雙屋面日光溫室春季環(huán)境因子變化規(guī)律

牛貞福+國(guó)淑梅+于安軍

摘要：為明確雙屋面日光溫室與普通日光溫室的環(huán)境因子在春季的變化和差異，采用農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)終端控制器對(duì)氣溫、土溫、相對(duì)濕度、光照強(qiáng)度、CO2濃度等進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。結(jié)果表明，不同日期內(nèi)南屋面日光溫室、北屋面日光溫室、普通日光溫室的日平均氣溫、10 cm日平均土溫差異不明顯；3種類(lèi)型日光溫室的日平均相對(duì)濕度、光照強(qiáng)度、CO2濃度等環(huán)境因子有所差異，北屋面日光溫室日平均空氣相對(duì)濕度為65.48%，南屋面日光溫室為55.35%，普通日光溫室為53.66%；北屋面日光溫室日平均光照強(qiáng)度最高，為56 103.13 lx，其次為普通日光溫室53 845.31 lx，南屋面日光溫室為53 204.69 lx；北屋面日光溫室日平均CO2濃度最高，為802.40 mg/kg，南屋面日光溫室為482.35 mg/kg，普通日光溫室為467.1 mg/kg。1 d內(nèi)雙屋面日光溫室的氣溫、土壤溫度較普通日光溫室穩(wěn)定；相對(duì)濕度差異不明顯，其中北屋面日光溫室在07：00前相對(duì)濕度較大；光照強(qiáng)度差異不明顯，其中南屋面日光溫室在17：00—20：00較低；CO2濃度相對(duì)較穩(wěn)定，其中北屋面日光溫室明顯高于南屋面日光溫室、普通日光溫室。

關(guān)鍵詞：雙屋面日光溫室；春季；環(huán)境因子

中圖分類(lèi)號(hào)： S625.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2016）11-0380-03

2014年，中國(guó)溫室設(shè)施面積達(dá)410.9萬(wàn)hm2，其中日光溫室為101.3萬(wàn)hm2，塑料大棚（含中棚）為187.5萬(wàn)hm2[1]，設(shè)施蔬菜面積達(dá)386.2萬(wàn)hm2，大城市蔬菜自給率仍不足30%[2]，如何在不增加投入的前提下提高日光溫室有限土地的利用率和蔬菜產(chǎn)量，是急需解決的問(wèn)題。從目前來(lái)看，雙屋面日光溫室是提高溫室土地利用率和設(shè)施蔬菜產(chǎn)量較好的模式之一，既可有效利用太陽(yáng)能和生物能，實(shí)現(xiàn)菜菜、菌菜之間生物代謝能量的互補(bǔ)交換及生物質(zhì)循環(huán)利用，又能節(jié)約能量和水資源，降低棚體建造成本[3]。

雙屋面日光溫室的建造國(guó)內(nèi)雖有報(bào)道，但大多集中于規(guī)劃和設(shè)計(jì)[4]、建造工藝[5]、栽培模式[6]、冬季環(huán)境變化和能量交換量[7]等內(nèi)容，對(duì)其春季環(huán)境變化方面未見(jiàn)報(bào)道，尤其是對(duì)北屋面日光溫室溫光性能及南北屋面日光溫室的空氣相對(duì)濕度、CO2濃度環(huán)境因子的動(dòng)態(tài)變化研究和分析，這限制了雙屋面日光溫室的周年合理利用。本研究針對(duì)雙屋面日光溫室的春季環(huán)境因子進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，以期為雙屋面日光溫室的春秋季蔬菜品種的合理安排、實(shí)現(xiàn)周年高效生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

研究對(duì)象為山東農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生態(tài)園的雙屋面日光溫室和普通日光溫室。雙屋面日光溫室是山東農(nóng)業(yè)工程學(xué)院根據(jù)蔬菜周年生產(chǎn)需要設(shè)計(jì)建造的。雙屋面日光溫室長(zhǎng) 90.00 m，總跨度19.20 m，其中，南北屋面日光溫室各設(shè)走道1.00 m，中間墻體和兩側(cè)山墻厚均為120 cm，墻兩端各為 24 cm 厚磚體，中間填充爐渣和珍珠巖，夯實(shí)建造而成。南屋面日光溫室采用熱鍍鋅鋼管作為骨架，矢高4.68 m，±0地面以上4.38 m，±0地面以下為30 cm水泥混凝土底座，后坡仰角45°，采光面角度120°，與地面夾角35°；北屋面日光溫室采用竹竿和水泥柱為骨架，矢高3.68 m，±0地面以上3.38 m，±0地面以下為 30 cm 水泥混凝土底座，仰角65°，與地面夾角35°[8]。雙屋面日光溫室建造見(jiàn)圖1。普通日光溫室設(shè)計(jì)建造同雙屋面日光溫室的南屋面日光溫室。

1.2 試驗(yàn)方法

采用山東農(nóng)業(yè)工程學(xué)院自主研發(fā)的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)終端控制器對(duì)雙屋面日光溫室和普通日光溫室春季環(huán)境因子進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)方式為南屋面日光溫室內(nèi)設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)5個(gè)，室中央1個(gè)，南北向距中央2.00 m處各1個(gè)，東西向距中央25.00 m處各1個(gè)[9]；北屋面日光溫室對(duì)應(yīng)設(shè)置5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。普通日光溫室監(jiān)測(cè)點(diǎn)同南屋面日光溫室。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為5個(gè)點(diǎn)平均值，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行見(jiàn)圖2。

1.3 數(shù)據(jù)采集

根據(jù)我國(guó)北方春季天氣特點(diǎn)，日光溫室在4月底基本不再覆蓋草苫，溫室內(nèi)通風(fēng)口不再關(guān)閉；考慮到溫室內(nèi)氣溫、空氣濕度、土溫（10 cm）、光照、CO2濃度等因素變化，選取5月10—13日、5月18—21日代表日光溫室春季環(huán)境，每日選取01：00、05：00、09：00、13：00、15：00、19：00、21：00等7個(gè)時(shí)間點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析雙屋面日光溫室環(huán)境春季環(huán)境因子的變化；選取5月12日（晴天）00：00—24：00的每個(gè)整點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析1天內(nèi)雙屋面日光溫室環(huán)境因子的變化。

2 結(jié)果與分析

2.1 雙屋面日光溫室與普通日光溫室不同時(shí)間的環(huán)境因子比較

2.1.1 平均空氣溫度 從圖3可見(jiàn)，南屋面日光溫室、北屋面日光溫室、普通日光溫室5月份平均氣溫差異不顯著，其中南屋面日光溫室日平均氣溫為16.63 ℃，北屋面日光溫室日平均氣溫為14.81 ℃，普通日光溫室日平均氣溫為15.71 ℃。

2.1.2 平均土壤溫度 從圖4可以看出，南屋面日光溫室、北屋面日光溫室和普通日光溫室在春季的10 cm土溫差異不明顯，其中南屋面日平均土溫為16.86 ℃，普通日光溫室為15.16 ℃，北屋面日光溫室為14.54 ℃。

2.1.3 平均空氣濕度 從圖5可以看出，北屋面日光溫室的日平均空氣濕度要高于南屋面日光溫室和普通日光溫室，北屋面日光溫室日平均空氣相對(duì)濕度為65.48%，南屋面日光溫室為55.35%，普通日光溫室為53.66%。南屋面日光溫室的日空氣相對(duì)濕度相比普通日光溫室升高1.69%，北屋面日光溫室則升高11.82%。

2.1.4 平均光照強(qiáng)度 從圖6可以看出，在春季3種日光溫室的日平均光強(qiáng)差異不明顯；不同時(shí)間的光照強(qiáng)度稍有差別，南屋面日光溫室日平均光照強(qiáng)度為53 204.69 lx，北屋面日光溫室為 56 103.13 lx，普通日光溫室為53 845.31 lx。

2.1.5 平均CO2濃度 從圖7可以看出，北屋面日光溫室的日平均CO2濃度與南屋面日光溫室和普通日光溫室差異顯著，北屋面日光溫室日平均CO2濃度為802.40 mg/kg，南屋面為482.35 mg/kg，普通日光溫室為467.1 mg/kg，南屋面日光溫室與普通日光溫室差異不顯著。

2.2 雙屋面日光溫室與普通日光溫室1 d內(nèi)環(huán)境因子變化

2.2.1 氣溫變化 從圖8可以看出，在08：00前南屋面日光溫室氣溫略高于北屋面日光溫室和普通日光溫室，在 09：00—17：00北屋面日光溫室溫度要略低于南屋面日光溫室和普通日光溫室，18：00—24：00時(shí)3種日光溫室的氣溫差異不明顯。

2.2.2 土壤溫度變化 從圖9可以看出，普通日光溫室1 d內(nèi)的土壤溫度變化較大，雙屋面日光溫室則較為穩(wěn)定。09：00前南屋面日光溫室土壤溫度高于北屋面日光溫室和普通日光溫室；10：00—19：00普通日光溫室土壤溫度明顯上升，高于雙屋面日光溫室；20：00—24：00普通日光溫室土壤溫度下降較快，而雙屋面日光溫室相對(duì)穩(wěn)定。

2.2.3 空氣相對(duì)濕度變化 從圖10可以看出，3種類(lèi)型日光溫室空氣濕度1 d內(nèi)變化趨勢(shì)一致，都是先下降再上升，其中在07：00前相對(duì)濕度最大，并且北屋面日光溫室高于南屋面日光溫室和普通日光溫室，07：00后3種日光溫室的相對(duì)濕度沒(méi)有明顯差異。

2.2.4 光照度變化 從圖11可見(jiàn)，1 d內(nèi)3種日光溫室在17：00前光照度無(wú)差異，17：00—20：00南屋面日光溫室略低于北屋面日光溫室和普通日光溫室，20：00 后無(wú)明顯差異。

2.2.5 CO2濃度變化 從圖12可以看出，1 d內(nèi)北屋面日光溫室的CO2濃度始終明顯高于普通日光溫室和南屋面日光溫室；16：00后南屋面日光溫室CO2濃度比普通日光溫室略高。

3 結(jié)論與討論

在環(huán)境因子監(jiān)測(cè)期間，日平均氣溫、10 cm日平均土溫從高到低依次為南屋面日光溫室、北屋面日光溫室、普通日光溫室，三者差異不明顯；南屋面氣溫比土壤溫度稍低，普通日光溫室和北屋面日光溫室的氣溫稍高于土溫。3種類(lèi)型日光溫室的日平均相對(duì)濕度、光照強(qiáng)度、CO2濃度等環(huán)境因子有所差異，北屋面日光溫室日平均空氣相對(duì)濕度為65.48%，南屋面日光溫室為55.35%，普通日光溫室為53.66%；北屋面日光溫室日平均光照強(qiáng)度最高，為56 103.13 lx，普通日光溫室為 53 845.31 lx，南屋面日光溫室為53 204.69 lx；北屋面日光溫室日平均CO2濃度最高，為802.40 mg/kg，南屋面為 482.35 mg/kg，普通日光溫室為467.1 mg/kg。

1 d內(nèi)雙屋面日光溫室的氣溫、土壤溫度較普通日光溫室穩(wěn)定；相對(duì)濕度差異不明顯，其中北屋面日光溫室在07：00前相對(duì)濕度較大；光照強(qiáng)度差異不明顯，其中南屋面在 17：00—20：00較低；CO2濃度相對(duì)較穩(wěn)定，其中北屋面日光溫室明顯高于南屋面日光溫室和普通日光溫室。

由于南屋面日光溫室與北屋面日光溫室共用一個(gè)墻體，雙屋面日光溫室土地利用率一般在80%以上，比普通日光溫室提高10%以上，設(shè)施投資可降低80%以上[10]。雙屋面日光溫室除在冬季以外，也可在春秋季節(jié)進(jìn)行設(shè)施蔬菜生產(chǎn)，以提高有限土地的復(fù)種指數(shù)和經(jīng)濟(jì)效益。目前，僅山東省日光溫室面積就有3.1×105 hm2，按50%采用雙屋面日光溫室計(jì)，可節(jié)省耕地1.55×104 hm2，應(yīng)用前景十分廣闊[11]。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，南屋面日光溫室的土壤溫度稍高于氣溫，可能與雙屋面日光溫室的蓄熱能力增大有關(guān)。北屋面日光溫室在春季日平均光照強(qiáng)度高于南屋面日光溫室，可能與春季日照時(shí)間較長(zhǎng)有關(guān)。北屋面日光溫室日平均相對(duì)濕度較普通日光溫室高，可在保障北屋面日光溫室溫度條件下，加大通風(fēng)，降低雙屋面日光溫室濕度[12]，也可在北屋面日光溫室種植喜濕蔬菜和菌類(lèi)；北屋面日光溫室日平均CO2濃度較高，在春秋季種植果菜類(lèi)蔬菜時(shí)，要防止發(fā)生徒長(zhǎng)現(xiàn)象，也可種植葉菜類(lèi)蔬菜。

1天內(nèi)雙屋面日光溫室的氣溫和土壤溫度較普通日光溫室穩(wěn)定，可能與雙屋面日光溫室容積增大有關(guān)，可以栽培生長(zhǎng)發(fā)育溫差較小的經(jīng)濟(jì)作物；南屋面日光溫室在16：00—24：00 CO2濃度略高于普通日光溫室，可能與南北屋面日光溫室氣體的交換有關(guān)，也可能與南屋面日光溫室溫度稍高有關(guān)，植物在高溫下呼吸作用旺盛，CO2釋放量較多。

南屋面日光溫室和北屋面日光溫室的墻體下部也可留換氣孔，進(jìn)而達(dá)到雙屋面日光溫室環(huán)境因子的一致，但換氣孔的具體高度、規(guī)格、密度也要充分考慮冬季和生產(chǎn)蔬菜（菌類(lèi)）的實(shí)際需要。

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