4作物的生理生态与设施环境及其调控技术.doc
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1、幻灯片1第二单元:总论-设施园艺的 基本理论与技术第四章 作物的生理生态、设 施环境及其调控技术幻灯片2主要内容一、作物生理生态二、设施调控技术l 光环境性及其调控l 二氧化碳环境及其调控l 温度环境及其调控l 湿度环境及其调控l 土壤环境及其调控l 根际环境及其调控l 综合调控l 概述l 光合与呼吸生理l 蒸腾作用l 生长发育生理l 群体生理生态幻灯片3一、作物生理生态(一)概 述1. 设施内环境特点l 遮风挡雨,可以调节土壤水分l 调节气温或地温l 调节光照环境l 创造特定的通气环境l 提高二氧化碳浓度l 提高设施内湿度幻灯片4(二)光合与呼吸生理l 几个重要概念l 光合作用:绿叶利用光能
2、将CO2和H2O转变成碳水化合物并释放出氧气的过程。l l CO2 + H20 (CH2O) + O2 呼吸作用:植物吸收O2将体内的碳水化合物分解成二氧化碳和水,同时释放能量的过程.(有氧呼吸)光照叶绿素C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O +能量 无氧呼吸C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + 能量 C6H12O6 2CH3CHOHCOOH + 能量 幻灯片5l 光强l 定义:在单位时间内照射到单位面积上的光l 能量或光量子摩尔数 单位:w/m2,或mol/m2/s幻灯片6l 光补偿点:光合速率与呼吸速率相同时的光强l 光饱和点:CO2交换速率变化稳定时的光强l 二
3、氧化碳补偿点:在一定条件下,作物对CO2的l 同化吸收量与呼吸释放量相等,表观l 光合速率为0,此时的CO2浓度即为二l 氧化碳补偿点l 二氧化碳饱和点:在一定条件下, CO2浓度升l 高,光合作用增强,当CO2浓度升高 l 到一定程度,光合速率不再增加时的 CO2浓度即为二氧化碳饱和点幻灯片7(三)生长发育生理l 1、概念l 生长:细胞数量增加、体积增大(量变)l 发育:细胞功能分化(质变)l 生长发育过程:l 一年生植物l 二年生植物多年生植物幻灯片82、生长生理生长规律:“S”形曲线运输:碳水化合物的转移(水分、温度影响)生长(营养与生殖): 鲜重 高度 直径 色泽幻灯片9l 3、发育生
4、理l 光周期型(光周期现象)l 低温春化长日类型l 春化作用:指一段时间的低温对植物由营养生长转为生殖生长的诱导作用。l 种子春化 如白菜、萝卜、菠菜l 绿体春化 如甘蓝、洋葱、大蒜、芹菜等l 脱春化(25-400C)l 营养型 开花结果不受光照长短影响l 不受低温诱导幻灯片104、影响生长发育的环境条件l 温度:l 光照l 二氧化碳l 土壤l 微生物l 湿度幻灯片11温度:植物对温度的要求:“三基点” 最高温度:4050三基点 最适温度:2535 最低温度:57菠菜、大葱、大蒜:0-5/15-25黄瓜、辣椒、番茄:10-15/25-30 温度影响酶活性(光合作用受温度的影响)l 生长温周期现
5、象:在自然条件下,一般表现日温较高和夜温较低的周期性变化,同无温差条件下相比,植物生长更为迅速幻灯片12光照:可见光:400-760nm,占52%不可见光:760nm,占43%植物需光3种类型: 强光照、中光照、弱光照植物; 阳性、中性、阴性植物幻灯片13二氧化碳:植物光合作用的原料;提高光能利用和作物产量;现象: 光合适应(photosynthetic acclimation)或 光合下调(down regulation of photosynthesis) 在同样的浓度下测定比较时,长期在高二 氧化碳浓度下生长的植物光合速率往往低 于普通二氧化碳浓度下生长的植物幻灯片145、设施作物生长发
6、育的调节生长发育特性:l 营养生长型l 营养、生殖生长同时型先营养后生殖型幻灯片15生长发育调控:l 栽培管理措施生长调节剂l 促发芽生根:GA3/IBA/NAAl 增产:PP333(多效唑)l 控制性别分化:乙烯l 提高坐果率l 催熟:乙烯利l 控制抽薹开花:GA(赤霉素)幻灯片16(四)群体生理生态1、群体构成定义:由多数既独立又相关、相互影响的个体组成的群体结构层次:结构类型:l 光合层l 支持层l 吸收层l 支水平和丛生l 垂直叶群l 混合叶群蔓性幻灯片172、群体构成与光能利用率(光能利用率是指作物光合作用积累的有机物中所含能量占照射在同一地面上太阳辐射能的百分率 ;光合作用效率是指
7、作物通过光合作用制造的有机物中所含有的能量,与光合作用中吸收的光能的比值)关系:群体结构影响光能利用率提高光能利用率的途径:l 合理密植l 调整群体结构株型l 延长光合作用时间l 改善栽培环境条件l 提高CO2浓度幻灯片18二、设施环境及其调控技术 (一)设施环境特性及调控(二)环境的综合调控幻灯片19(一)设施环境特性及调控1 光环境2 温度环境3 湿度环境4 二氧化碳气体5 土壤环境幻灯片201、光环境光环境对温室作物的生长发育产生光效应、热效应和形态效应,直接影响其光合作用,光周期反应和器官形态的建成,在设施园艺作物的生产中,尤其是对喜光园艺作物的优质高产栽培中,具有决定性的影响。幻灯片
8、211.1 设施内的光环境特征 l 总辐射量低,光照强度弱l 温室内的光合有效辐射能量、光量、太阳辐射量受透明覆盖材料的种类、老化程度、洁净度的影响,仅为室外的5080%,这种现象在冬季往往成为喜光果菜类作物等生产的主要限制因子。l 辐射波长组成与室外有很大差异 l 当太阳短波辐射进入设施内并被作物和土壤等吸收后,又以长波的形式向外辐射时,多被覆盖的玻璃或薄膜所阻隔,很少透过覆盖物外去,从而使整个设施内的红外光长波辐射增多,这也是设施具有保温作用的重要原因。l 光照分布在时间和空间上极不均匀温室内的太阳辐射量,特别是直射光日总量,在温室的不同部位、不同方位不同时间和季节,分布都极不均匀,尤其是
9、高纬度地区冬季设施内光照强度弱,光照时间短,严重影响温室作物的生长发育。幻灯片221.2 影响设施光环境的主要因素 l 散射光的透光率(Ts) l 太阳光通过大气层时,因气体分子、尘埃、水滴等而发生散射并吸收后到达地表的光线称为散射光。 l 直射光的透光率 (Td )l 依纬度、季节、时间、温室建造方位、单栋或连栋、屋面角和覆盖材料的种类等而异。l 构架率: 简易管棚 Venlo型玻璃温室 普通钢架玻璃温室 l 屋面直射光入射角的影响l 覆盖材料的光学特性 l 温室的结构方位的影响 幻灯片23 图1 覆盖材料为3mm玻璃的太阳入射角与透光率和反射率幻灯片24 优 O 良 差 X 劣 图2 各种
10、温室太阳直射光环境综合评价 (日本农业气象学会,1977) A 南北单栋 A 东西单栋 B 南北2连栋 B 东西2连栋 C 南北15连栋 C 东西5连栋 D 南北5连栋 D 东西15连栋幻灯片25l 东西单栋温室随屋面角的增大而增大透光率。l 东西连栋温室,则随着屋面角增大到约30度时透光率达最高值,再继续增大则透光率又迅速下降,这是由于屋脊升高后,直射光透过温室时要经过的南屋面数增多了。l 南北栋温室的透光率与屋面角的大小关系不很大。l 单栋温室的透光率均高于连栋温室。 幻灯片261.3 设施内光环境的调控 1.3.1 光量(光强)的调控l 改善设施的透光能力,增强设施内的自然光照强度。 l
11、 在强光的夏季栽培或进行软化栽培等特殊条件下进行遮光。 l 在冬季弱光期或光照时数较少的地区进行人工补光。 幻灯片271.3.1.1 改善设施的透光能力 A、选好透明覆盖材料、改进设施的结构 l 采用透光率高、防尘性能好、抗老化、无水滴的覆盖材料; l 建造设施时应尽量采用合理的屋面角度; l 减少建材的遮荫;l 建筑设施时,要注意选择合理的方位。 幻灯片28 同时,要充分利用反射光。如日光温室适当缩短后坡,并在后墙上涂白以及安装镀铝反光膜,地面覆盖地膜等。幻灯片29 从透光率和骨架材料遮阴两方面考虑:对单栋温室、塑料棚而言,如是单屋面,则应以东西延长,坐北朝南为优。如是双屋面的,以冬季生产为
12、主时,东西延长比南北延长的光强,并可调整屋面坡度,减少水平构架材料来减少床面上弱光带;如以春秋栽培为主或全年栽培时,则应以南北延长为优。幻灯片30B、加强设施的光照管理 l 建造设施应选择粉尘、烟尘等污染较轻的地方。 l 应经常打扫和清洗透光覆盖面,增加透光率。 l 阴雪天过后应及时揭开保温覆盖物。幻灯片31C、 通过栽培技术来实现 栽培畦向-以南北畦受光均匀 密度 植株调整 设施专用品种 利用反射光:地膜覆盖,北墙张挂反光膜 有色薄膜使用,改变光质 幻灯片32 要注意作物的合理密植与垄向,改善光照分布。 1.3.1.2 夏季栽培或软化栽培等条件下遮光l 遮光的目的 l 减弱设施内的光强 降低
13、设施内的温度 遮阳网、玻璃面涂白、屋面流水、苇帘、竹帘等 幻灯片36遮光的方法 覆盖各种遮荫物,如覆盖苇帘、竹帘、遮阳网、不织布等。 优点:降温效果好缺点:操作较难,易损坏幻灯片41幻灯片42 玻璃面涂白法 全部涂白、部分涂白或斑状涂白 幻灯片43 涂白原料一般为石灰水,在国外也有用温室专用涂白剂。 幻灯片44 玻璃屋面喷雾法 幻灯片451.3.1.3 冬季弱光期或光照时数较少的地区 人工补光人工补光的目的日长补光以抑制或促进花芽分化,调节作物开花时期,即以满足作物光周期的需要为目的。 栽培补光促进作物光合作用,促进作物生长,补充自然光照的不足为目的。 幻灯片46调控花期 :弱光(5-10 w
14、/m2),红光,用白炽灯、荧光灯即可;蓝、红光等,用荧光灯或高压气体放电灯。栽培补光对电光源的要求l 光照强度在3000 lx以上。l 光照强度具有一定的可调性。l 有一定的光谱组成,最好具有太阳光的连续光谱。幻灯片47人工补光的光源 l 白炽灯:红光、远红光多,可见光所占比例少。l 价格便宜,但发光效率低(10-26 光通量(Lm)/消耗电功率 (w),光色较差,目前只能作为一种辅助光源。 使用寿命大约1000小时。 幻灯片48荧光灯 光谱主要集中在可见光区 蓝紫光 黄绿光 红橙光 16.1% 39.3 % 44.6%l 第二代电光源。价格便宜,发光效率高(约为白炽灯的4倍)。可以改变荧光粉
15、的成分,以获得所需的光谱。寿命长达3000小时左右。l 主要缺点是功率小。 幻灯片49金属卤化物灯光效高(60-80 Lm/w),光色好(主要集中在可见光区域),功率大(200-400 W),是目前高强度人工补光的主要光源。缺点是成本较高。 幻灯片50高压气体放电灯l 水银灯(汞灯):主要是蓝绿光,紫外辐射高,发光效率高(达50-60 Lm/w),光色差。低压灯主要用作紫外光源,高压灯用于照明及人工补光。l 氙灯:分为长弧氙灯和短弧氙灯,两种氙灯辐射能量分布与日光较接近,故称“小太阳”。强度高,发光效率高(27-37 Lm/w)体积小,寿命长。l 生物效应灯:连续光谱,紫外光、蓝紫光和远红外光
16、低于自然光,远红外低于自然光25%。绿、红、黄光比自然光高。幻灯片51幻灯片52 2、 温度环境2.1 设施作物对温度的基本要求2.2 设施的温度环境特点与热平衡 2.3 设施内温度环境调控幻灯片532.1 园艺作物对温度的基本要求温度是园艺作物设施栽培的首要环境条件,因为任何作物的生长发育和维持生命活动都要求一定的温度范围,即所谓最适、最高、最低界限的“温度三基点”。当温度超过生长发育的最高、最低界限,则生育停止。如再超过维持生命的最高最低界限,就会死亡。 幻灯片54表1 几种果菜类蔬菜生育的适宜气温、地温及界限温度()(高桥等,1977) 幻灯片56l 温室效应 在无加温条件下,温室内温度
17、的来源主要靠太阳的直接辐射和散射辐射,而且透过透明覆盖物,照射到地面,提高室内气温和土温,由于反射出来的是长波辐射,能量较小,大多数被玻璃、薄膜等覆盖物阻挡,所以温室内进入的太阳能多,反射出去的少。再加上覆盖物阻挡了外界风流作用,室内的温度自然比外界高,这就是所谓的温室效应。幻灯片57温室效应的影响因素l 太阳辐射量l 设施的保温比设施内的土壤面积(S)与覆盖及维护结构表面积(W)之比,即S/W=。一般温室的保温比:l 单栋0.5-0.6;连栋0.7-0.8l 设施屋面角、方位覆盖材料幻灯片582.2 设施的温度环境特点与热平衡 l 2.2.1 设施温度变化特征l 气温的季节变化 l 冬季:候
18、均温10C 旬最高均温17C 旬最低均温4C l 夏季:候均温22C 旬最高均温 28C 旬最低均温 15C l 气温的日变化 l 设施内“逆温”现象 l 室内气温的分布存在不均匀l 候均温是连续5日的平均气温。 气候学上按候均温划分季节。半旬为一候。候均温划分四季的标准是:1022为春季;大于22为夏季;2210为秋季;小于10为冬季。这样子才会有长夏无冬之类的说法。 幻灯片59 无加温温室内温度的日变化(高仓) i室内气温 o室外气温幻灯片60设施内气温分布不均匀,无论垂直方向和水平方向均存在温差。在保温条件下,垂直温差可达4-6,水平温差较小。幻灯片612.2.2 温室的热平衡原理 温室
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- 作物 生理 生态 设施 环境 及其 调控 技术
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