设施的环境特征及其控制

    设施栽培是在一定的空间范围内进行的，因此生产者对环境的干预、控制和调节能力与影响，比露地栽培要大得多。管理的重点，是根据作物遗传特性和生物特性对环境的要求，通过人为地调节控制，尽可能使作物与环境间协调、统一、平衡，人工创造出作物生育所需的最佳的综合环境条件，从而实现蔬菜、水果、花卉等作物设施栽培的优质、高产、高效。
    制定作物设施栽培的环境调节调控标准和栽培技术规范，必须研究以下几个问题：
    1. 掌握作物的遗传特性和生物学特性，及其对各个环境因子的要求。作物种类繁多，同一种类又有许多品种，每一个品种在生长发育过程中又有不同的生育阶段（发芽、出苗、营养生长、开花、结果等），上述种种对周围环境的要求均不相同，生产者必须了解。光照、温度、湿度、气体、土壤是作物生长发育必不可少的5个环境因子，每个环境因子对各种作物生育都有直接地影响，作物与环境因子之间存在着定性和定量的关系，这是从事设施农业生产所必须掌握的。
    2. 应研究各种农业设施的建筑结构、设备以及环境工程技术所创造的环境状况特点，阐明形成各种环境特征的机理。摸清各个环境因子的分布规律，对设施内不同作物或同一作物不同生育阶段有何影响，为确立环境调控的理论和基本方法、改进保护设施、建立标准环境等提供科学依据。
    3. 通过环境调控与栽培管理技术措施，使园艺作物与设施的小气候环境达到最和谐、最完美的统一。
在摸清农业设施内的环境特征及掌握各种园艺作物生育对环境要求的基础上，生产者就有了生产管理的依据，才可能有主动权。环境调控及栽培管理技术的关键，就是千方百计使各个环境因子尽量满足某种作物的某一生育阶段，对光、温、湿、气、土的要求。作物与环境越和谐统一，其生长发育也越加健壮，必然高产、优质、高效。
    农业生产技术的改进，主要沿着两个方向在进行：一是创造出适合环境条件的作物品种及其栽培技术；二是创造出使作物本身特性得以充分发挥的环境。而设施农业，就是实现后一目标的有效途径。

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。正如人们所说的“万物生长靠太阳”，它精辟地阐明了光照对作物生长发育的重要性。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%或更多。塑料拱棚和日光温室是以日光为惟一光源与热源的，所以光环境对设施农业生产的重要性是处在首位的。
（一）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  园艺设施内的光照强度，一般均比自然光弱，这是因为自然光是透过透明屋面覆盖材料才能进入设施内，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，使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，因设施类型而异。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，而在日落前或刚刚日落就需盖上，1天内作物受光时间不过7～8小时，远远不能满足园艺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，园艺设施内则不然。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，也会影响透光率的多少不同。园艺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。园艺设施内光分布的不均匀性，使得园艺作物的生长也不一致。
（二）园艺设施的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  在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。需要说明的是短光性蔬菜，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＜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4反映了光质对作物产生的生理效应。

表4  各种光谱成分对植物的作用

光谱/纳米	植物生理效应
＞1000	被植物吸收后转变为热能，影响有机体的温度和蒸腾情况，可促进干物质的积累，但不参加光合作用。
1000～720	对植物伸长起作用，其中700～800nm辐射称为远红光，对光周期及种子形成有重要作用，并控制开花及果实的颜色。
720～610	（红、橙光）被叶绿色强烈吸收，光合作用最强，某种情况下表现为强的光周期作用。
610～510	（主要为绿光）叶绿素吸收不多，光合效率也较低。
510～400	（主要为蓝、紫光）叶绿素吸收最多，表现为强的光合作用与成形作用。
400～320	起成形和着色作用。
＜320	对大多数植物有害，可能导致植物气孔关闭，影响光合作用，促进病菌感染

    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。光质对设施栽培的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。例如，日光温室的葡萄、桃、塑料大棚的油桃等都比露地栽培的风味差，这与光质有密切关系。
    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。
（三）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）选择好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，既保证透光率高也兼顾保温好。连接屋面温室屋面角要保证尽量多进光，还要防风、防雨（雪）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、耐老化性强等优质多功能薄膜，漫反射节能膜、防尘膜、光转换膜。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，以增加散射光的透光率。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  目的是为减少作物间的遮荫，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，没有死阴影。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，以满足某种作物或某个发育时期对该光质的需要，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  人工补光的目的有二：一是人工补充光照，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，应进行补充光照。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100瓦/平方米时，或光照时数不足4.5小时/天时，就应进行人工补光。因此，在长江流域冬季保护设施内很需要这种补光，但这种补光要求的光照强度大，为1～3千lx，所以成本较高，国内生产上很少采用，主要用于育种、引种、育苗。