实验15　温室内温度、水分、光照的调控技术

15.1　实验目的

通过实验使学生掌握常见温室内的温度、水分、光照的调控技术；根据温室内植物的不同情况采取相应的调控措施。

15.2　材料与用具

各类温室、温度计、湿度计、地热线、遮阳网、反光膜、荧光灯、电动喷雾加湿器等。

15.3　内容与操作步骤

15.3.1　温度的调控

15.3.1.1　提高温室温度

（1）增加温室透光率

包括采用合理方法、合理采光角和棚型，使用无滴膜，保持透光面积的洁净，可增加透光率，使土壤积蓄更多热量。

冬季晴朗天气，温室白天温度上升很快。就冬季较寒冷的1月来观察，白天温度可以达到25℃以上，与室外温度相差15～20℃之多。为使温室尽可能地吸收太阳光，因此，在设计温室时，一定要考虑采光的坡度。又应根据生产地区的纬度、太阳高度角以及冬季最低温度时间而设计。如根据有关气象资料论述，以冬至这一天为准，以正中午12时计算，天津地区是北纬39°36'，太阳高度角为27°54'，太阳光的入射角与温室坡面成直角，说明太阳光无反射损失，完全被吸收。除直角外，其余角度均因入射角度不同而有不同的反射损失。此外，温室坡向与太阳光照时间也有密切关系，因为每向东偏1°，太阳提早照射4min；偏东5°～10°可延长整个上午的日照时间，此外，早揭草帘也可以充分利用上午的光照时间。为提高夜间温度，温室的方向应偏西5°～10°。偏东、偏西要依据地区来设计，早晨或上午多阴时，或者在多云多雾地区，不宜偏东，以偏西为好。如偏西5°，应延长午后日照20min，以提高冬季温室的夜间温度。

近年来市场又推出了乙烯、乙酸乙烯多功能复合膜（简称EVC膜），是一种综合效果好、适于在温室上应用的无滴透明、高效的新型多功能膜。市场新推出的多种有色膜，对改进温室中的光线波长、促进植物光合作用、提高产量和质量有良好作用。其中紫色、蓝色膜效果不错，应依据当地具体情况考虑使用。

（2）采取多层覆盖，减少热量散失

这是最经济、最有效的保温技术，如在温室大棚外覆盖保温被，内架中、小棚，中、小棚上覆盖草帘。

（3）炉火加温

冬季常遇到强寒流侵袭和连续阴雨雪低温天气，可采用临时加温措施，每8～10m放一个炉子临时加温。用炉火加温一定要架烟道，并防止烟道漏烟、漏气，以避免发生一氧化碳中毒和二氧化硫中毒。

（4）土壤加温

主要用电热线加温，在育苗和高档园林植物冬季栽培中应用。

（5）加温温室常用的方式

常用方式为热风加温空气或是暖气管道，或是在土层下铺设送热管道给土壤加温，或是蒸汽采暖，以及热水（蒸汽）热交换热风采暖，蒸汽热交换热水采暖，电热采暖，辐射采暖，太阳能蓄热采暖等。

目前，较常用的有热空气加热和热水加热两种方式，均以燃料（柴油和重油）锅炉为热源。热风加热系统是吸入温室空气，加热后由主风道和设置在垄间的支风道送回温室，出风口温度低于30℃，风速1～3m/s。热水加热系统将水加热至约65℃，用水泵和管道通到地面，即可加热土壤。如果温室面积大，用热水管加热，运行成本较低，可以更好地保证室内作物生长所需的温度。如果温室面积小，用热风加热可以更灵活地运行，一次性投资较管道加热系统成本低。

目前，使用烟道加热和热水及蒸汽加热更为常见。但每种加热方式都有其优缺点。例如烟道加热价格便宜，但温度不容易调节；热水加热和蒸汽加热是理想的加热方法，室内温度没有急剧变化，但燃料消耗更多，不经济；电加热和暖风加热更加科学有效，但成本太高，暂时不能普遍应用。

15.3.1.2　降低温度的方法

（1）自然通风降温

在控制温室温度时，应尽可能利用自然通风，打开温室天窗和侧窗可完成自然通风。另外，还可以在温室屋顶安装垂直卷帘窗来完成自然通风。实验测定：在开放天窗和室内温度不超过25℃的春秋季，室内温度在5min内可以降低2～5℃，这样可以在春秋季节省一些能源。

（2）湿帘风机降温及外遮阳的选用

湿帘风扇冷却系统是由湿帘、风扇、水循环系统及配件组成的，利用水蒸发时空气中的湿热转化成潜热的原理来进行降温处理，水蒸发量与空气饱和蒸汽压成正比关系。空气越干燥，温度越高，湿帘幕空气冷却速度越快。多年来的生产实践证明，该系统不仅在中国北方的冷却效果极为显着，而且在长江流域和东南海地区炎热的季节也适用。夏季炎热的天气，空气通过湿帘后一般可以降低4～7℃。它是目前中国大型温室生产设施最具效益、成本最低的冷却方法。

温室覆盖材料一般是透明的，其内部温度受到阳光的影响极大。现有的温室一般采用内部遮阳系统，从使用的情况来看，效果差。这是由于阳光穿透覆盖材料后，在温室上部聚集了大量的热量，使温室顶部的温度过高。虽然打开天窗、侧窗并内部遮阳，但是有很多热量不能散发出去。使用外遮阳，在温室外增加了遮阳层，阻挡大部分阳光进入温室。使用外遮阳的效果比内遮阳的效果更好。在7～8月的夏季，温室内的温度可控制在30～32℃，充分满足夏季温室生产的要求，提高温室生产的效率。

红掌的生产一般在温室内进行。红掌生长最适宜温度为22～28℃，最低不低于14℃，最高不超过31℃。在高温季节，可以通过开启湿帘及通风设备来降低温室内温度，遮阳可以避免因高温而造成花芽败育或畸变。

15.3.2　水分的调控技术

水分调控，包括对温室内的环境水分状况和土壤水分状况进行合理而有效的调节和控制。它们的表征指标分别是空气相对湿度和土壤湿度。因此，调控设施内的水分状况就是调控空气湿度和土壤湿度，这是保证温室高产高效优质的重要基础。

空气相对湿度由土壤蒸发和作物蒸腾产生。空气相对湿度因天气状况及加温、通风和灌水等措施而异。晴天时，一般白天空气的相对湿度为50%～60%，夜间达到90%以上；阴天时，白天可达70%～80%，夜间达到饱和状态。白天气温高，加上适当的通风，空气的相对湿度较低。

土壤湿度由灌溉产生，并不断地向外蒸发或被植物吸收而蒸腾。土壤蒸发和植物蒸腾的水分一部分随空气流动而散失，一部分在薄膜表面凝结。

植物在不同生长发育阶段对空气湿度和土壤水分的要求不同。当土壤中水分过多时，蒸发量加大，因而造成空气湿度过大，为病害的侵染创造了有利条件，导致植株发病。反之，湿度过低，同样也会造成危害。因此，必须对湿度适时进行调节，使之满足植株生长发育的要求。

15.3.2.1　降低湿度的方法

地面覆盖，抑制土壤水分的蒸发；控制灌水，提高室内温度，使饱和差上升；利用晴天加大通风量，减少棚内水汽量。具体的方法如下。

①通风换气　通过调节通风口大小、时间和位置，以自然通风换气法达到降低湿度的目的。

②地面覆盖　减少土壤蒸发量，降低空气湿度，并采用无滴膜覆盖。

③采用微灌技术　采用滴灌、微喷、渗灌、膜下滴灌等灌溉技术。此外，还可采用中耕降湿、人工放置吸水剂（如生石灰、草木灰降湿）等方法。

15.3.2.2　增加湿度的方法

现代温室加湿的主要措施是使用自动喷雾加湿器。随着科学技术的进步，各式各样的加湿器不断地被开发出来，大大减少了人力、物力和水资源的浪费，并且还降低了成本，提高了效率。在此之前，最常用的加湿方法是人工喷雾，在夏季中午进行温室地面喷水，以降温增湿。但这些都要较多的人力，并且浪费了水资源。近年来水帘的广泛应用，不仅在夏季降低温度方面起到很大的作用，而且在增加湿度方面的效果也很显著。另外，遮阳降温也是一个保湿的好办法，减少夏季太阳光的入射量，降低温室温度。遮阳方法分为外遮阳、内遮阳和内外双遮阳3种。使用遮阳网的效果十分明显，通过内外遮阳网的使用，或者选择不同种类的遮阳网，能把光强度和温度控制在计划范围内，湿度自然也可以得到保持。另外，还可考虑使用在遮阳网上喷水的方法。但要注意的是，不同厂家生产的遮阳网质量会有差别，所以一定要做好遮阳网的选择。

如红掌工厂化生产，关键是保持相对高的空气湿度，一定的湿度有利于红掌生长。当气温在20～28℃时，湿度在60%～70%之间；当气温达到28℃以上时，湿度在70%～80%之间。尤其在高温季节，可通过喷淋系统、雾化系统来增加温室内的空气相对湿度，以营造红掌高湿的生长环境。

15.3.3　光照的调控技术

冬季光照弱，且温室的薄膜或玻璃反射了一部分光照，加上薄膜的老化，附着尘埃、水滴等影响透光。因此，设施内光照强度仅为设施外的50%～80%，光照成为喜光植物冬季生长发育的限制因子。其调控方法介绍如下。

①用优质薄膜　冬季保护地应选用透光性好、防尘、抗老化、无滴透明膜作为覆盖材料，白天应尽量避免多层覆盖。

②经常打扫、清洗薄膜，以增加透光率。

③增挂反光幕　将镀铝聚酯反光幕张挂在日光温室操作道南侧，以增强光照强度。

④人工补光　在连续阴雨雪天气时，用白炽灯、荧光灯、生物效应灯进行人工补光，补光以全天不超过16h为宜。

夏季光照时间过长，造成室温过高，光度过强，应有效控制光照强度。除了结构设计合理外，还可通过选择遮阳网的遮光率来控制，达到最适状态。目前，许多短日照类型的盆栽花卉，如菊花、一品红等，应用遮光的方法来缩短光照，以达到提前开花的目的。最常用的办法是采用不透明黑色塑料布或黑色棉布加工的遮光罩。覆盖时间一般根据盆栽花卉种类而定。阴雨天光照不足时，可以采用人工补光系统。

如荷花属长日照植物，需要充足的阳光。要求日照时数为10～12h。而冬季日照时间短，因此可采用时控灯光照明。在室内每隔4m2设置一盏200W白炽灯。晚上6～9时开灯，阴天时白天开灯补光。

红掌花序是在每片叶的叶腋中形成的，花与叶数量的差别最重要的因素是光照。温室内，红掌光照的控制可通过活动遮光网来调控。在晴天时，遮掉75%的光照，温室最理想的光照是20000lx左右，最大光照强度不可长期超过25000lx。早晨、傍晚或阴雨天，则不用遮光。红掌在不同生长阶段对光照要求各有差异。如营养生长阶段对光照要求较高，可适当增加光照，促使其生长；开花期间对光照要求低，可用活动遮光网调至10000～15000lx，以防止花苞变色，影响观赏。

15.4　温室类型与设计说明

温室是园艺生产中最重要、应用最广泛的设施，对环境因子的调控能力最强，而且不受地区和季节的限制，可周年生产。其形式类型多样，往往与其他保护地设施配合使用。

15.4.1　类型

①按屋面的形状　分为单屋面温室、双屋面温室、折面温室、拱圆形温室、屋脊形温室、连栋温室。

②按建筑材料　分为土木结构温室、砖木结构温室、混合结构温室、钢结构温室、轻质铝合金结构温室。

③按热能来源　分为日光温室、加温温室。

④按屋面覆盖材料　分为塑料温室、玻璃温室。

⑤按用途分类　分为农业生产温室、观赏展览温室、科研温室、专用温室。

15.4.2　温室的结构特点及性能

温室结构根据建材、设备、规模大小、形式各有不同。

15.4.2.1　一面坡日光温室

这是鞍山、北京、天津等地最早应用的可充分采光、不进行人工加温的温室。

这种温室的进光面是一个平面，由北面向南倾斜接地（图1-15-1）。

一般长度为30m，宽6m，后墙高1.6～2m，后屋面宽1.9m左右，中柱高2.5m，前柱高1.3m，后墙距中柱1.6m，中柱距前柱2.1m，前柱距南边2.3m，塑料薄膜与地面的夹角在30°左右。

这种温室的骨架多数用竹木结构，用料少，结构简单，建造容易，冬季日光入射角小，透光率大，室内温度高，加上夜间便于覆盖草毡，保温性能好，可用于喜温蔬菜的越冬栽培。其缺点是温室南侧太矮，空间小，不便于操作管理。

15.4.2.2　立窗式温室

又叫双坡面温室，前立窗有的垂直于地面，有的略向南倾斜，其结构规格各地差异很大。

这种温室跨度为6.5～8m，中柱高2～3m，前柱高1.7～1.8m，前立窗高0.6～0.8m，后墙高1.6～1.7m，后墙用土打实，底宽1.2m，上宽1.2m，用砖砌时，一般为三砖空心墙。后坡长1.6～1.7m，铺上草箔，并抹草泥共30cm厚（图1-15-2）。

这种温室的骨架主要是木材，是土木或砖木结构。透明覆盖物是塑料薄膜，保温覆盖物多用棉被。温室空间较大，采光性能良好，保温性能也强，可进行喜温作物的越冬栽培。

15.4.2.3　拱圆形温室

这种类型的日光温室，透光面为拱形或弧形。根据后层面的宽窄，又分为长后坡矮后墙式和短后坡高后墙式两种温室。

（1）长后坡矮后墙式日光温室

跨度5～6m，中高2.2～2.4m，后屋面宽2～2.5m，后墙高0.6～0.8m，厚0.6～0.7m，后墙外培土。前层面为半拱形，由支柱、横梁、拱杆组成。拱杆上覆盖塑料薄膜，在薄膜上面两杆之间设压膜线，夜间覆盖草毡或棉被防寒。前层面外底脚处挖防寒沟，深50～60cm，沟内填乱草，以减少室外冻土低温侵入温室内部（图1-15-3）。

这种温室光照条件好，保温性强，当外界温度降至-25℃时，室内可保持在5℃以上，适宜较寒冷地区采用。但由于后坡较长，3月后遮光现象明显，不适宜春早熟栽培利用。

（2）短后坡高后墙式日光温室

跨度6～8m，后坡长1～1.5m，中高2.2～2.4m，其结构与前者相似。这种温室由于后墙高，后屋面短，冬春季节光照条件好，春秋光照也充足，保温性能也较好，室内作业也方便。适宜北方地区春提早或秋延后栽培，也可进行冬季育苗或耐旱作物的冬季生产。

（3）无立柱钢结构日光温室

跨度6～8m，前层面每隔三道钢筋或竹木拱杆架设一道钢梁（用直径14～16mm的钢筋作上弦，直径10～12mm的钢筋作下弦，直径8～10mm的钢筋作拉花），也可用镀锌钢管作拱杆。矢高2.5～3m，后墙高1.7～1.8m，用砖筑空心墙，内填稻草等隔热材料，后屋面长1.8m左右。

这种温室结构坚固，前部无立柱，空间大，作业方便，光照分布均匀，增温快，保温性能好，使用寿命长，但造价较高。

15.4.3　加温温室的结构与性能

以北京改良式温室为例。

15.4.3.1　结构

长12～48m，宽5～6m，中柱高1.6～3m，前柱高1～1.2m，3～3.3m为一间，每间温室栽培床面积为12～19m2，一般为15m2，后墙高1.3～1.7m，用砖砌成35～37cm厚的空心墙，中间填土或炉灰渣，后屋面长1.7～2.2m，屋顶坡度为10°左右，其上有柁、檩（2～3根）形成屋架，在层架上有秸秆，其上抹麦秸泥，或以水泥预制板作顶，其上抹麦秸泥或灰土。

前屋面为透明，用玻璃或塑料薄膜覆盖而成，具有地窗（长1.2～1.6m），天窗长2.3m左右，地窗与地面角度成35°～40°角，其上覆盖蒲席、草帘、棉被防寒。

在北墙内侧设有烟道加温，每四间设一个炉灶（称为一房，每栋温室由2～6房组成），为一条龙式炉灶。炉灶用砖砌成，分为炉身、火道（散热管）及烟囱等，是以煤作为燃料的直接加温散热的加温设备，烟道与栽培床之间有一条作业道，宽50～80cm（图1-15-4）。

15.4.3.2　性能特点

a.采光好；b.补充加温；c.严密防寒保温；d.自然通风换气。

15.4.4　现代化温室

现代化温室主要指大型的（覆盖面积多为1hm2）、环境基本不受自然气候的影响、可自动地调控、能全天候进行园艺作物生产的连接屋面，是目前园艺设施的最高级类型。

15.4.4.1　双屋面单栋温室

双屋面单栋温室的规格、形式较多，跨度小者3～5m，大者8～12m，长度有20～50m不等，一般2.5～3m，需设一个人字梁和间柱，背高3～6m，侧壁高1.5～2.5m。

这类温室主要由钢筋混凝土基础、钢材骨架、透明覆盖材料、保温幕和遮光幕以及环境控制装置等构成。其中透明材料主要有钢化玻璃、普通玻璃、丙烯酸树脂、玻璃纤维加强板（FRA板）、聚碳酸酯板（PC板）、塑料薄膜等。保温幕多采用无纺布，遮光幕可采用无纺布或聚酯等材料。

这种温室的特点是两个采光层面相反，长度和角度相等，四周侧墙均由透明材料构成。

15.4.4.2　连栋温室

主要包括屋脊形连栋温室和拱圆形屋面连栋温室两种形式，覆盖面积多为1hm2，主要应用于蔬菜和花卉生产。屋脊形连栋温室主要以玻璃作为透明覆盖材料，其代表为荷兰型温室。拱圆形屋面连栋温室主要以塑料薄膜为透明覆盖材料。

15.4.5　日光温室的设计

15.4.5.1　场地的选择和规划

①选择避风向阳的地方。

②选择地势比较高、土质肥沃、排水良好、地下水位低、又有足够水源的地方，保证温室的用水和排水。

③选择交通方便、供电方便、离住宅区较近的地方，以便于运输和管理。

④最好避开城市污染地区，以免遭受有害气体、烟尘等危害。

⑤前后排温室之间的距离，应以冬至太阳高度角最小时，前栋温室不遮蔽后栋温室的太阳光为标准。纬度越高的地区，冬至时太阳高度角越小，前后排温室的间距越要加大。

若温室高3.1m，北京地区建温室，间距应在8.2m以上，生产温室的性能方可得到保证。

15.4.5.2　温室结构参数的确定

（1）温室方位

指温室屋脊的走向，日光温室主要是秋、冬、春季进行生产。确定方位应以太阳光线最大限度地射入温室为原则，应坐北朝南，东西延伸。

从植物光合特点看，上午光和效率比下午强，而且上午的太阳光光质对光合作用更有利，所以温室方位可以向南稍微（5°～10°）偏东，称“抢阳”。但是冬季严寒（东北）地区，早晨温度比傍晚低得多，宜“抢阴”，即温室方位上向南偏西一些较好。

（2）前屋面角度

指温室前屋面底部与地平面的夹角。屋面角的大小决定太阳光线照到温室透光面的入射角，而入射角决定太阳光线进入温室的透光率，入射角越大，透光率越小。一般6m跨度、3m高的温室，可保证前屋面底脚处切线角达到65°以上，距前底脚1m处切线角达40°以上，距前底脚2m处切线角达25°左右。

（3）后屋面角

指温室后屋面与后墙顶部水平线的夹角。后屋面角度对后部温度有一定的影响。后屋面角以大于当地冬至正午时刻太阳高度角5°～8°为宜。例如北纬40°地区，冬至太阳高度角为26.5°，后屋面仰角应为31.5°～33.5°。

（4）后屋面水平投影长度

后屋面过长，冬季太阳高度角小时，就会出现遮光现象，而使温室后部出现大面积阴影，影响作物的生长发育。另外，后屋面过长也会使前屋面采光面减小，透光率降低，从而使白天温室内升温慢。根据计算认为，在北纬38°～43°地区，温室高度在3～3.5m内，后屋面水平投影长度以1～1.6m为好。

（5）跨度

指从温室北墙内侧到南向透明屋面前底脚间的距离。

在温室高度及后屋面长度不变的情况下，加大温室跨度，会导致温室前屋面角度和温室相对空间减小，从而不利于采光、保温、作物生长发育及人工作业。

一般以6～8m为宜，若生产喜温的园艺作物，北纬40°～41°以北地区以采用6～7m跨度最为适宜，北纬40°以南地区可适当加量。

（6）温室高度

又称为脊高，指温室屋脊到地面的垂直高度。温室的高度直接影响前屋面的角度和温室空间的大小。一般认为，6～7m跨度的日光温室在北纬40°以北地区，若生产喜温作物，高度以2.8～3m为宜，北纬40°以南地区高度以3～3.2m为宜，若跨度大于7m，高度也相应再增加。

（7）长度

面积333.3～666.7m2长度以50～60m为宜。过长，温室温度不宜控制一致，产品和生产资料运输也不方便。

（8）厚度

指墙体（山墙和后墙）的厚度和后屋面的厚度，厚度越大，保温性越好。北纬34°地区最低外界温度在-10℃左右，土筑墙厚度达到80cm才能取得较好的保温效果，北纬40°地区，墙体厚度达到1.5m，才能有同等效果。另外考虑后屋面厚度时，还要考虑其不能过重。

15.4.5.3　温室的建造

①平整地面、放线，先确定好温室的方位，然后平整地面，钉桩放线，确定出后墙和山墙的位置。

②砌墙，分砖墙和土墙两种。

③立屋架。

④覆盖薄膜。

⑤挖防寒沟。

⑥建作业间。