किसी फसल की उत्पादकता (productivity) न केवल उसकी आनुवंशिकता (heredity) से प्रभावित होती है बल्कि उसके आस-पास के सूक्ष्म जलवायु (microclimate) से भी प्रभावित होती है। फसल की सूक्ष्म जलवायु (crop microclimate) के घटक प्रकाश (light), तापमान (temperature), वायु संरचना (air compositions) और जड़ माध्यम (root medium) की प्रकृति हैं। खुले खेतों (open fields) में, जुताई (tillage), सिंचाई (irrigation) और उर्वरक के प्रयोग (fertilizer application) द्वारा केवल जड़ माध्यम (root medium) की प्रकृति में हेरफेर संभव है। ग्रीनहाउस (greenhouse) में बंद सीमाएं (closed boundaries) सूक्ष्म जलवायु (micro climate) के किसी एक या अधिक घटकों के नियंत्रण (control) की अनुमति देती हैं।
सौर विकिरण (solar radiation) का दृश्य प्रकाश (visible light) पौधों (plants) के लिए ऊर्जा (energy) का एक स्रोत (source) है। प्रकाश ऊर्जा (Light energy), कार्बन डाइऑक्साइड (carbon dioxide) (CO2) और पानी (water) सभी प्रकाश संश्लेषण (photosynthesis) की प्रक्रिया में प्रवेश करते हैं जिसके माध्यम से कार्बोहाइड्रेट (carbohydrates) बनते हैं। प्रकाश ऊर्जा (light energy) का उपयोग करके क्लोरोफिल (chlorophyll) की उपस्थिति में कार्बन डाइऑक्साइड (carbon dioxide) और पानी (water) से कार्बोहाइड्रेट (carbohydrates) का उत्पादन पौधों के विकास (plant growth) और प्रजनन (reproduction) के लिए जिम्मेदार है। प्रकाश संश्लेषण की दर (rate of photosynthesis) उपलब्ध उर्वरक तत्वों (fertilizer elements), पानी (water), कार्बन डाइऑक्साइड (carbon dioxide), प्रकाश (light) और तापमान (temperature) द्वारा नियंत्रित होती है।
प्रकाश संश्लेषण प्रतिक्रिया (photosynthesis reaction) को इस प्रकार दर्शाया जा सकता है:
CO2 + पानी (water) + प्रकाश ऊर्जा (light energy) ------------ कार्बोहाइड्रेट (carbohydrates) + ऑक्सीजन (oxygen)
क्लोरोफिल (Chlorophyll)
पौधों के पोषक तत्व (Plant nutrients)
CO2 गैस में ऑक्सीजन (oxygen) के साथ संयुक्त कार्बन (carbon) को उस अवस्था में कम करने के लिए काफी ऊर्जा की आवश्यकता होती है जिसमें वह कार्बोहाइड्रेट (carbohydrate) में मौजूद होता है। इस प्रकार उपयोग की जाने वाली प्रकाश ऊर्जा (light energy) कार्बोहाइड्रेट (carbohydrate) में फँस जाती है। यदि प्रकाश की तीव्रता (light intensity) कम हो जाती है, तो प्रकाश संश्लेषण (photosynthesis) धीमा हो जाता है और इसलिए विकास (growth) भी। यदि इष्टतम प्रकाश तीव्रता (optimal light intensities) से अधिक प्रदान किया जाता है, तो क्लोरोप्लास्ट (chloroplasts) में चोट (injury) के कारण विकास फिर से धीमा हो जाता है।
प्रकाश की तीव्रता (light intensity) को अंतर्राष्ट्रीय इकाई (international unit) द्वारा मापा जाता है जिसे लक्स (Lux) के रूप में जाना जाता है। यह आसपास की सतह (surrounding surface) पर प्रत्यक्ष रोशनी (direct illumination) है जो 1 अंतर्राष्ट्रीय मोमबत्ती (1 international candle) के एक समान बिंदु स्रोत (uniform point source) से एक मीटर दूर है। ग्रीन हाउस फसलों (Green house crops) को साफ गर्मी के दिनों (clear summer days) में 129.6klux से लेकर बादल वाले सर्दियों के दिनों (cloudy winter days) में 3.2 Klux तक की प्रकाश तीव्रता (light intensities) के अधीन किया जाता है। अधिकांश फसलों (most crops) के लिए, कोई भी स्थिति आदर्श नहीं है। कई फसलें प्रकाश संतृप्त (light saturated) हो जाती हैं, दूसरे शब्दों में, 32.2klux से अधिक प्रकाश तीव्रता (light intensities) पर प्रकाश संश्लेषण (photosynthesis) नहीं बढ़ता है। गुलाब (Rose) और कार्नेशन (carnation) के पौधे गर्मियों की प्रकाश तीव्रता (summer light intensities) के तहत अच्छी तरह से विकसित होंगे। सामान्य तौर पर, अधिकांश अन्य फसलों के लिए पर्णसमूह (foliage) गहरा हरा (deeper green) होता है यदि ग्रीनहाउस (greenhouse) को मध्य वसंत (mid spring) (मई) से मध्य पतझड़ (mid fall) (अगस्त और सितंबर) तक लगभग 40% तक छायांकित (shaded) किया जाता है। इस प्रकार, यह स्पष्ट है कि प्रकाश संश्लेषण (photosynthesis) की प्रकाश तीव्रता आवश्यकताएं (light intensity requirements) एक फसल से दूसरी फसल में काफी भिन्न होती हैं।
प्रकाश (Light) को नैनोमीटर (nanometers) (nm) में इसकी तरंग दैर्ध्य (wave length) के अनुसार वर्गीकृत (classified) किया गया है। प्रकाश संश्लेषण प्रक्रिया (photosynthesis process) में सभी प्रकाश उपयोगी नहीं होते हैं। यूवी प्रकाश (UV light) छोटी तरंग दैर्ध्य सीमा (shorter wavelength range) में उपलब्ध है, अर्थात 400nm से कम। इसकी बड़ी मात्रा पौधों (plants) के लिए हानिकारक (harmful) है। ग्लास स्क्रीन (Glass screens) अधिकांश यूवी प्रकाश (UV light) और 325nm की सीमा से नीचे के प्रकाश के लिए अपारदर्शी (opaque) होते हैं। दृश्य और सफेद प्रकाश (Visible and white light) की तरंग दैर्ध्य (wavelength) 400 से 700nm होती है। सुदूर लाल प्रकाश (Far red light) (700 से 750nm) प्रकाश संश्लेषण (photosynthesis) पैदा करने के अलावा, पौधों को प्रभावित करता है। लंबी तरंग दैर्ध्य (longer wavelengths) की अवरक्त किरणें (Infrared rays) पौधे की प्रक्रिया (plant process) में शामिल नहीं होती हैं। यह मुख्य रूप से प्रकाश का दृश्यमान स्पेक्ट्रम (visible spectrum) है जिसका उपयोग प्रकाश संश्लेषण (photosynthesis) में किया जाता है। नीले और लाल बैंड (blue and red bands) में, प्रकाश संश्लेषण गतिविधि (photosynthesis activity) अधिक होती है, जब पौधों को अकेले नीला प्रकाश (blue light) (छोटी तरंग दैर्ध्य) की आपूर्ति की जाती है, तो विकास (growth) मंद (retarded) हो जाता है, और पौधा कठोर और रंग में गहरा हो जाता है। जब पौधों को लाल बत्ती (red light) (लंबी तरंग दैर्ध्य) के तहत उगाया जाता है, तो वृद्धि नरम होती है और इंटर्नोड्स (internodes) लंबे होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप लंबे पौधे (tall plants) होते हैं। सभी तरंग दैर्ध्य (wavelengths) का दृश्य प्रकाश (Visible light) प्रकाश संश्लेषण (photosynthesis) में आसानी से उपयोग किया जाता है।
तापमान (Temperature) मौजूद गर्मी (heat) के स्तर का एक उपाय है। सभी फसलों की तापमान सीमा (temperature range) होती है जिसमें वे अच्छी तरह से विकसित हो सकती हैं। इस सीमा के नीचे, पौधे की जीवन प्रक्रिया (plant life process) ऊतक (tissue) के भीतर बर्फ के निर्माण (ice formation) के कारण रुक जाती है और कोशिकाएं (cells) संभवतः बर्फ के क्रिस्टल (ice crystals) द्वारा पंक्चर हो जाती हैं। ऊपरी चरम पर, एंजाइम (enzymes) निष्क्रिय (inactive) हो जाते हैं, और जीवन के लिए आवश्यक प्रक्रिया फिर से बंद हो जाती है। एंजाइम (Enzymes) जैविक प्रतिक्रिया उत्प्रेरक (biological reaction catalyst) हैं और गर्मी के प्रति संवेदनशील (heat sensitive) हैं। पौधे में सभी जैव रासायनिक प्रतिक्रियाएं (biochemical reactions) एंजाइमों (enzymes) द्वारा नियंत्रित होती हैं। एंजाइम (enzyme) द्वारा नियंत्रित प्रतिक्रियाओं (reactions) की दर अक्सर 10°C द्वारा तापमान के प्रत्येक वृद्धि के लिए दोगुनी या तिगुनी हो जाती है, जब तक कि इष्टतम तापमान (optimum temperature) नहीं पहुंच जाता। इसके अलावा, तापमान में वृद्धि प्रतिक्रिया को दबाने लगती है और अंततः इसे रोक देती है।
एक सामान्य नियम के रूप में, ग्रीन हाउस फसलों (green house crops) को दिन के तापमान (day temperature) पर उगाया जाता है, जो बादलों के दिनों (cloudy days) में रात के तापमान (night temperature) से 3 से 6°C अधिक होता है और साफ दिनों (clear days) में 8°C अधिक होता है। ग्रीन हाउस फसलों (green house crops) का रात का तापमान (night temperature) आम तौर पर 7 से 21°C की सीमा में होता है। प्राइमुला (Primula), मथिओला इकाना (mathiola incana) और कैल्सोलारिया (calceolaria) 7°C पर, कार्नेशन (carnation) और सिनेरेरिया (cineraria) 10°C पर, गुलाब (rose) 16°C पर, गुलदाउदी (chrysanthemum) और पॉइन्सेटिया (poinsettia) 17 से 18°C पर और अफ्रीकी वायलेट (African violet) 21 से 22°C पर सबसे अच्छा बढ़ता है।
चूंकि ग्रीन हाउस (green house) एक बंद स्थान (closed space) है, इसलिए इवापो-ट्रांसपिरेशन प्रक्रिया (evapo-transpiration process) द्वारा जोड़े गए नमी (moisture) के कारण परिवेशी वायु (ambient air) की तुलना में ग्रीन हाउस वायु (green house air) की सापेक्ष आर्द्रता (relative humidity) अधिक होगी। वेंटिलेशन (ventilation) के कारण ग्रीन हाउस (green house) से निकलने वाली हवा द्वारा इस नमी (moisture) का कुछ हिस्सा ले लिया जाता है। समझदार ताप इनपुट (Sensible heat inputs) भी कुछ हद तक हवा की सापेक्ष आर्द्रता (relative humidity) को कम करते हैं। ग्रीन हाउस (green houses) में वांछनीय सापेक्ष आर्द्रता स्तर (desirable relative humidity levels) को बनाए रखने के लिए, आर्द्रीकरण (humidification) या निरार्द्रीकरण (dehumidification) जैसी प्रक्रियाएं की जाती हैं। अधिकांश फसलों के लिए, सापेक्ष आर्द्रता (relative humidity) की स्वीकार्य सीमा 50 से 80% के बीच है। हालांकि पौधे प्रसार कार्य (plant propagation work) के लिए, 90% तक सापेक्ष आर्द्रता (relative humidity) वांछनीय हो सकती है।
गर्मियों (summer) में, दिन के समय समझदार गर्मी (sensible heat) के जुड़ने के कारण, और सर्दियों में ग्रीन हाउस की हवा के रात के तापमान (night time temperatures) को बढ़ाने के लिए, अधिक समझदार गर्मी (sensible heat) को जोड़ा जाता है जिससे हवा की सापेक्ष आर्द्रता (relative humidity) में कमी आती है। इस उद्देश्य के लिए, बाष्पीकरणीय शीतलन पैड (evaporative cooling pads) और आर्द्रीकरण की फॉगिंग प्रणाली (fogging system of humidification) का उपयोग किया जाता है। जब सापेक्ष आर्द्रता (relative humidity) उच्च पक्ष पर होती है, तो निरार्द्रीकरण (de- humidification) के लिए वेंटिलेटर (ventilators), रासायनिक डीह्यूमिडिफ़ायर (chemical dehumidifiers) और कूलिंग कॉइल (cooling coils) का उपयोग किया जाता है।
ग्रीन हाउस की हवा के तापमान को कम करने के लिए या कार्बन डाइऑक्साइड (carbon dioxide) की आपूर्ति को फिर से भरने के लिए या हवा की सापेक्ष आर्द्रता (relative humidity) को कम करने के लिए एक ग्रीन हाउस (green house) हवादार (ventilated) होता है। 35°C से ऊपर हवा का तापमान (Air temperatures) आम तौर पर ग्रीन हाउस (green house) में फसलों के लिए अनुकूल नहीं होता है। ग्रीन हाउस (green house) को पर्याप्त वेंटिलेशन (adequate ventilation) प्रदान करके वसंत (spring) और शरद ऋतु (autumn) के मौसम के दौरान ग्रीन हाउस (green house) हवा के तापमान को इस ऊपरी सीमा (upper limit) से नीचे लाना काफी संभव है। ग्रीन हाउस (green house) में वेंटिलेशन (ventilation) प्राकृतिक (natural) या मजबूर (forced) हो सकता है। छोटे ग्रीन हाउस (small green houses) (6m से कम चौड़े) के मामले में प्राकृतिक वेंटिलेशन (natural ventilation) वसंत (spring) और शरद ऋतु (autumn) के मौसम के दौरान काफी प्रभावी हो सकता है। हालांकि, हवा के तापमान (air temperature), आर्द्रता (humidity) और कार्बन डाइऑक्साइड के स्तर (carbon dioxide levels) पर सटीक नियंत्रण (precise control) रखने के लिए प्रशंसक वेंटिलेशन (fan ventilation) आवश्यक है।
कार्बन (Carbon) एक आवश्यक पौधा पोषक तत्व (essential plant nutrient) है और किसी भी अन्य पोषक तत्व (nutrient) की तुलना में पौधे में अधिक मात्रा में मौजूद है। पौधे के शुष्क पदार्थ (dry matter) का लगभग 40% कार्बन (carbon) से बना होता है। सामान्य परिस्थितियों (normal conditions) में, कार्बन डाइऑक्साइड (carbon dioxide) (CO2) 0.03% या 345ppm से थोड़ा ऊपर वायुमंडल (atmosphere) में गैस (gas) के रूप में मौजूद होता है। दिन के दौरान, जब प्राकृतिक प्रकाश (natural light) के तहत प्रकाश संश्लेषण (photosynthesis) होता है, तो ग्रीन हाउस (green house) में पौधे CO2 के स्तर को 200ppm से नीचे खींच लेते हैं। इन परिस्थितियों में, जब CO2 के परिवेश के स्तर (ambient levels) को बनाए रखने के लिए बाहरी हवा को लाया जाता है, तो घुसपैठ (infiltration) या वेंटिलेशन (ventilation) कार्बन डाइऑक्साइड के स्तर (carbon dioxide levels) को बढ़ाता है। यदि CO2 का स्तर परिवेश के स्तर (ambient levels) से कम है, तो CO2 पौधे के विकास (plant growth) को मंद (retard) कर सकता है। ठंडी जलवायु (cold climates) में, वेंटिलेशन (ventilation) प्रदान करके CO2 के परिवेश के स्तर (ambient levels) को बनाए रखना गैर-आर्थिक (un- economical) हो सकता है, क्योंकि उचित बढ़ते तापमान (proper growing temperatures) को बनाए रखने के लिए आने वाली हवा को गर्म करने की आवश्यकता होती है। ऐसे क्षेत्रों में, CO2 के साथ ग्रीन हाउस (green house) का संवर्धन (enrichment) किया जाता है। किसी दिए गए फसल के लिए आवश्यक सटीक CO2 स्तर अलग-अलग होगा, क्योंकि इसे ग्रीनहाउस उत्पादन (greenhouse production) में अन्य चर जैसे प्रकाश (light), तापमान (temperature), पोषक तत्व के स्तर (nutrient levels), कल्टीवेटर (cultivar) और परिपक्वता की डिग्री (degree of maturity) के साथ सहसंबद्ध होना चाहिए। अधिकांश फसलें 1000 से 1200 पीपीएम (ppm) पर CO2 का अनुकूल जवाब (respond favorably) देंगी।