CN113575219A - 一种小环境精准控制温室及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种小环境精准控制温室及其应用，所述小环境精准控制温室包括温室大棚和若干小拱棚，所述小拱棚设置在所述温室大棚内，其高度以覆盖种植作物冠层为准。本发明提供一种小环境精准控制温室，可以实现二氧化碳浓度、温度、湿度等环境参数的准确控制，提高作物的产量和质量，同时相对于现有技术，在温室需要升温或降温时也大大降低了能耗。
Description
技术领域
本发明涉及温室栽培技术领域，尤其涉及一种小环境精准控制温室及其应用。
背景技术
现有设施农业主要采用温室(例如日光温室、拱棚和联栋温室)进行生产，通过环境控制，为作物创造相对适宜的光、温、水、气、肥环境，满足作物生长需求，实现作物产量和品质的调控。
但是，现有温室生产的缺点在于温室空间较大，仅通过覆盖保温材料等手段进行保温，其调控能力有限，无法达到最佳效果，若采用额外加温装置则耗能严重。而需要降温时多采用开窗通风的方式和湿帘风机降温的方式。其中开窗进行降温更依赖于室外温度的情况，如温度过高，降温效果不明显，且开窗的同时，有可能会进入病菌和害虫，对温室内作物造成病虫害。另外，在温度较高需要通风的时候往往是光照较好的时候，此时进行CO2施肥效率会比较高，但由于开窗会造成CO2逸出到室外，造成极大浪费，因此通风和CO2施肥的矛盾无法解决。湿帘风机降温，可提高降温效果，但空气依旧从室外进入，病虫害和CO2施肥的矛盾依旧无法解决，且湿帘的使用会导致温室内湿度的增加，也会带来病害的产生。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种小环境精准控制温室及其应用。
本发明提供一种小环境精准控制温室，包括温室大棚和若干小拱棚，所述小拱棚设置在所述温室大棚内，其高度以覆盖种植作物冠层为准。
进一步地，所述温室大棚的北墙外设有阴棚，所述阴棚与所述温室大棚连接处设有风机，所述阴棚与所述温室大棚内的小拱棚构成密闭空间。
进一步地，所述阴棚内设有气体处理***，所述气体处理***包括串联的二氧化碳气体含量控制器、温度控制器、湿度控制器和气泵，所述气泵将处理后的气体输送至所述小拱棚内，所述小拱棚内设有二氧化碳气体传感器、温度传感器和湿度传感器，所述二氧化碳气体传感器与所述二氧化碳气体含量控制器电连接，所述温度传感器与所述温度控制器电连接，所述湿度传感器与所述湿度控制器电连接。
进一步地，所述二氧化碳气体含量控制器包括二氧化碳气瓶。
进一步地，所述气泵的出气口设有杀菌装置。
进一步地，所述温室还包括施肥灌溉***，所述施肥灌溉***包括设置在所述小拱棚内的滴灌带和设置在所述阴棚内的施肥装置。
进一步地，所述施肥装置与所述气体处理***并联，实现肥水与适宜气体的交替通过滴灌带输出。
本发明还提供上述小环境精准控制温室在种植株高为1米以下的温室作物中的应用。
优选地，所述温室作物为草莓。应用所述小环境精准控制温室后，草莓的果实含糖量提高，产量增加。
本发明提供一种小环境精准控制温室，可以实现二氧化碳浓度、温度、湿度等环境参数的准确控制，提高作物的产量和质量，同时相对于现有技术，在温室需要升温或降温时也大大降低了能耗。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的小环境精准控制温室的结构示意图；
图中：1：温室大棚；2：小拱棚；3：阴棚；4：风机；5：二氧化碳气体含量控制器；6：温度控制器；7：湿度控制器；8：气泵；9：二氧化碳气体传感器；10：温度传感器；11：湿度传感器；12：滴灌带；13：施肥装置；14：第一紫外线杀菌装置；15：第二紫外线杀菌装置；
图2为应用小环境精准控制温室和常规大棚下的作物生长气温对比图；
图3为应用小环境精准控制温室和常规大棚下的基质温度对比图；
图4为应用小环境精准控制温室和常规大棚下的二氧化碳浓度对比图；
图5为应用小环境精准控制温室和常规大棚种植草莓的SSC结果比较图；
图6为应用小环境精准控制温室和常规大棚种植的草莓停止灌溉20天后的结果图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种小环境精准控制温室，包括温室大棚和若干小拱棚，所述小拱棚设置在所述温室大棚内，其高度以覆盖种植作物冠层为准。
本发明在常规的温室大棚内设置小拱棚，小拱棚的高度达到覆盖种植作用冠层即可，则进行温室环境控制时，只需控制小拱棚内的光、温、水、气、肥环境，从而满足作物生长需求，无需大费周章调控温室大棚内的环境，既可以实现小环境的精准控制，又大大节约了能耗。例如，草莓等矮小作物其生长空间往往只占温室大棚内不到1/10的空间，采用本发明的小环境精准控制温室后，可大大节约能耗，且所得草莓的果实含糖量提高，产量增加，效果超出一般预期。
需要说明的是，小拱棚的数量可根据实际需要进行设置，既可以每一排作物设置一个小拱棚，也可以整个大棚内的作物一共只设置一个小拱棚，方便农事管理。
进一步地，所述温室大棚的北墙外设有阴棚，所述阴棚与所述温室大棚连接处设有风机，所述阴棚与所述温室大棚构成密闭空间。
夜间和白天的温差比较大，温室大棚北墙外比大棚内温度低，特别是在初春和深秋以及冬季温差更为明显。在温室大棚北墙外，利用不利于种植的空间建造阴棚，从而利用阴棚进行蓄冷，待温室内需要降温时，将温室内的热空气送入阴棚，进行降温后送回温室，达到给温室降温的目的。降温的同时可有效的对空气进行除湿。热空气进入冷室后，空气降温且低于水汽的饱和温度，空气里的水汽就会自然析出，凝结成为小水滴，达到除湿的目的。水滴流到阴棚地面收集槽可增加温室内的比热容，有利于夜间阴棚的蓄冷。由于空气流向是可组织的，所以很容易对空气进行消毒处理，在气体进入阴棚和温室的风口处加装紫外消毒灯，即可实现病害的消毒。另外，由于温室和北墙外的阴棚形成了密闭空间，CO2施肥中的CO2利用率大大提升。
进一步地，所述温室大棚设有风口，在白天温度较高时，例如棚内温度达到25℃时，可将风口打开以降低温室大棚内的温度，等到温度较低时(例如低于20℃)，再将风口关上。
进一步地，所述阴棚内设有气体处理***，所述气体处理***包括串联的二氧化碳气体含量控制器、温度控制器、湿度控制器和气泵，所述气泵将处理后的气体输送至所述小拱棚内，所述小拱棚内设有二氧化碳气体传感器、温度传感器和湿度传感器，所述二氧化碳气体传感器与所述二氧化碳气体含量控制器电连接，所述温度传感器与所述温度控制器电连接，所述湿度传感器与所述湿度控制器电连接。
其中，所述二氧化碳气体含量控制器包括二氧化碳气瓶。
所述温度控制器可以为冷暖压缩机或采用过水等方式。
所述湿度控制器包括分开设置的干燥剂通道和过水通道，若湿度过大则经过干燥剂通道降低湿度，若湿度过小则经过水通道增加湿度。
上述各传感器与对应的各控制器连接，可实现目标参数的自动开关调控。
进一步地，所述气泵的出气口设有杀菌装置。所述杀菌装置可采用紫外线杀菌或臭氧杀菌。
进一步地，所述温室还包括施肥灌溉***，所述施肥灌溉***包括设置在所述小拱棚内的滴灌带和设置在所述阴棚内的施肥装置。
进一步地，所述施肥装置与所述气体处理***并联，实现肥水与适宜气体的交替输出。
本发明还提供上述小环境精准控制温室在种植株高为1米以下的温室作物中的应用。
优选地，所述温室作物为草莓。应用所述小环境精准控制温室后，草莓的果实含糖量提高，产量增加。
实施例1
本实施例提供一种小环境精准控制温室，其结构示意图如图1所示，包括温室大棚1和设在温室大棚1内的若干小拱棚2，小拱棚2的高度以覆盖种植作物冠层为准。温室大棚1的北墙外设有阴棚3，阴棚3与温室大棚1连接处设有风机4，当需要将温室大棚1内的气体与阴棚3内的气体进行冷热中和时，关闭温室大棚1的风口(图中未示出)并打开风机4。阴棚3与小拱棚2构成密闭空间。阴棚3内设有气体处理***，气体处理***包括串联的二氧化碳气体含量控制器5、温度控制器6、湿度控制器7和气泵8，气泵8将处理后的气体输送至小拱棚2内，小拱棚2内设有二氧化碳气体传感器9、温度传感器10和湿度传感器11，二氧化碳气体传感器9与二氧化碳气体含量控制器5电连接，温度传感器10与温度控制器6电连接，湿度传感器11与湿度控制器7电连接。小拱棚2内还设有滴灌带12，阴棚3内设有施肥装置13，施肥装置13与气体处理***并联，实现肥水与适宜气体的交替输出。风机4的出气口设有第一紫外线杀菌装置14，气泵8的出口设有第二紫外线杀菌装置15。
运用本实施例的小环境精准控制温室种植草莓等矮小作物时，只需精准控制小拱棚内的环境，无需对整个温室大棚进行调控，节约能耗且易于调控。本实施例还充分利用了温室大棚北墙外空间在避光情况下温度低的特点，设立阴棚进行蓄冷以供温室大棚需要降温使用，而且阴棚与小拱棚形成一个密闭空间，隔离室外环境，提高CO2施肥的CO2利用率，还可定向对温室内空气进行消毒，减少病虫害的发生。
在作物生长过程中，二氧化碳气体传感器9、温度传感器10和湿度传感器11实时监测小拱棚2内环境情况，并发送到对应控制器(二氧化碳气体含量控制器5、温度控制器6、湿度控制器7)。当小拱棚2内某一或某几个指标不达标，则位于阴棚3内的气体处理***会将处理合格后的气体经气泵8输送至小拱棚2内，小拱棚2内设有废气排出口，将不合格的气体排出至温室大棚1内，从而替换为合格的气体。当作物需要施肥时，则通过施肥装置13输出肥水并经湿度控制器7调整湿度后传输至小拱棚2内的滴灌带12。
应用上述实施例的小环境精准控制温室种植草莓(包括不同品种：红颜、京藏香、白雪公主)，与采用常规大棚(不设小拱棚)种植效果进行比较。结果如下：
1、环境控制效果
a、利用不同位置温湿度差值判断温室内环境均匀性
通过小环境控制(即应用小环境精准控制温室种植)能够有效的控制温度等环境因子，为作物生长提供适宜的环境。
如图2所示，小环境控制可将中午温度控制在25℃左右，避免高温胁迫，将夜温控制在10℃以上，避免低温导致休眠。
如图3所示，当对照的基质夜晚最低温度在冬季达到5.6℃限制根系生长和吸收水肥时，通过小环境控制，设置并开启基质加温管时，可将其控制在12℃以上，确保根系生长和吸收水肥。
b、比较精准控制CO2后，光合效率提高
通常温室栽培中午和下午光照强，光合速率大，会发生CO2亏缺，如图4所示(图中二氧化碳浓度单位为ppm)，小环境控制可有效补充并增加中午和下午CO2浓度，确保作物生长在高光强、高CO2的环境中，使光合速率得到提高，从而促进生长。
2、节能效果
草莓生长过程面临的冬季夜温低、春季中午高温等问题，若采用冷暖压缩机控温耗电的方式，为整个温室空间控温难度非常大，能耗过高。本发明采用小气候控温的方式，首先将控温对象的体积缩小了90％，同时，采用阴阳棚有效减低春季降温的能耗。
本发明测试结果显示，500m2日光温室要达到精准的光温等环境精准控制，需要功率为15匹的冷暖压缩机(功率11.25kw)3台，能耗高，且一般种植园很难达到该供电条件，而小气候处理，仅需1台该压缩机，工作时间缩短了30％，节能达75％。
3、草莓生长结果
a、对比SSC梯度和花芽分化数据
果实可溶性固形物含量(SSC)比较结果如图5所示(图中每种草莓品种结果中，左边为应用实施例1小环境精准控制温室，右边为常规大棚)，可以看出，对于红颜、京藏香、白雪公主等草莓品种，小气候控制下果实可溶性固形物含量较高，甜度口感更好。而且小气候处理可提早花芽分化20天以上。
b、两种培养环境下的干旱胁迫和节水处理
由于小环境处理是相对封闭环境，有效减少了水蒸气的外溢扩散，具有超强的节水功能。如图6可以看出，当处于两种处理环境下的盆栽草莓停止灌溉20天后，小环境处理的草莓(图中右边)叶片仍保持较健康的绿色，而对照(图中左边)完全枯萎死亡。
由以上结果可以看出，本实施例提供的小环境精准控制温室，其环境精准控制能力更强、精准度更高，满足草莓等作物花果控制、糖度等经济学性状的控制，实现高产、优质、周年供应，而且大大节能耗、节水。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种小环境精准控制温室，其特征在于，包括温室大棚和若干小拱棚，所述小拱棚设置在所述温室大棚内，其高度以覆盖种植作物冠层为准。
2.根据权利要求1所述的小环境精准控制温室，其特征在于，所述温室大棚的北墙外设有阴棚，所述阴棚与所述温室大棚连接处设有风机，所述阴棚与所述温室大棚内的小拱棚构成密闭空间。
3.根据权利要求2所述的小环境精准控制温室，其特征在于，所述阴棚内设有气体处理***，所述气体处理***包括串联的二氧化碳气体含量控制器、温度控制器、湿度控制器和气泵，所述气泵将处理后的气体输送至所述小拱棚内，所述小拱棚内设有二氧化碳气体传感器、温度传感器和湿度传感器，所述二氧化碳气体传感器与所述二氧化碳气体含量控制器电连接，所述温度传感器与所述温度控制器电连接，所述湿度传感器与所述湿度控制器电连接。
4.根据权利要求3所述的小环境精准控制温室，其特征在于，所述二氧化碳气体含量控制器包括二氧化碳气瓶。
5.根据权利要求3所述的小环境精准控制温室，其特征在于，所述气泵的出气口设有杀菌装置。
6.根据权利要求3～5任一项所述的小环境精准控制温室，其特征在于，所述温室还包括施肥灌溉***，所述施肥灌溉***包括设置在所述小拱棚内的滴灌带和设置在所述阴棚内的施肥装置。
7.根据权利要求6所述的小环境精准控制温室，其特征在于，所述施肥装置与所述气体处理***并联，实现肥水与适宜气体的交替输出。
8.权利要求1～7任一项所述的小环境精准控制温室在种植株高为1米以下的温室作物中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述温室作物为草莓。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，应用所述小环境精准控制温室后，草莓的果实含糖量提高，产量增加。
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