項目3　園藝設(shè)施材料及配套設(shè)施

項目描述　園藝設(shè)施建造施工前，應(yīng)根據(jù)設(shè)施結(jié)構(gòu)設(shè)計的方案和具體要求，準(zhǔn)備各種設(shè)施建材、設(shè)施環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)、設(shè)施生產(chǎn)管理機械以及設(shè)施整體環(huán)境的智能化控制系統(tǒng)等，為設(shè)施的施工和系統(tǒng)安裝做好充分的準(zhǔn)備。本項目是在園藝設(shè)施規(guī)劃設(shè)計的基礎(chǔ)上，針對設(shè)施施工需要的材料與設(shè)備而提出的，旨在明確園藝設(shè)施施工前，需要事先準(zhǔn)備與購置的環(huán)境控制系統(tǒng)、設(shè)備、機械及相關(guān)材料。

學(xué)習(xí)目標(biāo)　熟悉園藝設(shè)施建造中需要的圍固支撐材料類型與選用要求；清楚園藝設(shè)施內(nèi)環(huán)境控制系統(tǒng)的設(shè)施、設(shè)備類型；熟悉園藝設(shè)施中施肥和植保等園藝機械的類型。

能力目標(biāo)　能夠科學(xué)選購、使用園藝設(shè)施的圍固、支撐材料；能選購與維護園藝設(shè)施內(nèi)的各種環(huán)境控制系統(tǒng)與設(shè)備；能夠選用并科學(xué)管理園藝設(shè)施中常用的施肥和植保機械。

項目任務(wù)

任務(wù)3.1　圍固支撐材料和選擇

活動情景　按照園藝設(shè)施的規(guī)劃設(shè)計，在現(xiàn)場完成園藝設(shè)施的整體規(guī)劃后，應(yīng)選擇主體設(shè)施的圍固材料和支撐材料，為主體設(shè)施的施工做準(zhǔn)備。本任務(wù)主要是了解各類設(shè)施的圍固支撐材料，并學(xué)會其科學(xué)的選用。

工作過程設(shè)計

工作任務(wù)單

續(xù)表

任務(wù)相關(guān)知識點

各種園藝設(shè)施都有各自獨特的結(jié)構(gòu)和規(guī)格，形成了獨立于外界的自然環(huán)境的小氣候環(huán)境，以滿足植物生長發(fā)育的需要。而設(shè)施的結(jié)構(gòu)必須以圍固和支撐材料為基礎(chǔ)，覆蓋采光材料形成一定的生產(chǎn)空間。

3.1.1　圍固材料

園藝設(shè)施的類型很多，其圍固材料也各不相同。常見的圍固材料包括墻體材料、不透光屋面材料以及用于設(shè)施覆蓋材料固定的材料等。

1）地基

地基為支承基礎(chǔ)的土體或巖體。地基深度要求與當(dāng)?shù)貎鐾翆酉嗟?，寬度要求比墻體略寬。園藝設(shè)施中常用的地基有樁地基、無筋擴展地基、擴展地基和復(fù)合地基等。

樁地基由設(shè)置于巖土中的樁和連接于樁頂端的承重臺組成。無筋擴展地基是由磚毛石混凝土或毛石混凝土和三合土等材料組成重臺組成的，不需要配置鋼筋的墻下條形基礎(chǔ)或柱下獨立基礎(chǔ)。擴展地基是將上部傳來的荷載，向側(cè)邊擴展成一定的底面積，使作用于基底的應(yīng)力等于或小于地基土的允許承載力，而基礎(chǔ)內(nèi)部的應(yīng)力滿足材料本身的強度要求，這種起到壓力擴散作用的地基為擴展地基。復(fù)合地基是部分土體被增強或被置換而形成的由地基土和增強體共同承擔(dān)荷載的人工地基。

為了提高地基土的承載力，改善其變形性質(zhì)或滲透性質(zhì)，可以采取的人工處理方法進行地基處理。

2）基礎(chǔ)

大型園藝設(shè)施，如塑料大棚、日光溫室和智能溫室等，其結(jié)構(gòu)的組成中均有基礎(chǔ)。這是連接設(shè)施骨架與地基的構(gòu)件，其作用是把風(fēng)載、雪載、植物吊重、構(gòu)件自重等安全地傳遞到地基。

基礎(chǔ)的材料一般為預(yù)埋件和混凝土，基礎(chǔ)是由預(yù)埋件和混凝土澆筑而成的。較為簡單的是塑料大棚、日光溫室和塑料薄膜智能溫室的基礎(chǔ)，而玻璃溫室由于荷載很大，其基礎(chǔ)較復(fù)雜，且必須澆注邊墻和端墻的地固梁。

溫室中常用的基礎(chǔ)有條形基礎(chǔ)、獨立基礎(chǔ)和混合基礎(chǔ)。一般條形基礎(chǔ)用于側(cè)墻和內(nèi)隔墻，獨立基礎(chǔ)用于內(nèi)柱和邊柱，側(cè)墻基礎(chǔ)也可用獨立基礎(chǔ)和條形基礎(chǔ)混合使用的方式，兩類基礎(chǔ)底面可以位于同一標(biāo)高處，也可根據(jù)地基承載能力設(shè)置在不同標(biāo)高處。獨立基礎(chǔ)主要承擔(dān)柱傳來的荷載，條形基礎(chǔ)只承擔(dān)溫室分隔構(gòu)件的部分荷載。

3）墻體

智能溫室四周有高約1m的墻體，用于保溫，并提高其對上部結(jié)構(gòu)的支撐作用。日光溫室有獨特的結(jié)構(gòu)，其北側(cè)和東西兩側(cè)均有墻體，用于減少設(shè)施的散熱量，提高設(shè)施的保溫能力。另外，一些寒冷地區(qū)的塑料拱棚的兩端也設(shè)置為墻體，以降低設(shè)施的晝夜溫差，提高其保溫能力。墻體一般用磚或土打制而成。

（1）磚墻

用磚砌墻體，美觀大方，占地面積小，使用壽命長；但磚的成本高，保溫性也較差。因此，資金充足時，通常采用磚墻。為了提高其保溫性能，設(shè)施的磚墻多采用空心墻或夾層墻。內(nèi)墻砌筑二四墻，外墻砌筑一二墻。兩道墻的距離因地區(qū)緯度不同而不同，如北緯40°地區(qū)墻體總厚度1m，則內(nèi)外墻距離應(yīng)為64cm。根據(jù)需要，日光溫室可以在北墻上設(shè)置通風(fēng)口，一般可以預(yù)留通風(fēng)口或提前做成預(yù)制板裝入通風(fēng)口位置。磚墻的外側(cè)勾縫，內(nèi)側(cè)抹灰，內(nèi)外墻間可以填充干爐灰渣、鋸末、珍珠巖等隔熱材料，也可留成空心，墻頂用預(yù)制板封嚴(yán)，防止雨水漏入。日光溫室的北墻應(yīng)在預(yù)制板上沿外墻筑50～60cm高的墻體。山墻按屋面形狀砌筑，其他與一般墻體相同，也用預(yù)制板封頂。

（2）土墻

目前，很多地區(qū)日光溫室的用土筑墻，且多為夯土墻。夯土墻是用5cm的木板夾在墻體兩側(cè)，向木板間填土，邊填邊夯，不斷抬高木板，直到夯到要求高度為止。近年來，一些大規(guī)模的溫室基地，也采用大型挖掘機夯土。北墻頂部外側(cè)應(yīng)高于內(nèi)側(cè)40cm，使北墻與后屋面連接緊密。墻體最好做成上窄下寬的梯形。

此外，日光溫室在建造后屋面時，還需要作物秸稈、草泥或隔熱板等材料進行密封、保溫；它和薄膜拱棚等設(shè)施的采光面上還需要壓膜繩等材料固定薄膜。

3.1.2　支撐材料

支撐材料是用于建造園藝設(shè)施的框架，起支撐設(shè)施覆蓋材料作用的材料，又稱骨架材料。主要包括設(shè)施的拱架（拱桿）、縱梁（拉桿）、立柱等材料。

1）立柱

立柱是大型設(shè)施的主要支柱，承載設(shè)施骨架、覆蓋材料的重量以及雨、雪荷載，并受到風(fēng)壓的作用。一般選用鋼材、鋼筋水泥混凝土柱、木柱、竹竿等材料，材料不必太粗。立柱要垂直，或傾向于引力；基部應(yīng)設(shè)柱腳石，以防設(shè)施下沉或被拔起。

2）拱架

拱架是支撐設(shè)施覆蓋物（玻璃、薄膜、塑料板材等）的結(jié)構(gòu)部分，可橫向固定在立柱上，兩端插入地下，或與墻體、柱頂連接，呈自然拱形或屋脊形。一般大型園藝設(shè)施多選用鋼材、鋼管等材料焊接而成。小型設(shè)施（如小拱棚等）上多直接采用竹片、竹竿等。

3）縱梁

縱梁縱向連接拱架和立柱，使設(shè)施骨架成為一個整體。一般用鋼材、較粗的竹竿、木桿等材料。距立柱頂端30～40cm，固定在立柱上，長度與設(shè)施等長。

任務(wù)3.2　采光補光材料

活動情景　園藝設(shè)施結(jié)構(gòu)中最為重要的材料是采光材料，大型園藝設(shè)施內(nèi)常常還需要配置補光材料。本任務(wù)主要學(xué)習(xí)園藝設(shè)施中常用的不同采光材料，并進一步學(xué)習(xí)溫室中各種補光系統(tǒng)的科學(xué)設(shè)置與應(yīng)用。

工作過程設(shè)計

工作任務(wù)單

任務(wù)相關(guān)知識點

絕大多數(shù)園藝設(shè)施都必須有采光覆蓋材料，用以滿足植物自身的光合作用，同時產(chǎn)生強烈的溫室效應(yīng)，使設(shè)施內(nèi)的溫度迅速升高，進行植物的反季節(jié)生產(chǎn)。溫室等大型園藝設(shè)施中，還應(yīng)該有補光系統(tǒng)，用于需要增加光照強度時或需要延長光照時間時，滿足植株生長發(fā)育的需要。

3.2.1　采光材料

園藝設(shè)施的采光覆蓋材料將植物與外界環(huán)境隔離，使植物處于一個相對封閉的更適于生長的可控環(huán)境條件之中。通過采光覆蓋材料，植物生長的室內(nèi)環(huán)境與外界環(huán)境之間不斷進行著能量（光、熱）和物質(zhì)（水、氣、肥等）的流動與交換，兩者相互影響，相互作用。因此采光覆蓋材料是園藝設(shè)施中最重要的材料之一，其特性直接影響著植物的生長。理想的采光材料應(yīng)該透光性好、保溫性好，堅固耐用，質(zhì)量輕，便于安裝，價格便宜等。目前，園藝設(shè)施中常用的采光覆蓋材料主要有以下幾類：

1）地膜

園藝生產(chǎn)中普遍應(yīng)用的地膜大多為聚乙烯樹脂。地膜的種類很多，按照其性質(zhì)和功能，可以分為普通地膜、有色地膜和特殊功能性地膜。

（1）普通地膜

普通地膜指無色透明的聚乙烯薄膜。透光率高，增溫效果好。按照其母料的差異，可以進一步分為高壓膜（高壓低密度聚乙烯膜/LDPE）、高密度膜（低壓高密度聚乙烯膜/ HDPE）和線型膜（線型低密度聚乙烯膜/LLDPE）三種。

（2）有色地膜

有色地膜指在聚乙烯樹脂中，加入有色物質(zhì)后制成的各種不同顏色的地膜，主要有以下幾種：

①黑色膜　在聚乙烯樹脂中加入2%～3%的炭黑制成，透光率僅10%，膜下雜草因光弱而黃化死亡。增溫效果較差，能使土溫升高1～3℃，適于夏季高溫季節(jié)應(yīng)用。

②銀灰色膜　把銀灰粉的薄層粘接在聚乙烯或聚氯乙烯的表面，制成夾層膜，或在聚乙烯樹脂中摻入2%～3%的鋁粉制成含鋁膜，或?qū)⒕埘ツみM行真空鍍鋁；具有隔熱和反光作用，保溫性好，并能提高株間的光照強度；還可以驅(qū)避蚜蟲，控制病毒病的發(fā)生；增溫效果較差，常用于夏季高溫季節(jié)。在透明或黑色地膜的栽培部位，縱向均勻地印刷6～8條寬2 cm的銀灰色條帶，也可起到避蚜、防病毒病的作用。

此外，有色地膜還有綠色膜、雙面膜和雙色膜等。

（3）特殊功能性地膜

①除草膜　在聚乙烯樹脂中加入適量的除草劑制成。覆蓋后除草劑會析出，溶于地膜內(nèi)表面的水珠中，水珠落入土壤殺死雜草。降低了除草投入，因存在地膜保護，藥效持續(xù)期長。由于不同藥劑適用于不同的雜草，使用時應(yīng)注意各種除草膜的適用范圍，以免產(chǎn)生藥害。

②降解膜　在聚乙烯樹脂中添加光敏劑制成光降解地膜，或在聚乙烯樹脂是添加高分子有機物制成生物降解地膜，或在聚乙烯樹脂中添加光敏劑和高分子有機物制成光生可控雙降解地膜。地膜覆蓋后，由于光的照射，薄膜自然崩裂成小碎片，被微生物吸收利用，對土壤、基質(zhì)和植物均無不良影響。

此外，特殊功能性地膜還有耐老化長壽地膜、有孔膜及切口膜、紅外膜和保溫膜等多種。

2）塑料薄膜

塑料薄膜價格低廉，質(zhì)輕，易于安裝，是園藝設(shè)施中最常用的采光覆蓋材料，按照其基礎(chǔ)母料和功能的不同，可以分為聚乙烯（PE）薄膜、聚氯乙烯（PVC）薄膜和乙烯-醋酸乙烯（EVA）多功能復(fù)合膜等類型。

（1）聚乙烯塑料薄膜

這是一類以聚乙烯為母料吹塑而成的塑料薄膜。按照其功能不同，可以進一步分為以下幾種：

①普通聚乙烯薄膜　由低密度聚乙烯（LDPE）樹脂或線型低密度聚乙烯（LLDPE）樹脂吹塑而成。透光性好，吸塵性弱，密度輕；耐低溫性能強，但保溫性能差，不耐高溫；霧滴重，耐候性差，使用壽命4～5個月；不易黏合，并幅時只能熱合。普遍應(yīng)用于長江中下游地區(qū)，作春季提早和秋季延后覆蓋生產(chǎn)；不適于高溫季節(jié)的覆蓋生產(chǎn)。

②聚乙烯長壽膜　以聚乙烯為基礎(chǔ)樹脂，加入紫外線吸收劑、防老化劑和抗氧化劑后吹塑而成。耐候性較好，使用壽命1.5～2年。一次性投資較大，但較普通PE膜經(jīng)濟。近年來應(yīng)用面積迅速擴大。

③聚乙烯無滴長壽膜　以聚乙烯為基礎(chǔ)樹脂，加入防老化劑和防霧劑后吹塑而成。耐候性良好，使用壽命1.5～2年以上。薄膜具有流滴性，提高了透光率，無結(jié)露現(xiàn)象，無滴持效期可以達至5個月以上。適應(yīng)各種棚型，也可以在大棚和溫室內(nèi)作二道幕覆蓋應(yīng)用。

④聚乙烯多功能復(fù)合膜　以聚乙烯為基礎(chǔ)樹脂，添加多種助劑，如無滴劑、保溫劑、耐老化劑等，具有無滴、長壽、保溫等多種功能。使用壽命在1年以上；保溫性能優(yōu)于聚乙烯膜，接近于聚氯乙烯膜；流滴持效期3～4個月，透光性好。適于各種塑料拱棚的覆蓋和園藝設(shè)施的二道幕應(yīng)用。

⑤薄型多功能聚乙烯膜　以聚乙烯樹脂為基礎(chǔ)母料，加入光氧化和熱氧化穩(wěn)定劑、紅外線和紫外線阻隔劑。其厚度僅0.05mm。覆蓋后設(shè)施內(nèi)部上、下層光照均勻；保溫性能好；耐老化性優(yōu)于普通PE膜；合且能抑制設(shè)施內(nèi)病害發(fā)展。

（2）聚氯乙烯塑料薄膜

這是一類以聚氯乙烯為母料壓延而成的塑料薄膜。按照其功能，可以分為以下幾種：

①普通聚氯乙烯薄膜　由聚氯乙烯樹脂添加增塑劑，經(jīng)過高溫壓延而成。耐高溫，不耐低溫；保溫性好；新膜霧滴較輕，透光性較好；吸塵性強，難以清洗；密度較大；使用壽命6個月左右。適于風(fēng)沙小、塵土少的地區(qū)，特別適于需要夜間保溫的北方地區(qū)。

②聚氯乙烯長壽無滴膜　在聚氯乙烯樹脂中，添加增塑劑，光穩(wěn)定劑或紫外線吸收劑等防老化助劑和防霧助劑壓延而成。透光性好；防霧性好，流滴均勻性好且持久，流滴持效期可達4～6個月；使用壽命8～10個月。多用于日光溫室果菜類蔬菜的越冬生產(chǎn)。

③聚氯乙烯長壽無滴防塵膜　在聚氯乙烯長壽無滴膜的基礎(chǔ)上，在薄膜外表面涂敷一層均勻的有機涂料，阻止增塑劑、防霧劑向外析出。透光率高，防塵性好，無滴持效期較長，耐老化。

（3）乙烯-醋酸乙烯多功能復(fù)合膜

它是以乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）樹脂為主體的三層復(fù)合功能性薄膜。厚度0.10～0.12mm。透光性較好，初始透光率不低于PVC膜；保溫性高于PE膜并低于PVC膜，耐低溫，耐沖擊，不易開裂；無滴持效期8個月以上；耐候性強，強度高于PE膜并低于PVC膜，使用壽命1.5～2年。目前，這種薄膜是較理想的PE膜和PVC膜的更新?lián)Q代材料。

此外，還有具有調(diào)光功能的薄膜，如漫反射膜、轉(zhuǎn)光膜、紫色膜、藍(lán)色膜、R/FR轉(zhuǎn)換薄膜等。

（4）專用農(nóng)用塑料膜

它是三層共擠而成的專用塑料薄膜。三層共擠，即將三種不同成分的材料層PE+ EVA+PE以三明治疊加的方式復(fù)合而成，中間的主要成分是EVA（乙烯—醋酸乙烯共聚物），內(nèi)外兩層主要成分均是PE。

外層PE膜，含有比一般的PE膜高35%左右的抗紫外線穩(wěn)定劑，具有良好的防老化功能，有效地延長了壽命；表面經(jīng)過靜電防塵處理，不易吸附灰塵。中間EVA膜，與普通PE單層膜相比，保溫性能大幅增強。內(nèi)層PE膜，含有防霧滴添加劑，具有防霧滴功能，可降低膠膜的表面張力，使霧氣產(chǎn)生的水滴順著一定的坡度流下，阻止了霧氣或霧水停留在膜的表面，避免了霧滴對植物的傷害。

專用農(nóng)用塑料膜的主要特征是具有良好的柔軟性、耐低溫性、耐候性、透光性、防塵性、防老化性等綜合功能；具有PE的耐高溫性和EVA的強韌性，可抵抗高溫和強風(fēng)對膜的破壞。

3）硬質(zhì)塑料板材

硬質(zhì)塑料板材即聚碳酸酯樹脂板（PC板），其厚度在0.2mm以上?？紤]到溫度變化引起的采光材料收縮及散光性等，園藝設(shè)施上多用雙層中空平板（又稱陽光板、PC中空板）和瓦楞狀的波紋板。陽光板的厚度為6～10mm，波紋板的厚度為0.8～1.1mm。

PC板表面有防老化的涂層，對光穩(wěn)定，耐候性強，使用壽命達15年以上；耐沖擊性優(yōu)良；有良好的耐熱性和耐低溫性；阻燃性好，屬自熄性材料；透氣性小，保溫性能好。其缺點是抗疲勞強度差，容易產(chǎn)生開裂，抗溶劑性差，耐磨性欠佳；不耐紫外光。適于用園藝設(shè)施中的連棟溫室的采光覆蓋材料。目前最為常用的是陽光板。陽光板主要有以下特性：

（1）質(zhì)輕

陽光板的質(zhì)量是相同厚度的玻璃重量的1/12至1/15；安全不破碎，易于搬運、安裝，可降低園藝設(shè)施的自重，簡化結(jié)構(gòu)設(shè)計，節(jié)約運輸、安裝費用，降低成本。

（2）耐沖擊

PC是熱塑性塑料中抗沖擊性最強的一種，且能在相當(dāng)寬的溫度范圍內(nèi)（-40～120℃），長時間保持良好的抗沖擊性能，以免在運輸，安裝和使用過程中破碎。

（3）抗紫外線、抗老化

陽光板的表面經(jīng)防紫外線特殊工藝處理，保證了產(chǎn)品對紫外線輻射的穩(wěn)定性，防止板材因分解而褪色以及透光率下降，對人體和植物有害的紫外線幾乎不能透過（透光率約為萬分之一）。另外，人體或植物產(chǎn)生的遠(yuǎn)紅外線亦不易透過，與玻璃相比，溫室效應(yīng)更明顯。

（4）透光性

陽光板的透光率較高，且透光性不會衰減，可以減少熱量聚集，獲得適宜的室內(nèi)溫度；且能阻擋太陽光中最強的部分，使透過的光線柔和。

（5）耐熱、耐寒性

陽光板的耐溫差性極好，能適應(yīng)從嚴(yán)寒到高溫的各種惡劣天氣變化。

（6）保溫性

陽光板為特殊的中空結(jié)構(gòu)，與普通玻璃和其他塑料相比有更低的導(dǎo)熱率（K），從而使熱量損失大大降低，如表3.1所示。

表3.1　不同材料的熱損失值

（7）阻燃性

陽光板的自燃溫度為630℃（木材為220℃）。另外，陽光板在強烈火焰燃燒時，不會熔化滴落，不會助長火勢的蔓延，燃燒過程中不會產(chǎn)生如氰化物、丙烯醛、氯化氫、二氧化硫等毒性氣體，且離火后自動熄滅。

（8）防結(jié)露性

空氣中的水分遇上低于其露點溫度的表面時會發(fā)生凝結(jié)現(xiàn)象，凝結(jié)的水滴會降低采光覆蓋材料的透光率。同時，水滴會對下面的植物或一些儀器設(shè)備造成損傷。陽光板不易發(fā)生水分凝結(jié)現(xiàn)象，如玻璃在室外溫度為0℃，室內(nèi)溫度為23℃，相對濕度為40%時，內(nèi)表面會結(jié)露，而陽光板則要達到相對濕度80%時內(nèi)表面才會結(jié)露。

（9）抗化學(xué)性

陽光板具有良好的抗化學(xué)性，在室溫下能耐各種稀有機酸、無機酸、植物油、中性鹽溶液、脂肪烴以及酒精的侵蝕。

4）玻璃

玻璃的主要成分是二氧化硅，其保溫性和透光性均好，是最早使用的園藝設(shè)施采光覆蓋材料。在塑料薄膜問世前，玻璃幾乎是唯一的園藝設(shè)施采光覆蓋材料。目前，玻璃常用于玻璃溫室的采光覆蓋。園藝設(shè)施中常用的玻璃有平板玻璃、鋼化玻璃和紅外線吸收（熱吸收）玻璃。

玻璃的厚度一般為3mm和4mm，對透光率的影響不大，隨厚度的增加透光率略有下降。玻璃的透光率與光線入射角有很大關(guān)系。入射角＜45°時，透光率變化不大；入射角＞45°時，透光率明顯下降；入射角＞60°時，透光率急劇下降。玻璃的增溫性能強；而紅外線吸收玻璃增溫能力較弱，有利于降低夏季溫室內(nèi)的溫度。由于玻璃對熱輻射（即遠(yuǎn)紅外輻射）的透過率極低，因此具有較強的保溫能力。

另外，玻璃是所有采光覆蓋材料中防塵性、耐腐蝕性、耐候性最強的材料，使用壽命可以達到40年。其透光率很少隨時間變化；玻璃的親水性也很好；熱膨脹系數(shù)較小，安裝后很少因熱脹冷縮損壞。

但是玻璃的質(zhì)量重，要求園藝設(shè)施的支架粗大；且玻璃不耐沖擊，易破損，破損后易傷害操作人員和植物。因此，在容易發(fā)生冰雹的地區(qū)，可以采用鋼化玻璃，鋼化玻璃破碎時呈小碎塊，不易傷及人和植物，但造價高，且易老化，透光率衰減快，不能修補。

3.2.2　補光系統(tǒng)

大型園藝設(shè)施，如日光溫室和智能溫室中，通常應(yīng)設(shè)置補光系統(tǒng)。其主要目的是補充光照強度、延長光照時間，所以要選擇光譜性能好、發(fā)光效率高、光照強度大的光源，同時應(yīng)考慮選用價格便宜、使用壽命較長的光源。其中光譜性能好是指其光源能量分布符合植物生長的需用光譜。根據(jù)植物對光譜的吸收性能分析，蔬菜植物的光合作用主要是在400～500nm藍(lán)紫光區(qū)和600～700nm的紅光區(qū)，所以要求光源有豐富的紅色光和藍(lán)紫光。另外，對于覆蓋聚氯乙烯薄膜的日光溫室，透過紫外線不足，還要求光源光譜中包含有300～400nm的紫外光譜。發(fā)光效率指單位電功率發(fā)出的光量大小。光源的發(fā)光效率越高，單位電功率發(fā)出的光量越大，相同的照度水平所消耗的電能就越小，因此，應(yīng)選擇發(fā)光效率高的光源。

目前，溫室中的常用人工光源有白熾燈、熒光燈、高壓水銀燈、金屬鹵化物燈和氙燈等。白熾燈是熱輻射，紅外線比例較大，發(fā)光效率低，但價格便宜，主要應(yīng)用于調(diào)節(jié)植物光周期的照明光源。熒光燈的發(fā)光效率高、光色好、壽命較長、價格低，但單燈功率較小，通常用于育苗溫室。高壓水銀燈的功率大、壽命長、光色好，適于對溫室的光照強度的補充。金屬鹵化物燈具有光效高、光色好、壽命長和功率大的特點，為當(dāng)前最理想的人工補光光源。

為使補光系統(tǒng)產(chǎn)生的光譜能夠模擬太陽光譜，可以將發(fā)出連續(xù)光譜的白熾燈和發(fā)出間斷光譜的日光燈搭配使用。一般按每3.3m2120W左右的用量確定光源的數(shù)量。光源應(yīng)距離植株和采光材料各約50cm遠(yuǎn)，以免灼傷植株、烤化薄膜。

任務(wù)3.3　溫度調(diào)控系統(tǒng)

活動情景　溫度是園藝設(shè)施內(nèi)非常重要的環(huán)境因子。園藝設(shè)施生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)園藝植物的生長發(fā)育要求和栽培目的，對設(shè)施內(nèi)的溫度進行調(diào)控管理，這就需要在設(shè)施結(jié)構(gòu)設(shè)計中，考慮溫度調(diào)控系統(tǒng)的設(shè)備、安裝與操作等問題。本任務(wù)旨在了解園藝設(shè)施內(nèi)溫度調(diào)控系統(tǒng)的類型，清楚主要溫度調(diào)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成與應(yīng)用。

工作過程設(shè)計

續(xù)表

工作任務(wù)單

任務(wù)相關(guān)知識點

自然環(huán)境中的溫度隨季節(jié)的變化發(fā)生著相應(yīng)的變化，園藝設(shè)施內(nèi)的溫度環(huán)境盡管不同于外界自然環(huán)境，但是也會隨著外界溫度的變化而變化，甚至出現(xiàn)超越植物適應(yīng)溫度范圍的高溫或低溫情況。這就要求園藝設(shè)施應(yīng)具有調(diào)控溫度的設(shè)備系統(tǒng)。例如，夏季高溫季節(jié)的降溫設(shè)備，以降低園藝設(shè)施內(nèi)的溫度；冬季低溫季節(jié)的加溫設(shè)備，用于園藝設(shè)施的增溫。這樣，才能盡可能滿足植物生長發(fā)育對溫度的需要，提升園藝設(shè)施的生產(chǎn)效果。

3.3.1　加溫系統(tǒng)

加溫是冬季溫室內(nèi)溫度環(huán)境調(diào)控的最有效手段，但會造成能源的消耗和生產(chǎn)成本的增加。因此，園藝設(shè)施的配套設(shè)備設(shè)計中，必須選擇合適的加溫方式，合理配置加溫設(shè)備，在滿足植物生長需要的同時，盡可能節(jié)省能源，降低設(shè)施的運行成本。

溫室的加溫方式有熱風(fēng)、熱水、蒸汽加溫，還有電熱加溫、輻射加溫、太陽能蓄熱加溫等多種。我國農(nóng)村還廣泛采用爐灶煤火簡易的加溫設(shè)備。

1）熱風(fēng)加溫系統(tǒng)

用帶孔的送風(fēng)管道將熱風(fēng)送入設(shè)施內(nèi)，主要用于連棟溫室、日光溫室或連棟塑料大棚中。熱風(fēng)加溫的熱媒為空氣，優(yōu)點是使用靈活，熱風(fēng)直接加熱溫室內(nèi)的空氣，熱風(fēng)溫度通?？梢员仁覝馗?0～40℃，加溫迅速，溫度上升快。熱風(fēng)加溫系統(tǒng)的設(shè)備較簡單，成本低，按設(shè)備折舊計算的每年費用，只有熱水加溫系統(tǒng)的1/5左右。另外，熱風(fēng)加溫設(shè)備還具有安裝和移到使用方便的優(yōu)點。其主要缺點是由于空氣熱容量小，溫度變幅較大、不很穩(wěn)定。

熱風(fēng)加溫系統(tǒng)的主要設(shè)備是燃油暖風(fēng)機或燃煤熱風(fēng)爐，以及將熱風(fēng)均勻輸送分配至溫室內(nèi)各個部位的送風(fēng)管道。由于燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣中常含有二氧化硫、一氧化碳和氮氧化物等有害氣體，因此熱風(fēng)設(shè)備中是利用熱交換裝置將潔凈空氣加熱成熱風(fēng)送出，再將煙氣排出室外。

DRG-38-1型溫室熱風(fēng)加溫系統(tǒng)（圖3.1），主要由熱風(fēng)爐、送風(fēng)機、送風(fēng)管道和調(diào)節(jié)裝置等組成。其工作原理是，熱風(fēng)爐加熱后的空氣由送風(fēng)機經(jīng)送風(fēng)管道送入溫室，在溫室內(nèi)循環(huán)，熱風(fēng)溫度下降釋放熱量，補充室內(nèi)的熱量消耗，起到加溫的作用。加溫系統(tǒng)是一個機械循環(huán)系統(tǒng)，回風(fēng)使用溫室內(nèi)的空氣，靠送風(fēng)機的作用，使溫室內(nèi)的空氣經(jīng)回風(fēng)筒、風(fēng)機出口進入熱風(fēng)爐被重新加熱后，再送入溫室。送風(fēng)道和回風(fēng)道均設(shè)有閥門，用于調(diào)節(jié)風(fēng)量，當(dāng)停止送風(fēng)時，阻止空氣進入風(fēng)道和熱風(fēng)爐。回風(fēng)口處設(shè)置有新風(fēng)門，用于補充新鮮空氣，使回風(fēng)量下降，回風(fēng)速度減小，縮小回風(fēng)口處的負(fù)壓。

此熱風(fēng)爐為燃燒式，間接加熱介質(zhì)使進入溫室的熱空氣清潔無污染。爐體的設(shè)計為二回程，燃燒后的煤氣通過二回程后排出，降低了排煙溫度。進入熱風(fēng)爐的空氣首先與外煙循環(huán)交換熱量，再進入主換熱區(qū)與爐膛壁換熱，可以充分換熱、節(jié)省能源、提高出口空氣的溫度。

熱風(fēng)加溫系統(tǒng)的暖風(fēng)設(shè)備布置方式有暖風(fēng)環(huán)流和管道送風(fēng)兩種。暖風(fēng)環(huán)流式是直接吹送熱風(fēng)，靠熱風(fēng)出口射流完成熱風(fēng)的分布和擴散。為了使熱風(fēng)分布均勻，需要采用一定數(shù)量的風(fēng)機，形成接力，使溫室內(nèi)空氣循環(huán)流動（圖3.2）。暖風(fēng)機送風(fēng)距離約為15m，端部冷風(fēng)機一般距墻3m左右。此種方式室內(nèi)均勻性較差，適宜在小型溫室內(nèi)采用。管道送風(fēng)可以實現(xiàn)熱風(fēng)均勻配送，需要合理布置管道。熱風(fēng)通過沿管道長度分布的若干送風(fēng)孔口送入溫室（圖3.3），管道、孔口大小和間距按正壓等量送風(fēng)管道進行設(shè)計。溫室面積較大時，需要設(shè)置多道風(fēng)管，使熱風(fēng)均勻分布。

圖3.1　DRG-38-1型溫室熱風(fēng)供暖系統(tǒng)

1—爐座；2—熱風(fēng)爐避風(fēng)門；3—熱風(fēng)爐；4—送風(fēng)機；5—進風(fēng)筒；6—熱風(fēng)爐風(fēng)量調(diào)節(jié)閥；7—風(fēng)機出風(fēng)道；8—冷風(fēng)調(diào)節(jié)閥門；9—冷風(fēng)風(fēng)道；10—熱風(fēng)輸送管道；
11—送風(fēng)調(diào)節(jié)閥門；12—送風(fēng)管道；13—回風(fēng)調(diào)節(jié)閥；14—新風(fēng)門；15—回風(fēng)筒

圖3.2　循環(huán)布置方式暖風(fēng)機布置

圖3.3　管道送風(fēng)的熱區(qū)送暖布置

1—排煙管；2—暖風(fēng)機；3—塑料熱風(fēng)管

2）熱水循環(huán)加溫系統(tǒng)

用散熱片散發(fā)熱量，加溫均勻性好，但費用較高，主要用于玻璃溫室以及其他大型溫室和連棟塑料大棚中。熱水循環(huán)加溫系統(tǒng)由鍋爐、輸水管、主調(diào)節(jié)組、分調(diào)節(jié)組和軌道式散熱管等組成（圖3.4）。在加溫調(diào)節(jié)和控制中，調(diào)節(jié)組是最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。主調(diào)節(jié)組和分調(diào)節(jié)組分別對主輸水管道、分輸水管道的供水溫度進行一級和二級調(diào)節(jié)。主調(diào)節(jié)組和分調(diào)節(jié)組中分別安裝有三通和四通電動調(diào)節(jié)閥（圖3.5）。電動調(diào)節(jié)閥是調(diào)節(jié)組中最關(guān)鍵的執(zhí)行部件，可以按照計算機系統(tǒng)的指令調(diào)節(jié)閥門葉片的角度，進而調(diào)節(jié)輸送到散熱管道中的熱水溫度。葉片的轉(zhuǎn)動范圍有兩種類型：一種葉片的轉(zhuǎn)動范圍是0°～90°；另一種是0°～120°。同時設(shè)有工作特性因子，其取值不同，調(diào)節(jié)閥的工作特性也不同。當(dāng)特性因子為5時，輸入信號同葉片的旋轉(zhuǎn)角度為線性正比例關(guān)系（圖3.6）。另外，為了更好地利用調(diào)節(jié)閥的工作特性，葉片旋轉(zhuǎn)角度的起止范圍可以界定，起始角度為0°～60°，終止角度為60°～120°。

圖3.4　加熱系統(tǒng)的組成

1—輸水管；2—閥；3—溫度表；4—排氣閥；5—比例調(diào)節(jié)閥；6—循環(huán)泵；7—軌道式散熱管道

圖3.5　電動調(diào)節(jié)閥

圖3.6　電動調(diào)節(jié)閥的工作特性

為了更好地使加溫系統(tǒng)運轉(zhuǎn)，需要對有關(guān)參數(shù)進行適當(dāng)?shù)脑O(shè)定。在溫度控制的所有參數(shù)設(shè)定中，加溫溫度和通風(fēng)溫度的設(shè)定最重要，適宜的加溫溫度和通風(fēng)溫度的設(shè)定和調(diào)整既同與植物品種及生長期有關(guān)，又同溫室內(nèi)外的環(huán)境因子、植物長勢及病蟲害等因素有關(guān)。

設(shè)定加溫溫度和通風(fēng)溫度及各相關(guān)參數(shù)后，計算機測控系統(tǒng)通過測控參數(shù)的實測值、測控目標(biāo)的修正值及測控目標(biāo)的計算值等，對加溫系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)實時控制。在實時計算過程中，需要考慮最小管溫、最大管溫等限制條件，并考慮環(huán)境因子對限制條件的修正等。

3）其他加溫系統(tǒng)

①火爐加溫　用爐筒或煙道散熱，將煙排出設(shè)施外。該法多見于簡易溫室及小型加溫溫室。

②明火加溫　在設(shè)施內(nèi)直接點燃干木材、樹枝等易于燃燒且生煙少的燃料進行加溫。加溫成本低，升溫也比較快，但容易發(fā)生煙害。該法對燃燒材料以及燃燒時間的要求比較嚴(yán)格，主要作為臨時應(yīng)急加溫措施，用于日光溫室以及普通大棚中。

③火盆加溫　用火盆盛燒透了的木炭、煤炭等，將火盆均勻排入設(shè)施內(nèi)或來回移動火盆進行加溫。方法簡單，容易操作，并且生煙少，不易發(fā)生煙害，但加溫能力有限，主要用于育苗床以及小型溫室或大棚的臨時性加溫。

④電加溫　主要使用電爐、電暖器以及電熱線等，利用電能對設(shè)施進行加溫，具有加溫快，無污染且溫度易于控制等優(yōu)點，但也存在著加溫成本高、受電源限制較大以及漏電等一系列問題，主要用于小型設(shè)施的臨時性加溫。

知識拓展

保溫系統(tǒng)

1）多層覆蓋

多層覆蓋材料主要有塑料薄膜、草苫、紙被、無紡布等。

（1）塑料薄膜

塑料薄膜主要用于臨時覆蓋。覆蓋形式主要有地面覆蓋、小拱棚、保溫幕以及覆蓋在棚膜或草苫上的浮膜等。一般覆蓋一層薄膜可提高溫度2～3℃。

（2）草苫

覆蓋一層草苫通常能提高溫度5～6℃。生產(chǎn)上多覆蓋單層草苫，較少覆蓋雙層草苫。必須增加草苫時，也多采取加厚草苫法來代替雙層草苫。不覆蓋雙層草苫的主要原因是便于草苫管理。草苫數(shù)量越多，管理越不方便，特別是不利于自動卷放草苫。

（3）紙被

紙被多用作臨時保溫覆蓋或輔助覆蓋，覆蓋在棚膜上或草苫下。一般覆蓋一層紙被能提高溫度3～5℃。

（4）無紡布

無紡布主要用作保溫幕或直接覆蓋在棚膜上或草苫下。

2）設(shè)置防寒溝

在設(shè)施的四周挖深50cm左右、寬30cm左右的溝，內(nèi)填干草，上用塑料薄膜封蓋，減少設(shè)施內(nèi)的土壤熱量散失，可使設(shè)施內(nèi)四周5cm地溫增加4℃左右。

3）夾設(shè)風(fēng)障

夾設(shè)風(fēng)障一般多于設(shè)施的北部和西北部夾設(shè)風(fēng)障，以多風(fēng)地區(qū)夾設(shè)風(fēng)障的保溫效果較為明顯。

3.3.2　通風(fēng)降溫系統(tǒng)

在高溫季節(jié)，由于外界太陽輻射較強，園藝設(shè)施內(nèi)的氣溫往往高達40℃以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于植物生長發(fā)育的適宜溫度。因此，園藝設(shè)施的環(huán)境調(diào)控設(shè)備設(shè)計中需要有降溫系統(tǒng)的設(shè)計，使設(shè)施內(nèi)的環(huán)境溫度能夠滿足植物生長的需要。

1）通風(fēng)降溫

大型園藝設(shè)施內(nèi)的通風(fēng)設(shè)備包括自然通風(fēng)系統(tǒng)和機械通風(fēng)系統(tǒng)兩種。

圖3.7　幾種通風(fēng)窗的設(shè)置形式

（1）自然通風(fēng)系統(tǒng)

自然通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)置，要求有足夠的通風(fēng)能力，同時室內(nèi)氣流應(yīng)合理分布，通風(fēng)系統(tǒng)操作控制應(yīng)比較方便。常見的自然通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置如圖3.7所示。為了保證熱壓通風(fēng)的良好效果，通風(fēng)的進、排風(fēng)口的高度差應(yīng)較大，通常在側(cè)墻下部設(shè)置進風(fēng)口，在屋面上設(shè)置排風(fēng)口。天窗設(shè)置在屋脊處時，可以獲得最高的排風(fēng)口位置。但是在覆蓋塑料薄膜的設(shè)施中，通常將天窗設(shè)置在谷間，以減少屋面覆蓋薄膜的接縫，并方便開窗機構(gòu)的布置。

為了在有風(fēng)時利用風(fēng)壓增大自然通風(fēng)量，通風(fēng)窗口的設(shè)置常常使風(fēng)壓通風(fēng)和熱壓通風(fēng)的氣流方向一致。天窗排風(fēng)的方向一般在當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)風(fēng)向的下風(fēng)方向，以免風(fēng)從天窗處倒灌。屋脊天窗可以對兩側(cè)天窗的開關(guān)分別控制，以適應(yīng)不同的風(fēng)向。

塑料大棚和日光溫室主要采用自然通風(fēng)方式。較為簡便的通風(fēng)方法是在覆蓋的塑料薄膜上“扒縫”，或揭開部分薄膜。扒縫通風(fēng)時，在外界氣溫較低的時期，扒縫高度應(yīng)在離地1m處或棚頂，以防外界冷空氣直接吹向植物。日光溫室也可以在北墻上設(shè)置通風(fēng)窗。

（2）機械通風(fēng)系統(tǒng)

溫室的機械通風(fēng)一般有進氣通風(fēng)系統(tǒng)、排氣通風(fēng)系統(tǒng)和進排氣通風(fēng)系統(tǒng)三種。

①進氣通風(fēng)系統(tǒng)（正壓通風(fēng)系統(tǒng)）　采用風(fēng)機將室外新鮮空氣強制送入室內(nèi)，使室內(nèi)空氣壓力形成高于室外的正壓，迫使室內(nèi)空氣從排氣口排出。其優(yōu)點是對設(shè)施的密閉性要求不高，而且便于在需要對進風(fēng)進行加溫處理時，在風(fēng)機進風(fēng)口加裝加溫設(shè)備（暖風(fēng)機）。缺點是風(fēng)機出風(fēng)口朝向室內(nèi)，風(fēng)速較高，大風(fēng)量時易造成吹向植物的風(fēng)速過高，室內(nèi)氣流分布不均，因此難以采用較大通風(fēng)量。為了使氣流在室內(nèi)均勻分布，通常在風(fēng)機出風(fēng)口連接塑料薄膜風(fēng)管，通過風(fēng)管上的小孔將氣流均勻地分配輸送到室內(nèi)（圖3.8（a））。

圖3.8　機械通風(fēng)的幾種形式

②排氣通風(fēng)系統(tǒng)（負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)）　將風(fēng)機布置在排風(fēng)中，通過風(fēng)機向室外排風(fēng)，使室內(nèi)空氣壓力形成低于室外壓力的負(fù)壓，室外空氣從溫室的進風(fēng)口被吸入室內(nèi)。其優(yōu)點是便于實現(xiàn)大風(fēng)量的通風(fēng)，因氣流速度較高的風(fēng)機出風(fēng)口一側(cè)是室外，不會產(chǎn)生吹向植物的過大風(fēng)速。適當(dāng)設(shè)置風(fēng)機和進風(fēng)口的位置，能使室內(nèi)氣流達到比較均勻地分布，而且在溫室需要安裝降溫設(shè)備時，便于在進風(fēng)口安裝濕簾等設(shè)備。因此，此系統(tǒng)在目前溫室中使用最為普遍。但系統(tǒng)運行時要求溫室有較好的密閉性，特別是在靠近風(fēng)機處，不能有較大的漏風(fēng)，防止氣流“短路”，保證室外空氣從設(shè)置的進風(fēng)口進入，流經(jīng)全室，使室內(nèi)氣流按要求分布合理，以免室內(nèi)出現(xiàn)氣流的死角。

排氣通風(fēng)系統(tǒng)一般將風(fēng)機安裝在溫室的一面?zhèn)葔蛏綁ι希瑢⑦M氣口設(shè)置在遠(yuǎn)離的相對墻面上（圖3.8（b）、（c））。風(fēng)機安裝在山墻與安裝在側(cè)墻的情況相比，因室內(nèi)氣流平行于屋面方向，通風(fēng)斷面固定，通風(fēng)阻力小，室內(nèi)氣流分布均勻，因此較多采用這種設(shè)置方式。另外，應(yīng)當(dāng)使室內(nèi)氣流平行于室內(nèi)植物種植行的方向，以減小植物對通風(fēng)氣流的阻力。排氣通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)機和進風(fēng)口間距離一般應(yīng)為30～70m，過小則不能充分發(fā)揮其通風(fēng)效率，過大則從進風(fēng)口至排風(fēng)口的室內(nèi)空氣溫升增大過多。

2）濕簾—風(fēng)機降溫

一些園藝植物，特別是花卉，它們要求的室溫低于28℃，當(dāng)外界氣溫超過35℃時，這種情況下無論自然通風(fēng)或強制通風(fēng)均不能滿足要求。此時，應(yīng)利用濕簾—風(fēng)機降溫系統(tǒng)進行降溫。

當(dāng)風(fēng)機工作時，室內(nèi)形成負(fù)壓，造成室內(nèi)外的壓差。于是外界壓力較高、含水量較低的空氣便從多孔、濕潤的濕簾穿過，此時濕簾中的吸水物質(zhì)（如牛皮紙、棕繩、楊木絲等）表面的液態(tài)水與未飽和的空氣接觸過程中蒸發(fā)為水蒸氣，同時從空氣中吸收大量的熱量。因此，進入室內(nèi)的空氣溫度下降了。系統(tǒng)連續(xù)運行，就可以使溫室的溫度降低到園藝植物生長需要的水平。圖3.9是該系統(tǒng)的主要設(shè)備和設(shè)施。

圖3.9　水簾風(fēng)機系統(tǒng)

1—水池；2—水泵；3—輸水管；4—回水管；5—集水槽；6—濕墻；7—噴水孔管；8—風(fēng)機

3）噴霧降溫

噴霧系統(tǒng)噴出的細(xì)霧是由水蒸氣和極細(xì)小的水滴組成的。傳統(tǒng)的霧氣產(chǎn)生方式是水經(jīng)過高壓過程通過極小的洞（噴嘴）而產(chǎn)生的。細(xì)霧懸浮在空氣中，并維持一段時間，可以完全蒸發(fā)。另外，霧氣的產(chǎn)生也可以通過超聲波振蕩或旋轉(zhuǎn)離心的方式產(chǎn)生。因此，按照霧化原理不同，噴霧降溫可以分為高壓霧化系統(tǒng)、低壓射流霧化系統(tǒng)和加濕降溫噴霧機等幾種。

（1）高壓霧化系統(tǒng)

溫室降溫其最佳的霧粒直徑為0.17mm，造成的微霧濃度適中，還有一定的遮光效果。另外，這種微霧在蒸發(fā)前彌漫于植物附近，可以大幅度地降低植物對灌溉的需求。夏季溫室采用噴霧降溫，需要風(fēng)機配合使用，以滿足夏季降溫必需的通風(fēng)量，并確保植物需要的溫度和濕度。

（2）低壓射流霧化系統(tǒng)

其霧化原理為氣力霧化，系統(tǒng)不需要高壓水泵，水系統(tǒng)的工作壓力僅0.2～0.4MPa，系統(tǒng)需要增加壓縮空氣。目前，這種霧化設(shè)備只有少數(shù)生產(chǎn)廠家能夠提供，園藝設(shè)施中應(yīng)用較少。

（3）加濕降溫噴霧機

利用高速離心機和軸流風(fēng)機的復(fù)合作用，將水變成水霧噴射出來，再利用噴出的水霧蒸發(fā)，從而使周圍環(huán)境中的溫度下降、濕度增加。同時，由于風(fēng)機的作用使空氣產(chǎn)生對流，還能起到環(huán)流風(fēng)機的作用。噴霧機可以固定安裝；也可以單獨移動，這比較適合于面積較小的溫室、使用靈活的場合。

圖3.10為常用的加濕降溫噴霧機，由水池、水泵、輸水管、噴頭、噴霧室和風(fēng)機組成。在噴霧室和風(fēng)機間設(shè)置折式擋水板，以防懸浮霧滴隨氣流進入溫室導(dǎo)致濕度增高。通常將噴霧室和風(fēng)機固定在墻上，也可以安裝在移動架上，配置輸水軟管，由自來水供水，構(gòu)成移動式噴霧降溫風(fēng)機。

圖3.10　噴霧蒸發(fā)式降溫設(shè)備示意圖

1—水池；2—水泵；3—輸水管；4—噴霧室；5—噴頭；6—擋水板；7—風(fēng)機；8—墻體

任務(wù)3.4　氣體調(diào)控設(shè)施

活動情景　園藝設(shè)施內(nèi)的氣體環(huán)境與外界不同，在園藝設(shè)施的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，需要按照設(shè)施環(huán)境的需要，安裝氣體調(diào)控設(shè)備及其系統(tǒng)。本任務(wù)旨在學(xué)習(xí)園藝設(shè)施內(nèi)的主要氣體調(diào)控系統(tǒng)及設(shè)備，為設(shè)施生產(chǎn)中的氣體環(huán)境調(diào)控作好準(zhǔn)備。

工作過程設(shè)計

工作任務(wù)單

續(xù)表

任務(wù)相關(guān)知識點

CO2是植物光合作用的主要原料，自然條件下它主要來自于植物周圍的空氣和植物呼吸作用釋放出的CO2。在其他條件不受限制時，植物生長環(huán)境中的CO2與光合作用的關(guān)系是從CO2補償點開始（一般為50～150mg/m3），隨著CO2濃度的增加，光合作用加強；但是，當(dāng)CO2的濃度增大到一程度時，光合作用便維持在某一水平，光合強度不再增加，此時的CO2濃度為CO2飽和點。

森林、草原和農(nóng)村等自然條件下，夜間和凌晨近地面附近大氣中的CO2濃度可以達到500～600mg/m3，中午因光合作用的吸收其濃度可降至200～300mg/m3。植物生長期內(nèi)CO2濃度的每日變化大致如此。但是，在園藝設(shè)施中，由于這些設(shè)施屬于全封閉或半封閉的環(huán)境，空氣中被植物吸收的多，但補充的量很少，常常會出現(xiàn)設(shè)施內(nèi)CO2濃度偏低的現(xiàn)象，進而影響植物光合產(chǎn)物的合成。試驗表明，一些蔬菜植物（如蘿卜等），當(dāng)將其生長環(huán)境中的CO2濃度從550mg/m3提高到950mg/m3時，產(chǎn)量可以增加1～2倍。這種措施可以增產(chǎn)和改善植物的品質(zhì)，并適宜于所有的園藝植物，因此，通常把提高園藝設(shè)施內(nèi)CO2濃度的措施，稱為CO2施肥。

3.4.1　CO2發(fā)生裝置

CO2氣體的生成有多種方式，在園藝設(shè)施內(nèi)比較適用的有以下方法：

1）化學(xué)反應(yīng)法

利用碳酸鹽與硫酸、鹽酸、硝酸等進行反應(yīng)，產(chǎn)生CO2氣體。反應(yīng)原理如下：

2NH4HCO3+H2SO4（稀===）（NH4）2SO4+2H2O+2CO2↑

2NaHCO3+H2SO4（稀===）Na2SO4+2H2O+2CO2↑

CaCO3+===2HClCaCl2+H2O+CO2↑

其中，應(yīng)用比較普遍的是硫酸與碳酸氫銨反應(yīng)。該法是通過控制碳酸氫銨的用量來控制CO2的釋放量。碳酸氫銨的參考用量為：栽培面積667m2的塑料大棚或溫室，冬季每次用碳酸氫銨2500g左右，春季3500g左右。碳酸氫銨與濃硫酸的用量比例為1∶0.62。

施肥方法分為簡易施肥法和成套裝置法兩種。簡易施肥法是用小塑料桶盛裝稀硫酸（稀釋3倍），每40～50m2地面一個桶，均勻吊掛到離地面1m以上高處。按桶數(shù)將碳酸氫銨分包裝入塑料袋內(nèi)，在袋上扎幾個孔后，投入桶內(nèi)，與硫酸進行反應(yīng)；可以看到有氣泡緩慢地產(chǎn)生，即釋放出CO2氣體；等桶內(nèi)不再產(chǎn)生氣泡時，將桶內(nèi)雜質(zhì)用于施肥即可。此法多用于小型溫室。成套裝置法是在一個大塑料桶內(nèi)集中進行反應(yīng)，產(chǎn)生的氣體經(jīng)過濾后，用帶孔塑料管送入設(shè)施內(nèi)。成套施肥裝置的基本結(jié)構(gòu)見圖3.11。

圖3.11　二氧化碳發(fā)生成套裝置

1—盛酸桶；2—反應(yīng)桶；3—過濾桶；4—散氣管

2）空氣分離法

將空氣在低溫下液化，再逐一蒸發(fā)。在CO2汽化點時收集CO2氣體，再液化后裝入鋼瓶內(nèi)。在此裝置上連接輸出控制電磁閥，可以實現(xiàn)CO2施肥的自動控制。

為使CO2均勻分散于園藝設(shè)施內(nèi)，一般在塑料管上按3m間距扎孔，靠近鋼瓶一端的扎孔要小一些，遠(yuǎn)離鋼瓶一端扎孔要大一些。鋼瓶出口的壓力保持在1.0～1.2kg/cm2，每天放6～12min。液化CO2使用方便，濃度容易控制，而且CO2擴散均勻，價格比固體CO2便宜。但由于需要鋼瓶送回工廠裝氣，也受氣源的限制，應(yīng)用范圍有限。另外，如果液化CO2是來自化工廠和釀酒廠的副產(chǎn)品，氣體里則?；煊幸蚁┑葘ψ魑镉泻Φ臍怏w，因此使用液化CO2時，一定要注意所用CO2的純度，一般要求應(yīng)在99%以上。

3）碳?xì)浠衔锶紵?/p>

在園藝設(shè)施內(nèi)利用CO2發(fā)生器，通過燃燒煤油、石蠟、天然氣、液化石油氣等產(chǎn)生CO2氣體，再由鼓風(fēng)機把CO2吹入棚室內(nèi)。此法在產(chǎn)生CO2的同時，還釋放熱量，能提高設(shè)施內(nèi)的溫度，適用于加溫設(shè)備不完備的小型設(shè)施。一般燃燒1L煤油（0.82kg）約可產(chǎn)生2.5kg，即1.27m3的CO2。

燃燒法的缺點是容易產(chǎn)生有害氣體。因此，所用燃料要求燃燒后不會造成環(huán)境污染，不對植物和工作人員造成毒害，特別要求其含硫量不得高于0.05%。價格也應(yīng)低廉才方便于使用。

燃料燃燒時必須在CO2發(fā)生器內(nèi)進行。對CO2發(fā)生器的要求是故障少、耐用、簡便、易修、不產(chǎn)生有毒害的氣體，并且有強力的通風(fēng)裝置，以便CO2在設(shè)施內(nèi)擴散，并防止發(fā)生器周圍氣溫過高，傷害植物。

近年來我國已經(jīng)生產(chǎn)出了多種型號的CO2發(fā)生器，下面以TF-80Z型CO2發(fā)生器為例說明其工作原理。TF-80Z型CO2發(fā)生器可以自動點火、自動定時停機，可以安全控制并遠(yuǎn)距離操縱。整機由鋁材骨架、百葉板、外殼、鼓風(fēng)導(dǎo)流罩、供氣窗、金屬網(wǎng)式紅外線爐具、鼓風(fēng)機、供氣電磁閥、點火繼電器、高壓線圈、控制變壓器、空氣延時繼電器等部件組成，如圖3.12所示。

圖3.12　TF-80Z型CO2發(fā)生器整機結(jié)構(gòu)

1—外殼；2—控制部分；3—鼓風(fēng)機；4—導(dǎo)流罩；5—高壓線圈；6—鎳點火間隙；7—紅外線爐具；8—電磁閥；9—百葉板；10—異性鋁材；11—供氣窗

整機工作過程是通過自動控制系統(tǒng)，如圖3.13所示，按以下順序進行工作的。首先按下開機點火開關(guān)后，電磁閥通過吸合點火繼電器，接通火花間隙，放電點火；這時紅外線爐具點燃液化氣，點火完成后，風(fēng)扇延時1s啟動；這時爐具燒紅，液化氣完全燃燒供給CO2，供應(yīng)時間可以通過定時開關(guān)在1～60min內(nèi)調(diào)節(jié)。

圖3.13　CO2發(fā)生裝置的自控系統(tǒng)示意圖

液化石油氣不完全燃燒時也會產(chǎn)生CO，這主要取決于燃燒爐具的結(jié)構(gòu)和燃燒時的條件。對比結(jié)果表明，紅外線爐具的燃燒效果較為理想。圖3.14是與CO2發(fā)生器配套使用的金屬網(wǎng)型側(cè)引射紅外線爐具的結(jié)構(gòu)圖。此種爐具能夠使燃?xì)夂涂諝獬浞只旌暇鶆?，燃燒面積大，燃燒充分，不易產(chǎn)生CO氣體。因其燃燒強度低，以紅外光向外輻射熱量，因此燃燒部位的溫度不太高，爐具本身積累的熱量也較少，能有效地防止生成氮氧化物，保證CO2的純度。

若采用CO2發(fā)生器供應(yīng)CO2氣體，可以直接將發(fā)生器懸掛在鋼架結(jié)構(gòu)上。若采用貯氣罐或貯液罐，需要配備相應(yīng)的設(shè)備系統(tǒng)將CO2氣體輸送到溫室中。這些設(shè)備包括電磁閥、鼓風(fēng)機和輸送管道等。輸送管道的布置有兩種方式，較簡單的方式是直接將輸送軟管的出氣端口安放在循環(huán)風(fēng)扇附近，同時啟動CO2輸送設(shè)備和循環(huán)風(fēng)扇，使被輸送的CO2能夠均勻地分布在整個設(shè)施內(nèi)部的空間；較復(fù)雜的方式是在每一行或幾行植物的根區(qū)附近，放置一根多孔塑料管，所有塑料管的一端與輸送管道連接，其使用效果比第一種好。

圖3.14　紅外線爐具結(jié)構(gòu)

1—內(nèi)網(wǎng)；2—外網(wǎng)；3—邊框；4—發(fā)射器；5—外殼；6—混合器；7—下托網(wǎng)

知識拓展

CO2的其他施肥方法

1）通風(fēng)法

國內(nèi)大部分栽培設(shè)施調(diào)節(jié)二氧化碳濃度的措施是通風(fēng)，使外界空氣中的二氧化碳進入設(shè)施內(nèi)，以提高其濃度。這是較原始的二氧化碳調(diào)控的手段。這種方法簡單，無成本。但是大氣中二氧化碳的含量不高，所以不能徹底解決棚室中二氧化碳的不足的問題。同時在寒冷季節(jié)通風(fēng)又會降低棚室內(nèi)溫度，故應(yīng)謹(jǐn)慎使用。

通風(fēng)分自然通風(fēng)與強制通風(fēng)兩種。強制通風(fēng)是用電風(fēng)扇作動力通風(fēng)的，其效果較好，但需要一定的設(shè)備。自然通風(fēng)靠開關(guān)通風(fēng)窗的大小，以及熱空氣向上排出，冷空氣從下面進入的原理導(dǎo)入新鮮空氣，增加室內(nèi)二氧化碳的含量。

2）干冰法

利用干冰在常溫下吸熱后易于揮發(fā)的特點，進行二氧化碳施肥。該法操作簡單，濃度易于控制，施肥均勻，施肥時也不產(chǎn)生對作物有害的物質(zhì)，施肥效果比較好。但施肥成本比較高，干冰運輸和貯存也比較困難，現(xiàn)已較少使用。

3）生物法

利用生物肥料的生理生化作用，生產(chǎn)二氧化碳?xì)怏w。一般將二氧化碳顆粒肥施入1～2cm深的土層內(nèi)，在土壤溫度和濕度適宜時，可連續(xù)釋放二氧化碳?xì)怏w。以山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院所研制的固氣顆粒肥為例，該種肥施于地表后，可連續(xù)釋放二氧化碳40d左右，供氣濃度500～1000ml/m3。

該法高效安全，省工省力，無殘渣危害，所用的生物肥在釋放完二氧化碳?xì)怏w后，還可作為有機肥為作物提供營養(yǎng)，一舉兩得。其主要缺點是二氧化碳?xì)怏w的釋放速度和釋放量無法控制，需要高濃度時，濃度上不去，通風(fēng)時又無法停止釋放二氧化碳?xì)怏w，造成浪費。

3.4.2　CO2氣體分析儀

在整個CO2檢測和調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，CO2氣體分析儀是一個關(guān)鍵和復(fù)雜的組成部分。本儀器由取樣管、泵和閥、分析室、輻射源、壓差檢測元件等組成，如圖3.15所示。系統(tǒng)工作時，安裝在分析器室內(nèi)的氣泵從被檢測的溫室內(nèi)抽取空氣進行取樣?？諝庠谶M入分析室之前，先經(jīng)過去濕杯和過濾器。分析室附近有一紅外光源，發(fā)出的輻射光穿過濾光器，進入分析室?？諝庵械臍怏w只有CO2吸收紅外光輻射，并在分析室形成壓力變化。CO2濃度越大，壓差變化越大。CO2分析儀將測得的壓差信號轉(zhuǎn)換成電信號，再傳到計算機。根據(jù)實測值、設(shè)定值和其他相關(guān)條件，計算機發(fā)出相應(yīng)的指令，打開或關(guān)閉CO2的輸送裝置。

圖3.15　CO2氣體分析儀組成

1—取樣管；2—去濕杯；3—過濾器；4—泵；5—閥；6—分析室；7—壓差檢測元件；8—濾光器；9—輻射源

任務(wù)3.5　灌溉施肥系統(tǒng)

活動情景　絕大多數(shù)園藝設(shè)施建成后，都得不到外界的自然降水；另外，園藝設(shè)施中通常采用水肥并用，以提高肥料的利用率，并減少工作強度。故在園藝設(shè)施的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，務(wù)必考慮灌溉施肥系統(tǒng)的選用與安裝等。本任務(wù)旨在學(xué)習(xí)園藝設(shè)施的主要灌溉施肥系統(tǒng)及其設(shè)備，并學(xué)習(xí)其安裝、使用規(guī)范。

工作過程設(shè)計

續(xù)表

工作任務(wù)單

任務(wù)相關(guān)知識點

自然環(huán)境中的濕度隨著降水、蒸發(fā)和植物的蒸騰作用發(fā)生著不斷的變化。絕大多數(shù)園藝設(shè)施處于密閉或半密閉型的狀態(tài)，內(nèi)部得不到外界的自然降水，但與外界露地一樣，進行著土壤水分的蒸發(fā)和植物的蒸騰。因此，園藝設(shè)施內(nèi)的水分環(huán)境不同于露地的水分環(huán)境。園藝設(shè)施內(nèi)的水分幾乎全部來自于灌溉，尤其是全年使用的大型設(shè)施，植物生長期間的所有水分都來自于灌水。與露地生產(chǎn)一樣，設(shè)施生產(chǎn)中也需要營養(yǎng)的供應(yīng)，一般把肥料溶解于水中，通過灌溉系統(tǒng)進行施肥。另外，園藝設(shè)施內(nèi)的濕度環(huán)境和營養(yǎng)環(huán)境應(yīng)根據(jù)植物生長發(fā)育的需求進行調(diào)控，這就要求設(shè)施內(nèi)具有調(diào)控濕度的設(shè)備系統(tǒng)。目前，園藝設(shè)施中較為常用的灌溉系統(tǒng)為滴灌系統(tǒng)和噴灌系統(tǒng)。

3.5.1　滴灌系統(tǒng)

滴灌是滴水灌溉的簡稱，是利用低壓管道系統(tǒng)，將水直接輸送到植物生長區(qū)域，再經(jīng)過安裝在毛管上的滴頭、孔口或滲灌管等灌水器，將水一滴一滴均勻、緩慢地滴入植物根區(qū)，使根區(qū)保持最適宜的水分環(huán)境。滴灌的基本灌溉方式為：將水加壓、過濾，也可以與可溶性化肥（或農(nóng)藥）一起，通過管道輸送至滴頭，以水滴的方式，適時適量地向植物根區(qū)提供水分、養(yǎng)分等。滴灌不會破壞土壤結(jié)構(gòu)，根際土壤的水、肥、氣、熱能經(jīng)常保持適宜于植物生長的良好狀態(tài)，水分蒸發(fā)損失很小，是一種節(jié)水灌溉方法。其灌水的特點是水分只部分濕潤根區(qū)，這部分土壤或基質(zhì)的水分處于飽和狀態(tài)，植物行間保持干燥，土壤或基質(zhì)的水分處于非飽和狀態(tài)。通過緩慢、不斷地浸潤根區(qū)，使植物的主要根區(qū)經(jīng)常保持在最佳含水量狀態(tài)；采用低壓管路輸水、配水，系統(tǒng)運行壓力低。缺點是滴頭出流孔口小，流速低，容易出現(xiàn)堵塞問題；成本較高。因此，滴灌適用于經(jīng)濟價值較高的園藝植物。近年來，隨著設(shè)施園藝和節(jié)水農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，滴灌技術(shù)的發(fā)展速度很快。

1）滴灌系統(tǒng)的組成

滴灌系統(tǒng)是將灌溉水通過滴灌設(shè)備輸送到植物生長區(qū)域，定時、定量地供給植物所需水分的整個水利設(shè)備系統(tǒng)。其完整的系統(tǒng)工程組成（圖3.16）如下：

（1）水源

滴灌用水量較小，河流、水庫、機井甚至小水泉、滲水地區(qū)的積水等均可以作為滴灌水源；但滴灌對水質(zhì)要求較高，選擇水源時應(yīng)對水質(zhì)進行化學(xué)分析，了解水源的懸浮物狀況和氯、鉀、鎂、鈣離子的含量和pH大小，必要時應(yīng)對水質(zhì)采取適當(dāng)?shù)倪^濾措施，防止系統(tǒng)堵塞。

（2）首部樞紐

首部樞紐由水泵動力機組、化肥罐、過濾器和各種控制和量測設(shè)備（如壓力調(diào)節(jié)閥門、流量控制閥門、分流閥門、水表等）組成。其作用是對水流加壓，注入水溶性肥料，經(jīng)過濾后，及時、定量地把水肥溶液送到輸水管道。首部樞紐應(yīng)安裝在控制室或井室內(nèi)，可以手工控制或安裝電腦自動控制滴灌系統(tǒng)的操作。

圖3.16　滴灌系統(tǒng)的組成

1—水泵機組；2—流量表；3—壓力表；4—化肥罐；5—閘閥；6—過濾器；7—干管；8—支管；9—毛管；10—滴頭

（3）輸水配水管道

輸水管道包括干管、支管、毛管及流量壓力調(diào)節(jié)設(shè)備，如壓力表、控制閥、流量調(diào)節(jié)器等。干、支管通常應(yīng)埋入凍土層以下50～80cm，毛管可以根據(jù)實際情況置于地面或埋入地下。例如，設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中，毛管放置于地面，便于移動和檢修。

干管是輸水系統(tǒng)，干管連接著支管，并向各支管分配水量。支管是控水系統(tǒng)（配水系統(tǒng)），可以調(diào)節(jié)水壓、控制流量；同時支管交毛管要求的壓力和流量供給毛管首端。毛管是直接向植物根區(qū)滴水的管道，毛管上的各出水口流量必須達到設(shè)計的流量的均勻度。毛管有帶孔的單壁管、帶孔的雙壁管、滴頭加毛管的滴管和滲灌管四種類型。

（4）滴頭和滴管

滴頭是滴灌系統(tǒng)的重要設(shè)備之一，其作用是使毛管中的壓力水流經(jīng)過滴頭的狹長流道或微孔減壓，變成一滴一滴的水滴或小細(xì)流，進行灌溉。水從滴頭流入根區(qū)后，在重力和毛細(xì)管的作用下，濕潤根區(qū)，促進植物的根系生長。

2）滴灌系統(tǒng)的類型

滴灌系統(tǒng)按其獲得壓力的方式，可分為自壓式滴灌系統(tǒng)和機壓式滴灌系統(tǒng)；按滴灌工作中毛管的布置方式、是否移動及灌水方式，可分為地面固定式滴灌系統(tǒng)、地下固定式滴灌系統(tǒng)和移動式滴灌系統(tǒng)。

（1）地面固定式滴灌系統(tǒng)

園藝設(shè)施中多采用這種灌溉系統(tǒng)。該系統(tǒng)毛管布置在地面，灌水期間毛管和灌水器（包括各種滴頭和滴灌管、帶）不移動。其優(yōu)點是安裝、維護方便，便于檢查根區(qū)濕潤情況和滴頭流量的變化情況；缺點是毛管和灌水器容易損壞和老化，也不便于田間耕作。

（2）地下固定式滴灌系統(tǒng)

是隨著近年來滴灌技術(shù)的不斷改進和提高，灌水器堵塞情況的減少出現(xiàn)的，應(yīng)用面積尚小。該系統(tǒng)毛管和灌水器（主要是滴頭）全部埋入地下。其優(yōu)點是毛管在植物種植和收獲前后的安裝和拆卸工作，不影響田間耕作，延長了設(shè)備的使用壽命；缺點是不能檢查根區(qū)濕潤情況和滴頭流量變化，出現(xiàn)問題后維修很困難。

（3）移動式滴灌系統(tǒng)

此系統(tǒng)應(yīng)用較少。該系統(tǒng)在灌水期間，毛管和灌水器在灌溉完成后可能由一個位置移至另一個位置。其優(yōu)點是提高了設(shè)備的利用率，降低了成本，用于灌溉次數(shù)較少的植物；缺點是操作管理較麻煩，管理運行費用較高，適于經(jīng)濟條件較差的地區(qū)。

3）滴灌系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計

（1）設(shè)計用水率的確定

只要滴灌系統(tǒng)能夠滿足植物高峰需水的要求，就可以滿足植物全生育期的灌水需求。因此，用高峰用水量作為設(shè)計用水率。滴灌條件下的高峰用水量，以地面灌或噴灌最高耗水量估算。

W=KrmA

式中　W——滴灌設(shè)計用水率，（L/d）；

　　　m——地面灌或噴灌最高耗水率，（mm/d）；

　　　A——計算面積，（m2）；

　　　Kr——覆蓋影響系數(shù)，根據(jù)表3.2選用。

表3.2　覆蓋影響系數(shù)Kr的推薦值

（2）選擇滴頭

①確定滴頭流量。

式中　q——滴頭流量，點源滴頭，（L/h），線源滴頭[L/（h·m）]；

　　　W——設(shè)計用水率，點源滴頭[L/（d·株）]，線源滴頭[L/（d·條）]；

　　　T——灌水周期，（d）；

　　　t——每次灌水歷時，（h）；

　　　η——滴灌水利用率，取0.9～0.95；

　　　n——點源滴頭每株所配滴頭數(shù)（個），線源滴頭為其長度，（m）。

②選擇滴頭結(jié)構(gòu)形式。

a.根據(jù)植物情況選擇。蔬菜等條播種植植物，沿種植行布設(shè)滴頭，應(yīng)選用線源滴頭，即各種形式的滴灌帶；果樹和較大型花卉植物，特別是中等間距或大間距植物，應(yīng)選擇點源滴頭。

b.根據(jù)植物根區(qū)環(huán)境狀況選擇。輕質(zhì)土壤或基質(zhì)，水分?jǐn)U散范圍較大，可選用流量較大的滴頭，使用期間控制其滴水時間；重質(zhì)土壤或基質(zhì)，滲透性較差，應(yīng)選用較小流量的滴頭。

c.根據(jù)經(jīng)濟方面選擇。盡量選用小流量滴頭，并適當(dāng)增加灌水歷時，以減少水泵動力機組的投資。

（3）布置灌溉系統(tǒng)

滴灌系統(tǒng)的布置包括首部樞紐、輸水配水管網(wǎng)、管網(wǎng)輔助部件以及毛管和滴頭的布置。

首部樞紐是滴灌系統(tǒng)的操作控制中心，通常布置在水源處，最好布置于灌區(qū)中央，以縮短輸水距離，節(jié)省管材和動力。干、支管的布置盡量雙向控制，以節(jié)省管材。

輔助部件包括排氣閥、進氣閥、閘閥、調(diào)壓閥和流量調(diào)節(jié)器等部件。進、排氣閥應(yīng)安裝在較高處的干、支管上；干、支管進口處應(yīng)安裝閘閥；流量調(diào)節(jié)器安裝在支管進口處。

毛管和滴頭的布置很關(guān)鍵，應(yīng)考慮很多因素，如植物特性、土壤或基質(zhì)的質(zhì)地、水質(zhì)和生產(chǎn)技術(shù)等，同時應(yīng)充分重視生產(chǎn)者的實踐經(jīng)驗。以下以園藝設(shè)施中的主要植物介紹毛管和滴頭的布置：

①蔬菜　一般選擇工作可靠、價格低廉的塑料薄膜滴灌帶。為了便于生產(chǎn)管理，滴灌帶應(yīng)鋪設(shè)于地表，地膜覆蓋生產(chǎn)時應(yīng)鋪設(shè)于膜下，并與植物栽植的行向保持一致。為了降低成本，應(yīng)盡量增大行距，縮小株距，減少滴灌帶用量，通常盡量采取寬窄行栽植，滴灌帶鋪設(shè)于窄行，每條滴灌帶供應(yīng)兩行植物生長的水分，如圖3.17所示。

圖3.17　滴灌布置形式

1—植株；2—薄膜滴灌管；3—滴頭

②果樹等大型園藝植物　老果園，開始采用滴灌系統(tǒng)時應(yīng)進行試驗，宜選用點源滴頭；小間距果園，可以采用較厚管壁的塑料滴灌帶。滴灌系統(tǒng)必須與栽植間距和生產(chǎn)技術(shù)相適應(yīng)。從滴灌系統(tǒng)的設(shè)計考慮，按照栽植間距，可以將果樹分為小間距果樹（株距3m以內(nèi)）、中等間距果樹（株距3～6m）和寬間距果樹（株距6m以上）。

a.小間距果樹，如葡萄。應(yīng)沿植物行鋪設(shè)1根毛管，滴頭在植株兩邊對稱布置，距植株0.2～0.5m。

b.中等間距果樹，如蘋果、梨、桃、杏等新果園。其滴灌系統(tǒng)布置如下：順栽植行埋設(shè)1條支管，支管上安裝繞樹毛管，滴頭繞樹環(huán)形排列，距樹干1m。土質(zhì)粘重時，每棵樹至少需要4個滴頭；中等土質(zhì)，每棵樹需要5～6個滴頭。

c.大間距果樹，如香梨、核桃等。毛管和滴頭布置是：每行樹埋設(shè)1條支管，支管上安裝繞樹毛管，呈環(huán)形，半徑為1.2～1.5m，每棵樹需要8～10個滴頭。滴頭位置應(yīng)保持不變，防止根系的發(fā)育發(fā)生變化。

3.5.2　噴灌系統(tǒng)

噴灑灌溉簡稱噴灌，是利用專門的設(shè)備（水泵）加壓或利用水的自然落差，通過管網(wǎng)將水輸送到灌溉地段，利用噴灑器（噴頭）噴射到空中，分散成細(xì)小水滴后，均勻地灑落在田間進行灌溉的一種方法。它是一種先進的節(jié)水灌溉技術(shù)，在世界各地得到了普遍推廣。

1）噴灌系統(tǒng)的組成

一般噴灌系統(tǒng)由水源工程、水泵和動力機組、輸水配水管道系統(tǒng)、噴頭及附屬設(shè)備、附屬工程組成。

（1）水源工程

河流、湖泊、水庫、池塘、泉水、井水或渠道水均可作為噴灌系統(tǒng)的水源。注意水源就是要滿足灌水量和水質(zhì)的要求。

（2）水泵和動力機組

除自來水頭外，噴灌系統(tǒng)的工作壓力均由水泵提供。噴灌系統(tǒng)常用離心泵和自吸離心泵，也可選用潛水電泵、深井泵等。帶動水泵的動力機盡量采用電動機，無供電區(qū)可采用柴油機。輕小型噴灌機組為了移動方便，一般常用噴灌專用自吸泵，用柴油機或汽油機帶動。井灌區(qū)建設(shè)的小型噴灌工程通常用水泵一次完成提水和加壓工作；大型噴灌工程，應(yīng)對水泵的運行進行調(diào)節(jié)，常用增減水泵臺數(shù)、配備壓力罐進行水泵工作時間調(diào)節(jié)等方式。

（3）管道系統(tǒng)

管道系統(tǒng)包括管道及與其配套的管件，作用是把加壓的水輸送到噴頭。管道系統(tǒng)是多數(shù)噴灌系統(tǒng)的重要組成部分，通常占設(shè)備投資的50%以上。本系統(tǒng)要求能承受一定的工作壓力并通過一定的流量，經(jīng)久耐用，耐腐蝕。另外，由于本系統(tǒng)需要經(jīng)常拆裝搬移，故還應(yīng)輕便、耐撞擊、耐磨損。

（4）噴頭

噴頭是噴灌系統(tǒng)的專門設(shè)備，形式多樣。其作用是將管道內(nèi)的水流噴射到空中，分散成細(xì)小水滴，灑落后進行灌溉。噴頭要求能使連續(xù)水變?yōu)榧?xì)小水滴（霧化）；能使水滴均勻地噴灑到地面上的一定范圍內(nèi)，即水量的合理分布；單位時間內(nèi)噴灑到地面的水量能適應(yīng)土壤或基質(zhì)的入滲能力，不產(chǎn)生徑流，即適宜的灌溉強度。因單噴頭噴灑范圍有限，水量分布難以均勻，生產(chǎn)中常常是多噴頭作業(yè)（噴頭組合）。工作時噴頭邊噴邊移動，即行走式噴灑，簡稱行噴；工作時噴頭不移動，為定點噴灑，簡稱定噴。

（5）附屬設(shè)備和附屬工程

噴灌工程中還有一些附屬設(shè)備和附屬工程。如，從河流、湖泊、渠道取水時，要有攔污設(shè)施；為了保護噴灌系統(tǒng)安全運行，要設(shè)排氣閥、調(diào)壓閥、減壓閥、安全閥、泄水閥等；為了觀察噴灌系統(tǒng)的運行狀況，在水泵進出管路上要設(shè)真空表、壓力表和水表，管道系統(tǒng)上要設(shè)閘閥；用噴灌系統(tǒng)施用肥料和農(nóng)藥時，要設(shè)配制的注入設(shè)備等。

2）噴灌系統(tǒng)的類型

噴灌系統(tǒng)按獲得工作壓力的不同，可分為機壓式噴灌系統(tǒng)和自壓式噴灌系統(tǒng)；按噴頭是否移動，可分為定噴式噴灌系統(tǒng)和行噴式噴灌系統(tǒng)。應(yīng)用較普遍的分類是按其主要組成部分的可移動程度，可分為固定式噴灌系統(tǒng)、移動式噴灌系統(tǒng)和半固定式噴灌系統(tǒng)。

（1）固定式噴灌系統(tǒng)

除噴頭外，其他設(shè)備均固定安裝。水泵動力機組安裝在固定泵房內(nèi)；干管和支管埋入地下；豎管安裝在支管上并高出地面；噴頭固定或依次安裝在支管上定點噴灑。本系統(tǒng)操作簡便，生產(chǎn)率高，可以實現(xiàn)自控，方便與施肥和噴藥結(jié)合，占地少；但設(shè)備投資大，豎管影響機耕。適用于灌水期長且灌水頻率高的園藝植物。

（2）移動式噴灌系統(tǒng)

該系統(tǒng)的全部設(shè)備均可移動，只需在田間設(shè)置水源。本系統(tǒng)的設(shè)備能在不同地點輪流使用，設(shè)備利用率高，投資少；但移動工作量大，路渠占地多。按噴頭的數(shù)目可分為：

①單噴頭移動噴灌系統(tǒng)　由水泵動力機組、1根輸水軟管和1個噴頭組成移動式機組。在田間按一定間距布設(shè)水源（塘、井或明渠），水源旁機組移動做定點單噴頭噴灑。按機組的移動方式又可以分為手抬式、推車式、拖拉機牽引式和懸掛式等。

②多噴頭管道式移動噴灌系統(tǒng)　由水泵動力機組、1根或多根管道和安裝在管道上的多個噴頭組成機組。在田間布設(shè)水源（水塘或水渠），水源旁機組移動做定點多噴頭噴灑。與單噴頭相比，其優(yōu)點是可以采用低壓小噴頭，能耗較低，霧化良好，噴灌質(zhì)量高。

（3）半固定式噴灌系統(tǒng)

半固定式噴灌系統(tǒng)對前兩種取長補短，將水泵動力機組和干管固定安裝，只移動裝有噴頭的支管，干管上每隔一定距離設(shè)有給水栓為支管供水。支管和噴頭反復(fù)使用，減少了管材和噴頭的用量，降低了成本。但在噴灌后的泥濘中移動支管，勞動強度很大，可采取以下措施：選用輕便管材和附件；每個系統(tǒng)多配備幾組支管；使支管可以自走。支管能自走的半固定式噴灌系統(tǒng)有時針式、滾移式和絞盤式等多種。這種系統(tǒng)通常用于大面積的噴灌。

3）噴灌系統(tǒng)的選型和規(guī)劃

噴灌系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計的一般步驟是：

（1）選擇噴灌系統(tǒng)的類型

根據(jù)園藝設(shè)施內(nèi)的植物種類、經(jīng)濟和設(shè)備條件，結(jié)合各種噴灌系統(tǒng)的特點，選擇合適的噴灌系統(tǒng)。在噴灌次數(shù)多、經(jīng)濟價值高的植物種植區(qū)可采用固定式噴灌系統(tǒng)；在有自然水頭的地區(qū)，盡可能選用自壓噴灌系統(tǒng)，以降低動力設(shè)備的投資和運行費用。

（2）確定噴灑方式和噴頭組合方式

噴灑方式有全圓噴灑和扇形噴灑兩種。通常在管道式噴灌系統(tǒng)中，除地邊、地角的噴頭做扇形噴灑外，其余均采用全圓噴灑。全圓噴灑允許有較大的間距，且噴灌強度較低。單噴頭移動式機組，通常做扇形噴灑，以便給機組或移動管道留出一條干燥的道路，方便移出。

噴頭的組合方式（布置方式）是指噴灌系統(tǒng)中噴頭間的相對位置。全圓噴灑中，有正方形、正三角形、矩形和等腰三角形四種組合方式（圖3.18）。噴頭組合的原則是保證噴灑不留空白，且有較高的均勻度。噴頭布置過稀，會造成噴灑不均勻，或留下漏噴的空白處；噴頭布置過密，噴頭管道用量增大，成本增加，且組合噴灌強度過大。因此，正確選擇噴頭組合間距是噴灌系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計中的重要問題。根據(jù)圖3.18，能夠計算出噴頭間距a支管間距b和噴頭有效控制面積（圖3.18中陰影面積），見表3.3。除以上幾種組合外，還可以采用設(shè)計射程法。設(shè)計射程由噴頭射程乘以一定的系數(shù)求得，即R設(shè)=KR。系數(shù)K是根據(jù)噴灌形式、風(fēng)速、各動力可靠程度確定的，通常為0.7～0.9。

圖3.18　噴頭組合形式

表3.3　不同噴灌方式噴頭組合的相關(guān)參數(shù)

（3）選擇噴頭與工作壓力

工作壓力是噴灌系統(tǒng)的重要參數(shù)，直接決定噴頭的射程，還關(guān)系到設(shè)備投資、運行成本、噴灌質(zhì)量和工程占地等。采用高工作壓力，噴頭射程遠(yuǎn)，固定式系統(tǒng)的管道用量少，移動式系統(tǒng)占地少；但運行成本高，噴出的水滴粗，因噴得高，受風(fēng)力影響大，噴灌質(zhì)量得不到保證。采用中低工作壓力，水滴細(xì)，噴灌質(zhì)量高，運行成本低；但固定式系統(tǒng)的管道用量大、成本高，移動式系統(tǒng)占地多，且移動頻繁，工作強度大。因此，選擇工作壓力時，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)要求、設(shè)備狀況和噴頭型號綜合考慮確定。

（4）布置管道系統(tǒng)

管道系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)地形、水源等情況提出幾種可能的布置方案，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較，擇優(yōu)選定。布置管道系統(tǒng)一般應(yīng)遵循以下原則：

①管道布置應(yīng)使管道總長度短，成本低。

②管道布置應(yīng)考慮各用水設(shè)施的需要，管理方便，有利于組織輪灌和迅速分散流量。

③支管布置一般應(yīng)與植物種植方向一致。

④管線的縱剖面應(yīng)力求平順，減少彎折。

⑤支管上各噴頭的工作壓力要接近一致，或在允許差值范圍內(nèi)。

⑥抽水站應(yīng)盡量布置在整個噴灌系統(tǒng)的中心位置，以減少輸水的水頭損失。

高級技術(shù)

其他微灌技術(shù)

微灌具有灌水量小、灌溉面積小、節(jié)水省力、降低濕度、防止病害、增產(chǎn)增效益的特點，所以它是當(dāng)前保護地生產(chǎn)中配套的實用技術(shù)之一。

1）微灌類型

①微噴灌（微噴）　用很小的噴頭（微噴頭）將水噴灑在土壤表面，其工作壓力與滴灌差不多，不過噴灑孔大一些出流流速比滴頭大得多，所以堵塞的可能性大大減少。這種方法也可以利用無土栽培中的營養(yǎng)液供應(yīng)。

微噴是利用低壓管道將水輸送到植物根部附近，通過微噴頭將水噴灑在土壤表面進行灌溉的一種新型灌溉方法。它介于噴灌與滴灌之間，兼有噴灌和滴灌的優(yōu)點，并消除了兩者的主要缺點，近年來已引起國內(nèi)外的重視和推廣應(yīng)用。

噴灌是全面灌溉，濕潤整個灌溉面積，而微噴一般只濕潤植物周圍的土壤，以滿足植物的需水要求，主要用于局部灌溉。微噴與滴灌的主要區(qū)別在于滴灌以水滴狀濕潤局部土壤，而微噴以雨滴噴灑濕潤局部土壤，不僅可濕潤土壤，還能提高田間空氣濕度，調(diào)節(jié)田間小氣候環(huán)境。另外，微噴頭的孔徑較大，比滴灌抗堵塞的能力強，主要用于栽培時需同時補充土壤水分和增加田間濕度的植物，如茶葉、花卉、苗木等。旋轉(zhuǎn)式微噴頭射程遠(yuǎn)、雨滴較大，可全面灌溉或局部灌溉，多用于果樹、草坪等灌溉，當(dāng)前應(yīng)用面積在逐年增加。

②地表下滲灌（又稱土表下灌溉）　通過埋在土壤表面以下的滴頭或滲水孔將水滴在土壤中，這種方法不妨礙耕作與其他農(nóng)事操作，土壤蒸發(fā)小，缺點是一旦滴頭堵塞，不容易發(fā)現(xiàn)。

滲灌是利用埋在地下的滲水管，將壓力水通過滲水管管壁上肉眼看不見的微孔，像出汗一樣滲流出來濕潤其周圍土壤的灌溉方法。滲灌管是利用廢舊橡膠輪胎粉末、PVC塑料粉及發(fā)泡劑等摻和料混合后，經(jīng)發(fā)泡、抗紫外線和防蟲咬等特殊工藝處理擠壓成型的具有大量微孔的滲水管。

灌溉時，水流通過輸水管進入埋在地下的滲水管，經(jīng)管壁上密布的微孔隙緩慢流出滲入附近的土壤，再借助毛細(xì)管作用將水分?jǐn)U散到整個根系層供植物吸收利用。滲灌是目前所有灌溉技術(shù)中最節(jié)水的，也便于田間耕作和栽培管理，管材抗老化性增強。

③涌灌（又稱為涌泉灌溉）　通過置于作物根部附近的開口的水管向上涌出小水流或小涌泉，將水灌到土壤表面。其特點是工作壓力較低，與低壓管輸水地面灌溉相近，出流孔較大，不易堵塞。

④霧灌（又稱為彌霧灌溉）　與微噴相似，也是用微噴頭噴水，只是工作壓力較高（可達200～400kPa）因此，從微噴頭噴出的水滴極細(xì)而形成水霧，主要目的在于調(diào)節(jié)田間空氣濕度。

2）微灌系統(tǒng)

（1）系統(tǒng)組成

由水源工程、首部樞紐、輸配水管網(wǎng)和灌水器四大部分構(gòu)成。

①水源　河流、湖泊、池塘、溝渠、井泉等，要求水質(zhì)符合微灌要求、雜質(zhì)少、位置近，以降低灌溉系統(tǒng)中凈化處理設(shè)備和輸配水設(shè)備的投資。含沙量大的水源應(yīng)修建沉淀池。利用這些水源進行灌溉，需要修建引水、蓄水和提水工程及相應(yīng)的輸配電工程，統(tǒng)稱為水源工程。

②首部樞紐　由多種水處理設(shè)備，如水泵及動力機、控制閥門、水質(zhì)凈化裝置、施肥（加藥）裝置、計量和保護設(shè)備等組成，是全系統(tǒng)的控制調(diào)度中心，擔(dān)負(fù)著整個系統(tǒng)的驅(qū)動、檢測和調(diào)控任務(wù)，即用于將水源中的水處理成符合田間灌溉系統(tǒng)要求的灌溉用水，并將灌溉用水送入供水管網(wǎng)中。

水泵有管道泵、潛水泵、離心泵、深井泵等，動力機為電動機、柴油機、汽油機等；凈化過濾設(shè)備有攔污網(wǎng)、網(wǎng)式過濾器、疊片式過濾器等；施肥設(shè)備有壓差式施肥罐、文丘里施肥器、電動施肥泵、水動施肥泵、高位施肥桶等；計量和保護設(shè)備水表、壓力表、進排氣閥、安全閥、單向閥等；控制閥門有閘閥、球閥、蝶閥等。

③輸配水管網(wǎng)　由干管、支管、毛管組成。干管和支管一般應(yīng)埋入地面以下一定深度方便田間作業(yè)。

干管起著向全灌區(qū)輸水的作用，承受的壓力較大，必須采用承壓管材。微灌系統(tǒng)怕堵塞，嚴(yán)禁使用金屬管道和混凝土管道。一般選用塑料管材，如聚氯乙烯（PVC）管和聚乙烯（PE）管。

支管起著承上啟下的配水作用。其上常裝有許多毛管旁通以便向毛管配水。一般選用聚乙烯（PE）半軟管料。

毛管起灌水作用，其上裝有不同型式的灌水器，如滴灌帶、滴頭、微噴頭等。有些毛管，如滴灌帶，既是毛管又是灌水器，水沿毛管上的許多小孔滴入土壤。灌水器是決定灌溉系統(tǒng)性能和價格的關(guān)鍵，也是區(qū)分不同灌溉系統(tǒng)的依據(jù)，如管道灌溉系統(tǒng)、滴灌系統(tǒng)、微噴灌系統(tǒng)、噴霧系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)等。

④灌水器　大多用塑料制成，有滴頭、微噴頭和滴灌帶等多種，置于地表或埋入地下。因灌水器的結(jié)構(gòu)有異，水流出的形式不同，有滴水式、慢射式、噴水式等。

灌水器的選擇標(biāo)準(zhǔn)：表面光潔無缺陷，無飛邊毛刺等；制造精度高；水力性能好。制造精度可用制作偏差Cv值衡量，Cv值越小精度越高，出水均勻度也越高。水力性能以灌水器的出流流態(tài)指數(shù)X值衡量，X=1～0.6時為層流型，X=0.6～0.5時為紊流型，X=0.2～0時為補償型。補償型的灌水器對毛管內(nèi)壓力變化有一定的補償作用，出水量均勻穩(wěn)定，不受壓力變化的影響，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價格較高。

⑤自動控制設(shè)備　現(xiàn)代設(shè)施灌溉系統(tǒng)中開始普及應(yīng)用各種灌溉自動控制設(shè)備。如利用壓力罐自動供水系統(tǒng)或變頻恒壓供水系統(tǒng)控制水泵的運行狀態(tài)，使灌溉系統(tǒng)獲得穩(wěn)定壓力和流量的水；采用時間控制器配合電動閥或電磁閥，能對各灌溉單元按照設(shè)定的程序，自動定時定量進行灌溉；利用土壤濕度計配合電動閥或電磁閥及其控制器，能根據(jù)土壤情況實時灌溉。

先進的自動灌溉施肥機能按照設(shè)定的灌溉程序自動定時定量灌溉，還能按設(shè)定的施肥配方自動配肥并施肥。

（2）設(shè)計施工

微灌系統(tǒng)在設(shè)置前要進行總體規(guī)劃設(shè)計，具體分為勘測調(diào)查、規(guī)劃和設(shè)計三個階段?？睖y調(diào)查指收集多方面的相關(guān)資料，如氣象、地形、土壤、水文與水文地質(zhì)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、社會經(jīng)濟等資料。規(guī)劃是提出設(shè)計方案。技術(shù)設(shè)計的內(nèi)容是：供需水量分析計算（包括確定田間需水量、擬定灌溉制度、計算灌溉用水量等）；水質(zhì)處理設(shè)計；化學(xué)藥劑注入設(shè)計；微灌系統(tǒng)布置方案的確定；灌水器的選用與布置；管理系統(tǒng)水力學(xué)計算；干、支管設(shè)計；機泵的選擇和首部樞紐的布置設(shè)計等。

微灌系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計的各方面緊密聯(lián)系，相互牽制，需反復(fù)進行多次、多方比較，同時進行必要的試驗和方案比較后，最終確定整個設(shè)計方案。微灌系統(tǒng)的施工安裝，須嚴(yán)格按照設(shè)計要求，在專業(yè)技術(shù)人員的指導(dǎo)下進行，保證工期質(zhì)量和系統(tǒng)的正常運行。

3）微灌應(yīng)用技術(shù)

（1）調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)部的壓力和流量

為防止微灌系統(tǒng)運行中出現(xiàn)各種故障，整個系統(tǒng)中安裝有多個控制閥門。在首部樞紐和各配水管道首端安裝控制閥門，調(diào)控進入管網(wǎng)的水量。機泵前安裝逆止閥，防止管中水的倒流。在壓力大的主干管上安裝安全閥，防止突然停機時形成的水錘破壞管道。在地形不平的駝峰處安裝進排氣閥，防止停水時形成管內(nèi)真空吸扁管道。在支、毛管尾端，安裝自動沖洗閥，當(dāng)管內(nèi)水壓小于工作壓力時，沖洗閥自動開啟，沖洗管內(nèi)污物，可防止灌水器的堵塞。

（2）預(yù)防微灌系統(tǒng)的堵塞

微灌灌水器孔徑細(xì)小，一般僅1mm左右，容易被水流中的雜物堵塞。因此，微灌用水需經(jīng)過各級凈化處理。水中泥沙含量較多時，應(yīng)經(jīng)過沉淀池將大顆粒泥沙作沉淀處理，再經(jīng)過各級過濾器過濾后進入微灌系統(tǒng)。常用的過濾器有：

①篩網(wǎng)過濾器　應(yīng)根據(jù)灌水器孔徑大小選配不同網(wǎng)目的過濾網(wǎng)，主要攔截?zé)o機雜物。

②砂過濾器　在一個壓力密封缸內(nèi)裝填一定規(guī)格的純砂，水流經(jīng)砂層時可以濾除水中的雜質(zhì)和有機物，如魚卵、藻類等。

③離心過濾器（水沙分離器）水經(jīng)過離心力作用，將水中沙子分離出去。若水中含沙粒較多時，常作為第一級過濾器，并與篩網(wǎng)過濾器配合使用。

④疊片過濾器　由許多刻有溝槽的塑料同心圓片組成，結(jié)構(gòu)緊湊，過濾效果好。

（3）做好日常維護，保持良好的使用狀態(tài)

微灌系統(tǒng)的使用效果好壞及使用壽命，與系統(tǒng)的管理與日常維護工作密切相關(guān)。管理人員必須經(jīng)常檢查微灌系統(tǒng)的水源、首部樞紐、各級管路、閘閥和田間灌水器是否保持良好的可用狀態(tài)。每次灌水后要及時清洗過濾器，防止灌水器堵塞。管路損壞、閘閥漏水時及時修復(fù)。

灌水季節(jié)后，將微灌系統(tǒng)的毛管和灌水器及時收起，防止日曬和鼠咬。冬季結(jié)凍之前，應(yīng)排除系統(tǒng)內(nèi)的余水，做好防凍工作。

任務(wù)3.6　植保系統(tǒng)

活動情景　園藝設(shè)施的配套材料準(zhǔn)備中，還應(yīng)考慮植保等園藝機械系統(tǒng)的選用。本任務(wù)旨在學(xué)習(xí)園藝設(shè)施中的植保系統(tǒng)以及其工作原理與操作技術(shù)規(guī)范。

工作過程設(shè)計

工作任務(wù)單

續(xù)表

任務(wù)相關(guān)知識點

園藝植物的病蟲害防治機械包括施藥劑的機械和應(yīng)用物理因素（熱能、太陽能、光能、電流和射線等）與機械作用的機具和裝置。目前我國普遍使用的數(shù)量最多的是施藥器械，主要用于噴灑殺菌劑或殺蟲劑，防治園藝植物的病害、蟲害和草害。因此，通常將使用化學(xué)藥劑防治植物病蟲草害的器械稱為植保器械，這些器械統(tǒng)稱為植保系統(tǒng)。

3.6.1　植保系統(tǒng)的類型

園藝設(shè)施的植保系統(tǒng)包括設(shè)施中各種用于防治園藝植物病蟲草害的植保器械。植保機械可分為人力、電動和機動等，一般把手動的植保機械稱為“器”，如噴霧（粉）器；把機動的植保機械稱為“機”，如噴霧（粉）機。常用的植保機械主要有以下類型：

1）噴霧機（噴霧器）

噴霧機使藥液在一定的壓力下通過噴頭或噴槍，霧化為直徑150～300μm的霧滴，噴灑到植物枝葉上。按照其霧化和噴灑方式的不同，可以分為液力式、氣力式和離心式三種。

（1）液力式噴霧機

液力式噴霧機有手動和機動兩種，手動噴霧器多用于中等容量的作業(yè)，機動噴霧機還可用于大容量噴霧。液力式噴霧機通常由藥箱、壓力泵、空氣室、噴頭和安全調(diào)壓裝置等構(gòu)成（圖3.19）。工作時，壓力泵將藥箱內(nèi)的藥液吸出，通過壓力壓至空氣室，具有一定壓力的藥液從空氣室流出，經(jīng)過管道輸送到噴頭并高速噴出，與空氣撞擊、摩擦，被粉碎成細(xì)小的霧滴，均勻地噴灑并粘附在植株上。

圖3.19　液力式噴霧機

1—噴頭；2—藥箱；3—泵筒；4—空氣室；5—出液球閥；6—進液球閥；7—手柄；8—塞桿；9—皮碗；10—開關(guān)；11—噴桿；12—混合室；13—混藥器；14—截止閥；15—空氣室；16—噴槍；17—調(diào)壓閥；18—壓力表；19—泵體；
20—活塞；21—出水閥；22—回水閥；23—過濾網(wǎng)；24—水；25—藥桶（母灌箱）；26—射嘴

（2）氣力式噴霧機（彌霧機）

彌霧機是低容量噴霧機，是利用高速氣流，將霧滴進一步霧化成直徑為100～150μm的細(xì)霧，并吹送到較遠(yuǎn)處。它有背負(fù)式、擔(dān)架式等多種，主要由藥箱、風(fēng)機和噴頭三部分組成（圖3.20）。工作時，動力機驅(qū)動風(fēng)機高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生高速氣流，大量氣流經(jīng)過噴管被氣力式噴頭吹出，少量氣流經(jīng)過進氣閥到達藥箱液面上部的空間，對液面施加壓力；藥液在氣壓的作用下，經(jīng)過輸液管到達氣力式噴頭，從噴嘴周圍的小孔噴出，噴出的粗液滴被強大的氣流撞擊，細(xì)散成霧滴，由氣流運載到遠(yuǎn)方，在運載途中，霧滴進一步彌散，沉降在植株上。

圖3.20　背負(fù)式彌霧機工作原理

1—葉輪；2—風(fēng)機殼；3—進氣閥；4—進氣塞；5—進氣管；6—濾網(wǎng)；7—噴頭；8—噴管；9—開關(guān)；10—粉門；11—出水塞接頭；12—輸液管

彌霧機可以一機多用，只要更換個別附件就可以實施多功能作業(yè)。例如，若更換上離心式噴頭（圖3.21），可進行超低容量噴霧。因此該機適用范圍廣，使用普遍；霧滴細(xì)，霧化質(zhì)量高；附著性好，農(nóng)藥損失少，作業(yè)質(zhì)量高；霧滴分布均勻，能噴灑原藥，減少用水量，節(jié)約勞力，提高工效，降低了成本；并且由于氣流對植株枝葉的吹動，提高了霧滴的穿透力，增強了防治效果。另外，彌霧機結(jié)構(gòu)簡單、輕便、藥液不接觸風(fēng)機、避免了腐蝕和磨損、耐用性強。

圖3.21　風(fēng)送離心式噴頭

1—噴口；2—流量開關(guān)；3—空心軸；4—驅(qū)動葉輪；5—后齒盤；6—前齒盤；7—軸承；8—分流錐盤；9—分流錐體

（3）離心式噴霧機

離心式噴霧機采用離心式噴頭和高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤，將微量原藥溶液甩出，形成直徑20～100μm的細(xì)微霧滴，進行超低容量的噴霧作業(yè)。超低容量噴霧是將少量農(nóng)藥原液或高濃度的油劑分散成數(shù)量極多、大小均勻的霧滴，借助自然風(fēng)力或風(fēng)機產(chǎn)生的風(fēng)吹送、飄移、穿透和沉降到植株上，獲得最好的覆蓋密度，達到良好的防治效果。按照其霧化盤的驅(qū)動方式，可以分為電機驅(qū)動和氣流驅(qū)動（風(fēng)送式）等多種類型。電機驅(qū)動常用于手持式超低量電動噴霧器（微量噴霧器），也可用于大型機力式噴霧機。氣流驅(qū)動常用于背負(fù)式機動超低量噴霧機。

2）煙霧機

煙霧機可以使藥液產(chǎn)生直徑小于30μm的霧滴，噴出后形成煙霧。其煙霧可以充滿在一定的空間內(nèi)，可以較長久地懸浮在空氣中，深入一般噴霧、噴粉不能達到的空隙。長時間懸浮在空氣中的煙霧，可以通過觸殺和熏蒸消滅病蟲草害。因此，煙霧機特別適于消滅飛動的害蟲。因煙霧機不用水或少用水，受地區(qū)條件的限制小，適于高竿植物的病蟲草害防治，特別適于園藝設(shè)施等封閉場所的消毒。根據(jù)霧化溫度的不同，煙霧機可以分為：

（1）常溫?zé)熿F機

圖3.22　常溫?zé)熿F機的基本原理

1—渦流室；2—輸藥管路；
3—輸氣管路；4—混合室

常溫?zé)熿F機是一種新型、高效、快速防治病蟲草害的化學(xué)藥物施藥機械，在常溫下使藥劑霧化，農(nóng)藥有效成分不被分解，而且水劑、乳劑、油劑和可濕性粉劑等均可使用，不需要加擴散劑；具有霧化完全、環(huán)境污染少、電機工作效率高等優(yōu)點。目前國內(nèi)的常溫?zé)熿F機的工作過程是：由空氣壓縮機輸出一定壓力的空氣，經(jīng)過輸氣管路切向進入渦流室（圖3.22）；空氣在其中邊高速旋轉(zhuǎn)邊軸向前進；高速旋轉(zhuǎn)的氣流，在混合室中心形成一定的真空度；藥液被吸入混合室與高速旋轉(zhuǎn)的空氣混合，氣液混合物高速噴出，形成煙霧。改變其氣液比，可以調(diào)節(jié)霧滴直徑的大小，達到理想的煙霧狀。其中，3YC-50型常溫?zé)熿F機非常適合在園藝設(shè)施中應(yīng)用。

（2）熱煙霧機

熱煙霧機是利用燃料燃燒產(chǎn)生的高溫氣流，使液態(tài)藥劑蒸發(fā)和熱裂成直徑為5～50μm的極細(xì)小微粒的煙霧，再被風(fēng)機或噴氣式發(fā)動機產(chǎn)生的高速氣流沖擊擴散噴出。熱煙霧機一般由燃燒系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、啟動系統(tǒng)和藥劑系統(tǒng)等組成，如圖3.23所示。

圖3.23　熱煙霧機工作原理

1—冷卻管；2—冷卻空氣入口；3—火花塞；4—噴霧桿；5—進氣筒；6—噴嘴；7—油嘴；8—點火系統(tǒng)；9—汽油；10—煙劑；11—唇閥；
12—打氣筒手把；13—開關(guān)；14—煙化管

工作時，用打氣筒將壓縮空氣通過唇閥送到分氣接頭。再分成兩路，一部分進入儲氣室，在此又分兩部分，一部分經(jīng)下部輸氣管傳到汽油箱，把汽油壓到霧化嘴的存油槽；另一部分通過儲氣室端部的管道在噴嘴管處由于突然縮小產(chǎn)生高速氣流，使該處壓力下降形成壓差，將進入存油槽的汽油吸入，在高速氣流作用下形成細(xì)小的汽油霧滴，被吸入進氣管。另一路壓縮空氣經(jīng)輸氣管直接通進氣管，進氣閥由于壓縮空氣進入產(chǎn)生壓力而關(guān)閉，使空氣和汽油的霧狀氣體只能通過進氣管進入燃燒室，在進氣管中的噴霧桿作用下，使霧狀汽油和空氣繼續(xù)充分混合，由火花塞點燃后在燃燒室內(nèi)爆炸燃燒，產(chǎn)生高溫高壓燃?xì)?，從尾噴管高速噴出。藥液箱借助燃燒室爆炸產(chǎn)生的壓力通過唇閥充氣增壓，使油溶性藥劑受壓輸送到尾噴管處，在煙化管內(nèi)熱裂，揮發(fā)成煙霧噴出。

3）靜電噴霧機

靜電噴霧技術(shù)是利用高壓靜電使噴灑出來的霧滴帶上靜電，如圖3.24所示。靜電噴霧機的工作原理是通過充電裝置使霧滴帶上極性電荷，目標(biāo)物將產(chǎn)生與噴嘴極性相反的電荷，在二者間形成靜電場。帶電霧滴受噴嘴同性電荷的排斥，同時受目標(biāo)異性電荷的吸引，使霧滴飛向目標(biāo)的各個方面，包括正面和反面。試驗表明，直徑20μm的霧滴在無風(fēng)時（非靜電力狀態(tài)），其沉降速度為3.5m/s，而微風(fēng)能使它飄移100cm，在105V高壓靜電場中使該霧滴帶上表面電荷時，它會以40m/s的速度直奔目標(biāo)而不會被吹走。因此，其優(yōu)點在于提高了霧滴在植株上的沉積量，霧滴分布均勻，飄移量減少，節(jié)約了用藥量，減少了對環(huán)境的污染，提高了防治效果。目前我國應(yīng)用的主要有：

圖3.24　靜電噴霧原理圖

（1）手持靜電微量噴霧器

手持靜電微量噴霧器由藥瓶、噴頭、電器設(shè)備和把手等組成，如圖3.25所示，在手持電動離心式噴霧器的基礎(chǔ)上改裝成的。一是，增加了噴頭轉(zhuǎn)向連接件，使噴頭轉(zhuǎn)動角度增大，能滿足不同方向的噴射；二是，噴頭上增加了金屬鋁板作高壓極板，使噴頭與植株間產(chǎn)生電場，達到噴射目的；三是，有產(chǎn)生高壓靜電的發(fā)生器，與噴霧器配套，組成可以產(chǎn)生高壓靜電場的一套電器裝置。

圖3.25　手持靜電微量噴霧器

1—藥液瓶；2—螺母；3—螺釘；4—墊圈；5—高壓導(dǎo)線；6—把手外管；7—束節(jié)；8—把手內(nèi)管；9—支架；10—桿座；11—微電器；12—高壓極板；13—霧化盤；14—葉輪外罩；15—流量表

工作時，接通電源開關(guān)，電機以8000r/min的速度帶動葉輪旋轉(zhuǎn)，高壓發(fā)生器發(fā)生高壓，由電纜輸送至流量器的高壓電極和陰極板上，在噴頭和大地間形成一個高壓靜電場。藥液按照與手持電動離心式噴霧器相同的霧化原理和方式形成20～100μm的均勻霧滴。因陰極和植株間具有高壓電場的電場力，霧滴迅速地飛向植株表面。

（2）靜電噴霧機

靜電噴霧機主要由機架、高壓靜電發(fā)生器、噴頭總成和電源等部分組成，如圖3.26所示。機架由大框架、桁架、主噴桿等構(gòu)成；高壓靜電發(fā)生器由電源變換器和倍整流器等構(gòu)成；噴頭由微型電機、霧化盤極板、噴頭體等構(gòu)成。工作時，高壓靜電發(fā)生器產(chǎn)生的高壓負(fù)電直接加在噴頭的藥液管上，藥液通過時，會帶上負(fù)電。因噴頭的極板也帶高壓負(fù)電，因此在植株上產(chǎn)生正電位，二者間形成電場，帶負(fù)電的藥液直接被吸向帶正電植株的各個部位。

圖3.26　靜電噴霧機的工作原理圖

1—噴頭總成；2—高壓靜電發(fā)生器；3—機架；4—電源

4）其他植保機械

（1）噴粉機（噴粉器）

噴粉機利用其風(fēng)機產(chǎn)生的氣流，使藥粉形成直徑為6～10μm的細(xì)小粉粒，噴撒到植株上。

（2）拌種機

拌種機是用于將藥劑和種子拌和的一種機械。

（3）土壤或基質(zhì)消毒機

土壤基質(zhì)消毒機是將化學(xué)藥劑注入土壤或基質(zhì)中，進行消毒處理的機械。

（4）果樹注射器

3.6.2　植保機械的使用

園藝設(shè)施中，最為常用的植保機械是噴霧機。以下以噴霧機和常溫?zé)熿F機為例說明植保機械的使用規(guī)范。

1）噴霧機的使用

（1）機具準(zhǔn)備

噴霧作業(yè)前應(yīng)對噴霧機進行全面、認(rèn)真的檢查和維護，使其處于良好的工作狀態(tài)。

①檢查噴霧機各濾網(wǎng)是否完好，各連接部件是否緊固，開關(guān)是否靈活，接頭是否暢通且不漏液，各運動部件是否轉(zhuǎn)動靈活。

②檢查壓力表和安全閥是否正常。

③根據(jù)噴霧作業(yè)要求，正確選擇噴霧機的類型、噴頭形式和噴孔尺寸。多頭噴霧機應(yīng)根據(jù)植物的行距和噴霧要求配置噴頭。

④向各注油點加注潤滑油，并檢查動力機的潤滑油油面。

（2）使用方法

①試噴　噴霧作業(yè)前，用清水試噴，檢查各工作部件是否正常，有無滲漏或堵塞，噴霧質(zhì)量是否符合要求。

②作業(yè)方法　通常噴霧作業(yè)應(yīng)先使噴霧機的壓力泵正常工作，達到規(guī)定的工作壓力，再打開噴藥開關(guān)噴藥。工作時應(yīng)經(jīng)常檢查，保持噴頭所需的藥液壓力。

a.彌霧作業(yè)。因彌霧噴灑的霧滴直徑較小，部分霧滴為飄移累積性施藥。作業(yè)時，絕對不能直接對著植物近距離噴射，以防噴藥過多，產(chǎn)生藥害和農(nóng)藥浪費。作業(yè)時，應(yīng)使噴頭來回擺動，并保持行走速度與噴頭擺動頻率協(xié)調(diào)。使用背負(fù)式噴霧器時，人每走一步噴頭來回擺動一次。

b.超低容量噴霧作業(yè)。超低容量噴霧為飄移累積性施藥。其有效噴幅面積與自然風(fēng)力有關(guān)；單位時間內(nèi)的作業(yè)面積與行走速度和有效噴幅有關(guān)；單位面積施藥量與單位時間藥液流量和作業(yè)面積有關(guān)。風(fēng)速超過5m/s時，不能噴藥，有較大上升氣流時也不能噴藥。

③噴霧行走法　通常采用梭形走法，并按規(guī)定的行走速度勻速行走，以確保單位面積的用藥量。

（3）檢查噴霧質(zhì)量

噴霧質(zhì)量的檢查項目，主要包括霧滴在植株上的覆蓋密度、霧滴均勻度和施藥量等。

霧滴覆蓋密度的檢查方法是：噴霧作業(yè)前，在植株上隔一定距離（包括沿噴幅和行走方向，植株的上、中、下部），夾上白紙片。在藥液中摻入0.2%印刷油墨蠟紅（加入油劑農(nóng)藥）或紅染料（加入水劑農(nóng)藥）。噴藥后取回白紙片，檢查每平方厘米的霧滴數(shù)量和霧滴分布的均勻程度。超低容量噴霧通常每平方厘米有8～10個霧滴，這一標(biāo)準(zhǔn)為有效噴幅邊界。找到噴頭最遠(yuǎn)處每平方厘米有8～10個霧滴的白紙片位置，此位置到噴頭的距離，為有效射程（噴幅）。

（4）維護保養(yǎng)

①噴藥后及時清洗相關(guān)部件，以防藥液腐蝕。噴霧機工作結(jié)束后，應(yīng)用清水噴幾分鐘，以洗凈藥液箱、壓力泵、管路和噴射部件內(nèi)的殘存藥液，并排凈清水。

②按說明書的相關(guān)規(guī)定清潔、檢查、潤滑和更換相關(guān)部件，以保持良好的技術(shù)狀態(tài)。

③長期存放機器時，應(yīng)卸下三角皮帶、噴霧膠管、噴射部件、混藥器和進水管等部件，清洗晾干，與噴霧機一起集中存放在干燥通風(fēng)的室內(nèi)，橡膠制品應(yīng)懸掛在墻上，避免壓、折；打開噴射部件的開關(guān)，拆下藥桶蓋，把藥桶和噴射部件倒掛在干燥通風(fēng)的室內(nèi)。

④注意噴霧機不能與腐蝕性農(nóng)藥或化肥等放在一起。

⑤除橡膠件和塑料件外，機具內(nèi)外涂漆的外露零件應(yīng)涂上潤滑脂，以免生銹腐蝕。

（5）安全操作規(guī)則

①操作人員應(yīng)戴口罩、手套，穿長袖衣服并扎緊袖口，穿長褲和鞋襪；操作中禁止吸煙和飲食；操作結(jié)束后用肥皂清洗手和面部。

②作業(yè)中，檢查并保持規(guī)定的噴霧壓力，開關(guān)和各接頭處有無滲漏藥液。發(fā)現(xiàn)故障時，應(yīng)及時檢查排除。

③噴藥時應(yīng)做到順風(fēng)噴、隔行噴、倒退噴、早晚噴，確保安全。

④噴藥作業(yè)結(jié)束后，藥箱、管道、濾網(wǎng)等用清水洗凈、晾干。晾干后，對轉(zhuǎn)動部位用潤滑油潤滑，并置于陰涼干燥處。

2）常溫?zé)熿F機的使用

（1）操作

①煙霧施放宜在晴天日出前或日落后進行；陰天且風(fēng)速在1m/s以下時，可整天噴煙。

②噴煙機停止工作時，應(yīng)該先將藥劑開關(guān)關(guān)閉，等待停止噴煙后，再停止發(fā)動機。

（2）維護

①噴煙作業(yè)后，應(yīng)及時清洗噴煙機構(gòu)、藥劑管道、煙劑管道、煙劑開關(guān)、油嘴和藥箱等。

②取下霧化桿，用特制的清炭工具清理喉管內(nèi)壁。

③清除尾噴管的積炭。操作時，拿住清炭管（專用工具），把清炭頭插入尾噴管，沿著管壁來回拉動，可將積炭清除。

任務(wù)3.7　智能化系統(tǒng)

活動情景　大型園藝設(shè)施的規(guī)劃設(shè)計中，為了實現(xiàn)對各種環(huán)境因子的系統(tǒng)、科學(xué)控制，應(yīng)設(shè)計并安裝環(huán)境的智能化控制系統(tǒng)。本任務(wù)主要學(xué)習(xí)智能溫室中的各種智能控制系統(tǒng)及其要求。

工作過程設(shè)計

續(xù)表

工作任務(wù)單

任務(wù)相關(guān)知識點

現(xiàn)代化溫室中的各種環(huán)境控制系統(tǒng)和設(shè)備，必須在智能控制系統(tǒng)的控制下，才能正常地自動調(diào)節(jié)控制設(shè)施內(nèi)各個環(huán)境因子。智能溫室的環(huán)境控制系統(tǒng)是其最為重要的系統(tǒng)，對設(shè)施內(nèi)的環(huán)境進行著調(diào)控和綜合協(xié)調(diào)，以滿足不同氣候條件下不同植物的不同生長階段對環(huán)境的不同需要，保證植物的生長發(fā)育良好。

3.7.1　溫室智能控制系統(tǒng)的功能

智能溫室中安裝有各種不同的物理、化學(xué)和生物傳感器，時刻檢測著溫室環(huán)境中各種物理量的變化，將檢測到的信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換，傳遞給計算機進行判斷和處理，然后計算機向各種執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出命令信號，執(zhí)行機構(gòu)動作使不同植物在不同生長時期得到其適宜的溫度、濕度、光照、CO2濃度等環(huán)境因子，使植物生長發(fā)育良好（圖3.27）。智能溫室的自動控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有以下功能：

圖3.27　微機總體控制系統(tǒng)

1）降溫控制功能

被檢測對象是溫室內(nèi)的溫度，當(dāng)溫度超過設(shè)定值時，溫室的遮陽幕簾、通風(fēng)設(shè)施和濕簾見機等系統(tǒng)的裝置會自動工作。

2）換氣控制功能

被檢測對象是溫室內(nèi)的溫度和濕度，當(dāng)溫度和濕度高于或低于設(shè)定值時，溫室會自動開啟天窗、側(cè)窗和通風(fēng)扇。

3）加溫功能

被檢測對象是溫室內(nèi)的溫度，當(dāng)溫度低于設(shè)定值時，溫室會自動接通采暖設(shè)備系統(tǒng)。

4）遮光控制功能

被檢測對象是溫室內(nèi)的溫度、太陽輻射能，根據(jù)需要自動開啟或關(guān)閉遮光幕簾。

5）CO2濃度控制功能

被檢測對象是溫室內(nèi)的CO2濃度，根據(jù)溫室內(nèi)的CO2濃度的數(shù)據(jù)，自動控制溫室內(nèi)CO2發(fā)生器的CO2釋放量。

6）加濕控制功能

被檢測對象是溫室內(nèi)的濕度，當(dāng)溫室內(nèi)的濕度超過或低于設(shè)定值時，溫室內(nèi)的加濕系統(tǒng)（如噴霧系統(tǒng)）會自動啟動或關(guān)閉。

7）自動灌溉功能

被檢測對象是溫室內(nèi)的土壤或基質(zhì)中的水分含量，當(dāng)其水分含量超過或低于設(shè)定值時，溫室內(nèi)的自動灌溉系統(tǒng)會開啟或關(guān)閉。自動灌溉系統(tǒng)還包括肥料、營養(yǎng)液，甚至農(nóng)藥的輸送。

8）光照補充功能

被檢測對象是溫室內(nèi)的光照，當(dāng)自然光照度或光照時間不能達到設(shè)定值時，溫室內(nèi)的補光系統(tǒng)會自動開啟，進行補償。

9）預(yù)警功能

當(dāng)各被測對象的參數(shù)發(fā)生異常變化或各個傳感器、調(diào)節(jié)器等工作異常時，警報燈、警鈴會自動發(fā)出各種報警信號。

10）記錄顯示打印功能

記錄并顯示、打印溫室的耗電量、工作時間、耗水量等及其他各種環(huán)境因子的當(dāng)前值和累計值等。

3.7.2　對溫室智能控制系統(tǒng)的基本要求

1）適應(yīng)性

可以按照不同植物在各個不同生長時期的生長發(fā)育對各個環(huán)境因子的不同需求，靈活方便地調(diào)整各被控對象，以滿足溫室植物生產(chǎn)的需求。

2）可靠性

由于溫室內(nèi)的小氣候環(huán)境是高溫、高濕及存在一些酸性氣體，智能控制器處于不利的環(huán)境下工作，因此要求這些儀器等應(yīng)具有較高的可靠性和較高的自我保護性。

3）自動調(diào)控精度

各個控制器要求能夠滿足不同植物的生長要求即可，不必要求很高的精度，防止造成成本的增加。

4）控制計算機化程度高

智能溫室環(huán)境因子的計算機控制已逐漸在國內(nèi)外得到推廣應(yīng)用，這就要求除了有一套相應(yīng)的硬件系統(tǒng)外，也應(yīng)該有一套完善的軟件系統(tǒng)。其軟件包含系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。

3.7.3　溫室環(huán)境控制系統(tǒng)

1）開關(guān)控制

開關(guān)控制類型中，最簡單的是單步長開關(guān)控制過程。例如，屋頂噴淋系統(tǒng)就是一個典型的單步長開關(guān)系統(tǒng)，但是其控制精確度較低。因此，目前強制通風(fēng)系統(tǒng)、遮陽/保溫幕簾系統(tǒng)均采用多步長開關(guān)控制原理。例如，在強制通風(fēng)系統(tǒng)的降溫控制過程中，可以按照設(shè)施內(nèi)外溫差的大小啟動一組或多組風(fēng)機。不論是單步長開關(guān)還是多步長開關(guān)控制，其共同特點是控制設(shè)備在目標(biāo)參數(shù)設(shè)定值附近會頻繁地開關(guān)，這樣不僅會損壞簾幕，還會損壞傳動機構(gòu)的壽命。同時，一些設(shè)備的頻繁開關(guān)會對設(shè)施生態(tài)環(huán)境造成不利的影響。例如，燃油或燃?xì)鉄犸L(fēng)爐每次啟動，會產(chǎn)生因不完全燃燒生成的有害氣體，導(dǎo)致設(shè)施的生態(tài)環(huán)境受到污染。

為將上述問題對設(shè)施生態(tài)環(huán)境和設(shè)備的壽命影響降低到最小程度，一般采用延時、盲區(qū)設(shè)置或參數(shù)測量多次進行平均等方法。延時技術(shù)是在某一控制設(shè)備啟動之后，人為地設(shè)定在設(shè)備運轉(zhuǎn)一定時間后方可停止。此方法適于屋頂噴淋系統(tǒng)、熱風(fēng)爐和簾幕系統(tǒng)的自動控制。盲區(qū)設(shè)置技術(shù)在溫室設(shè)備開關(guān)控制中應(yīng)用也較為普遍。它是在設(shè)定值附近規(guī)定一盲區(qū)，當(dāng)實測值低于盲區(qū)時，設(shè)備停止運轉(zhuǎn)；當(dāng)實測值高于盲區(qū)時，設(shè)備啟動。而平均值技術(shù)較適于瞬時狀態(tài)急劇變化的參數(shù)測量和處理。例如，光照、風(fēng)速、風(fēng)向、降水等環(huán)境因子瞬時變化的情況很多。測量間隔通常為1次/min，采用每5～15min測量的平均值作為設(shè)施生態(tài)環(huán)境控制的依據(jù)。

2）比例控制和比例加積分控制

目前的溫室一般采用比例調(diào)節(jié)原理控制通風(fēng)窗的開度，進而控制通風(fēng)速率，以調(diào)節(jié)溫室內(nèi)的溫度。在具體實施時，設(shè)有比例調(diào)節(jié)溫區(qū)的設(shè)定參數(shù)為P。它對應(yīng)著通風(fēng)窗全開位置時所超出通風(fēng)溫度的數(shù)值。如，設(shè)定通風(fēng)溫度20℃，P值設(shè)定為10℃。溫室內(nèi)的溫度超出設(shè)定溫度10℃時，對應(yīng)通風(fēng)窗開啟度為100%。在此范圍內(nèi)，溫室內(nèi)的溫度每升高1℃，對應(yīng)頂窗的開度增幅為10%。調(diào)節(jié)P值可調(diào)整通風(fēng)窗開度的步長。P值較大時，通風(fēng)窗開度步長較小。園藝設(shè)施的通風(fēng)速率與通風(fēng)窗面積和室外風(fēng)速呈線性相關(guān)。溫室內(nèi)的熱量和水分散失在低溫、強風(fēng)的冬季，比高溫、微風(fēng)的夏季快很多。這樣，在室外不同溫度調(diào)節(jié)和風(fēng)速調(diào)節(jié)時，應(yīng)選擇合適的P值，以達到更好的控制效果。

從控制的穩(wěn)定性和精度來看，P值要求在適宜的范圍內(nèi)。若P值過小，會造成控制過程的不穩(wěn)定；若P值過大，會造成控制誤差增大。

在以上比例過程中，對階躍輸入的響應(yīng)會有穩(wěn)態(tài)誤差。因此，在比例控制的基礎(chǔ)上，加上了積分控制，即構(gòu)成比例加積分控制。應(yīng)該注意的是，在積分控制作用消除誤差的同時，可能會導(dǎo)致振幅緩慢地減小或漸增的振蕩響應(yīng)，應(yīng)盡可能避免這兩種情況。

在加熱系統(tǒng)的控制中，也可采用比例加積分控制。不同之處在于，目標(biāo)溫度是由加熱溫度換算而來的管道溫度，并非溫室內(nèi)的環(huán)境溫度。同時，管道溫度計算過程中也要考慮室外條件的影響。如，當(dāng)室外溫度下降到一定值或風(fēng)速超過一定值時都應(yīng)相應(yīng)地提高管道水溫。

開關(guān)控制、比例控制和比例加積分控制都存在以下缺點：實行控制時，測量目標(biāo)值和實際值一定會有偏差；溫室本身熱容的存在，使實際供熱的時間遲于加熱過程的時間；溫室本身熱容量的存在，使傳感器的實測值遲滯于環(huán)境空間的實際溫度值。

3）最優(yōu)控制和適應(yīng)式控制

單一控制各個環(huán)境因子的綜合效果通常不一定是最佳的，且各環(huán)境因子之間也有相互影響，因此，如何制定最佳的調(diào)控方案，使植物生長在最適宜的環(huán)境條件下，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)和高效，成為今后園藝設(shè)施實現(xiàn)自動控制的發(fā)展方向。目前，國際上許多研究機構(gòu)正在采用最優(yōu)控制和適應(yīng)式控制等現(xiàn)代控制方法，研究和開發(fā)設(shè)施生態(tài)環(huán)境的新型測控系統(tǒng)。在新型測控系統(tǒng)的開發(fā)中，研究和建立被控目標(biāo)同許多影響因素間的關(guān)系至關(guān)重要。

植物生命過程的本質(zhì)是CO2和水在光照下進行光合作用，產(chǎn)生有機物質(zhì)的過程。影響光合作用的因素有光照、CO2濃度、溫度和濕度等。光合作用的效率進一步影響植物的生長發(fā)育。因此，可以把光合作用效率或植物吸收CO2的速度作為控制目標(biāo)值（F）；影響光合作用的各種因素，如溫度T、濕度H、光照強度L和CO2濃度CCO2作為F的變量，可以用函數(shù)表示為F=f（T，H，L，CCO2）。這樣，在計算機的幫助下改變T、H、L、CCO2，以期獲得最理想的F值，這一系統(tǒng)稱為自動尋優(yōu)系統(tǒng)。

另一控制方案是固定生長模式方案，首先把植物生長發(fā)育各個階段需要的最佳條件作為標(biāo)準(zhǔn)輸入到計算機系統(tǒng)，即設(shè)定值；系統(tǒng)運行時，把各環(huán)境因子的傳感器提供的信號與設(shè)定值相比較，得出相應(yīng)的偏差，命令相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)動作，調(diào)節(jié)設(shè)施內(nèi)的環(huán)境因子，使其適應(yīng)植物生長發(fā)育的需要。

以上兩種調(diào)控方案均是以植物的生長發(fā)育最優(yōu)為目標(biāo)，以計算機為技術(shù)核心的。圖3.2是以計算機為基礎(chǔ)的設(shè)施綜合調(diào)控系統(tǒng)的硬件圖，包括兩大部分：

（1）設(shè)施內(nèi)各個環(huán)境因子狀態(tài)檢測部分

此部分包括各種傳感器（將各種非電量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號量）、測量放大器（將傳感器及相關(guān)器件得到的電壓信號放大到滿足A/D轉(zhuǎn)換器的輸入模擬量的電壓值）、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器[A/D，將模擬量（一般為0～5V）轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量]和多路開關(guān)等環(huán)節(jié)。

（2）控制部分

此部分包括核心器件——微處理器（主要包括中央處理器CPU、可編程存儲器RAM 和EEPROM、輸入/輸出接口、定時器和時鐘脈沖發(fā)生器等）、輸出接口電路、繼電器和各種調(diào)節(jié)機構(gòu)及鍵盤、顯示、記錄和保護等外部設(shè)備。

完成調(diào)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計和安裝后，最重要的工作就是軟件設(shè)計。系統(tǒng)軟件由主程序、數(shù)據(jù)（信號）巡回采集及處理子程序、顯示子程序、鍵盤中斷服務(wù)程序和定時器中斷服務(wù)程序等構(gòu)成。主程序是決定系統(tǒng)運行順序的主體和關(guān)鍵，一般應(yīng)按以下順序執(zhí)行：

①初始化：主要是定義定時器、計數(shù)器以及各接口的功能、開啟中斷等。

②將各設(shè)定值的上下限及最適值等參數(shù)由鍵盤傳送至指定的RAM單元中。

③巡回檢測、顯示和控制溫室內(nèi)的各環(huán)境因子，如果超過設(shè)定值，會啟動相應(yīng)的設(shè)備。

由于此類系統(tǒng)的一般軟件都是模塊化設(shè)計，因此可根據(jù)植物的種類、不同的生長階段，設(shè)定不同的參數(shù)，以期獲得植物的最優(yōu)生長。

對于溫室群，可以將多棟溫室的單獨控制轉(zhuǎn)變成溫室群的智能化集散控制系統(tǒng)，可以由一臺計算機作為上位機，多臺計算機作為下位機；每臺下位機對一棟溫室進行實時調(diào)控，同時借助通信接口將各棟溫室的數(shù)據(jù)報送上位機，由上位機完成數(shù)據(jù)管理、智能決策、歷史資料的統(tǒng)計分析，并對數(shù)據(jù)進行顯示、編輯、存儲、打印等。因此，以計算機為基礎(chǔ)的溫室調(diào)控系統(tǒng)是現(xiàn)代化大型溫室的關(guān)鍵技術(shù)措施，其應(yīng)用也會越來越廣泛，這對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有巨大的推動作用。

項目小結(jié)

進行園藝設(shè)施的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，特別是大型園藝設(shè)施，必須充分考慮其設(shè)施建造材料、配套環(huán)境控制系統(tǒng)以及小型園藝機械的科學(xué)選用。設(shè)施的圍固支撐材料和采光材料的選用；設(shè)施內(nèi)溫度、濕度、光照、氣體、植物營養(yǎng)等環(huán)境控制系統(tǒng)的選用和管理；設(shè)施內(nèi)植保系統(tǒng)的選用；以及設(shè)施內(nèi)智能化控制系統(tǒng)的選用和環(huán)境的整體控制，都是園藝設(shè)施中非常重要的內(nèi)容。

思考練習(xí)

1.園藝設(shè)施的常用圍固材料有哪些？

2.常用的園藝設(shè)施采光材料有哪些？并簡述其主要應(yīng)用。

3.園藝設(shè)施的溫度調(diào)控系統(tǒng)有哪些？

4.如何進行園藝設(shè)施內(nèi)的CO2氣體調(diào)控？

5.簡述園藝設(shè)施灌溉施肥系統(tǒng)的基本組成。

6.簡述園藝設(shè)施植保機械的特點及應(yīng)用。

7.什么是園藝設(shè)施的智能化控制系統(tǒng)？

實訓(xùn)8：園藝設(shè)施圍固支撐材料的調(diào)查

1）實訓(xùn)目的

正確識別各種設(shè)施圍固支撐材料；掌握其種類、性能和價格。

2）實訓(xùn)材料與用具

各種不同類型的園藝設(shè)施；皮尺、鉛筆、橡皮、專用繪圖工具和紙張等。

3）實訓(xùn)內(nèi)容

（1）實地調(diào)查

將學(xué)生分成小組，通過查閱資料、參觀走訪等各種形式，調(diào)查了解各種不同園藝設(shè)施圍固支撐材料的種類、性能和價格，填入下表。

表3.4　園藝設(shè)施圍固支撐材料調(diào)查表

（2）作出預(yù)算

根據(jù)查閱或調(diào)查結(jié)果，制訂購買計劃，如材料、性能、數(shù)量、價格等，作出初步的成本預(yù)算。

（3）交流分析

小組內(nèi)對預(yù)算結(jié)果進行交流分析，并提出適宜圍固支撐材料設(shè)計方案。

4）實訓(xùn)作業(yè)

整理交流結(jié)果，每人書寫一份園藝設(shè)施圍固支撐材料的調(diào)查報告。

實訓(xùn)9：不同采光材料的性能比較

1）實訓(xùn)目的

正確識別幾種常見的園藝設(shè)施采光材料；了解其種類、規(guī)格型號；通過觀測調(diào)查掌握其性能。

2）實訓(xùn)材料與用具

地膜、塑料薄膜、玻璃、塑料板材等設(shè)施采光材料；溫度計、濕度計、照度計、測角儀等。

3）實訓(xùn)內(nèi)容

（1）實地調(diào)查

將學(xué)生分成小組，通過查閱資料、參觀走訪等各種形式，調(diào)查了解各種園藝設(shè)施采光材料的種類、性能和價格，填入下表。

表3.5　園藝設(shè)施采光材料調(diào)查表

（2）作出預(yù)算

根據(jù)查閱或調(diào)查結(jié)果，制訂購買計劃，如材料、規(guī)格、性能、價格等，作出初步的成本預(yù)算。

（3）觀測數(shù)據(jù)

連續(xù)一周觀測不同采光材料覆蓋下的設(shè)施內(nèi)的溫度、濕度、光照度等指標(biāo)，并與外界溫度、濕度和光照度進行比較，列出如下數(shù)據(jù)表。

表3.6　不同采光材料觀測數(shù)據(jù)表

4）實訓(xùn)作業(yè)

根據(jù)不同采光材料的調(diào)查結(jié)果和觀測的環(huán)境指標(biāo)數(shù)據(jù)，歸納并總結(jié)比較各種采光材料的基本性能。

實訓(xùn)10：園藝設(shè)施智能化系統(tǒng)的操作

1）實訓(xùn)目的

認(rèn)識現(xiàn)代化溫室的智能化控制系統(tǒng)；學(xué)會利用智能化系統(tǒng)進行設(shè)施環(huán)境控制的操作技術(shù)。

2）實訓(xùn)材料與用具

有智能化控制系統(tǒng)的現(xiàn)代化溫室。

3）實訓(xùn)內(nèi)容

（1）認(rèn)識溫室的智能化控制系統(tǒng)

教師介紹現(xiàn)代化溫室中智能化控制系統(tǒng)的作用及其原理、組成等相關(guān)知識，學(xué)生觀察認(rèn)識智能化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和特征。

（2）學(xué)習(xí)溫室智能化控制系統(tǒng)的操作

教師首先現(xiàn)場演示溫室智能化控制系統(tǒng)的規(guī)范操作過程，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下獨立完成智能化控制系統(tǒng)的操作過程。

4）實訓(xùn)作業(yè)

（1）簡述現(xiàn)代化溫室的智能化控制系統(tǒng)的原理。

（2）說明現(xiàn)代化溫室智能化控制系統(tǒng)的操作規(guī)范和注意事項。