温室环境调控技术

同种生物的其他有机体（种内关系 ）
生物因 子
异种生物的有机体（种间关系） 气候因子（包括光、温度、水分、空气等）
非生物 因子
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

生物和环境之间的相互关系：
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。

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。 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，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。


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 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

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，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
目的：减少化石燃料的使用 寻求有效的清洁能源 实现热泵在日光温室的应用
•
地源热泵系统由能量采集、提升和释放等三部分组成。

生物和生物之间的相互关系：
捕食、寄生、竞争和互惠共生等
四、生态因子的特性

1、综和性
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
定义：每一个生态因子都不是独立存在的都是在与其他
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
生态因子限制作用的定律

（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

（2）谢尔福德耐受定律
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

2、非等价性
2个是起主要作用的主导因子
定义：对生物起作用的诸多因子是非等价的，其中有1-

3、不可替代性和可调剂性 4、信号作用 （光周期）


5、阶段性和限制性
态因子或生态因子的不同强度
阶段性：生物在生长发育的不同阶段往往需要不同的生
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
45 ℃ ~50 ℃
14 ℃ ~16 ℃ (Beijing )
80m ~100m
②
针对地源热泵提供的热媒介质温度较低（45～50℃）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。 Replace
图1 传统采暖管道的布置
图2 地表－冠层换热方式
③ 地表－冠层散热系统的布置与设备安装
Solar module array
将太阳能光伏发电系统与 LED光源、密闭式植物工 厂相结合，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 load
plant factory Principle of this system
光源
系统结构图
实验系统的平面布局 Layout of the Experiment System


1.空气热湿状态模型 2.农业设施通风量模拟 3.太阳辐射与光照模型 4.地面及土壤传热模型 5.农业设施围护结构的传热模拟 6.农业设施热湿环境动态模型
七、环境控制技术的发展现状



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。 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， 设施分布情况是：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。
实验系统的结构 Structure of the Experiment System
探索解决综合环境控制问题

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。
土壤温度
环境调控技术
温度 空气温度 空气湿度 CO2环境 光照
加温、保温、可再生能源利用 通风、降温 --------------- CO2施肥 --------------- 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


1 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 2 外界环境对农业生物生理活动的影响 3 农业生物对环境的影响 4 学习农业工厂周年生产问题
温室环境调控技术
一、什么是环境
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 生物圈
自然环境
定义：指生物有机体生活空间的外界自然条件的总合
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
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
人工环境
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

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

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
三、生态因子的分类


ห้องสมุดไป่ตู้
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 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
地面结构剖面图
地面散热系统
冠层散热系统
地源热泵系统在日光温室中的实验研究
CSG
80m ~100m
45 ℃ ~50 ℃
13 ℃ ~14 ℃
1、U型换热管 2、分水器 6、集水器
3、补水阀 4、潜水泵 5、热泵机组
7、循环水泵 8、补水阀
LED在植物育苗中的应用
太阳能光伏发电 + 节能光源LED + 植物工厂



1、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 2、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 3、研究制定最佳综合环境调控技术标准

温室环境因素