一、名词与概念
1 设施农业亦称环境控制农业或工厂化农业〔Controlled Environmental Agriculture ,CEA〕,是利用工程技术手段和工业化生产方式,为农业生物〔动物、植物、微生物等〕提供适宜的生长环境,使其在最经济的生长空间内,获得最高的产量、品质和经济效益的一种高效农业. 2 设施农业工程学研究设施农业结构工程、环境调控工程、配套工艺与工程技术手段的一门科学.
3 设施农业工程的基本构成要素
〔1〕一定的围护结构为了不受四季与地域的限制,设施农业首先必须利用一定的围护结构〔如温室、畜禽舍等〕把一定的空间与外界环境隔离起来,形成一个半封闭的系统.这是区别于露地生产的先决条件； 青嵩素
〔2〕一定的环境工程措施在一定的建筑设施与围护结构基础上,通过对半封闭系统的物质交换和能量调节来进一步改善和创造适宜的生育环境,实现周年、反季节生产〔如采取通风、加温、降温、气体调节等措施〕.
〔3〕相应的配套工程与工艺设备满足农业生物从苗期到收获全过程的配套技术装备,如设施园艺工程中的育苗设施、栽培设施、灌溉、施肥、植保、收获、加工、贮运等,设施养殖工程的孵化、饲养设施、喂水、喂料、防疫、粪肥处理等设施.
4 温室以采光覆盖材料作为全部或部分围护结构材料,可供冬季或其它不适宜露地植物生长的季节栽培植物的建筑统称为温室.
5 温室效应以短波辐射为主的太阳辐射通过温室采光材料进入温室后使室内地温和气温升高而转化为长波辐射,长波又被温室覆盖材料阻隔在温室内,从而形成热量的积聚,使室内温度提高,这一过程称之为温室效应.温室正是利用温室效应原理,在作物不适宜于露地生长的寒冷季节创造作物生长的适宜环境来达到反季节和提高作物产量的目的.
6 无土栽培不用土壤,而是将植物种植在装有一定量的营养液的栽培装置中,或是在配有营养
液的砂、砾石、蛭石、珍珠岩、稻壳、炉渣、岩棉、蔗渣等非天然土壤基质材料做成的种植床上.因其不用土壤,故称无土栽培〔Soilless Culture〕.
7 温室的主要性能评价指标有哪些？
温室采光性能：
〔1〕透光率：透进温室内栽培作物层的光照量与室外地平面上光照量的百分比.
〔2〕室内光照均匀度.
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温室保温性：
〔1〕温室保温比——热阻较大的温室围护结构覆盖面积和地面积之和与热阻较小的温室透光材料覆盖面积的比值.保温比越大温室的保温性能越好.
〔2〕材料的传热热阻——材料阻止热量通过的能力,一般用R表示.材料的传热热阻越大温室的保温性能越好.
〔3〕材料的传热系数K.材料的传热系数K——指单位时间、单位面积、材料两侧温差保持1℃时的传热量,单位为：W/m2K
陶瓷喷嘴温室耐久性：即使用寿命,从两方面考虑：主体结构和覆盖材料的强度和透光覆盖材料的透光率.主体结构强度使用寿命指结构内部的应力超过材料的允许应力或结构的变形超过设计允许变形.透光覆盖材料的使用寿命指其在温室生产中可被有效使用的月数或年数.
8 温室内影响作物生长的主要环境因子有哪些？
〔1〕与植物生长发育有关的光环境
光环境因素主要包括：光照强度、光周期和光谱分布.
〔2〕温度对植物生育的影响
三基点温度：最低温度、最适温度和最高温度.地温影响根系与植株生长.实行温室变温管理措施.温度调节的主要方式包括保温调节、通风调节、降温调节、采暖<加温>等.
〔3〕CO2调节与控制
CO2是植物光合作用的原料.温室内CO2环境调控措施包括通风调节、CO2增施 <化学反应法、燃烧法、液态钢瓶法>等.
〔4〕湿度调节与控制
降低室内湿度的调控措施：①通风换气；②加温降湿；③地膜覆盖与控制灌水；④防止覆盖材料和内保温幕结露；⑤其他降湿的技术与设备：采用机械制冷的方法；采用吸湿剂吸湿等；
增加室内湿度的调控措施：增加灌水、喷雾加湿与湿垫风机降温系统加湿等
9 变温管理
按照一天的时间变化分时段改变温室气温的管理方法.根据作物光合与呼吸作用,光合产物的运输与积累等生理活动与温度日变化的关系,控制不同时段的温度,白天用适当高温以促进作物的光合作用,加速光合产物的输送；夜间用适当低温,以抑制作物呼吸消耗,促进光合产物积累与生长,从而达到高产、优质和节能的目的.
10 畜禽舍内影响畜禽生长的主要环境因子有哪些？
主要包括光照、温度、湿度、空气质量等环境因子.
〔1〕光环境对畜禽生产的影响：
光周期生物节律〔生物钟〕；光环境与家禽生产,禽类对光照十分敏感,光照强度管理；光质的影响；光照的指标包括光照强度〔单位为LX〕、光照时间〔h〕和明暗变化规律〔明：暗,L：D〕,三者综合对机体产生作用.
〔2〕温度环境对畜禽生产的影响：
舒适温度和生产适宜温度；机体不同部位对环境温度的反应；不良温度环境与家畜的健康和生产性能；低温与幼畜的生存
〔3〕空气质量与家畜
畜禽呼出气和排泄物的CO2、NH3、H2S等气体是畜禽舍构成主要影响的气体.畜禽舍的粉尘、微生物对畜禽也会产生影响,需要时也应采取控制措施.
11植物工厂植物工厂是通过设施内高精度环境控制手段,实现农作物周年生产的系统.即利用
计算机控制系统对植物生育的温度、湿度、光照、CO2浓度以与营养液等环境条件进行自动控制,使设施内植物生育不受或很少受自然条件制约的省力型生产.
12设施农业的特点
〔1〕环境相对可控,适宜进行反季节、周年生产；
〔2〕单位土地面积产出率高,如设施栽培,产量一般为露地生产的2-10倍,甚至更高；
〔3〕现代技术高度集成〔综合运用了设施工程、新型材料、环境控制、生物工程、微电子技术与计算机管理等高新技术成果〕；
电脑美甲机〔4〕高投入、高产出、高效益〔如大型连栋温室投入300-700元/m2 ,产出黄瓜、西红柿30-80kg/ m2 ,玫瑰200-320支/m2 ；集约化鸡舍600-800元/m2 ,产量16-18公斤/只/年〕；
13设施环境工程构成要素
〔1〕温度调控设施：
保温设施：外围护结构、覆盖材料、外保温覆盖、内保温幕帘等；
增温设施：热水采暖、热风采暖、地中热交换系统、太阳能蓄热等；
通风降温设施：开窗机构〔自然通风〕、内外遮阳、湿帘—风机降温系统、弥雾降温、屋顶降温、循环风机系统等；
〔2〕光环境调节设施
遮阳、补光、反光调节；
〔3〕气体环境调节设施
CO2施肥：反应法、燃烧法、钢瓶释放、土壤颗粒肥释放、生态循环〔畜菜共生〕等；
〔4〕环境数据采集与控制系统
温度、湿度、光照、CO2 等环境因子以与营养〔EC、Ph〕等数据的采集与控制系统.
14设施养殖工程
研究畜禽〔包括鸡、猪、牛、羊等〕生长发育与环境之间的交互作用规律以与相应的工程
技术措施.主要包括：设施结构工程：畜禽养殖设施,实现畜禽与外界的隔离；设施环境工程：设施内的温度、湿度、光照、气体等环境调控技术手段,保证畜禽的适宜生长环境需求；饲养工艺与设备：为畜禽养殖提供的配套工艺与设备,如孵化设备、饲养笼架、喂料、饮水设备、防疫等；畜禽废弃物处理工程：畜禽粪便、污水处理工艺与设备等.
15日光温室
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透光前坡面夜间用保温被〔苫〕覆盖,东、西、北三面为围护墙体的单坡面塑料温室,统称为日光温室.
16工厂化育苗在人工可控环境下按照种苗生产的工艺流程进行种苗快速繁育的技术手段,是现代生物技术、环境调控、灌溉施肥与计算机管理等综合技术集成的产物.
17农业科技园区是在特定的区域内,运用资金的集中投入,进行以设施农业工程为主体,以农业高新技术的展示示X、精品农产品生产<加工〕、良种〔种苗〕繁育、教育培训与旅游观光等多种功能于一体的现代农业示X基地.农药渗透剂
18 设施养殖采用先进设施和饲养技术为畜禽创造适宜的生活环境,使分散式畜禽养殖转变
成集约化规模养殖,实现畜牧业高效生产的养殖方式.
19 密闭舍是指通过墙体、屋顶和门窗等围护结构形成全封闭状态的畜禽舍.此种舍具有较好的保温隔热性能,内部环境便于人工控制,可分为有窗式和无窗式两种.
20 漏缝地板畜禽舍内有缝隙的地表面,粪便、尿液和污水等从缝隙流入或被动物踩下落入其下的粪沟,漏缝地板由混凝土、塑料、铸铁或金属等建造而成,可分为全漏缝地板和半漏缝地板.
21 畜禽生产工艺是生产畜产品所需要的过程,包括饲养方式、生产阶段划分与流程、品种选择、养殖技术、技术经济指标与管理定额的确定等.
22 畜禽环境是影响畜禽健康、生长和繁殖性能的所有外界因素的总称,可分为物理因素、化学因素、生物因素和社会因素.
23 畜禽舍通风换气利用畜禽舍内外的热压、风压或气压差将舍内的污浊空气排出,并引入足量的新鲜空气的过程.
24 堆肥是在一定水分、C/N和人工控制供氧通风条件下,通过微生物的发酵作用,将对环境有潜在危害的有机物转变成无害有机肥料的过程.在此过程中,有机物由不稳定状态转化成稳定的腐殖质等物质.
25沼气工程在厌氧条件下,兼性细菌与专性厌氧细菌通过吸附、吸收和生物降解作用将养殖污水中的有机物转化为以甲烷和二氧化碳为主要气体的处理设施.
二、综述题〔1-2 必选,3-10 任选3题〕
1、谈谈设施农业工程学科在现代农业中的作用和地位？
21世纪现代农业两大任务：一方面是通过基因与遗传工程技术的研究定向培育出速生、优质、高产、低耗和抗逆的新品种,不断提高农业生物遗传学的潜力；另一方面就是通过对环境要素的调节与控制,将生物遗传学的潜力变为现实的巨大生产力〔设施农业的任务〕.因此,设施农业工程学将会在21世纪农业科技革命中发挥出巨大作用.
〔一〕突破自然限制的需要
动物、植物、微生物等农业生物是生活在地球固、气、液三相界面上,经过亿万年大自然的选择和人工培育而发展起来的.漫长的大自然为不同生物的形成构成了不同的生态环境,这些生物又在不同的生态环境中形成了自身适应于该环境的结构与功能.人们在同自然界长期斗争的过程中,一方面探索着生物世界的奥秘,另一方面又在不断探索如何打破自然的限制.
〔二〕探索生物遗传潜力、实现高效生产的需要
制约农业生物生产的自然因素可概括为遗传与环境两个方面.遗传决定着农业生产的潜力,而环境则决定着这种潜力能在多大程度上得到发挥.设施农业工程学的研究重点就是综合农业生物、环境、工程的各项成果,改善和调节农业生物不同生育期的环境条件,以达到实现速生、优质、高产和低耗的目的.
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