完善，保護(hù)設(shè)施內(nèi)氣體成分和空氣流動(dòng)狀況對(duì)園藝作物生育的影響逐漸引起人們的重視。設(shè)施內(nèi)空氣流動(dòng)不但對(duì)溫、濕度有調(diào)節(jié)作用，并且能夠及時(shí)排出有害氣體，同時(shí)補(bǔ)充CO₂對(duì)增強(qiáng)園藝作物光合作用，促進(jìn)生育有重要意義。

1.4.1 CO₂濃度的調(diào)節(jié)與控制。在半封閉或完全封閉的園藝設(shè)施內(nèi)，作物不斷地從有限的空氣中吸收CO₂，同時(shí)外界大氣中又不能及時(shí)補(bǔ)充，造成設(shè)施內(nèi)濃度很低，不能充分滿足作物生育需要而減產(chǎn)。因此，采取通風(fēng)換氣或人為補(bǔ)充濃度（氣體施肥），不但可以增產(chǎn)，也有早熟和改進(jìn)品質(zhì)的效果。經(jīng)濟(jì)又有效的CO₂濃度，對(duì)于一般蔬菜而言，約為大氣含量的5倍，CO₂施肥量適宜濃度與作物自身和其他環(huán)境因子有關(guān)，一般應(yīng)隨光照強(qiáng)度的增加而逐步提高CO₂用量。CO₂的施肥時(shí)間必須在一定的光強(qiáng)和溫度下進(jìn)行，即在其他條件適宜，而只因CO₂不足影響光合作用時(shí)施用，才能發(fā)揮其良好的作用。一般溫室在上午隨著光照的加強(qiáng)，CO₂濃度因作物的吸收而迅速下降，這時(shí)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行CO₂施肥。冬季（11月至翌年2月）CO₂施肥時(shí)間約為上午9時(shí)，春秋2季可適當(dāng)提前。中午設(shè)施內(nèi)溫度過(guò)高，需要進(jìn)行通風(fēng)，可在通風(fēng)前0.5h停止，下午一般不施用。在溫室生產(chǎn)中，增加室內(nèi)CO₂濃度的方法很多，最為常見(jiàn)的為增施有機(jī)肥與CO₂發(fā)生器（碳酸鹽和強(qiáng)酸反應(yīng)產(chǎn)生CO₂）。

1.4.2 預(yù)防有害氣體。一般從2個(gè)方面來(lái)進(jìn)行：一是改進(jìn)栽培和施肥方法，使用抗性強(qiáng)的品種，提高作物的耐受能力。二是進(jìn)行通風(fēng)換氣，以利排除有害氣體和換人新鮮氣體。在溫室生產(chǎn)中，越是在寒冷的季節(jié)越需注意通風(fēng)換氣，而通風(fēng)換氣與防寒保溫往往是有矛盾的。每天清晨溫度比較低，為保溫，原則上不應(yīng)通風(fēng)，但此時(shí)是設(shè)施內(nèi)空氣濕度最高、有害氣體最多和CO₂最缺少的時(shí)刻，應(yīng)當(dāng)打開(kāi)通風(fēng)口，一方面可以排出有害氣體，降低濕度減輕病害，同時(shí)又可以換人新鮮空氣以補(bǔ)充CO₂。

1.4.3 土壤氣體的調(diào)節(jié)。生產(chǎn)中一般是施用腐熟有機(jī)肥或用作物秸桿改進(jìn)土壤的透氣性，由于透氣性變好，其他物理性狀如保溫性、保水性和透水性都變好。施有機(jī)物時(shí)，能提高土壤的保肥性和減少肥料對(duì)pH的影響?？紫抖?、透氣性好的土壤氧氣含量高，有充分的氧進(jìn)行呼吸作用，使根系發(fā)育好，也促進(jìn)地上部的發(fā)育。

1.5 土壤

土壤是園藝作物賴以生存的基礎(chǔ)，園藝作物生長(zhǎng)發(fā)育所需要的養(yǎng)分與水分，都需從土壤中獲得，所以園藝設(shè)施內(nèi)的土壤營(yíng)養(yǎng)狀況直接關(guān)系作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，是十分重要的環(huán)境條件。

設(shè)施土壤的肥沃主要表現(xiàn)在能充分供應(yīng)和協(xié)調(diào)土壤中的水分、養(yǎng)料、空氣和熱能以支持作物的生長(zhǎng)和發(fā)育。土壤中含有作物所需要的有效肥力和潛在肥力，采用適宜的耕作措施，能使土壤達(dá)到熟化的要求，并使?jié)撛诜柿D(zhuǎn)化為有效肥力。通過(guò)耕作措施使土層疏松深厚，有機(jī)質(zhì)含量高，土壤結(jié)構(gòu)和通透性能良好，蓄保水分、養(yǎng)分和吸收能力高，微生物活動(dòng)旺盛等，都是促進(jìn)園藝作物生長(zhǎng)發(fā)育的有利土壤環(huán)境。

1.5.1 土壤環(huán)境的調(diào)節(jié)與控制。①平衡施肥減少土壤中的鹽分積累，是防止設(shè)施土壤次生鹽漬化的有效途徑。過(guò)量施肥是蔬菜設(shè)施土壤鹽分的主要來(lái)源，目前我國(guó)在設(shè)施栽培尤其是蔬菜栽培上盲目施肥現(xiàn)象非常嚴(yán)重，化肥的施用量一般都超過(guò)蔬菜需要量的1倍以上，大量的剩余養(yǎng)分和副成分積累在土壤中，使土壤溶液鹽分的濃度逐年升高，土壤發(fā)生次生鹽漬化，引起生理病害加重。要解決這些問(wèn)題，必須根據(jù)土壤的供肥能力和作物的需肥規(guī)律，進(jìn)行平衡（配方）施肥。②合理灌溉降低土壤水分蒸發(fā)量，有利于防止土壤表層鹽分積累。設(shè)施栽培土壤出現(xiàn)次生鹽漬化并不是整個(gè)土體的鹽分含量高，而是土壤表層的鹽分含量超出了作物生長(zhǎng)的適宜范圍。土壤水分的上升運(yùn)動(dòng)和通過(guò)表層蒸發(fā)是使土壤鹽分積聚在土壤表層的主要原因。灌溉的方式和質(zhì)量是影響土壤水分蒸發(fā)的主要因素，漫灌和溝灌都將加速土壤水分的蒸發(fā)，易使土壤鹽分向表層積聚。滴灌和滲灌是最經(jīng)濟(jì)的灌溉方式，同時(shí)又可防止土壤下層鹽分向表層積聚，是較好的灌溉措施。③增施有機(jī)肥、施用秸稈降低土壤鹽分含量。設(shè)施內(nèi)宜施用有機(jī)肥，因?yàn)槠浞市Ь徛?，腐熟的有機(jī)肥不易引起鹽類濃度上升，還可改進(jìn)土壤的理化性狀，疏松透氣，提高含氧量，對(duì)作物根系有利。施用作物秸稈是改良土壤次生鹽漬化的有效措施，不僅可以防止土壤次生鹽漬化，而且還能平衡土壤養(yǎng)分，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，促進(jìn)土壤微生物活動(dòng)，降低病原菌的數(shù)量，減少病害。④換土、輪作和無(wú)土栽培。換土是解決土壤次生鹽漬化的有效措施之一，但是勞動(dòng)強(qiáng)度大不易被接受，只適合小面積應(yīng)用。輪作或休閑也可以減輕土壤的次生鹽漬化程度，達(dá)到改良土壤的目的，如蔬菜保護(hù)設(shè)施連續(xù)使用幾年以后，種一季露地蔬菜或一茬水稻，對(duì)恢復(fù)地力，減少生理病害和病菌引起的病害都有顯著作用。當(dāng)園藝設(shè)施的土壤障礙發(fā)生嚴(yán)重，或者土傳病害泛濫成災(zāi)，常規(guī)方法難以解決時(shí)，可采用無(wú)土栽培技術(shù)，使得土壤栽培存在的問(wèn)題得到解決。

1.5.2 土壤消毒。土壤消毒的目的是為了消滅病原菌和害蟲(chóng)等有害生物，主要包括藥劑消毒和蒸汽消毒兩種方法。

2 設(shè)施園藝的綜合環(huán)境管理

2.1 綜合環(huán)境調(diào)節(jié)

設(shè)施園藝的光、溫、濕、氣、土5個(gè)環(huán)境因子是同時(shí)存在的，綜合影響作物的生長(zhǎng)發(fā)育，它們具有同等重要性和不可代替性，缺一不可又相輔相成，當(dāng)其中某一個(gè)因子起變化時(shí)，其他因子也會(huì)受到影響隨之起變化。所謂綜合環(huán)境調(diào)節(jié)，就是以實(shí)現(xiàn)作物的增產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)為目標(biāo)，把關(guān)系到作物生長(zhǎng)的多種環(huán)境要素都維持在適于作物生長(zhǎng)的水平，而且要求使用最少量的環(huán)境調(diào)節(jié)裝置（通風(fēng)、保溫、灌水、利用太陽(yáng)能等等各種裝置），既省工又節(jié)能，便于生產(chǎn)人員管理的一種環(huán)境控制方法。這種環(huán)境控制方法的前提條件是，對(duì)于各種環(huán)境要素的控制目標(biāo)值（設(shè)定值），必須依據(jù)作物的生育狀態(tài)、外界的氣象條件以及環(huán)境調(diào)節(jié)措施的成本等情況綜合考慮。

如對(duì)溫室進(jìn)行綜合環(huán)境調(diào)節(jié)時(shí)，不僅考慮室內(nèi)、外各種環(huán)境因素和作物的生長(zhǎng)、產(chǎn)量狀況，而且要從溫室經(jīng)營(yíng)的總體出發(fā)，考慮各種生產(chǎn)資料的投入成本、產(chǎn)出產(chǎn)品的市場(chǎng)價(jià)格變化、勞力和栽培管理作業(yè)、資金等等的相互關(guān)系，根據(jù)效益分析進(jìn)行環(huán)境控制，并對(duì)各種裝置的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)、記錄和分析，以及對(duì)異常情況進(jìn)行檢查處理等，這些管理稱為綜合環(huán)境管理。從設(shè)施園藝經(jīng)營(yíng)角度來(lái)看，要實(shí)現(xiàn)正確的綜合環(huán)境管理，必須考慮上述各種因素之間的復(fù)雜關(guān)系。

2.2 綜合環(huán)境管理的方式

綜合環(huán)境管理初級(jí)階段可以靠人的分析判斷與操作，高級(jí)階段則要使用計(jì)算機(jī)實(shí)行自動(dòng)化管理即物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

2.2.1 依靠人進(jìn)行的綜合環(huán)境管理。單純依靠生產(chǎn)者的經(jīng)驗(yàn)和頭腦進(jìn)行的綜合管理，是初級(jí)階段，也是采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行綜合環(huán)境管理的基礎(chǔ)。依靠人腦實(shí)行的綜合環(huán)境管理，對(duì)管理人員的要求較高：一是要具備豐富的知識(shí)；二是要善于并勤于觀察情況，隨時(shí)掌握情況變化；三是要善于分析思考，能根據(jù)情況做出正確的決斷，集思廣益；四是能讓作業(yè)人員準(zhǔn)確無(wú)誤地完成所應(yīng)采取的措施。

2.2.2 采用計(jì)算機(jī)的綜合環(huán)境管理?，F(xiàn)代化溫室生產(chǎn)過(guò)程是一個(gè)十分復(fù)雜的系統(tǒng)，各個(gè)子系統(tǒng)間的運(yùn)行與協(xié)調(diào)，環(huán)境的控制與管理，依賴人工操作或是傳統(tǒng)的機(jī)械控制，幾乎難以完成，只有通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)才能達(dá)到復(fù)雜控制和優(yōu)化管理的目標(biāo)。一個(gè)好的設(shè)施園藝計(jì)算機(jī)綜合環(huán)境管理系統(tǒng)，要具有綜合環(huán)境調(diào)節(jié)、異常情況緊急處理和數(shù)據(jù)采集處理功能，并能實(shí)現(xiàn)人、機(jī)互補(bǔ)，使人與計(jì)算機(jī)能夠科學(xué)分擔(dān)管理項(xiàng)目，則溫室環(huán)境管理的質(zhì)量就可以顯著地提高。

（收稿：2016-03-01）