هندسة الزراعات المحمية والتحكم البيئي 2024-2025 PDF

## هندسة الزراعات المحمية والتحكم البيئي Engineering of protected Agricultures and Environmental Control ### التحكم الحراري والرطوبى والغازي - إعداد أ.د. محمود زكى العطار - أستاذ الهندسة الزراعية - قسم الهندسة الزراعية - كلية الزراعة - جامعة عين شمس ### الأشعة الشمسية الحرارية وتأثيراتها البيئية ف...

## هندسة الزراعات المحمية والتحكم البيئي Engineering of protected Agricultures and Environmental Control ### التحكم الحراري والرطوبى والغازي - إعداد أ.د. محمود زكى العطار - أستاذ الهندسة الزراعية - قسم الهندسة الزراعية - كلية الزراعة - جامعة عين شمس ### الأشعة الشمسية الحرارية وتأثيراتها البيئية في الزراعات المحمية - الأشعة تحت الحمراء تعتبر عمومًا أشعة حرارية، لكنها تقسم إلى ثلاثة نطاقات، ولكل نطاق منها خصائص حرارية مختلفة: - **الأشعة تحت الحمراء القريبة (Near Infrared - NIR)** - المدى الطيفي بين ۷۰۰ نانومتر إلى ١.٤ ميكرومتر. - الخصائص الحرارية تنتج حرارة، لكنها أقل تأثيرًا حراريا مقارنة بالأطوال الموجية الأطول في الطيف الأشعة تحت الحمراء القريبة تستخدم بشكل شائع في أجهزة التحكم عن بعد، والكاميرات الليلية، ولها بعض التأثيرات الحرارية لكنها أقل حرارة من الأطياف الأخرى. - **الأشعة تحت الحمراء المتوسطة (Mid Infrared - MIR)** - المدى الطيفي من ١.٤ إلى 3 ميكرومتر. - الخصائص الحرارية تنتج طاقة حرارية أعلى، وتستخدم في تطبيقات تسخين متنوعة، مثل أجهزة تسخين الطعام، وبعض أنظمة الكشف الحراري. - **الأشعة تحت الحمراء البعيدة (Far Infrared - FIR)** - المدى الطيفي من ٣ ميكرومتر إلى نحو ۱۰۰۰ ميكرومتر. - الخصائص الحرارية هذه الأطوال الموجية هي الأكثر حرارة والأكثر ارتباطا بالإشعاع الحراري الطبيعي، وتعتبر مصدرًا رئيسيًا للإشعاع الحراري الذي نشعر به كحرارة من الشمس والأجسام الدافئة. - كل الأشعة تحت الحمراء لها تأثيرات حرارية، لكن الأشعة تحت الحمراء المتوسطة والبعيدة تُعد ذات تأثير حراري أكبر، لأنها تشمل الأطوال الموجية التي تصدرها الأجسام الساخنة والتي تستشعرها الكائنات الحية كحرارة. ### أشكال الأشعة الحرارية عبر بيئات الزراعات المحمية #### طاقة حرارية في الجسم 1. أي جسم بدرجة حرارة أعلى من الصفر المطلق (٢٧٣.١٥ درجة مئوية يحتوي على طاقة حرارية ناتجة عن حركة الذرات والجزيئات. هذه الحركة تنتج اهتزازات تولد موجات كهرومغناطيسية في نطاقات مختلفة، بما فيها الأشعة تحت الحمراء. #### انبعاث الأشعة الحرارية - عند تسخين جسم، تصبح حركة جزيئاته وذراته أكثر نشاطًا وتزداد طاقته، مما يؤدي إلى إصدار إشعاع كهرومغناطيسي يغادر سطح الجسم على شكل فوتونات. يعتمد الطول الموجي لهذا الإشعاع سواء كان مرئيًا أو تحت الحمراء على درجة حرارة الجسم. #### توزيع الأطوال الموجية وفق درجة الحرارة 1. قانون فين يحدد أن طول الموجة العظمى للإشعاع المنبعث يقل بزيادة درجة الحرارة. فالأجسام ذات الحرارة العالية (مثل الحديد الساخن) قد تشع أيضًا في النطاق المرئي يتحول لونها إلى أحمر أو أصفر)، بينما الأجسام بدرجات حرارة منخفضة تشع غالبًا في نطاق الأشعة تحت الحمراء غير المرئية. 2. قانون ستيفان بولتزمان يوضح أن إجمالي الطاقة المشعة من جسم ما تزداد بشكل كبير بزيادة درجة حرارته. #### انتقال الطاقة عبر الفراغ - ما يميز الإشعاع الحراري هو أنه لا يحتاج لوسط لينتقل عبره، فيمكن أن ينتقل عبر الفراغ. لذا فإن الحرارة القادمة من الشمس تصل إلينا عبر الفضاء، وكذلك يمكن للأجسام أن تفقد أو تكتسب حرارة عبر الإشعاع دون الحاجة إلى تلامس مباشر مع جسم آخر أو عبر وسط مثل الهواء. ### عند اختيار نظام التدفئة يأخذ في الاعتبار كل من: 1. **الظروف المناخية** يلعب الطقس دورًا حاسمًا في اختيار نظام التدفئة. في المناطق ذات الشتاء القاسي، يتطلب الأمر نظام تدفئة قوي وفعال، بينما في المناطق ذات الطقس المعتدل، قد تكون الحلول البسيطة كافية. 2. **حجم ونوع الصوبة** تحتاج الدفيئات الكبيرة عادةً إلى أنظمة تدفئة مركزية أو أنظمة توليد مشترك لتوزيع الحرارة بشكل متساوٍ. أما الدفيئات الصغيرة، فيمكنها الاعتماد على سخانات كهربائية أو تعمل بالبروبان، وهي أسهل في الإدارة. 3. **أنواع النباتات وبيئة النمو** تختلف احتياجات النباتات من حيث درجات الحرارة. معرفة احتياجات كل نوع من النباتات يساعد في اختيار نظام التدفئة المناسب. على سبيل المثال، تفضل النباتات الاستوائية درجات حرارة أعلى مقارنة بالنباتات التي تنمو في المناطق الباردة. 4. **التكلفة وكفاءة الطاقة** يجب النظر في التكاليف الأولية للنظام وكذلك التكاليف التشغيلية على المدى الطويل. يمكن للأنظمة الموفرة للطاقة أن تقلل من الفواتير مع الحفاظ على درجة حرارة مناسبة في الصوبة. 5. **صيانة نظام التدفئة** الصيانة الدورية ضرورية لضمان كفاءة النظام على المدى الطويل. يشمل ذلك فحص منظمات الحرارة ومصادر الوقود لضمان عمل النظام بسلاسة ودون مفاجآت. ### الأسس العلمية لنقل الحرارة بالزراعات المحمية - اختيار أنظمة التدفئة المناسبة يعتمد على عدة عوامل منها مساحة المكان ونوع الصوبة البيت البلاستيكي أو الزجاجي أو الصوبة الزراعية الصناعية). - لتحديد النظام الأمثل، يمكن تحليل الأسس العلمية والمعادلات الرياضية والنظريات الحرارية المتعلقة بكفاءة أنظمة التدفئة . - انتقال الحرارة بالزراعات المحمية يعتمد على ثلاثة أشكال رئيسية: - **التوصيل الحراري (Conduction):** يحدث عبر المواد الصلبة (المحصول، التربة، هيكل الصوبة، الجدر، والأغطية، الأنابيب والأنظمة الهندسية). - **الحمل الحراري (Convection):** يحدث عبر السوائل والغازات (الهواء داخل وخارج الصوبة، مياه الري، بخار الماء المتكثف) - **الإشعاع الحراري (Radiation):** يحدث عن طريق الموجات الكهرومغناطيسية الحرارية من كافة العناصر والعناصر البيئية بالصوبة. ### التوصيل الحراري Conduction بالزراعات المحمية - يحدث التوصيل عندما تنتقل الحرارة مباشرة عبر المواد الصلبة، وهذا يحدث عادةً بين الأجزاء الثابتة أو الملامسة داخل الصوبة. أهم عناصر التوصيل الحراري تشمل: - **المحصول** تمتص أجزاء النبات الحرارة، وينتقل جزء منها بالتوصيل إلى التربة وأجزاء النبات الأخرى. - **التربة** تحتفظ بالحرارة وتنقلها إلى جذور النبات، ما يؤثر على درجة حرارة المحصول ونموه. - **هيكل الصوبة والجدران والأغطية** توصل الحرارة من الداخل إلى الخارج والعكس، حسب الفرق الحراري بينهما. - **الأنابيب والأنظمة الهندسية** تنقل الحرارة عبر المواد الصلبة، مثل أنابيب الري والتدفئة. - يمثل التوصيل حوالي ۲۰٪ إلى ۳۰٪ من إجمالي فقدان أو اكتساب الحرارة في الصوب. - يعتمد مقدار التوصيل على مواد بناء الصوبة مثل الأغطية بلاستيك زجاج، بولي إيثيلين) وسمكها، وكذلك على الهياكل المعدنية والأنابيب. - كلما زادت قدرة المواد على العزل الحراري (قيمة R أو معامل U أقل)، قلت نسبة فقدان الحرارة بالتوصيل. - **يمكن حساب التوصيل الحراري من العلاقة** - $Q_{conduction} = U \times A \times \Delta T$ - $U$ معامل فقد الحرارة (واط/ م٢). - $A$ مساحة السطح الخارجي للصوبة ( م٢). - $\Delta T$ الفرق بين درجة الحرارة الداخلية المرغوبة ودرجة الحرارة الخارجية المتوقعة. - ملاحظة : يمكن الحصول على قيمة U من جداول العزل الحراري وفقاً لنوع المادة العازلة المستخدمة في الصوبة. ### الحمل الحراري Convection بالزراعات المحمية - يعتمد الحمل الحراري على انتقال الحرارة عبر السوائل والغازات، ويتطلب حركة لهذه الوسائط. في الصوبة الزراعية: - **الهواء الداخلي والخارجي** ينتقل الهواء الساخن من مكان لآخر داخل الصوبة بفعل الحمل، ويتحرك نحو الأسطح الأكثر برودة، بينما يتسرب الهواء البارد إلى الداخل من خلال الفتحات أو التهوية. - **مياه الري** تسهم في نقل الحرارة من أنظمة الري الدافئة أو الباردة إلى جذور النباتات. - **بخار الماء المتكثف** التكثيف على الأسطح الباردة يساعد في إطلاق الحرارة الكامنة، وهو شكل من أشكال نقل الحرارة عبر الحمل الحراري في بيئة الصوبة. - يمثل الحمل الحراري حوالي ٣٠ ٪ إلى ٤٠ ٪ من إجمالي فقدان أو اكتساب الحرارة في الصوب. - يعتمد على تدفق الهواء الداخلي، ومستوى التهوية، ووجود فتحات أو تسريبات. - كلما زادت سرعة الهواء الداخل أو الخارج (بفعل الرياح أو المراوح)، زاد انتقال الحرارة عبر الحمل الحراري. ### الحمل الحراري Convection بالزراعات المحمية - $Q_{convection} = h \times A \times \Delta T$ - $h$ معامل الحمل الحراري (واط/م2 °م)، ويعتمد على حركة الهواء. - $A$ مساحة السطح الداخلي أو المكشوف للهواء - $\Delta T$ الفرق في درجات الحرارة بين الداخل والخارج (°م). - حساب الحمل الحراري يتطلب معرفة معدلات تغير درجات الحرارة في المنطقة المستهدفة. الصيغة المستخدمة عادةً هي: - $Q_{total} = Q_{base} + Q_{loss}$ - $Q_{base}$ كمية الحرارة الأساسية اللازمة. - $Q_{loss}$ الحرارة المفقودة بسبب التسرب. ### الإشعاع الحراري Radiation بالزراعات المحمية - ينتقل الإشعاع الحراري عبر الموجات الكهرومغناطيسية دون الحاجة لوسط مادي، ويمكن أن يسهم في تدفئة أو تبريد الصوبة. مصادر الإشعاع في بيئة الصوبة تشمل: - **الشمس** مصدر رئيسي للحرارة الإشعاعية، حيث يخترق الإشعاع الشمسي أغطية الصوبة ويُدفئ النباتات والتربة.. - **الأسطح داخل الصوبة** الأغطية أو الأسطح المعدنية تعكس وتمتص الحرارة وتعيد إصدارها كإشعاع حراري، مما يؤثر على توزيع الحرارة. - **العناصر البيئية** مثل الحوائط والأرضية داخل الصوبة، إذ تمتص هذه العناصر الحرارة خلال النهار وتصدرها ليلاً للحفاظ على درجة حرارة معينة. - يمثل الإشعاع الحراري حوالي %۲۰% إلى ۳۰٪ من إجمالي تبادل الحرارة في الصوب. - يعتمد على درجة حرارة الأسطح، وقدرة الغطاء على نفاذية الإشعاع الشمسي وانعكاسه. - تسمح الأسطح مثل الزجاج والبلاستيك الشفاف بنفاذ جزء كبير من الإشعاع الشمسي، ما يرفع درجة حرارة الهواء والتربة داخل الصوبة. ### حساب احتياجات التدفئة بناء على عوامل بيئية مختلفة - لحساب احتياجات التدفئة في الصوبات الزراعية (Greenhouses)، يلزم مراعاة عدة عوامل بيئية مؤثرة مثل درجة الحرارة الخارجية، معدل التهوية، الرطوبة، ومستويات العزل الحراري. يمكن الاعتماد على مجموعة من المعادلات والنماذج لحساب احتياجات التدفئة استنادًا إلى هذه العوامل. - **العوامل البيئية الرئيسية المؤثرة:** - **درجة الحرارة الخارجية (Outdoor Temperature)**: كلما انخفضت درجة الحرارة الخارجية، زادت كمية الطاقة المطلوبة للتدفئة. - **التهوية (Ventilation Rate)**: معدل التهوية يزيد من فقد الحرارة، حيث يسمح بدخول الهواء البارد من الخارج إلى الداخل، مما يتطلب تدفئة إضافية. - **الرطوبة (Humidity)**: الرطوبة تؤثر على نقل الحرارة بالإشعاع، وكذلك على كفاءة التدفئة المطلوبة. - **مستوى العزل (Insulation Level)**: العزل الجيد يقلل من فقدان الحرارة، وبالتالي يقلل من احتياجات التدفئة. ### حساب احتياجات التدفئة بناء على عوامل بيئية مختلفة - **إذا كانت التهوية عالية بسبب احتياجات التبريد** يتم زيادة معدل V لتغطية الهواء الداخل والخارج، مما يتطلب طاقة تدفئة إضافية. - **إذا كانت الرطوبة مرتفعة جدًا** : يمكن أن تؤثر على كفاءة نظام التدفئة، حيث يمكن تقليل معدل AT المطلوب داخل الصوبة بنسبة بسيطة (تصل إلى ٥ - ١٠%) لتقليل استهلاك الطاقة. - **العزل الإضافي** : إذا كانت الصوبة معزولة بشكل جيد (مثل استخدام طبقتين من البلاستيك أو الزجاج)، فإن قيمة U تقل، مما يقلل من احتياجات التدفئة بشكل ملحوظ. ### حساب احتياجات التدفئة بناء على عوامل بيئية مختلفة - **تقليل معدل التهوية في الطقس البارد** :يمكن أن يقلل من .Qventilation - **زيادة العزل الحراري تقليل (U)** : عن طريق إضافة طبقات إضافية من العزل، مما يقلل من احتياجات الطاقة للتدفئة. - **التحكم في الرطوبة** : الحفاظ على مستوى مناسب من الرطوبة داخل الصوبة قد يقلل الحاجة إلى التدفئة الزائدة. - **المعادلة الأساسية المطلوبة للتدفئة بناءً على الفروقات الحرارية** تستخدم لحساب الطاقة الحرارية تشمل نقل الحرارة عبر جدران أو عوازل بالإضافة إلى الهواء الموجود داخل المساحة. يمكن تقسيمها إلى جزأين هي كالتالي: - $Q = U \times A \times \Delta T + V \times C_{air} \times \rho_{air} \times\Delta T$ - $Q$ كمية الحرارة المطلوبة (واط). - $U$ معامل فقد الحرارة واط / م ٢ كلفن) - $A$ مساحة السطح الخارجي للصوبة (م٢). - $\Delta T = T_{inside} - T_{outside}$ فرق درجة الحرارة بين داخل الصوبة وخارجها (كلفن). - $V$ معدل تدفق الهواء (م۳) /ث)، وهو يعتمد على التهوية ونسبة تبديل الهواء داخل الصوبة. - $C_{air}$ السعة الحرارية النوعية للهواء) تقريباً ١٠٠٥ (جول/كجم كلفن) - $\rho_{air}$ كثافة الهواء (تقريباً ١,٢ كجم/م ۳) - **تُمثل المعادلة السابقة مزيجًا من فقد الحرارة عبر الجدران والأسطح الخارجية للصوبة إضافةً إلى فقد الحرارة عبر التهوية.** ### حساب احتياجات التدفئة بناء على عوامل بيئية مختلفة - **مساحة الصوبة** A = 200 متر مربع - **فرق درجة الحرارة** $\Delta T$ - **نريد الحفاظ على درجة حرارة داخلية** $T_{inside}$ = 25°C - **ودرجة حرارة خارجية** ، 5°C = $T_{outside}$ وبالتالي .كلفن20 = AT - **معامل فقد الحرارة :** U = 2 W/m² . K يعتبر متوسطًا بالنسبة للصوبات. - **معدل تدفق الهواء** V = 0.05 m/s بسبب تهوية متوسطة. - **حساب الطاقة المطلوبة للتدفئة:** - **حساب فقد الحرارة عبر الجدران والسقف** - **حساب فقد الحرارة بسبب التهوية** - **الطاقة الكلية المطلوبة** - $Q_{conductive} = U \times A \times \Delta T = 2 \times 200 \times 20 = 8000$ W - $Q_{ventilation} = V \times C_{air} \times \rho_{air} \times \Delta T = 0.05 \times 1005 \times 1.2 \times 20 = 1206$ W - $Q_{total} = Q_{conductive} + Q_{ventilation} = 8000 + 1206 = 9206$ W - **الطاقة المطلوبة لتدفئة الصوبة تساوي تقريباً ۹۲۰٦ واط أو ۹٫۲ كيلوواط.** ### ١. المحتوى الحراري وتأثيره على الرطوبة النسبية بالزراعات المحمية - الرطوبة النسبية هي نسبة بخار الماء الموجود في الهواء مقارنةً بأقصى كمية من البخار يمكن للهواء حملها عند درجة حرارة معينة. يُعتبر المحتوى الحراري (أو درجة الحرارة) للصوبة هو العامل الأساسي الذي يحدد كمية بخار الماء التي يمكن للهواء الاحتفاظ بها. كلما زادت درجة الحرارة، تزداد قدرة الهواء على الاحتفاظ ببخار الماء، مما يؤدي إلى انخفاض الرطوبة النسبية، والعكس صحيح. - **زيادة المحتوى الحراري** يؤدي إلى تقليل الرطوبة النسبية، حيث يصبح الهواء أكثر جفافاً. عندما تكون الرطوبة النسبية منخفضة جداً، يمكن أن تتعرض النباتات للجفاف، مما يؤثر على نموها وصحتها. - **انخفاض المحتوى الحراري** عند انخفاض درجة الحرارة، تزداد الرطوبة النسبية لأن الهواء يحتفظ بكمية أقل من بخار الماء. هذا قد يؤدي إلى زيادة نسبة الرطوبة لدرجة تكون الندى على أسطح النباتات والهياكل الداخلية للصوبة، مما يرفع من احتمالية نمو الفطريات والبكتيريا الضارة. - عندما تنخفض درجة الحرارة من ٢٥ م إلى ١٥ م مع الاحتفاظ بنفس كمية بخار الماء، تكون الرطوبة النسبية حوالي ١٨٥,٧٪، مما يشير إلى أن الهواء مشبع تمامًا وبخار الماء الزائد سيتكثف ويتحول إلى ندى. ### ٢. المحتوى الحراري وتأثيره على التهوية الطبيعية والصناعية بالزراعات المحمية - التهوية هي عملية تبادل الهواء الداخلي مع الهواء الخارجي، وهي أساسية لتنظيم درجات الحرارة، الرطوبة، ومستويات الغازات داخل الصوبة. يؤثر المحتوى الحراري بشكل مباشر على فعالية التهوية، سواء كانت تهوية طبيعية أو صناعية. #### التهوية الطبيعية - في التهوية الطبيعية، يعتمد تدفق الهواء على فروق درجات الحرارة والضغط بين الهواء داخل وخارج الصوبة. إذا كان المحتوى الحراري مرتفعاً داخل الصوبة، فإن الهواء الساخن يرتفع للأعلى مسبباً تدفقاً للهواء البارد من الخارج إلى الداخل عبر الفتحات التهوية، مما يخلق تيار هواء طبيعي. - **زيادة المحتوى الحراري** تُحسن التهوية الطبيعية بخلق تيارات هواء قوية تخرج الهواء الساخن والملوث من الصوبة وتسمح بدخول هواء نقي من الخارج. - **انخفاض المحتوى الحراري** يقلل من فعالية التهوية الطبيعية، حيث يصبح الهواء الداخلي والخارجي متقاربين في درجة الحرارة، مما يقلل من حركة الهواء ويسبب ركوداً في البيئة الداخلية للصوبة. #### التهوية الصناعية - تستخدم التهوية الصناعية عبر مراوح وأجهزة تهوية ميكانيكية لضبط تدفق الهواء بغض النظر عن فروق درجات الحرارة. ومع ذلك، يُفضل أن يكون المحتوى الحراري متوازناً لتجنب استهلاك طاقة إضافية للحفاظ على درجات الحرارة المثالية بعد تبادل الهواء. ### . المحتوى الحراري وتأثيره على المحتوى الغازي - يلعب المحتوى الحراري دوراً حاسماً في تحديد مستويات الغازات داخل الصوبة، وبخاصةً ثاني أكسيد الكربون الضروري لعملية البناء الضوئي للنباتات، والأكسجين اللازم لتنفس الجذور. - **زيادة المحتوى الحراري** عند ارتفاع درجات الحرارة، يزداد نشاط النباتات وزيادة الطلب على ثاني أكسيد الكربون، مما يستدعي تهوية منتظمة لإمداد الصوبة بالغازات الضرورية. وفي حال عدم توافر التهوية الكافية، قد تتراكم غازات أخرى مثل الإيثيلين، مما يؤثر سلباً على صحة النباتات. - **انخفاض المحتوى الحراري** يؤدي إلى انخفاض نشاط النباتات، مما يقلل من احتياجها لثاني أكسيد الكربون. ومع ذلك، إذا كانت التهوية غير كافية، فقد ترتفع مستويات ثاني أكسيد الكربون لتصل إلى مستويات غير صحية، مما يؤثر على نمو النباتات وسلامتها. #### دور الرطوبة والتهوية في إدارة المحتوى الغازي - الرطوبة العالية تعوق أحياناً التبادل الغازي، حيث تصبح الأوراق مشبعة بالرطوبة فلا يحدث التبخر بسهولة، مما يُعيق تدفق ثاني أكسيد الكربون إلى النبات. هنا تلعب التهوية دوراً حيوياً في الحفاظ على توازن الغازات، حيث تعمل التهوية المنتظمة على طرد الرطوبة الزائدة وتوفير مستويات جيدة من ثاني أكسيد الكربون. ### تأثير العوامل الحرارية على إدارة البيئة الداخلية للصوبة (ترابط العوامل) 1. **دورة الماء والحرارة** - تتأثر الرطوبة النسبية بشكل مباشر بالمحتوى الحراري للصوبة. لذا، يمكن أن يؤدي التبريد أو التدفئة إلى زيادة أو تقليل الرطوبة، ما يتطلب ضبط مستوى التهوية للحفاظ على التوازن البيئي. 2. **التهوية والحرارة ** - يُساهم التحكم الحراري الجيد في تعزيز كفاءة التهوية. فعند ضبط المحتوى الحراري بدقة، يمكن توظيف التهوية الطبيعية بكفاءة، مما يقلل من الاعتماد على التهوية الصناعية، ويوفر الطاقة. 3. **التهوية والمحتوى الغازي** - تتحكم التهوية في مستويات الغازات داخل الصوبة، حيث تتطلب الصوبات الدافئة تهوية أكثر لتلبية الطلب المتزايد على ثاني أكسيد الكربون. - يؤثر المحتوى الحراري على كافة جوانب البيئة الداخلية للصوبة الزراعية بدءاً من الرطوبة النسبية، والتهوية، وصولاً إلى المحتوى الغازي. يؤدي ضبط المحتوى الحراري بشكل دقيق إلى خلق بيئة مستقرة وملائمة لنمو النباتات، بينما يتطلب أي خلل في هذا التوازن ضبطاً شاملاً للتهوية والرطوبة لتلافي أي آثار سلبية على صحة النباتات وكفاءتها الإنتاجية. ### تأثير درجات الحرارة على نمو النباتات - تتراوح الدرجة المثالية بين ٢٠-٣٠ °م للعديد من المحاصيل. تتطلب النباتات عموما وتتحمل مجموعة مختلفة من ظروف درجة الحرارة والرطوبة مقارنة بالبشر، ويعتمد نطاق الراحة الحرارية للنباتات ويؤدي التحكم الحراري السليم إلى تعزيز عملية البناء على : الضوئي وتحسين الامتصاص الغذائي، مما يزيد من الإنتاجية والجودة. وفي في دراسة أجريت على إنتاج الطماطم، تم رفع ومصدر الإضاءة درجة الحرارة داخل الصوبة من ١٥ إلى ٢٥ °م، مما أدى إلى زيادة ملحوظة في إنتاجية النبات بنحو ٣٠٪، مع تحسين جودة الثمار من حيث الحجم واللون والنكهة. - **التأثير على نمو النباتات:** - ** نوع المحصول** - **وعمره** - **ومصدر الإضاءة** - **وطريقة الري** - **والوقت من اليوم.** ### تأثير تذبذب درجات الحرارة بين الليل والنهار Diurnal Temperature Variation DIF - يتم تعريف DIF على أنه الفرق بين درجة حرارة النهار DT ودرجة o يساعد استخدام DIF في الحفاظ على حجم الشتلات محدودا دون حرارة الليل NT يتم تعزيز استطالة الساق من خلال الأيام الأكثر دفئا من استخدام منظمات النمو. - **الليالي (DIF) وتمنعها الليالي الأكثر دفئا من الأيام (DIF)، تصبح** النباتات أطول عندما يصبح DIF أكثر إيجابية وتصبح النباتات أقصر حيث o إبقاء المحصول أكثر برودة أثناء النهار منها في الليل يقلل من استطالة يصبح DIF أصغر أو أكثر سلبية. - **وترتبط معدلات نمو جذع النبات لبعض أنواع الأزهار والخضروات** ارتباطا إيجابيا بالفرق بين درجة حرارة النهار ودرجة حرارة الليل o **day** يمكن أن تسبب درجات الحرارة المرتفعة خلال أول ٣-٤ ساعات بعد شروق الشمس استطالة كبيرة في شتلات الخضروات، ويمكن التخفيف (DT) and night temperature (NT) - **DIF (DIF = DT - NT)** - **يعزز DIF المرتفع استطالة الساق ويحدد متوسط درجة الحرارة اليومية** معدل النمو الكلي ظهور الأوراق وبدء الأزهار). - **من هذا الاستطالة المفرطة عن طريق الحفاظ على برودة حرارة** الصوبة الزراعية (بمقدار ٥٤ م خلال ساعات الصباح مقارنة بالليل ### تأثير تذبذب درجات الحرارة بين الليل والنهار Diurnal Temperature Variation DIF - **اختلاف درجات الحرارة بين الليل والنهار DIF وخصوصا في المناخ** فشل أو انخفاض في عقد الثمار DIF الصحراوي يخل بالاتزان الحراري والرطوبى في الصوب الزراعية، ويزيد من أخطار الإصابة بالأمراض النباتية مثل العفن الرمادي Botrytis cinerea مما يستلزم إجراء عمليات الوقاية أو المعالجة بالمركبات الكيميائية، التي تزيد من الأعباء المالية وتقلل الأرباح، ويخفض من جودة المحاصيل بزيادة الأثار المتبقية. #### العفن الرمادي Botrytis cinerea #### الأسباب 1. في حالة سيادة درجات حرارة الليل فوق ٢١ م أو أقل من ١٢,٨ م 2. في حالة سيادة درجات الحرارة النهارية فوق ٣٢٫٢ °م جنبا إلى جنب مع انخفاض الرطوبة و / أو الجفاف. يمكن أن تفاقم التيارات الهوائية الحارة الجافة من المشكلة 3. نقص مياه الري تسبب سقوط الأزهار 4. زيادة التسميد الأزوت يدفع النبات للنمو الخضري 5. انخفاض حرارة التربة تعمل على إحداث صدمة للنبات النامي مما يقلل من التزهير أو تحد من الإزهار 6. عدم كفاية الضوء. تتطلب نباتات الطماطم ما لا يقل عن 6 ساعات من أشعة الشمس المباشرة في اليوم الواحد (photoperiod) 7. الأمراض الفيروسية، مثل تجعد قمة النبات، والفيروسات الموزيك، وما إلى ذلك، يمكن أن تؤثر على التزهير وعقد الثمار 8. انخفاض حركة الهواء تمنع حركة حبوب اللقاح من الوصول إلى الأزهار لعمليات العقد ### التأثيرات البيئية الحرارية في الزراعات المحمية - في الأيام الحارة تنظم النباتات درجة حرارة الجسم بطرق مختلفة. في تعرض هذا الفلفل الحلو لأشعة الشمس الحارقة، بدون تظليل من الأوراق. الأيام الحارة، تنظم النباتات درجة حرارتها عن طريق السماح للماء يظهر حروق حرارية من الأشعة الشمسية في مناطق الثمار المتعامدة مع بالتبخر من خلال الأوراق. تحتوي أوراق النبات على ثغور محددة للتبخر، أشعة الشمس الأكثر سخونة في يوم حار. ومن ثم تنظم النباتات درجة حرارة جسمها أو تخفضها عن طريق التبخر من خلال الثغور. - يمكن أن تمتص الأصباغ الموجودة في الأوراق بعض الطاقة الزائدة من الشمس وتبددها كحرارة. تساعد الأصباغ الصفراء والبرتقالية على حماية الأوراق من الإجهاد التأكسدي ، لكن في بعض الأحيان لا يمكن فعل الكثير حال أشعة الشمس القوية في يوم حار. - في درجات الحرارة العالية جدا، تفقد النباتات الماء بمعدل مرتفع مما يؤدي إلى الجفاف في النباتات ويسبب تشوه الإنزيم _enzyme_ _denaturation_، وتلف التمثيل الغذائي ، ونقص الماء مما يؤدي إلى تغيير شكل خلية النبات ، وبالتالي فإن النباتات التي تعيش في درجات حرارة عالية جدا تنظم درجة حرارتها عن طريق إنتاج بروتين الصدمة الحرارية _heat-shocked protein_. يحيط بروتين الصدمة الحرارية بالإنزيمات ومنع تشوه الإنزيم، ويلعب دورا أساسيا في النبات الذي يعيش في درجات حرارة عالية. ### تأثير تذبذب درجات الحرارة بين الليل والنهار Diurnal Temperature Variation DIF #### تشقق الثمار في الطماطم (Cracking (Bursting - تحدث عمليات التشقق ( التشقق الشعاعي والشقوق المركزية عند انفجار الطبقة المحيطة الثمرة، نتيجة لزيادة حجم مكونات الثمرة الداخلية عن معدلات نمو الطبقة الخارجية . بسبب أحد العوامل التالية: - ١ - الإفراط في التسميد وخصوصا بالكالسيوم - ٢ - materials الصلبة الذائبة (السكريات) - تقلبات الشديدة في درجة الحرارة أو سيادة الأجواء الحارة الجافة المتبوع بأمطار شديدة - ٤ - أو الري أو ارتفاع الماء الأرضي - ه - التقلبات الشديدة في رطوبة التربة - ٦ - زيادة كميات مياه الري - ٧ - عدم كفاية المجموع الخضري لحماية الثمار - ٨ - بعض أصناف الطماطم هي أكثر عرضة للتصدع من غيرها. ### التأثيرات البيئية الحرارية في الزراعات المحمية - يحدث ضرر عند انخفاض الحرارة وقربها من نقطة التجمد ويتفاوت الضرر حسب نوعية المحصول ، ولذلك قسمت النباتات الي : - ۱ - نباتات تموت عند تعرضها لدرجات حرارة من ٠,٥ - ٥ م لفترة ٦٠ ساعة ومثال لذلك النباتات الاستوائية ( الأرز - القطن وبعض المحاصيل لأخري ) . #### النضج الملطخ في ثمار الطماطم Blotchy ripening of tomato fruit - تبقى أجزاء من الفاكهة صفراء أو برتقالية إذ إنها لا تنضج مثل باقي الأجزاء. قد يكون العامل المسبب أحد النقاط التالية: - ١ - درجات حرارة أقل من ١٥ درجة مئويّة - ٢ - يحدث ضرر لبعض النباتات عند تعرضها للظروف السابقة، ولكنها تستعيد النشاط بعد زوال السبب ( ارتفاع درجات الحرارة ) مثال لذلك حشيشة الليمون والفول السوداني - ٣ - التربة المضغوطة وشديدة الرطوبة التي تمنع نظام الجذر مما يحد من نضج الثمار - ٤ - الأمراض الفيروسية - ٥ - غزو الذباب الأبيض ### التأثيرات البيئية الحرارية في الزراعات المحمية #### ندبة السحاب Zippering (zipper scar) - يظهر السحاب على شكل ندبة رقيقة أو أكثر بنية اللون تبدأ من ندبة الساق وتمتد لأسفل نحو نهاية زهر الثمرة. الندوب الصغيرة المستعرضة على طول الندبة الطولية تعطي الندبة بأكملها مظهرا يشبه السوستة. في بعض الأحيان سوف يتشكل ثقب في الموضع على طول الندبة. - يمكن أن يحدث بسبب درجات الحرارة المنخفضة وبطء نمو الفاكهة. - تختلف أصناف الطماطم في قابليتها لإصابتها بالندبات ### تأثير تذبذب درجات الحرارة بين الليل والنهار Diurnal Temperature Variation DIF #### الفشل في نضج الثمار عدم النضج) #### لفحة البرودة وجه القط Cat facing - هو أحد أشكال التشوهات الفسيولوجية التي تحدث أثناء تشكيل الزهور عند نهاية فترة التزهير للطماطم. يمكن أن يسببها - ١- انخفاض درجات الحرارة أثناء الإزهار - ٢ - التقلبات الشديدة في الرطوبة ، والطقس الممطر أو الغائم (شدة الضوء) مع الرطوبة العالية ، - ٣ - سبب هذا هو نقص الكالسيوم في الفاكهة النامية. - ٤ - والتخصيب النيتروجيني المرتفع، أو البوتاسيوم أو المغنيسيوم، الأمونيا + NH4 إلى زيادة فرص تعفن نهاية الزهرة ، خاصة في وقت مبكر من الموسم. - هـ والتقليم غير المناسب. ويزيد خطر العرض في الأصناف كبيرة الحجم من الطماطم - ودرجات الحرارة المنخفضة، وعدم كفاية كالسيوم التربة ، والتسميد المفرط بالنيتروجين ### أساسيات أنظمة التعديل البيئي في الزراعات المحمية - تهدف أنظمة التعديل البيئي في الزراعات المحمية إلى تحقيق التوازن بين عدة عوامل حيوية هي: درجة الحرارة، الرطوبة، ونسب الغازات، مما يعزز النمو الأمثل للنباتات ويحد من الأمراض النباتية. لضبط هذه العوامل، نستخدم آليات تهوية تتضمن التهوية الطبيعية والقسرية (