第二章设施光环境及调控 第二章设施光环境及其调控 主讲：杨振超 :行只香开珠期：影壳师共大设 教学重点及。 第一节设施光环境特征 Keywords Radiation:electromagnetic wave 无的因素 Light:Radiation with wa 380.780nm ately)in a practical definition. 果二线代好及男R Importance of light for plant life Importance of light for plant life Thermal effects .Thermal effects--Light intensity(quantity) osynt .Photosynthesis--Light intensity omorphogenesis(flower development. duration of ight period Light quality etc) .Morphology (phototropism.heliotropism.etc. .Morphology--Light quality,Direction of light .Mutagenesis Mutagenesis-Light quality 园艺设施学 1
园艺设施学 1 第二章 设施光环境及其调控 主讲：杨振超 2012年10月22日星期一 第二章 设施光环境及调控 2 第二章 设施光环境及调控 基本内容： （1）设施光环境特征 （2）作物对光环境的要求 （3）设施光环境的调节技术及设备 基本要求： （1）掌握设施光环境的构成、影响因素、调节技术及设备。 （2）理解不同设施环境光的变化规律及与其他因素的关系 （3）了解作物对光环境的要求、光环境调节设备的发展现状与趋势 教学重点及难点： （1）教学重点是光环境的构成、影响因素、调节技术及变化规律。 （2）教学难点是设施光环境调节技术。 2012年10月22日星期一 第二章 设施光环境及调控 3 第一节 设施光环境特征 一、太阳辐射的光谱能量分布 二、太阳辐射强度 三、设施光环境特点 （一）光照强度 （二）光照时数 （三）光质 （四）光分布 四、影响设施光环境的因素 （一）覆盖材料 （二）直射光入射角 （三）屋面倾斜角 （四）温室的方位角 （五）植株垄（行）向 （六）温室光环境季节的变化 2012年10月22日星期一 第二章 设施光环境及调控 4 Keywords Radiation: electromagnetic wave Light： Radiation with wavelengths in a range of 1 nm to 1 mm. Visible radiation (380 - 780 nm, approximately) in a practical definition. 2012年10月22日星期一 第二章 设施光环境及调控 5 Importance of light for plant life Thermal effects Photosynthesis Photomorphogenesis (flower development, etc.) Morphology (phototropism, heliotropism, etc.) Mutagenesis 2012年10月22日星期一 第二章 设施光环境及调控 6 Importance of light for plant life Thermal effects --Light intensity (quantity) Photosynthesis --Light intensity (quantity) Photomorphogenesis -- Light quality, duration of light period Morphology -- Light quality, Direction of light Mutagenesis --Light quality
、太阳辐射的光津能分布 国命光合有每自生0的 大气奥外 电磁波增 aa 计 黑体常温下的热细射被请 带程物体的韵变司 55095。 长 常物体的热散大温内量。 光照环境的要素 (三)光照强度的度量 光照对植物的二类作用 ■①光照度 植物产物形成和生理活动的光合作用能量源 ,影响生长发育过程和形态形成的信息源 国际的定的人眼视觉特性评价的射 光照环境的要素 (辐 功率 ,光合作用一光照强度量 区别计算 光周期现象 -光照时数 光合有效辐射，不同光谱对植物的作用 一光质 园艺设施学 2
园艺设施学 2 2012年10月22日星期一 第二章 设施光环境及调控 7 一、太阳辐射的光谱能量分布 10-8 10-6 10 1 -4 102 104 10-2 106 电磁波谱 波长( m ) X射线 紫外线 可见光 红外线 太阳辐射 热射线 射线 无线电波 可见光：0.38～0.76 m 太阳辐射：0.2～3 m（占太阳辐射能总量99%） 常温物体的辐射：3～100 m 热射线：0.1～100 m 1mm（毫米）=1000m（微米）＝1000000nm（纳米） 1m （微米）=1000nm（纳米） 2012年10月22日星期一 第二章 设施光环境及调控 8 太阳辐射光谱 波长（nm） 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 辐射能（W/m2.m） 地面 大气层外缘 6000K黑体辐射 紫外线 可见光 红外线 380 760 8.7% 43.0% 48.3 植物光合有效辐射(生理辐射) 300～780nm —— 对植物生理 产生作用的光辐 射波长范围 400～720nm —— 产生植物光 合作用的光辐射 波长范围，一般 在400～700nm的 范围计量 2012年10月22日星期一 第二章 设施光环境及调控 9 黑体常温下的热辐射波谱 0 10 20 30 40 0 20 40 60 80 100 波长(m) 辐射力 (W/m2 m) 300K ( 27℃ ) 常温物体的热辐射约在 3～80 m之间 5～50 m 辐射能量 占总辐射能量95% 20000 40000 60000 80000 100000 (nm) 0 2012年10月22日星期一 第二章 设施光环境及调控 10 波长范围 不同波长的光热辐射对植物及环境的作用 300nm以下 ①对于多数植物，具有杀伤作用，可能导致植物气孔关 闭，影响光合作用，增加病菌感染。 ②加速塑料覆盖材料老化 300～400nm 有利植物的成形与花、果着色、维生素C形成 400～720nm ①植物光合作用 400～510nm蓝紫光 植物吸收率高，光合作用强，有利植 物成形。 510～610nm绿光 植物吸收率及光合作用效率较低。 610～720nm红橙光 植物吸收率高，光合作用强，一些条 件下具有较强的光周期作用。 ②提供辐射热量 720～1000nm 影响植物伸长，700～800nm辐射称为远红光，对光周期及种子形 成有重要作用，并控制开花及果实颜色。 1000～3000nm 提供太阳辐射热量。 3000～80000nm 常温物体的热辐射，散失温室内热量。 可 见 光 红 外 光 长波红外 辐射 太 阳 辐 射 ( 短 波 辐射） 紫 外 光 2012年10月22日星期一 第二章 设施光环境及调控 11 光照环境的要素 光照对植物的二类作用 植物产物形成和生理活动的光合作用能量源 影响生长发育过程和形态形成的信息源 光照环境的要素 光合作用 —— 光照强度量 光周期现象 —— 光照时数 光合有效辐射，不同光谱对植物的作用 —— 光质 2012年10月22日星期一 第二章 设施光环境及调控 12 （三）光照强度的度量 ①光照度 受照平面上接受的光通量面密度（单位面积光通量）， 单位：lx 光通量 —— 是按照国际约定的人眼视觉特性评价的辐射 能通量（辐射功率） 人眼视觉对555nm黄绿光最敏感，以该波长光为基准， 对可见光380～760nm范围内的不同波长光按人眼的感觉 区别计算。 植物生理辐射的光波长与人眼感受范围不同，同时不同 波长光的植物生理效应与人眼视觉不同，用光照度作为 植物光照的度量指标是不适宜的
②光合有效辐射瓶度PAR ④太阳总辐射服座 700am)的能量. 上到达或通过的全部波长 位，Wm2 图光合有效光量子流虚度PPED成PPE 单位时间、单位面积上到达或通过的光合有效与 射的光 ⑤各种光超射度量单位的相互关系 光度、超照度、光量子流密度等与光进能 位。 m2.s 的强度取 吸收的光量子 定的 用光量 相关关系。 各种光照度量单位的相互关系 合作用 光鹿、舞原座、光量子流密座与光能分布密切 关，几者之圆于定的 只有在定的光遭能量分布况下，才有明确的相关关系 物的 光重值称为 用 k数X4 W/m?Wim!x4emm2 些植物的光补金点与光饱和点的大数数值 光周期与植物对光照时问的要求 100-48000.4-17 2300-00 100-170 与普警器布光合作用香买的九原强成皮在头充补能点 园艺设施学 3
园艺设施学 3 2012年10月22日星期一 第二章 设施光环境及调控 13 ②光合有效辐射照度 PAR（Photosynthetically Active Radiation） 单位时间、单位面积上到达或通过的光合有效辐 射（400～700nm）的能量。 单位：W / m2 ③光合有效光量子流密度 PPFD或PPF（Photosynthetic Photon Flux Density） 单位时间、单位面积上到达或通过的光合有效辐 射的光量子数。 单位：mol / m2·s 植物光合作用的强度取决于植物吸收的光量子数 量，用光量子数度量植物的光照更为合理。 2012年10月22日星期一 第二章 设施光环境及调控 14 ④太阳总辐射照度 单位时间、单位面积上到达或通过的全部波长 范围内的太阳辐射能量。 单位：W/m2 ⑤各种光辐射度量单位的相互关系 光照度、辐射照度、光量子流密度等与光谱能 量分布密切相关，几者之间无固定的比例关系。 只有在确定的光谱能量分布情况下，才有明确的 相关关系。 2012年10月22日星期一 第二章 设施光环境及调控 15 各种光照度量单位的相互关系 光照度、辐射照度、光量子流密度等与光谱能量分布密切相 关，几者之间无固定的比例关系。 只有在确定的光谱能量分布情况下，才有明确的相关关系。 一般天气自然（太阳）光照情况下几种光照度量单位的近似换算关系 光合有效 辐射照度 W/m2 光合有效 光量子流密度 mol/m2.s 对应的太阳 总辐射照度 W/m2 光照度 1 klx ≈ 4.2 (4) 16.8 (16) 10 k lx数 ×4 ≈ W/m2 W/m2 ×4 ≈ mol/m2.s 2012年10月22日星期一 第二章 设施光环境及调控 16 3.光照强度与植物光合作用 光辐射的强度 CO2的交换速度 0 光补偿点 光饱和点 光合作用产生的物质正好抵偿 光合作用产生的物质正好抵偿 呼吸作用的消耗，植物吸收的 CO2与放出的CO2相等，这时的 光强量值称为光补偿点。 光合作用随光强增加而增加， 光合作用随光强增加而增加， 当光强达到一定数值，净光合作 用达到最大值不再增加，这时的 光强量值称为光饱和点。 不同植物、不同生长期的光补偿点与光饱和点数值各异， 并且与温度、CO2浓度、水份条件等有关。 光照对植物的作用： 植物产物形成和生理活动的光合作用能量源 影响生长发育过程和形态形成的信息源 2012年10月22日星期一 第二章 设施光环境及调控 17 光照度 Lx PAR W/m2 PPFD mol/m2.s 光 补 偿 点 100～4000 0.4～17 1.7～67 光 饱 和 点 阳性植物（番茄、黄瓜、西瓜、甜 瓜、葡萄、樱桃、桃等） 60000～90000 250～380 1000～1500 中性植物（茄子、甜椒、草莓、甘 蓝、白菜、萝卜等） 40000～60000 170～250 680～1000 阴性植物（兰科、观叶类、姜科、 天南星、秋海棠科花卉、叶菜等） 25000～40000 100～170 400～680 一些植物的光补偿点与光饱和点的大致数值 植物有效进行光合作用需要的光照强度应在其光补偿点 与饱和点之间 2012年10月22日星期一 第二章 设施光环境及调控 18 4.光周期与植物对光照时间的要求 • P660占优势时，可促进短日照植物、抑制长日照植物的生长发育； • P730占优势时，可促进长日照植物、抑制短日照植物的生长发育。 • P660对660nm波长的红光吸收敏感，经一定时间的光照或660nm的光 照射，R660可转变为P730； • P730对730nm的远红光吸收敏感。 P730经一定的暗期或730nm的辐射 照射，可转变为R660。 长日照植物 12～14小时以上光照促进生长发育 短日照植物 光照少于12～14小时促进生长发育 中光性植物 对光照时数无严格要求 660nm光照 730nm光照 连续暗期 连续明期 R660 P730 光敏色素合成 光敏色素代谢破坏
三、设施光环境特点 (一)光照强度 ·(一)光照强度 ·温室内的光照强度比自然光要弱， ·(二)光照时数 因为 ·(三)光质 ·(四)光分布 (二)光照时数 (三)光质 温室内的光照时数会受到温室类型的影 与 影响的是 380nm以下紫 光的透光率， 数盖材料不能透过波长310 m以下的紫外 光。 甚至不足6小时， ·此外，覆盖材料还可以影响红光和远红光的 比例。 (四)光分布 四、影响设施光环境的因素 路华情提胸在和在货型的是格的空，星来鸡对花分 。温室地平面或温室斐培床平面内平均单位面 积的光通量即为温室的光照强度。温室的光 然度为室的平均透光率为外则温 黄中贵后种彩 室内的光照强度为： I=Iot 提州是分的是要酸程能 园艺设施学
园艺设施学 4 2012年10月22日星期一 第二章 设施光环境及调控 19 三、设施光环境特点 （一）光照强度 （二）光照时数 （三）光质 （四）光分布 2012年10月22日星期一 第二章 设施光环境及调控 20 （一）光照强度 温室内的光照强度比自然光要弱，这是因为 自然光是透过透明屋面覆盖材料才能进入 的，这个过程中会由于覆盖材料吸收、反射、 覆盖材料内表面结露的水珠折射、吸收等而 降低透光率。 尤其在寒冷的冬、春季节或阴雪天，透光率 只有自然光的50%～70%，如果透明覆盖材 料染尘而不清洁、使用时间长而老，透光率 甚至会降到自然光强的50%以下。 2012年10月22日星期一 第二章 设施光环境及调控 21 （二）光照时数 温室内的光照时数会受到温室类型的影响。 塑料大棚和大型连栋温室，因全面透光，无外覆盖，温 室内的光照时数与露地基本相同。 日光温室等单屋面温室内的光照时数一般比露地要短。 在寒冷季节为了防寒保温覆盖的蒲席、草苫揭盖时间直 接影响温室内受光时数。 在寒冷的冬季或早春，一般在日出后才揭苫，而在日落 前或刚刚日落就需盖上，1日内作物受光时间不过7～8小 时，在高纬度地区冬季甚至不足6小时。 2012年10月22日星期一 第二章 设施光环境及调控 22 （三）光质 室内光谱组成（光质）也与自然光不同，与 透明覆盖材料的性质有关，主要影响的是 380nm以下紫外光的透光率，虽然有一些塑 料膜可以透过310-380nm的紫外光，但大多 数覆盖材料不能透过波长310nm以下的紫外 光。 此外，覆盖材料还可以影响红光和远红光的 比例。 2012年10月22日星期一 第二章 设施光环境及调控 23 （四）光分布 露地栽培作物在自然光下光分布是均匀的，温室内则不然。 由于骨架结构材料和保温墙壁的影响，会产生不均匀的光分 布。 例如，单屋面温室的后屋面及东、西、北三面有墙，都是不 透光部分，在其附近或下部往往会有遮荫。朝南的透明屋面 下，光照明显优于北部。 据测定，温室栽培床的前、中、后排黄瓜产量有很大的差 异，前排光照条件好，产量最高，中排次之，后排最低，反 映了光照分布不均匀。 温室内不同部位的地面，距屋面的远近不同，光照条件也不 同。温室内光分布的不均匀性，使得园艺作物的生长也不一 致。 2012年10月22日星期一 第二章 设施光环境及调控 24 四、影响设施光环境的因素 温室地平面或温室栽培床平面内平均单位面 积的光通量即为温室的光照强度。温室的光 照强度与其平均透射率有关。假定室外的自 然光照强度为I0温室的平均透光率为t，则温 室内的光照强度为： 0 I I
”温室的透光率也可分为直射光透光和散 辐射的率为M,则温室的透光率可按下式 求得 1=1,1-r)1-51-5) 1=Mh,+0-M0 清洁硬盖材料对散耐光的透光布，当显面概斜角纹大时 巴室构架和设色等习引起的地阳损夫系数。一极大型黑空不想 过0.06 (一)覆盖材料 图26硬质板的透光率 梦 配6香话玻璃和告反射皮请（玻清格花清》的透表率(E社资同 图2-7软质塑料膜的透光率 图2-8农用氟素树脂膜 )的透光率（全 孙线可见光一1 透过 园艺设施学
园艺设施学 5 2012年10月22日星期一 第二章 设施光环境及调控 25 温室的透光率 也可分为直射光透光率tz和散 射光透光率ts两部分。假如室外直射辐射与总 辐射的比率为M，则温室的透光率 可按下式 求得： M z M s (1 ) 2012年10月22日星期一 第二章 设施光环境及调控 26 t取决于覆盖材料的种类、温室的结构型式以及覆盖材料的污 损情况等，也与温室的方位、季节及时间等有关。温室的散 射透光率 可按下式确定： 式中 ——清洁覆盖材料对散射光的透光率，当屋面倾斜角较大时应 折减2—3%。 r1——由温室构架和设备等引起的遮阳损失系数，一般大型温室不超 过0.05，小型温室不超过0.10。 r2——因覆盖材料老化而引起的透光率损失系数。 r3——水滴和尘埃引起的透光损失系数，一般由于水滴引起的透光损 失系数可达0.2-0.3，尘埃引起的透光损失系数可达0.15-0.2。 s (1 )(1 )(1 ) 0 1 2 3 r r r s s 0s 2012年10月22日星期一 第二章 设施光环境及调控 27 （一）覆盖材料 不同的覆盖材料有不同的透光率，所以覆盖材料对温室光照有着决定性 的影响。覆盖材料除透光率外，还影响温室内的光谱组成。 1．不同覆盖材料的透光性能 图2-5 普通玻璃和热反射玻璃（玻璃-膜-玻璃）的透光率（TE社资料） 2012年10月22日星期一 第二章 设施光环境及调控 28 图2-6 硬质板的透光率 2012年10月22日星期一 第二章 设施光环境及调控 29 图2-7 软质塑料膜的透光率 2012年10月22日星期一 第二章 设施光环境及调控 30 图2-8 农用氟素树脂膜（ETFE）的透光率（全 日本农技中心，1990）