设施农业的综合环境控制

六、设施农业的综合环境控制

（一）综合环境管理的目的和意义
    设施农业的光、温、湿、气、土5个环境因子是同时存在的，综合影响作物的生长发育。为了叙述清楚，便于理解，以上将其分别论述，但实际生产中各因子是同时起作用的，它们具有同等重要性和不可替代性，缺一不可又相辅相成，当其中某一个因子起变化时，其它因子也会受到影响随之起变化。例如，温室内光照充足，温度也会升高，土壤水分蒸发和植物蒸腾加速，使得空气湿度也加大，此时若开窗通风，各个环境因子则会出现一系列的改变，生产者在进行管理时要有全局观念，不能只偏重于某一个方面。
    所谓综合环境调控，就是以实现作物的增产、稳产为目标，把关系到作物生长的多种环境要素（如室温、湿度、二氧化碳浓度、气流速度、光照等）都维持在适于作物生长的水平，而且要求使用最少量的环境调节装置（通风、保温、加温、灌水、施用二氧化碳、遮光、利用太阳能等各种装置），既省工又节能，便于生产人员管理的一种环境控制方法。这种环境控制方法的前提条件是，对于各种环境要素的控制目标值（设定值），必须依据作物的生育状态、外界的气象条件以及环境调节措施的成本等情况综合考虑。
（二）综合环境管理的方式
    综合环境调控在未普及电子计算机以前，完全靠人们的头脑和经验来分析判断与操作。随着温室生产的现代化，环境控制因子复杂化，如换气装置，保温幕的开闭，二氧化碳的施用，灌溉等调控项目不断增加，还与温室栽培作物种类品种的多样化、市场状况和成本核算、经济效益等紧密相关。因此，温室的综合环境管理，仅依赖人工和传统的机械化管理难以完成。
自20世纪60年代开始，荷兰率先在温室环境管理中导入计算机技术，随着70年代微型计算机的问世，以及此后信息技术的飞速发展和价格的不断下降，计算机日益广泛地用于温室环境综合调控和管理中。
我国自20世纪90年代开始，中国农业科学院气象研究所、江苏大学、同济大学等也开始了计算机在温室环境管理中应用的软硬件研究与开发，随着21世纪我国大型现代温室的日益发展，计算机在温室综合环境管理中的应用，将日益发展和深化。
虽然计算机在综合环境自动控制中功能大、效率高、且节能、省工省力，成为发展设施农业优质高效高产和可持续生产的先进实用技术，但温室综合环境管理涉及温室作物生育、外界气象条件状况和环境调控措施等复杂的相互关联因素，有的项目由计算机信息处理装置就能做出科学判断进行合理的管理，有些必须通过电脑与人脑共同合作管理，还有的项目只能依靠人们的经验进行综合判断决策管理，可见电脑还不能完全替代人脑完成设施农业的综合环境管理。
（三）计算机综合环控设备的调节
    1.输出原理
    （1）开关（ON，OFF）调控屋顶喷淋和暖风机的启动与关闭等采用ON、OFF这种最简单的反馈调节法，为防止因计测值不稳定而开关频繁，损伤装置，可在暖风机控制系统中只对停止加温（OFF）加以设定。
    （2）比例积分控制法如换气窗的开闭，在调节室内温度时，换气窗从全封闭到全部开启是一个连续动作，电脑指令换气窗正转、逆转和停止，可调节换气窗成任意开启角度，采用比例加积分控制法，是根据室温与设定温度之差来调节窗的开度大小，是一种更加精确稳定的方式。
    （3）前馈控制法如灌溉水调控没有适宜的感应器，技术监测不可能时，可根据经验依据辐射量和时间进行提前启动。
    2.加温装置的调控通常有暖风机加温和热水加温两种。现在多以开关调节，在加温负荷小时，很易超调量，要缩小启动间隙（关闭的设定值提高0.2～1.0℃）。有效积分控制是一种更有效的方法，均有配套软硬件组装设备。热水加温装置有调控锅炉运行，从而能提高精度调节水温。
    3.换气窗调控以比例积分法控制，外界气温低时，即使开启度很小也会导致室温的很大变化，宜依季节不同调整设定值，根据太阳辐射量和室内外温差指令，自动调节窗的开闭度，遇强风时，指令所有换气窗必须关闭，依风向感应器和风速，也可仅关闭顶风侧的窗，仅调节下风侧的换气窗的开闭，降雨时指令开窗关闭到雨水不侵入温室的程度。
    4.保温幕的调节依辐射、温度和时间的不同而开闭，以保温为目的，通常根据温室热收支计算结果，做出开闭指令，但存在需确保作物一定的光照长度和湿度的矛盾，因此必须在不发生矛盾的原则下进行调节。输入设定值还要根据幕的材料而异，反射性不透明的铝箔材料则依辐射强度来设定，透明膜则依热收支状况来设定。保温幕的调节与换气设备、加温设备调控密切相关，如不可能发生开窗而保温幕关闭的状态。又如日落后，加温装置开启前，关闭保温幕可以节省能耗，三者需配合协调调节。
    5.湿度调节包括加湿与除湿调控。用绝对湿度作为设定值，除开启通气窗来调节外，也有的利用除湿器开关控制即可，但除湿能力低。加湿一般采用喷雾方式，但同时造成室温下降，相对湿度升高，输入设定值时必须考虑温度指标，并根据绝对湿度和饱和差作为湿度设定指标。
    6.二氧化碳调节不论利用二氧化碳发生器或罐装二氧化碳均采用开关简单调节电磁阀开关。按太阳辐射量定时定周期开放二氧化碳气阀，还有依二氧化碳浓度测定计送气和停气，以防止换气扇开启时二氧化碳外溢浪费气源。
    7.环流风机控制使室内气温、二氧化碳浓度分布均匀而采用。即使换气窗全封闭时，少量送风，也有防止叶面结露、促进光合与蒸腾的效果。在温室关窗全封闭时或加热系统启动供暖时运转十分有效。
    8.营养液栽培及灌水的调控水培作物营养液采用循环式供液时，控制供液水泵运转间隔时间和基质无土栽培营养液的滴灌，应根据日辐射量设定供液量和供液间歇时间，通常采用前馈启动调节。营养液的调节通常通过pH计。EC计测定值，以决定加入酸、碱和营养液的量。
　

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	六、设施农业的综合环境控制（一）综合环境管理的目的和意义设施农业的光、温、湿、气、土5个环境因子是同时存在的，综合影响作物的生长发育。为了叙述清楚，便于理解，以上将其分别论述，但实际生产中各因子是同时起作用的，它们具有同等重要性和不可替代性，缺一不可又相辅相成，当其中某一个因子起变化时，其它因子也会受到影响随之起变化。例如，温室内光照充足，温度也会升高，土壤水分蒸发和植物蒸腾加速，使得空气湿度也加大，此时若开窗通风，各个环境因子则会出现一系列的改变，生产者在进行管理时要有全局观念，不能只偏重于某一个方面。所谓综合环境调控，就是以实现作物的增产、稳产为目标，把关系到作物生长的多种环境要素（如室温、湿度、二氧化碳浓度、气流速度、光照等）都维持在适于作物生长的水平，而且要求使用最少量的环境调节装置（通风、保温、加温、灌水、施用二氧化碳、遮光、利用太阳能等各种装置），既省工又节能，便于生产人员管理的一种环境控制方法。这种环境控制方法的前提条件是，对于各种环境要素的控制目标值（设定值），必须依据作物的生育状态、外界的气象条件以及环境调节措施的成本等情况综合考虑。（二）综合环境管理的方式综合环境调控在未普及电子计算机以前，完全靠人们的头脑和经验来分析判断与操作。随着温室生产的现代化，环境控制因子复杂化，如换气装置，保温幕的开闭，二氧化碳的施用，灌溉等调控项目不断增加，还与温室栽培作物种类品种的多样化、市场状况和成本核算、经济效益等紧密相关。因此，温室的综合环境管理，仅依赖人工和传统的机械化管理难以完成。自20世纪60年代开始，荷兰率先在温室环境管理中导入计算机技术，随着70年代微型计算机的问世，以及此后信息技术的飞速发展和价格的不断下降，计算机日益广泛地用于温室环境综合调控和管理中。我国自20世纪90年代开始，中国农业科学院气象研究所、江苏大学、同济大学等也开始了计算机在温室环境管理中应用的软硬件研究与开发，随着21世纪我国大型现代温室的日益发展，计算机在温室综合环境管理中的应用，将日益发展和深化。虽然计算机在综合环境自动控制中功能大、效率高、且节能、省工省力，成为发展设施农业优质高效高产和可持续生产的先进实用技术，但温室综合环境管理涉及温室作物生育、外界气象条件状况和环境调控措施等复杂的相互关联因素，有的项目由计算机信息处理装置就能做出科学判断进行合理的管理，有些必须通过电脑与人脑共同合作管理，还有的项目只能依靠人们的经验进行综合判断决策管理，可见电脑还不能完全替代人脑完成设施农业的综合环境管理。（三）计算机综合环控设备的调节 1.输出原理（1）开关（ON，OFF）调控屋顶喷淋和暖风机的启动与关闭等采用ON、OFF这种最简单的反馈调节法，为防止因计测值不稳定而开关频繁，损伤装置，可在暖风机控制系统中只对停止加温（OFF）加以设定。（2）比例积分控制法如换气窗的开闭，在调节室内温度时，换气窗从全封闭到全部开启是一个连续动作，电脑指令换气窗正转、逆转和停止，可调节换气窗成任意开启角度，采用比例加积分控制法，是根据室温与设定温度之差来调节窗的开度大小，是一种更加精确稳定的方式。（3）前馈控制法如灌溉水调控没有适宜的感应器，技术监测不可能时，可根据经验依据辐射量和时间进行提前启动。 2.加温装置的调控通常有暖风机加温和热水加温两种。现在多以开关调节，在加温负荷小时，很易超调量，要缩小启动间隙（关闭的设定值提高0.2～1.0℃）。有效积分控制是一种更有效的方法，均有配套软硬件组装设备。热水加温装置有调控锅炉运行，从而能提高精度调节水温。 3.换气窗调控以比例积分法控制，外界气温低时，即使开启度很小也会导致室温的很大变化，宜依季节不同调整设定值，根据太阳辐射量和室内外温差指令，自动调节窗的开闭度，遇强风时，指令所有换气窗必须关闭，依风向感应器和风速，也可仅关闭顶风侧的窗，仅调节下风侧的换气窗的开闭，降雨时指令开窗关闭到雨水不侵入温室的程度。 4.保温幕的调节依辐射、温度和时间的不同而开闭，以保温为目的，通常根据温室热收支计算结果，做出开闭指令，但存在需确保作物一定的光照长度和湿度的矛盾，因此必须在不发生矛盾的原则下进行调节。输入设定值还要根据幕的材料而异，反射性不透明的铝箔材料则依辐射强度来设定，透明膜则依热收支状况来设定。保温幕的调节与换气设备、加温设备调控密切相关，如不可能发生开窗而保温幕关闭的状态。又如日落后，加温装置开启前，关闭保温幕可以节省能耗，三者需配合协调调节。 5.湿度调节包括加湿与除湿调控。用绝对湿度作为设定值，除开启通气窗来调节外，也有的利用除湿器开关控制即可，但除湿能力低。加湿一般采用喷雾方式，但同时造成室温下降，相对湿度升高，输入设定值时必须考虑温度指标，并根据绝对湿度和饱和差作为湿度设定指标。 6.二氧化碳调节不论利用二氧化碳发生器或罐装二氧化碳均采用开关简单调节电磁阀开关。按太阳辐射量定时定周期开放二氧化碳气阀，还有依二氧化碳浓度测定计送气和停气，以防止换气扇开启时二氧化碳外溢浪费气源。 7.环流风机控制使室内气温、二氧化碳浓度分布均匀而采用。即使换气窗全封闭时，少量送风，也有防止叶面结露、促进光合与蒸腾的效果。在温室关窗全封闭时或加热系统启动供暖时运转十分有效。 8.营养液栽培及灌水的调控水培作物营养液采用循环式供液时，控制供液水泵运转间隔时间和基质无土栽培营养液的滴灌，应根据日辐射量设定供液量和供液间歇时间，通常采用前馈启动调节。营养液的调节通常通过pH计。EC计测定值，以决定加入酸、碱和营养液的量。