山東冬春季雙屋面日光溫室溫濕度變化特征研究

張繼波 李楠 薛曉萍 李鴻怡 徐桂華

摘要：利用2013年12月—2015年2月章丘雙屋面日光溫室內(nèi)小氣候觀測資料，對冬、春季陽屋面溫室內(nèi)氣溫、濕度的季節(jié)變化特征及不同天氣類型下的日變化規(guī)律進行分析，并與傳統(tǒng)日光溫室進行比較。結(jié)果表明：冬、春季陽屋面溫室內(nèi)最高氣溫變化幅度均較大，但均未出現(xiàn)10℃以下的低溫，春季易出現(xiàn)35℃以上的高溫天氣，最低氣溫較傳統(tǒng)日光溫室高1℃左右；冬、春季不同天氣類型下陽屋面溫室內(nèi)氣溫日變化均呈單峰曲線，溫室內(nèi)日最高氣溫和日最低氣溫均為晴天>多云天>陰天，冬季分別出現(xiàn)在13時和7時，而春季日最高氣溫推遲1小時，日最低氣溫提前1小時；冬、春季陰天時陽屋面溫室內(nèi)日最大相對濕度均較傳統(tǒng)日光溫室高10%以上。陽屋面溫室蓄熱、保溫性能更好，對喜溫蔬菜作物生長有利，但高濕環(huán)境使作物病害風(fēng)險提高。

關(guān)鍵詞：雙屋面日光溫室；山東；氣溫；濕度；冬春季

中圖分類號：S625.5+1文獻標(biāo)識號：A文章編號：1001-4942（2016）10-0129-05

山東是設(shè)施蔬菜生產(chǎn)大省，2014年設(shè)施蔬菜種植面積已經(jīng)超過90×104 hm2，其中，日光溫室蔬菜面積26.67×104 hm2[1]。溫室蔬菜在保障蔬菜均衡供應(yīng)、增加農(nóng)民收入、促進低碳農(nóng)業(yè)發(fā)展等方面發(fā)揮了重要作用。

雙屋面日光溫室有別于北方傳統(tǒng)日光溫室，以其土地利用率高、建造及改造成本低、墻體保護及保溫性能好、經(jīng)濟效益顯著等優(yōu)點[1]迅速成為北方新興的溫室形態(tài)，倍受廣大菜農(nóng)青睞。雙屋面日光溫室主要以菌菜種植模式為主，陽屋面溫室種植番茄、黃瓜、茄子、辣椒等喜溫蔬菜，陰屋面溫室采用搭架立體栽培，種植平菇、草菇、杏鮑菇等菌類。

目前，國外關(guān)于溫室內(nèi)環(huán)境模擬及調(diào)控等方面的研究已有報道[2，3]，國內(nèi)學(xué)者則對傳統(tǒng)日光溫室內(nèi)小氣候變化特征及其與外界環(huán)境的關(guān)系等方面研究較多[4-7]，如：王琪珍等[8]對山東萊蕪地區(qū)日光溫室內(nèi)的溫、濕度變化特征進行了分析；袁靜等[9]建立了山東壽光冬季日光溫室內(nèi)低溫預(yù)報模型；楊丹等[10]建立了山東萊蕪地區(qū)地溫預(yù)報模型。這些研究均為北方傳統(tǒng)日光溫室蔬菜生產(chǎn)提供了理論依據(jù)。

迄今為止，多數(shù)研究主要集中于北方傳統(tǒng)日光溫室內(nèi)氣象要素的特征分析及模擬研究，對雙屋面日光溫室內(nèi)小氣候變化特征的研究較少。本研究對雙屋面日光溫室的陽屋面室內(nèi)氣溫、濕度變化特征進行分析研究，并與傳統(tǒng)日光溫室進行比較，這對提高設(shè)施農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)水平，減輕氣象災(zāi)害對新型雙屋面日光溫室生產(chǎn)的影響，具有重要的社會和經(jīng)濟意義。

1材料與方法

1.1試驗時間、地點

試驗于2013年12月-2015年2月在山東省章丘市新品種新技術(shù)實驗基地進行。

1.2試驗溫室

傳統(tǒng)日光溫室為單坡式結(jié)構(gòu)，坐北朝南，長54 m，種植區(qū)跨度10 m，脊高5.4 m，頂部覆蓋聚乙烯薄膜，薄膜上面覆蓋棉被；溫室頂部留有通風(fēng)口，當(dāng)室內(nèi)氣溫達到32℃時開啟通風(fēng)口；溫室內(nèi)種植辣椒。

雙屋面日光溫室由陽屋面溫室和陰屋面溫室共同構(gòu)成，兩者共用一個后墻，通過上、下兩排通風(fēng)口連接為一體，下通風(fēng)口距地面1.0 m，上通風(fēng)口距地面2.4 m，均為直徑30 cm的圓形通風(fēng)口；其中，陽屋面溫室結(jié)構(gòu)、朝向、長度、寬度、脊高、通風(fēng)口設(shè)置與傳統(tǒng)溫室一致；陽屋面溫室內(nèi)種植辣椒，陰屋面溫室種植平菇。

1.3數(shù)據(jù)來源

外界氣象要素監(jiān)測資料來源于章丘市自動氣象觀測站。小氣候要素監(jiān)測分別在陽屋面溫室及傳統(tǒng)日光溫室種植區(qū)內(nèi)進行，采用美國WatchDog100從時間、空間上對溫度、濕度進行測定。樣點布局：在種植區(qū)水平方向上采取棋盤式布局，均勻選取9個點，分別于距地表0、1.0、1.5 m高度處采集數(shù)據(jù)，采集頻次均為1小時。

1.4數(shù)據(jù)處理與分析

為研究日光溫室內(nèi)的小氣候要素在不同天氣狀況下的變化規(guī)律，選用按日照百分率（S）劃分的方法[5]，即依S≥0.6、0.2試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2003進行整理，SAS 9.0進行方差分析，采用鄧肯氏新復(fù)極差法分析不同處理間差異顯著性。

2結(jié)果與分析

2.1陽屋面溫室內(nèi)氣溫變化特征分析

由圖1可知，冬季，陽屋面溫室內(nèi)最高氣溫變化幅度較大，這與陽屋面溫室能量積蓄主要依賴太陽輻射有關(guān)；平均氣溫與最低氣溫變化趨勢基本一致，溫室內(nèi)沒有出現(xiàn)10℃以下的低溫。春季，陽屋面溫室內(nèi)平均氣溫與最高氣溫變化趨勢基本一致，最高氣溫變化幅度大于冬季，易出現(xiàn)35℃以上的高溫天氣，最低氣溫則呈穩(wěn)步升高的趨勢。

由圖2可知，冬、春季不同天氣類型下陽屋面溫室內(nèi)氣溫日變化均呈單峰曲線，且表現(xiàn)為晴天>多云天>陰天。冬季，晴天溫室內(nèi)日最高氣溫較陰天時高近19℃，多云天與陰天時溫室內(nèi)夜間氣溫相差不大；春季，晴天時溫室內(nèi)日最高氣溫與冬季相近，而日最低氣溫較冬季高近2℃，日最高氣溫顯著高于多云天和陰天時，晴天溫室內(nèi)日最高氣溫較陰天時高近15℃，晴天和多云天夜間氣溫相差不大，并顯著高于陰天時。

2.2陽屋面溫室內(nèi)濕度變化特征分析

由圖3可知，冬季，陽屋面溫室內(nèi)平均相對濕度始終保持在較高水平，1月下旬至2月略有降低，但仍在80%以上，這主要是由于冬季溫室內(nèi)氣溫低、通風(fēng)時間短造成的，此外，陽屋面溫室與陰屋面溫室氣體交換也是造成溫室內(nèi)濕度較高的原因之一。

春季，溫室內(nèi)升溫快，陽屋面溫室通風(fēng)加強，溫室內(nèi)平均相對濕度變化幅度較大，最高可達飽和，最低可降至30%左右，這與春季溫室大通風(fēng)有關(guān)，且春季常見的連續(xù)陰雨天氣也易造成溫室高濕環(huán)境。

由圖4可知，冬季，不同天氣類型下溫室內(nèi)平均相對濕度呈現(xiàn)與氣溫相反的日變化趨勢，晴天和多云天時，揭苫后溫室內(nèi)濕度迅速降低，正午前后達到最低；多云天和陰天時，溫室內(nèi)夜間平均相對濕度均在90%以上，接近飽和。

春季，隨著外界氣溫升高，陽屋面溫室與陰屋面溫室氣體交換頻繁，而陽屋面溫室為自然通風(fēng)，無法在短時間內(nèi)實現(xiàn)保溫降濕或降溫降濕的目的。多云天和陰天時，溫室內(nèi)夜間平均相對濕度均在90%以上；晴天和多云天揭苫后，溫室內(nèi)平

均相對濕度迅速降低，在13時前后達到最低，并持續(xù)較長時間，最低可達50%。

2.3陽屋面溫室與傳統(tǒng)日光溫室內(nèi)溫濕度變化特征對比分析

2.3.1季節(jié)變化對比分析由表1可知，冬季和春季陽屋面溫室內(nèi)平均氣溫、最低氣溫及最高氣溫均高于傳統(tǒng)日光溫室，且春季高于冬季，表明：冬、春季陽屋面溫室蓄熱、保溫能力均強于傳統(tǒng)日光溫室，春季增溫效果更顯著，更有利于反季節(jié)喜溫作物生長。高溫環(huán)境往往引起高濕，冬、春季陽屋面溫室內(nèi)平均相對濕度顯著高于傳統(tǒng)日光溫室，且春季高于冬季，這可能是由于冬、春季陽屋面溫室與陰屋面溫室頻繁進行氣體交換造成的；此外，溫室內(nèi)氣溫高，作物蒸騰、土壤蒸發(fā)強也是造成高濕的一個原因。

2.3.2日變化對比分析由表2可知，冬季，不同天氣類型下陽屋面溫室內(nèi)日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫、日平均相對濕度、日最大相對濕度及日最小相對濕度均高于傳統(tǒng)日光溫室。晴天時，陽屋面溫室內(nèi)日平均氣溫比傳統(tǒng)日光溫室高2.3℃；多云天和陰天時陽屋面溫室內(nèi)日最低氣溫顯著高于傳統(tǒng)日光溫室，表明陽屋面溫室保溫、蓄熱能力更強；陰天時陽屋面溫室內(nèi)日最大相對濕度比傳統(tǒng)日光溫室高11.4個百分點，顯著高于晴天和多云天時，這是由于冬季陰天時溫室?guī)缀醪煌L(fēng)造成的。

春季晴天時，陽屋面溫室內(nèi)日最高氣溫較傳統(tǒng)日光溫室高4.0℃，顯著高于多云天和陰天；不同天氣類型下日最低氣溫均較傳統(tǒng)日光溫室高1.0℃左右，相差不大；多云天和陰天時，陽屋面溫室內(nèi)日最大相對濕度比傳統(tǒng)日光溫室高約12.0個百分點，而晴天時陽屋面溫室內(nèi)最小相對濕度比傳統(tǒng)日光溫室高近14個百分點，這是由于春季陰屋面溫室內(nèi)菌類進入生長高峰期，陽屋面溫室與陰屋面溫室氣體交換加劇造成的。

3討論

（1）雙屋面日光溫室作為北方傳統(tǒng)日光溫室的升級改造產(chǎn)品，在充分利用陽屋面溫室吸收光熱資源基礎(chǔ)上引入陰屋面溫室種植耐陰作物或養(yǎng)殖牲畜，將以往荒置或效益不高的溫室背陰面充分利用，進一步提高了土地利用率，增加了菜農(nóng)經(jīng)濟收入，也為冬、春季全國蔬菜供應(yīng)提供保障。

（2）本研究應(yīng)用的溫室內(nèi)氣象資料采集頻率為每小時1次，可以較好地反映溫室內(nèi)氣溫、濕度的變化特征，今后應(yīng)將數(shù)據(jù)采集頻率設(shè)置為10或5分鐘1次，從而，更為精確地探究溫室內(nèi)不同時段的小氣候變化特性。

（3）陽屋面溫室與陰屋面溫室間進行有序的氣體交換，對陽屋面溫室的蔬菜作物及陰屋面溫室的菌類均較為有利，但頻繁的氣體交換造成陽屋面溫室內(nèi)空氣濕度過高是制約其推廣應(yīng)用的主要瓶頸之一。

（4）本研究僅對陽屋面溫室內(nèi)氣溫、濕度變化進行了時間尺度的分析，并與傳統(tǒng)日光溫室氣溫、濕度特性進行分析比較，空間尺度上對比分析仍需加強。此外，溫室內(nèi)地溫、輻射及CO2濃度等是組成溫室小氣候的重要因素，今后應(yīng)在這些方面展開廣泛的探索研究，為雙屋面日光溫室環(huán)境調(diào)控夯實理論基礎(chǔ)，為今后雙屋面日光溫室的推廣應(yīng)用及科學(xué)管理提供理論依據(jù)。

4結(jié)論

（1）太陽輻射是中國北方日光溫室熱量的直接來源。陽屋面溫室與傳統(tǒng)日光溫室基本結(jié)構(gòu)基本一致，均通過接受太陽輻射積蓄熱量，但由于陰屋面溫室對陽屋面溫室起到一定的保溫作用，使陽屋面溫室具有較傳統(tǒng)日光溫室更好的保溫、蓄熱能力。整個冬、春季陽屋面溫室內(nèi)沒有出現(xiàn)10℃以下的低溫，冬季晴天時陽屋面溫室內(nèi)日平均氣溫比傳統(tǒng)日光溫室高2.3℃，春季晴天時陽屋面溫室內(nèi)日最高氣溫比傳統(tǒng)日光溫室高4.0℃，對喜溫蔬菜作物生長十分有利。

（2）冬季和春季不同天氣類型下陽屋面溫室內(nèi)氣溫日變化均呈單峰曲線，而平均相對濕度則呈相反的日變化趨勢。冬、春季陽屋面溫室內(nèi)日最高氣溫和日最低氣溫均為晴天>多云天>陰天，冬季日最高氣溫和日最低氣溫分別出現(xiàn)在13時和7時，春季日最高氣溫較冬季推遲1小時，日最低氣溫提前1小時。

（3）冬、春季陽屋面溫室與陰屋面溫室頻繁的氣體交換使得陽屋面溫室內(nèi)濕度顯著高于傳統(tǒng)日光溫室，而北方溫室現(xiàn)有通風(fēng)條件下無法在保證溫室熱量的前提下達到降濕目的，尤其是在冬、春季連續(xù)陰雨天氣時，溫室始終處在高濕狀態(tài)，給溫室作物生長帶來較大的病害風(fēng)險。

（4）揭蓋草苫、通風(fēng)、灌溉、與陰屋面溫室的換氣等農(nóng)事管理措施均對陽屋面溫室內(nèi)小氣候產(chǎn)生較大影響，是溫室內(nèi)氣溫、濕度變化特征形成的關(guān)鍵。

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