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(cè)資料，對(duì)冬、春季陽(yáng)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(jìn)行分析，并與傳統(tǒng)日光溫室進(jìn)行比較。結(jié)果表明：冬、春季陽(yáng)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(yáng)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(shí)和7時(shí)，而春季日最高氣溫推遲1小時(shí)，日最低氣溫提前1小時(shí)；冬、春季陰天時(shí)陽(yáng)屋面溫室內(nèi)日最大相對(duì)濕度均較傳統(tǒng)日光溫室高10%以上。陽(yáng)屋面溫室蓄熱、保溫性能更好，對(duì)喜溫蔬菜作物生長(zhǎng)有利，但高濕環(huán)境使作物病害風(fēng)險(xiǎn)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(hào)：S625.5+1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：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(guò)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(jìn)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(hù)及保溫性能好、經(jīng)濟(jì)效益顯著等優(yōu)點(diǎn)[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(yáng)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(guó)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(bào)道[2，3]，國(guó)內(nèi)學(xué)者則對(duì)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(duì)山東萊蕪地區(qū)日光溫室內(nèi)的溫、濕度變化特征進(jìn)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(bào)模型；楊丹等[10]建立了山東萊蕪地區(qū)地溫預(yù)報(bào)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(duì)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(duì)雙屋面日光溫室的陽(yáng)屋面室內(nèi)氣溫、濕度變化特征進(jìn)行分析研究，并與傳統(tǒng)日光溫室進(jìn)行比較，這對(duì)提高設(shè)施農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)水平，減輕氣象災(zāi)害對(duì)新型雙屋面日光溫室生產(chǎn)的影響，具有重要的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)意義。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)時(shí)間、地點(diǎn)

試驗(yàn)于2013年12月-2015年2月在山東省章丘市新品種新技術(shù)實(shí)驗(yàn)基地進(jìn)行。

1.2試驗(yàn)溫室

傳統(tǒng)日光溫室為單坡式結(jié)構(gòu)，坐北朝南，長(zhǎng)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(dá)到32℃時(shí)開(kāi)啟通風(fēng)口；溫室內(nèi)種植辣椒。

雙屋面日光溫室由陽(yáng)屋面溫室和陰屋面溫室共同構(gòu)成，兩者共用一個(gè)后墻，通過(guò)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(yáng)屋面溫室結(jié)構(gòu)、朝向、長(zhǎng)度、寬度、脊高、通風(fēng)口設(shè)置與傳統(tǒng)溫室一致；陽(yáng)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(lái)源

外界氣象要素監(jiān)測(cè)資料來(lái)源于章丘市自動(dòng)氣象觀測(cè)站。小氣候要素監(jiān)測(cè)分別在陽(yáng)屋面溫室及傳統(tǒng)日光溫室種植區(qū)內(nèi)進(jìn)行，采用美國(guó)WatchDog100從時(shí)間、空間上對(duì)溫度、濕度進(jìn)行測(cè)定。樣點(diǎn)布局：在種植區(qū)水平方向上采取棋盤(pán)式布局，均勻選取9個(gè)點(diǎn)，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(shí)。

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(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2003進(jìn)行整理，SAS 9.0進(jìn)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(yáng)屋面溫室內(nèi)氣溫變化特征分析

由圖1可知，冬季，陽(yáng)屋面溫室內(nèi)最高氣溫變化幅度較大，這與陽(yáng)屋面溫室能量積蓄主要依賴太陽(yáng)輻射有關(guān)；平均氣溫與最低氣溫變化趨勢(shì)基本一致，溫室內(nèi)沒(méi)有出現(xiàn)10℃以下的低溫。春季，陽(yáng)屋面溫室內(nèi)平均氣溫與最高氣溫變化趨勢(shì)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(shì)。

由圖2可知，冬、春季不同天氣類型下陽(yáng)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(shí)高近19℃，多云天與陰天時(shí)溫室內(nèi)夜間氣溫相差不大；春季，晴天時(shí)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(shí)，晴天溫室內(nèi)日最高氣溫較陰天時(shí)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(shí)。

2.2陽(yáng)屋面溫室內(nèi)濕度變化特征分析

由圖3可知，冬季，陽(yáng)屋面溫室內(nèi)平均相對(duì)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(shí)間短造成的，此外，陽(yáng)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(yáng)屋面溫室通風(fēng)加強(qiáng)，溫室內(nèi)平均相對(duì)濕度變化幅度較大，最高可達(dá)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(jiàn)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(duì)濕度呈現(xiàn)與氣溫相反的日變化趨勢(shì)，晴天和多云天時(shí)，揭苫后溫室內(nèi)濕度迅速降低，正午前后達(dá)到最低；多云天和陰天時(shí)，溫室內(nèi)夜間平均相對(duì)濕度均在90%以上，接近飽和。

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

均相對(duì)濕度迅速降低，在13時(shí)前后達(dá)到最低，并持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間，最低可達(dá)50%。

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

2.3.1季節(jié)變化對(duì)比分析由表1可知，冬季和春季陽(yáng)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(yáng)屋面溫室蓄熱、保溫能力均強(qiáng)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(zhǎng)。高溫環(huán)境往往引起高濕，冬、春季陽(yáng)屋面溫室內(nèi)平均相對(duì)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(yáng)屋面溫室與陰屋面溫室頻繁進(jìn)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(qiáng)也是造成高濕的一個(gè)原因。

2.3.2日變化對(duì)比分析由表2可知，冬季，不同天氣類型下陽(yáng)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(duì)濕度、日最大相對(duì)濕度及日最小相對(duì)濕度均高于傳統(tǒng)日光溫室。晴天時(shí)，陽(yáng)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(shí)陽(yáng)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(yáng)屋面溫室保溫、蓄熱能力更強(qiáng)；陰天時(shí)陽(yáng)屋面溫室內(nèi)日最大相對(duì)濕度比傳統(tǒng)日光溫室高11.4個(gè)百分點(diǎn)，顯著高于晴天和多云天時(shí)，這是由于冬季陰天時(shí)溫室?guī)缀醪煌L(fēng)造成的。

春季晴天時(shí)，陽(yáng)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(shí)，陽(yáng)屋面溫室內(nèi)日最大相對(duì)濕度比傳統(tǒng)日光溫室高約12.0個(gè)百分點(diǎn)，而晴天時(shí)陽(yáng)屋面溫室內(nèi)最小相對(duì)濕度比傳統(tǒng)日光溫室高近14個(gè)百分點(diǎn)，這是由于春季陰屋面溫室內(nèi)菌類進(jìn)入生長(zhǎng)高峰期，陽(yáng)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(jí)改造產(chǎn)品，在充分利用陽(yáng)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(jìn)一步提高了土地利用率，增加了菜農(nóng)經(jīng)濟(jì)收入，也為冬、春季全國(guó)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(shí)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(shí)段的小氣候變化特性。

（3）陽(yáng)屋面溫室與陰屋面溫室間進(jìn)行有序的氣體交換，對(duì)陽(yáng)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(yáng)屋面溫室內(nèi)空氣濕度過(guò)高是制約其推廣應(yīng)用的主要瓶頸之一。

（4）本研究?jī)H對(duì)陽(yáng)屋面溫室內(nèi)氣溫、濕度變化進(jìn)行了時(shí)間尺度的分析，并與傳統(tǒng)日光溫室氣溫、濕度特性進(jìn)行分析比較，空間尺度上對(duì)比分析仍需加強(qiáng)。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(kāi)廣泛的探索研究，為雙屋面日光溫室環(huán)境調(diào)控夯實(shí)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(yáng)輻射是中國(guó)北方日光溫室熱量的直接來(lái)源。陽(yáng)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(guò)接受太陽(yáng)輻射積蓄熱量，但由于陰屋面溫室對(duì)陽(yáng)屋面溫室起到一定的保溫作用，使陽(yáng)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(gè)冬、春季陽(yáng)屋面溫室內(nèi)沒(méi)有出現(xiàn)10℃以下的低溫，冬季晴天時(shí)陽(yáng)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(shí)陽(yáng)屋面溫室內(nèi)日最高氣溫比傳統(tǒng)日光溫室高4.0℃，對(duì)喜溫蔬菜作物生長(zhǎng)十分有利。

（2）冬季和春季不同天氣類型下陽(yáng)屋面溫室內(nèi)氣溫日變化均呈單峰曲線，而平均相對(duì)濕度則呈相反的日變化趨勢(shì)。冬、春季陽(yáng)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(shí)和7時(shí)，春季日最高氣溫較冬季推遲1小時(shí)，日最低氣溫提前1小時(shí)。

（3）冬、春季陽(yáng)屋面溫室與陰屋面溫室頻繁的氣體交換使得陽(yáng)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(wú)法在保證溫室熱量的前提下達(dá)到降濕目的，尤其是在冬、春季連續(xù)陰雨天氣時(shí)，溫室始終處在高濕狀態(tài)，給溫室作物生長(zhǎng)帶來(lái)較大的病害風(fēng)險(xiǎn)。

（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(duì)陽(yáng)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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