光照环境的调节及控制-现代设施农业

2024-04-17 理论教育版权反馈

【摘要】：农业设施内的光照环境除了从光照强度、光照时数、光的组成(光质)等方面影响作物生长发育之外，还要考虑光的分布对其生长发育的影响。一些以块茎、鳞茎等贮藏器官进行休眠的花卉，如水仙、仙客来、郁金香、小苍兰等，其贮藏器官的形成受光周期的诱导与调节。

一、光照环境及其调节控制

植物的生命活动，都与光照密不可分，因为其赖以生存的物质基础，是通过光合作用制造出来的。目前我国农业设施的类型中，塑料拱棚和日光温室是最主要的，约占设施栽培总面积的90%以上。塑料拱棚和日光温室是以日光为唯一光源与热源的，所以光环境对设施农业生产的重要性是处在首位的。

1.农业设施的光照环境特点

农业设施内的光照环境不同于露地，由于是人工建造的保护设施，其设施内的光照条件受建筑方位、设施结构，透光屋面大小、形状，覆盖材料特性、干洁程度等多种因素的影响。农业设施内的光照环境除了从光照强度、光照时数、光的组成(光质)等方面影响作物生长发育之外，还要考虑光的分布对其生长发育的影响。

(1)光照强度设施内的光照强度，一般均比自然光弱，这是因为自然光透过透明屋面覆盖材料进入设施内，这个过程中会由于覆盖材料吸收、反射、覆盖材料内面结露的水珠折射、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%，如果透明覆盖材料不清洁，使用时间长而染尘、老化等因素，透光率甚至不足自然光强的50%。

(2)光照时数农业设施内的光照时数，是指受光时间的长短。塑料大棚和大型连栋温室，因全面透光，无外覆盖，设施内的光照时数与露地基本相同。但单屋面温室内的光照时数一般比露地要短，因为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设施内受光时数。在寒冷的冬季或早春，一般在日出后才揭苫，在日落前就需盖上，一天内作物受光时间不过7～8小时，远远不能满足作物对日照时数的需求。

(3)光质农业设施内光组成(光质)也与自然光不同，主要与透明覆盖材料的性质有关，我国主要的农业设施多以塑料薄膜为覆盖材料，透过的光质就与薄膜的成分、颜色等有直接关系。玻璃温室与硬质塑料板材的特性，也影响设施内的光质。露地栽培太阳光直接照在作物上，光的成分一致，不存在光质差异。

(4)光分布露地栽培作物在自然光下分布是均匀的，设施内则不然。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。单屋面温室后面的仰角大小不同，也会影响透光率。设施内不同部位的地面，距屋面的远近不同，光照条件也不同。设施内光分布的不均匀性，使得作物的生长也不一致。

2.光环境对作物生育的影响

(1)作物对光照强度的要求作物对光照的要求大致可分为阳性植物(又称喜光植物)、阴性植物和中性植物。

①阳性植物这类植物必须在完全的光照下生长，不能忍受长期荫蔽环境，一般原产于热带或高原阳面。如多数一二年生花卉、宿根花卉、球根花卉、木本花卉及仙人掌类植物等。蔬菜中的西瓜、甜瓜、番茄、茄子等都要求较强的光照，才能很好地生长。光照不足会严重影响产量和品质，特别是西瓜、甜瓜，含糖量会大大降低。果树设施栽培较多的葡萄、桃、樱桃等也都是喜光作物。

②阴性植物这类植物不耐较强的光照，遮荫下方能生长良好，不能忍受强烈的直射光线。它们多产于热带雨林或阴坡，如花卉中的兰科植物、观叶类植物、凤梨科、姜科植物、天南星科及秋海棠科植物；蔬菜中多数绿叶菜和葱蒜类比较耐弱光。

③中性植物这类植物对光照强度的要求介于上述两者之间。一般喜欢阳光充足，但在微阴下生长也较好，如花卉中的萱草、耧斗菜、麦冬草、玉竹等。果树中的李、草莓等。中光型的蔬菜有黄瓜、甜椒、甘蓝类、白菜、萝卜等。

(2)作物对光照时数的要求光照时数的长短影响蔬菜的生长发育，也就是通常所说的光周期现象。光周期是指1天中受光时间长短，受季节、天气、地理纬度等的影响。蔬菜对光周期的反应可分为3类。

①长光性蔬菜12～14小时以上较长的光照时数下，能促进开花的蔬菜。如多数绿叶菜、甘蓝类、豌豆、葱、蒜等，若光照时数少于12～14小时，则不抽薹开花，这对设施栽培有利，因为绿叶菜类和葱蒜类的产品器官不是花或果实(豌豆除外)。

②短光性蔬菜当光照时数少于12～14小时能促进开花结实的蔬菜，为短光性蔬菜，如豇豆、茼蒿、扁豆、苋、蕹菜等。

③中光性蔬菜对光照时数要求不严格，适应范围宽，如黄瓜、番茄、辣椒、菜豆等。短光性蔬菜，对光照时数的要求不是关键，而关键在于黑暗时间长短，对发育影响很大；而长光性蔬菜则相反，光照时数至关重要，黑暗时间不重要，甚至连续光照也不影响其开花结实。

光照时间的长短对花卉开花有影响，唐菖蒲是典型的长日照花卉，要求日照时数达13～14小时以上才能花芽分化；而一品红与菊花则相反，是典型的短日照花卉，光照时数小于10～11小时才能花芽分化。设施栽培可以利用此特性，通过调控光照时数达到调节开花期的目的。一些以块茎、鳞茎等贮藏器官进行休眠的花卉，如水仙、仙客来、郁金香、小苍兰等，其贮藏器官的形成受光周期的诱导与调节。果树因生长周期长，对光照时数要求主要是年积累量，如杏要求年光照时数2500～3000小时，樱桃2600～2800小时，葡萄2700小时以上，否则不能正常开花结实，说明光照时数对作物花芽分化，即生殖生长(发育)影响较大。设施栽培光照时数不足往往成为限制因子，因为在高寒地区尽管光照强度能满足要求，但1天内光照时间太短，不能满足要求，一些果菜类或观花的花卉若不进行补光就难以栽培成功。

(3)光质及光分布对作物的影响一年四季中，光的组成由于气候的改变有明显的变化。如紫外光的成分以夏季的阳光中最多，秋季次之，春季较少，冬季则最少。夏季阳光中紫外光的成分是冬季的20倍，而蓝紫光比冬季仅多4倍。因此，这种光质的变化可以影响到同一种植物不同生产季节的产量及品质。表3-1反映了光质对作物产生的生理效应。

表3-1　各种光谱成分对植物的作用

光质还会影响蔬菜的品质。紫外光与维生素C的合成有关，玻璃温室栽培的番茄、黄瓜等蔬菜其果实维生素C的含量往往没有露地栽培的高，就是因为玻璃阻隔紫外光的透过率，塑料薄膜温室的紫外光透光率就比较高。光质对设施栽培园艺作物的果实着色有影响，颜色一般较露地栽培色淡，如茄子为淡紫色。番茄、葡萄等也没有露地栽培风味好，味淡，口感不甜，这与光质有密切关系。(www.chuimin.cn)

由于农业设施内光分布不如露地均匀，使得作物生长发育不能整齐一致。同一种类品种、同一生育阶段的园艺作物长得不整齐，既影响产量、成熟期也不一致。弱光区的产品品质差，且商品合格率降低，种种不利影响最终导致经济效益降低，因此设施栽培必须通过各种措施，尽量减轻光分布不均匀的负面效应。

3.农业设施光照环境的调节与控制

农业设施内对光照条件的要求：一是光照充足；二是光照分布均匀。从我国目前的国情出发，主要还依靠增强或减弱农业设施内的自然光照，适当进行补光，而发达国家补光已成为重要手段。

(1)改进农业设施结构提高透光率

①选择适宜的建筑场地及合理建筑方位确定的原则是根据设施生产的季节，当地的自然环境，如地理纬度、海拔高度、主要风向、周边环境(有否建筑物、有否水面、地面平整与否等)。

②设计合理的屋面坡度单屋面温室主要设计好后屋面仰角，前屋面与地面交角，后坡长度，既保证透光率也兼顾保温性。连接屋面温室屋面角要保证尽量多进光，还要防风、防雨(雪)并使排雨(雪)水顺畅。

③合理的透明屋面形状生产实践证明，拱圆形屋面采光效果好。

④骨架材料在保证温室结构强度的前提下尽量用细材，以减少骨架遮荫，梁柱等材料也应尽可能少用。如果是钢材骨架，可取消立柱，对改善光环境很有利。

⑤选用透光率高且透光保持率高的透明覆盖材料我国以塑料薄膜为主，应选用防雾滴且持效期长、耐候性强、耐老化性强的优质多功能薄膜、漫反射节能膜、防尘膜、光转换膜等。大型连栋温室，有条件的可选用PC板材。

(2)改进栽培管理措施

①保持透明屋面干洁，使塑料薄膜温室屋面的外表面少染尘，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。

②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。在阴雨雪天，也应揭开不透明的覆盖物，在确保防寒保温的前提下时间越长越好，用以增加散射光。双层膜温室，可将内层改为白天能拉开的活动膜，以利光照。

③合理密植合理安排种植行向，目的是为了减少作物间的遮荫。种植密度不可过大，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。若是东西行向，则行距要加大，尤其是北方单屋面温室更应注意行向。

④加强植株管理黄瓜、番茄等高秧作物要及时整枝打杈，及时吊蔓或插架。进入盛产期时还应及时将下部老叶摘除，以防止上下叶片相互遮荫。

⑤选用耐弱光的品种。

⑥地膜覆盖，有利于地面反光以增加植株下层光照。

⑦采用有色薄膜，人为地创造某种光质，以满足作物不同发育时期对光质的需要，从而获得高产、优质。但有色覆盖材料其透光率偏低，只有在光照充足的前提下改变光质才能收到较好的效果。

(3)遮光遮光主要有两个目的：一是减弱保护地内的光照强度；二是降低保护地内的温度。保护地遮光20%～40%能使室内温度下降2～4℃。初夏中午前后，光照过强，温度过高，超过作物光饱和点，对生育有影响时应进行遮光；在育苗过程中移栽后，为了促进缓苗，通常也需要进行遮光。遮光材料要求有一定的透光率，较高的反射率和较低的吸收率。遮光方法有如下几种：①覆盖各种遮荫物，如遮阳网、无纺布、苇帘、竹帘等；②玻璃面涂白，可遮光50%～55%，降低室温3.5～5.0℃；③屋面流水，可遮光25%，遮光对夏季炎热地区的蔬菜栽培，以及花卉栽培尤为重要。

(4)人工补光人工补光的目的有两个。一是人工补充光照，用以满足作物光周期的需要，当黑夜过长而影响作物生育时，应补充光照。另外，为了抑制或促进花芽分化，调节开花期，也需要补充光照。这种补充光照要求的光照强度较低，称为低强度补光。另一目的是作为光合作用的能源，补充自然光的不足。据研究，当温室内床面上光照日总量小于100W/m²时，或光照时数不足4.5小时/天时，就应进行人工补光。但这种补光要求的光照强度大，成本较高，国内生产上很少采用，主要用于育种、引种、育苗。

光照环境的调节及控制-现代设施农业

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