大棚型日光温室光照_温度及湿度等性能的初步研究

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大棚型日光温室

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光照、温度及湿度等性能的初步研究

■ 王明喜，崔世茂**，王红彬，李志鑫，李海涛，张 鑫，胡 博，张雪冰，张晓蒙 （内蒙古农业大学农学院 010019）

节能日光温室为改善中国北方冬春季节蔬菜、瓜果的供应做出了重大贡献，具有很好的可持续发展性。目前蔬菜设施主要以带后墙的日光温室、塑料大棚为主，尤其是日光温室由于冬季基本不需加温即能进行蔬菜生产，因而得到了广泛的推广。

日光温室虽然冬季保温性能好，但在中国北方高寒地区，冬季只能生产抗寒的叶菜类蔬菜，附加值较高的果类菜却很难达到优质高产的目的；而在春、夏、秋生产旺季，由于日光温室后墙的遮挡，温室内光照较差，影响作物的产量与质量。随着设施园艺的发展，日光温室结构优化是进行日光温室蔬菜、花卉等高产、高效、优质、节能栽培的前提。

塑料大棚光照条件较好，但冬季保温性能较差，不能进行蔬菜生产，而日光温室与塑料大棚相比，冬季保温效果好。如在适宜的地区把两者的优点结合起来，不但能提高夏季蔬菜的产量和品质，而且冬季仍可以进行蔬菜生产，从而可以提高菜农的经济效益。大棚型日光温室即是基于以上目的设计建造的。本文对大棚型日光温室的光照、温湿度等性能进行了比较全面的测定和分析，为今后日光温室的合理设计及科学种植提供参考。

室）（图2）和普通塑料大棚（图3）。所用覆盖塑料膜均采用北京华盾塑料有限公司生产的0.08 mm厚普通塑料膜。① 大棚型日光温室主要技术参数：温室跨度9 m，脊高3.9 m，长80 m，主要采光面角度为26.5°，方位为偏西5°。冬季保温棉被覆盖，电动卷帘机起放棉被。② 普通日光温室主要技术参数：温室跨度6.5 m，脊高3.1 m，长50 m，主要采光面角度为25.5°，方位为偏西5°。冬季草帘覆盖，人工起放草帘。③ 普通塑料大棚的主要技术参数：大棚跨度10 m，高度2.5 m，长度70 m，南北走向。冬季不使用。

1.2 试验方法

① 光照度的测定：测定仪器采用上海嘉定学联仪表厂生产的ZDS-10型自动换档数字式照度计。分别在试验用设施（温室、大棚）内中央南北方向距地面1 m高处设3 个观测点：距设施前（南）端1 m处；设施中间；距设施后墙1 m处。从2006 年4 月开始，每月上、中、下旬的晴天测定3 次，每次测定时间为8：00~18：00（冬季12~3 月从上午9：00掀开棉被始，下午17：00盖棉被止），每间隔1 h记录一次光照度数据，连续测定1 年。2007 年4 月开始重复以上测定。② 温、湿度的测定：测定仪器采用浙江大学生产的ZDR-20型自动记录仪，分别在试验用设施内中央距地面1 m高处设

１　材料与方法

1.1 试验材料

本试验于2006 年4 月~2008 年3 月在内蒙古呼和浩特市大台村蔬菜良种站进行。试验用温室为新设计的大棚型日光温室。其温室拱架按砖墙日光温室角度和建造要求用钢管和圆钢焊接做成，后坡及后墙和东西山墙亦用钢筋材料焊接做成拱圆形（图1）。冬季后坡及后墙和东西山墙用保温棉被覆盖。对照采用当地砖墙日光温室（以下简称普通日光温

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图3 普通塑料大棚结构图图2 普通日光温室结构图图1 大棚型日光温室结构图

置一个观测点进行温湿度观测。从2006 年4 月开始，每月上、中、下旬进行测定，每次测定时间为8：00~18：00（冬季测定全天），每间隔1 h记录一次温、湿度数据，连续测定1 年。2007 年4 月开始重复以上测定。

由于塑料大棚冬季（12~3 月）不能进行生产，故此期内不进行相关指标的测定。

２　结果与分析

2.1 光照条件

不同月份大棚型日光温室和普通日光温室不同部位平均光照度的差异

图4所示为2007 年4 月到2008 年3 月一年内不同季度大棚型日光温室和普通日光温室不同部位平均光照度的测定结果。该图按一年当中的四个季度分别取设施内前、中、后3 个观测点在各个季度中的光照度平均值作图。由图中可以看出，一年当中，大棚型日光温室在各个观测点的光照度均高于普通日光温室，尤其是后部的光照度更为

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突出。大棚型日光温室在12~5 月份后部观测点光照度明显比前、中观测点偏低，而在6~11 月，温室内3 个观测点的光照度则无显著差异，这是因为大棚型日光温室在12~5 月份覆盖保温棉被，影响了后部的光照。而普通型日光温室在一年当中3 个观测点光照度差异较大，中部光照度最高，后部光照度明显偏低，说明后墙对温室后部光照的影响很大。在3~5 月份的春季，温室前部、中部及后部，大棚型日光温室的平均光照度比普通日光温室分别提高6.4%、11.2%和16.3%；在6~8 月份的夏季，分别提高16.9%、13.4%和45.1%；在9~11 月份的秋季，分别提高20.5%，16.6%和50.1%；在12~2 月份的冬季，分别提高7.3%，5.5%和19.0%。由此可以看出，大棚型日光温室在温室的前部、中部及后部的光照度均优于普通日光温室，在春夏秋主要生产季节尤为突出。

2.2 不同类型温室不同时期温度比较

图6是2007 年4 月~2008 年3 月（普通大棚观测了4~11 月份的光照度）各月份不同结构温室温度变化的测定结果。为了测定大棚型温室冬季的保温性能，冬季的3 个月份测定了一天当中连续24 h的温度，其他月份为一天当中的8：00~18：00的温度，春夏秋各月份按季度合并计算平均值。从图6可以看出，大棚型日光温室在全年午间温度均比普通日光温室高，这与其采光条件较好有很大关系。在冬季12、1、2三个月份中，大棚型日光温室与普通日光温室温度变化趋势基本一致，即早晚温度较低，午间温度偏高，偏高幅度为2~10 ℃。在外界气温最低的1 月份，外界气温最低达-17.6 ℃时，大棚型日光温室内温度为-1.2 ℃，较普通日光温室低2.5 ℃，而午间温度却比普通日光温室高2.1 ℃。这与大棚型日光温室内光照度较高有关，白天升温较快，但由于后部的棉被保温性能不如砖墙，夜间温度较普通日光温室略有降低。3~5 月份，大棚型日光温室与普通日光温室内温度均显著高于普通大棚，这是因为在此期间普通大棚外部除塑料外无其他保温材料。6~8 月份，各设施内温度较为接近，这与该阶段外界温度较高，设施放风管理有关。9~11 月份与3~5 月份趋势一致。

图4 2007 年4 月~2008 年3 月大棚型日光温室和普通日光温室平均光照条件对比

不同类型温室不同时期光照度比较

图5为大棚型日光温室、普通大棚、普通日光温室以及外界2007 年4 月~2008 年3 月（普通大棚观测了4~11 月份的光照度）各阶段平均光照度的比较图。由于3 月份普通大棚没有测光照度，所以12~3 月份的观测数据合在了一起。从图中可以看出，大棚型日光温室与普通塑料大棚的光照条件基本相近，略高于普通塑料大棚。大棚型日光温室的光照度在全年各月份均高于普通日光温室，其中在12~3 月份略有提高，在4~11 月份主要生产季节则明显提高。大棚型日光温室的平均光照度与普通日光温室相比，在4~11 月份提高了24.9%~34.4%，在12~3 月份提高了10.3%。可见大棚型日光温室的光照条件在春秋季主要生产季节均较普通日光温室有较大改善。

图6 2007 年4 月~2008 年3 月份温度对比

图5 2007 年4 月~2008 年3 月份平均光照度对比

图7 2007 年4 月~2008 年3 月份湿度比较

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2.3 不同类型温室湿度比较

图7为大棚型日光温室、普通大棚、普通日光温室以及外界2007 年4 月~2008 年3 月各个季度平均湿度的比较图。从图中可以看出，12~2 月与3~5 月的低温时期，各设施内的相对湿度较大，而在夏秋季各设施内相对湿度较低，这与一般设施生产中湿度变化规律基本一致。大棚型日光温室在一年当中大部分时期湿度较高。未放风的情况下，温室内的湿度与其光照条件及温度密切相关，而放风后此二种因素的影响就很微弱了。因为各温室内部浇水、放风管理一致，所以湿度与温室的密封性及光照呈正相关。湿度的数据由于放风而显得有些不规则，但整体来说是随着温度升高而降低，所以早晚较高，午间较低。6~8 月各设施内的湿度相差不明显，这与此期间放风时间较长、次数较多有关。

３　讨　论

3.1 温室性能的几个主要指标

温室的性能指标主要指温室的透光性能和温室的保温性能。温室是采光建筑，因而透光率是评价温室透光性能的一项最基本指标。透光率是指透进温室内的光照量与室外光照量的百分比。温室透光率受温室透光覆盖材料透光性能和温室骨架阴影率的影响，而且随着不同季节太阳光照角度的不同，温室的透光率也在随时变化。与普通日光温室比较，温室透光率的高低就成为作物生长和选择种植作物品种的直接影响因素。大棚型日光温室由于无后墙的遮挡，加之比普通日光温室采光角度大，因而进入设施的光照量与室外光照量的百分比大。所以大棚型日光温室的透光率比较好。

加温耗能是温室冬季运行的主要障碍。提高温室的保温性能，降低能耗，是提高温室生产效益的最直接手段。温室的保温比是衡量温室保温性能的一项基本指标，温室保温比指热阻较小的温室透光材料覆盖面积与热阻较大的温室围护结构覆盖面积和地面积之和的比。保温比越大，说明温室的保温性能越好。大棚型日光温室的设计弧度与普通日光温室相当，冬季加装保温棉被，所以温室保温比与普通日光温室相当，比塑料大棚要高。但由于后墙的保温效果要略高于棉被，因而大棚型日光温室的保温性能要略弱于普通日光温室。从实际测量数据看，大棚型日光温室在冬季的最低温度较普通日光温室低2.5 ℃。

3.2 光照条件与光合作用及作物产量和品质的关系

光照是植物光合作用不可缺少的条件之一。设施内的光照分为直射光和散射光，散射光照度虽小，但所含成分主要是植物叶绿素吸收利用较多的红、橙、蓝、紫光。普通日光温室虽然比大棚型日光温室冬季保温性能好，但到春、夏、秋季却因后墙和后坡遮挡散射光和部分直射光，严重地影响了作物的光合作用，这也是我国普通日光温室周年黄瓜产量只有15~25 kg/m2，远远不及国外大型连栋温室45~75 kg/m2的主要原因之一。目前设施栽培的作物对光能的利用率只有6%~8%，中国人均耕地少，今后农业生产的根本出路就在于提高单位面积产量，而提高产量就必须提高作物对光能的利用率。大棚型日光温室由于无后墙的遮挡、采光角度大的优势，在春夏秋季可以有效地克服普通日光温室光能利用率低的不足，从而提高设施作物的产量和品质。

3.3 温湿度与设施生产的关系

温湿度是影响作物生长的主要因子，也是设施栽培力图控制的主要因子。一般来讲，对设施内的温湿度管理，必须结合作物种类、生长时期等不同而有所改变。

http://www.77cn.com.cn各类蔬菜对于温度的要求都有一定的范围，即最高温、最低温和最适温。如果某种蔬菜超过了它可以忍耐的最高温或最低温的界限，其生理活动就会受到阻碍，甚至导致植株的死亡。各类蔬菜按其对温度的要求范围可以分为以下五类：耐寒性蔬菜、半耐寒性蔬菜、耐寒适应性比较广的蔬菜、喜温性蔬菜及耐热性蔬菜。其中耐寒性蔬菜地上部分可长期忍耐-1~-2 ℃低温，短期可忍耐-3~-5 ℃，生长发育最适宜的温度为18 ℃左右，例如甘蓝、菠菜、大葱和油菜等均属于这类蔬菜。喜温性蔬菜在生长发育阶段低于10~15 ℃则影响作物花芽分化和开花结果，生长最适宜的温度为18~35 ℃。例如菜豆、生姜、黄瓜及茄果类等均属于这类蔬菜。大棚型日光温室在呼和浩特冬季最冷的1 月份，最低温度为-1.2 ℃，最高温度为17.7 ℃，可满足耐寒性蔬菜对温度的要求。大棚型日光温室在春夏秋三季最低温在10 ℃以上，最高温在35 ℃左右，可以满足喜温性蔬菜对温度的要求。

设施内的空气湿度是由土壤水分的蒸发和植物体内水分的蒸腾形成的。设施内作物由于生长势强，代谢旺盛，作物叶面积指数高，通过蒸腾释放出大量水蒸气，在密闭情况下水蒸气很快达到饱和，空气相对湿度比露地栽培要高得多。高湿，是农业设施湿度环境的突出特点。特别是设施内夜间随着气温的下降相对湿度逐渐增大，往往能达到饱和状态。

蔬菜是我国设施栽培面积最大的作物，不同蔬菜种类和品种以及不同生育时期对湿度要求不尽相同，多数蔬菜光合作用适宜的空气相对湿度为60%~85%，低于40%或高于90%时，光合作用会受到阻碍，从而使生长发育受到不良影响。大棚型日光温室的湿度除全年均较高，通过合理管理可以满足大部分蔬菜生产对湿度的要求。

3.4 大棚型日光温室冬季进行蔬菜生产的实用性

目前，我国北方地区的普通日光温室冬季在不加温的条件下，可以进行蔬菜生产，但主要只能进行耐低温的叶菜类和个别喜温作物如黄瓜的生产。本项研究中新设计的大棚型日光温室，其角度与普通日光温室接近，外部覆盖保温材料，冬季不加温，在呼和浩特冬季最寒冷的1 月份，外界气温最低达-17.6 ℃时，大棚型日光温室内温度为-1.2 ℃，仅比普通日光温室低2.5 ℃，在这样的温度环境下，耐寒性叶菜类完全可以安全地生长，而实际生产情况也是如此。

大棚型日光温室的设计初衷是为北方地区蔬菜春夏秋主要生产季节改善光照条件，增加产量，提高品质，而冬季又不闲置。所以，大棚型日光温室除了进行蔬菜作物春夏秋主要生产季节的生产外，同时还具有冬季进行耐寒类蔬菜生产的实用性。

４　结　论

通过对大棚型日光温室、普通日光温室以及普通塑料大棚的光照、温度、湿度等性能指标的观测，得出如下结论：① 大棚型日光温室的光照条件，特别是温室后部的光照度，在全年均高于普通日光温室，主要生产季节略高于普通塑料大棚。在春夏秋主要生产季节光照条件较普通日光温室有较大提高。② 大棚型日光温室冬季最低温度低于普通日光温室2.5 ℃左右，为-1.2 ℃；午间温度高于普通日光温室，高出2~10 ℃。③ 综上所述，大棚型日光温室在春夏秋主要生产季节中，光照、温度、湿度条件适合于喜温类蔬菜的生长，良好的光照条件，为设施蔬菜获得优质高产提供了保证。而在冬季，可以进行耐寒性叶菜类蔬菜的生产。■

[参考文献略]

＊ 基金项目：内蒙古自然基金 200508010302

＊＊ 通讯作者：崔世茂，教授，博士生导师，内蒙古农业大学农学院（010019）。

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