《农业生物环境工程》课程教学课件（PPT讲稿）第4章 温室设施环境调节与控制 第六节 温室设施土壤环境的调节与控制

农业生 第六节 温室设施土壤环境的调节与控制 环 土壤的构成 境 土壤由固、气、液三相组成，温室土壤的性质与原耕 程 作土壤及温室设施建造时间的长短有关。 土壤环境调节就是要创造能给植物根系提供适宜温度 四章 ,一定的气体条件、足够水分与营养物质，并能支持固定 好植株，保证植物正常生长发育的人工环境。 温 室设 通常较肥沃土壤的三相比约为40：28：32，含有大量的团 粒结构，并具有适宜的酸碱度。 调节与控

第 四 章 温 室 设 施 环 境 调 节 与 控 制 第六节 温室设施土壤环境的调节与控制 土壤的构成 土壤由固、气、液三相组成，温室土壤的性质与原耕 作土壤及温室设施建造时间的长短有关。 土壤环境调节就是要创造能给植物根系提供适宜温度 、一定的气体条件、足够水分与营养物质，并能支持固定 好植株，保证植物正常生长发育的人工环境。 通常较肥沃土壤的三相比约为40: 28: 32，含有大量的团 粒结构，并具有适宜的酸碱度

温室土壤的气体调节 农 维持土壤适当的通气性，是保证土壤空气质量、维持肥 物 力不可缺少的重要条件之一。 通常大土粒或土团疏松排列形成的非毛管孔隙的多少， 工 直接影响土壤通气性的好坏。 程 砂土的非毛管孔隙多，通气性较好，但保水性能差。 第 壤土中具有保水能力的毛管孔隙与持有通气性能的非毛 章 管孔隙分配适中，既能通气，又能保水，是一种较理想的土 温 壤，砂土和壤土一般不会因通气性对植物生长产生不利影响 设 ,但在排水不良的低洼地段，因土壤孔隙长期为水所充填， 环 境 也有通气不良的情况出现。 调 粘土中非毛管孔隙含量少，通气性能最差。因此，对温 与 控 室内通气不良的土壤需进行调节和改良。 制

第 四 章 温 室 设 施 环 境 调 节 与 控 制 一、温室土壤的气体调节 维持土壤适当的通气性，是保证土壤空气质量、维持肥 力不可缺少的重要条件之一。 通常大土粒或土团疏松排列形成的非毛管孔隙的多少， 直接影响土壤通气性的好坏。 砂土的非毛管孔隙多，通气性较好，但保水性能差。 壤土中具有保水能力的毛管孔隙与持有通气性能的非毛 管孔隙分配适中，既能通气，又能保水，是一种较理想的土 壤，砂土和壤土一般不会因通气性对植物生长产生不利影响 ，但在排水不良的低洼地段，因土壤孔隙长期为水所充填， 也有通气不良的情况出现。 粘土中非毛管孔隙含量少，通气性能最差。因此，对温 室内通气不良的土壤需进行调节和改良

土壤气体中0，的含量对植物种子发芽、根系生长、营养物质的吸收 农 都有着重要影响，特别是某些对土壤02敏感的作物，O,含量过低时， 生长发育不良甚至会死亡。土壤气体组分的含量是受多种因素制约的 物 ,应根据产生不良通气性的原因，采取不同的措施。 境 对温室内通气不良的土壤进行调节和改良的措施： 程 结构性差的土壤：应采用适时耕作、合理增施腐熟有机肥等措 第 施，增加土壤团粒含量、改善土壤结构，进而达到增加土壤总孔隙度 四 和空气孔隙度、改善土壤通气性的目的。 温 易板结的土壤：应适时进行灌溉和中耕松士，破除地表结壳， 来提高土壤的通气性。 环 调 低洼湿地：则是要改善排水条件。还应将地膜覆盖面积控制在 60%~80%以下，以保证大气与土壤气体间有一定的扩散通道。 制

第 四 章 温 室 设 施 环 境 调 节 与 控 制 土壤气体中O2的含量对植物种子发芽、根系生长、营养物质的吸收 都有着重要影响，特别是某些对土壤O2敏感的作物，O2含量过低时， 生长发育不良甚至会死亡。土壤气体组分的含量是受多种因素制约的 ，应根据产生不良通气性的原因，采取不同的措施。 对温室内通气不良的土壤进行调节和改良的措施： 结构性差的土壤：应采用适时耕作、合理增施腐熟有机肥等措 施，增加土壤团粒含量、改善土壤结构，进而达到增加土壤总孔隙度 和空气孔隙度、改善土壤通气性的目的。 易板结的土壤：应适时进行灌溉和中耕松土，破除地表结壳， 来提高土壤的通气性。 低洼湿地：则是要改善排水条件。还应将地膜覆盖面积控制在 60%～80%以下，以保证大气与土壤气体间有一定的扩散通道

二、温室土壤的水分调节 农 (一)土壤水分调节标准 生 植物根系从土壤中吸水是由于根系与土壤之间存在的 水势差作用的结果。土壤含水率不同，其被植物吸收利用 环 的有效性也不同（图4-43）。 程 湿 1.8 3.66 4.2 (pF值) 第四章 流动损失水 迅速有效水 难利用水 无效水 温室设施环境调节与控制 田间持水量 生长障碍点 永久萎蔫点 图4-43土壤水有效性与pF值的关系

第 四 章 温 室 设 施 环 境 调 节 与 控 制 二、温室土壤的水分调节 （一） 土壤水分调节标准 植物根系从土壤中吸水是由于根系与土壤之间存在的 水势差作用的结果。土壤含水率不同，其被植物吸收利用 的有效性也不同（图4-43）。 图4-43 土壤水有效性与pF值的关系 湿 干 1.8 3.66 4.2 (pF值) 流动损失水 迅速有效水 难利用水 无效水 田间持水量 生长障碍点 永久萎蔫点

土壤含水量(%) 农业生物环境工程 30 田间持水量 20 暂时萎蔫点 10 永久萎蔫点 无效水 P 四章 小于永久萎蔫点的水分大多为结合在土粒子表面的薄膜水、粒子间 温 室设 的集积水、团粒内的水和由于层序作用产生的停滞水，属于不可移动水 ，无法被植物利用；永久萎蔫点至开始出现生长障碍点之间的水分，为 毛管带或带水层水，虽然能为植物所利用，但较为困难；生长障碍点与 境 田间持特水量之间的水为毛管水，是对植物生长最有益的部分；超过田间 持水量的水在重力作用下，极易流失，为流动损失水，也不能被植物利 用。 制

第 四 章 温 室 设 施 环 境 调 节 与 控 制 10 20 土壤含水量（％） 田间持水量 暂时萎蔫点 永久萎蔫点 无效水 1 2 3 4 5 pF 30 小于永久萎蔫点的水分大多为结合在土粒子表面的薄膜水、粒子间 的集积水、团粒内的水和由于层序作用产生的停滞水，属于不可移动水 ，无法被植物利用；永久萎蔫点至开始出现生长障碍点之间的水分，为 毛管带或带水层水，虽然能为植物所利用，但较为困难；生长障碍点与 田间持水量之间的水为毛管水，是对植物生长最有益的部分；超过田间 持水量的水在重力作用下，极易流失，为流动损失水，也不能被植物利 用

如图所示，土壤水分张力计的一端带有中空素陶土探头， 另一端接真空表或电接点真空表，接管内充水后置于被测土 业生 壤内。土壤干燥时，土壤从探头吸水，使张力计内形成局部 真空。而灌水后，土壤变湿，张力计探头反过来从土壤吸水 境 ，真空度就下降。真空度随着土壤水分的变化而变化。 第四章温室设施环境调节与控

第 四 章 温 室 设 施 环 境 调 节 与 控 制 如图所示，土壤水分张力计的一端带有中空素陶土探头， 另一端接真空表或电接点真空表，接管内充水后置于被测土 壤内。土壤干燥时，土壤从探头吸水，使张力计内形成局部 真空。而灌水后，土壤变湿，张力计探头反过来从土壤吸水 ，真空度就下降。真空度随着土壤水分的变化而变化

(二)灌水定额与灌水时间的确定 农业 一般蔬莱作物由于 100 芭 蒸腾蒸发，土壤表层耗水 0 环 新 80 量较多，深层较少。根据 Cp(%) 境 TWW 研究，根圈范围内不同深 高 60 mww40% 程 度处，作物根系耗水率不 50 30%w 等。所谓耗水率是指某土 40 20%l 第 层在两次灌水时间间隔内 30 I 章 ，实际耗水量占其整个根 20 10% W 温 区耗水量的百分比，以C。 o 0 表示。一般，表层土壤作 1020304050 60708090100 根区深度一总值的百分数 本 物根系密集，耗水率较高 根区总深度的百分数 脱水总值的百分数 ，越往深层，耗水率越低 25 40 调节与 50 70 (图4-46)。 75 90 100 100 制

第 四 章 温 室 设 施 环 境 调 节 与 控 制 一般蔬菜作物由于 蒸腾蒸发，土壤表层耗水 量较多，深层较少。根据 研究，根圈范围内不同深 度处，作物根系耗水率不 等。所谓耗水率是指某土 层在两次灌水时间间隔内 ，实际耗水量占其整个根 区耗水量的百分比，以Cp 表示。一般，表层土壤作 物根系密集，耗水率较高 ，越往深层，耗水率越低 （图4-46）。 Cp(%) 脱水-总值的百分数 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 30% 20% 40% 10% 25% D 25% D 25% D 25% D 根区深度－ D 根区总深度的百分数 25 50 75 100 根区深度－总值的百分数 脱水总值的百分数 40 70 90 100 （二）灌水定额与灌水时间的确定 图4-46 土壤脱水模式图

两次灌水期间，因作物蒸腾蒸发控制土层含水率达到 农业 临界值时，其下各层土壤由于耗水率低，并未达到临界含 生 水率。因此，灌溉时，并非根区各土层均需灌同样多的水 ,只补充两次灌水期间各土层的耗水量即可。耗水量最多 的表层土壤其净补水量，应为田间持水量与临界含水量的 境 差值。 程 由此可推算出一次净灌水的深度为： 第 h=(f。-M (446) 四 温 式中 f一 田间容积持水量，%； 室设施 开始影响生育的容积临界含水量，%； D- 限制土层厚度，mm; 境 两次灌水期间，限制土层耗水量占整个根区 调节与控 耗水量的百分比

第 四 章 温 室 设 施 环 境 调 节 与 控 制 两次灌水期间，因作物蒸腾蒸发控制土层含水率达到 临界值时，其下各层土壤由于耗水率低，并未达到临界含 水率。因此，灌溉时，并非根区各土层均需灌同样多的水 ，只补充两次灌水期间各土层的耗水量即可。耗水量最多 的表层土壤其净补水量，应为田间持水量与临界含水量的 差值。 由此可推算出一次净灌水的深度为： mm （4-46） 式中 fc—— 田间容积持水量，%； Ml——开始影响生育的容积临界含水量，%； D—— 限制土层厚度，mm； Cp—— 两次灌水期间，限制土层耗水量占整个根区 耗水量的百分比。 p c l ( ) C h = f − M D

(三)灌水方法与灌水技术 温室设施内常用的灌水方法有以下几种： 农业 1.地面灌溉 包括畦灌与沟灌两种，使水流在哇面或垄沟内形成连续水层 物 ,借重力与毛管作用湿润土壤。此法简单，亦有利于冲洗过多 境 盐分，但费水、不便于精确控制水量。 2.微灌 程 微灌又包括喷灌和滴灌。使用微灌技术进行灌溉，具有节约 用水、节省劳力、提高作物品质和产量、提高耕地利用率等优 第四 点。 配水管 单列孔管 单列孔管 调节门 配水管 温 A 000 00 000 室设施环境调节与控 (a) 配水管 单列孔管 等压散水 变压散水 制 图4-47孔管式喷洒器

第 四 章 温 室 设 施 环 境 调 节 与 控 制 （三）灌水方法与灌水技术 温室设施内常用的灌水方法有以下几种： 1．地面灌溉 包括畦灌与沟灌两种，使水流在畦面或垄沟内形成连续水层 ，借重力与毛管作用湿润土壤。此法简单，亦有利于冲洗过多 盐分，但费水、不便于精确控制水量。 2．微灌 微灌又包括喷灌和滴灌。使用微灌技术进行灌溉，具有节约 用水、节省劳力、提高作物品质和产量、提高耕地利用率等优 点。 图4-47 孔管式喷洒器 配水管 单列孔管 调节门 A A A－A 配水管 单列孔管 等压散水 变压散水 单列孔管 配水管 （a) （b) 图4-47

农业生物 (四)设施灌溉系统的设计 境 灌溉系统一般包括水源、首部枢纽（包括 取水泵、过滤器、灌溉泵、压力和流量监测设 备、压力保护装置、施肥设备和自动化控制设 备)、管网系统（包括各级主支管道，各种口 第四章 径的管道控制阀门，排污设备，田间枢纽、微 管)和灌水器（滴喷头）四部分。 室设施环境调节与控制

第 四 章 温 室 设 施 环 境 调 节 与 控 制 （四）设施灌溉系统的设计 灌溉系统一般包括水源、首部枢纽（包括 取水泵、过滤器、灌溉泵、压力和流量监测设 备、压力保护装置、施肥设备和自动化控制设 备）、管网系统（包括各级主支管道，各种口 径的管道控制阀门，排污设备，田间枢纽、微 管）和灌水器（滴喷头）四部分