桂南地區冬季單棟塑料大棚小氣候特征分析

范萬新 陳丹 梁運波 劉啟輝 韋志林 梁萍

（1.廣西氣候中心，廣西南寧，530022；2.廣西農業職業技術學院）

桂南地區冬季單棟塑料大棚小氣候特征分析

范萬新1陳丹2梁運波2劉啟輝2韋志林2梁萍2

（1.廣西氣候中心，廣西南寧，530022；2.廣西農業職業技術學院）

對單棟塑料大棚內外的冬季小氣候條件進行觀測，并且分析棚內小氣候特征。分析結果表明，棚內透光率為70%～80%，陰天較高，晴天較低；棚內日平均氣溫增溫1.3～1.9℃，最高氣溫增溫3.9～8.4℃，最低氣溫增溫0.8～1.3℃，棚內日較差高于棚外2.7～7.1℃，晴天及多云天夜間出現0.2～0.9℃的 “溫度逆轉”現象；棚內0，5，10，15，20 cm各土層地溫平均增溫2.8～3.6℃；棚內地表最高溫度增溫0.1～3.6℃，最低溫度增溫2.2～5.2℃，日較差大于棚外-5.1～2.2℃，晴天12：00棚內0 cm地溫出現0.5℃的“溫度逆轉”現象；棚內日平均相對濕度高于棚外10%～23%。

冬季 大棚 小氣候 特征

廣西南部地區（簡稱“桂南地區”，下同）地處熱帶亞熱帶交界地帶，12月至翌年2月平均氣溫12～15℃，平均最低氣溫8～11℃，雨量100～200 mm，日照時數250～350 h，日照百分率為25%～36%[1～3]。冬季，桂南地區作物常遭遇低溫凍害，尤其是2008年1～2月，桂南地區與華南地區一樣遭遇了歷史上罕見的強冰凍天氣襲擊，使農業生產遭受重大損失。

單棟塑料大棚以其造價低廉、架設方便等優勢廣泛應用于農業領域，其優越的透光、保溫性能無疑是應對冬季低溫的首選。但南方地區在應用塑料大棚時，往往照搬北方模式，而氣候等地域性差異是很顯著的，農業工作者在應用大棚時對本地大棚小氣候特征缺乏足夠的了解與認識，這導致無法獲得小氣候資源的最優利用，增加了生產成本。本研究對桂南地區冬季大棚小氣候特征進行研究，并建立棚內外氣象要素的數理關系，為農業工作者指導冬季大棚生產提供切實的小氣候管理依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選取單棟塑料大棚（以下簡稱“單棟”）進行觀測，同時以大棚附近裸地為對照。大棚棚架均為熱鍍鋅鋼材，采用日本無色長壽無滴薄膜覆蓋，厚0.1 mm，大棚跨度6 m，棚高3 m，肩高1.8 m，長30 m。

1.2 試驗方法

小氣候觀測試驗地點設在桂南地區南寧市郊的廣西農業職業技術學院現代農業展示園試驗園區。2007年1月6～20日連續觀測15 d。觀測項目：20，100，150 cm高空氣溫濕度；0，5，10，15，20 cm深處土層溫度，150 cm高度光照度。觀測時間為8：00～20：00，每2 h整點觀測1次，同時記錄云量。各時次觀測大棚、裸地對照區同時進行。觀測期大棚均無作物種植。試驗設點、觀測方法及數據整理均按參考文獻方法進行[4～13]。

在15 d觀測中，分別選取晴天、多云、陰天3種典型天氣各3 d對150 cm高度光照度、150 cm高度空氣溫濕度及各土層溫度進行全天對比分析[8～9]。由于觀測高度為20 cm、100 cm的空氣溫濕度與150 cm空氣溫濕度差異不顯著，故僅對150 cm高度氣溫、空氣濕度進行分析。

2 結果與分析

2.1 大棚內外光照度對比

①光照度變化特征 計算15 d內每天8：00～18：00觀測的棚內外晴天光照度平均值，得晴天大棚內的光照度日變化，由試驗統計數據可知，棚內外光照度差異值隨光強增強而增大，12：00～14：00自然光照度較強，接近6萬lx時，棚內外光照差異較明顯，相差1萬～1.8萬lx，早晚相差不大，不足1 000 lx。

取3種典型天氣將8：00～18：00各結構棚內光照度平均值與裸地對比，并計算透光率，得到表1。由表1可知，大棚遮光作用明顯，棚內透光率為70%～80%，陰天透光率最大，晴天最小。無色塑料薄膜的透光率最好的可達90%，一般在80%以上，較差的也有70%左右[14]。可知，棚內透光率不足一般水平。

②棚內外光照度的相關性分析 根據15 d內每天8：00～18：00光照度的觀測資料，建立棚內的光照度（y）與裸地自然光照度 （x）的相關方程：y=0.476 3+ 0.722 7x，相關系數為0.995 4，樣本90個。當α為0.01時，t值為97.996 6，t檢驗達極顯著水平［10～11］。

2.2 棚內外溫度對比

①氣溫對比 a.氣溫日變化比較。記載3種典型天氣下不同結構塑料大棚150 cm高度氣溫的日變化，由試驗統計數據可知，晴天棚內8：00～16：00具增溫效應，增溫幅度為0.2～6.8℃，棚外氣溫越高，增溫幅度越大；18：00～6：00則出現 “溫度逆轉”（即棚內溫度低于棚外， 下同）[9]， 降幅為 0.3～0.9℃。棚內“溫度逆轉”的出現，主要是由于夜間地面輻射冷卻時，棚外貼地氣層可以通過空氣的鉛直亂流和平流，由上層或其他地方補給熱量。而棚內不僅得不到這種熱量的補充，反而由于溫室輻射冷卻時紅外線容易穿過塑料薄膜的特性，使棚內熱量損失大，氣溫低于棚外[15]。

多云天氣棚內溫度晝夜變化趨勢與晴天相似，不同的是增溫或降溫幅度都較晴天小，且“溫度逆轉”時間短。棚內4：00～20：00增溫0～5.9℃；22：00～2：00棚內出現0.2～0.3℃的輕微 “溫度逆轉”。

陰天大棚溫度日變化是3種典型天氣中最為平緩的，但較前2種天氣相比，陰天棚內無“溫度逆轉”的現象。全天增溫幅度僅為0.9～ 4.1℃，增溫最大的14：00比晴天低2.7℃，比多云天低1.8℃。

b.氣溫日平均值、極值與日較差比較。由表2可知，3種典型天氣中，棚內日平均氣溫平均增溫1.3～1.9℃，陰天增幅相對大些，晴天小些；晴天及多云天氣棚內最高溫度高于棚外6.9～8.4℃，陰天為3.9℃；最低氣溫棚內則僅比棚外高0.8～1.3℃；棚內日較差高于棚外2.7～7.1℃，晴天較大，陰天較小。

c.棚內外氣溫的相關性分析。根據15 d內全天12次150 cm氣溫觀測資料，建立棚內的氣溫（y）與裸地氣溫（x）的相關方程：y=-2.304 7+1.329 2x，相關系數為 0.911 7，樣本 180個。 當 α為 0.01時，t值為29.611 2，t檢驗達極顯著水平。

②棚內外地溫對比 a.各土層地溫平均值及增溫幅度。根據3種典型天氣下8：00～20：00的地溫觀測數據，統計各深度地溫的平均值、平均增溫值，其中增溫幅度為各觀測時間棚內地溫值減去棚外地溫值的日變化范圍。由表3可知，各土層棚內溫度平均增溫3.2℃，晴天增溫2.8℃，多云天氣增溫3.6℃，陰天增溫3.1℃，增溫值隨土深而增大；3種典型天氣下裸地地溫垂直分布均表現為日射型[12]，而棚內晴天與多云天表現為混合型，陰天為輻射型；棚內各土層各時間地表增溫變化幅度最大，其余各土層溫度隨土深而減小；棚內各土層晴天增溫變幅最大，陰天最小；棚內除晴天12：00時0 cm地溫出現0.5℃的輕微“溫度逆轉”現象外，全天其他各時次均表現為增溫效應。

表1 大棚內外光照度、透光率的比較

表2 不同天氣棚內外氣溫日平均值、極值與日較差統計結果 ℃

表3 不同天氣棚內外地溫差異統計結果

b.地表最高、最低溫度及日較差。由表4可知，3種典型天氣下棚內地表極端溫度均大于棚外；地面最高溫度多云及陰天棚內增溫3.2～3.6℃，晴天棚內外地面最高溫度相近；棚內地面最低溫度增溫2.2～5.2℃，晴天增溫最大，陰天最小；棚內地表日較差在晴天小于棚外5.1℃，多云天亦小于棚外1.1℃，但陰天則高于棚外2.2℃。

2.3 棚內外空氣濕度對比

①棚內外相對濕度比較 由表5可見，3種典型天氣日平均相對濕度棚內顯著高于棚外10%～23%，以多云天增濕最大，晴天次之，陰天最小；增濕效果在全天各時間分布除陰天外極不均勻，基本表現為棚內溫度較低的夜間增濕小于棚內溫度較高的日間。

②不同結構塑料大棚內外相對濕度的相關性分析 根據15 d內全天12次150 cm空氣濕度觀測資料，建立棚內的空氣濕度（y）與裸地空氣濕度（x）的相關方程：y=48.960 5+0.568 9x相關系數為0.841 1，樣本180個。當α為0.01時，t值為20.744 0，t檢驗達極顯著水平［7～9］。

表4 不同天氣棚內外地表極端溫度統計結果

表5 不同天氣棚內外相對濕度

3 小結與討論

①3種典型天氣大棚平均透光率為76%，棚內透光率不足一般水平，棚內平均光照強度為 5 000～20 000 lx，晴天最大光照度接近60 000 lx。棚內這種光照條件，對光的飽和點為70 000～80 000 lx、光的補償點為3 000～4 000 lx[16]的葫蘆科及茄科類蔬菜而言，光照雖達到光補償點以上，但均不足光的飽和點。而對于喜中等光強蔬菜如白菜類、蘿卜、胡蘿卜和蔥蒜類，此類蔬菜光飽和點為1.5萬～2萬 lx，補償點為700～1 000 lx[16～17]，棚內光照條件則較為合適。故在生產上首先宜選種適宜的需光品種，其次注意定期清潔棚膜或者更換新的、透光率強的覆蓋材料，以提高棚內光照強度。

②3種不同結構棚內日平均氣溫增溫1.3～1.9℃，最高氣溫增溫3.9～8.4℃，最低氣溫增溫0.8～1.3℃，棚內日較差高于棚外2.7～7.1℃，晴天及多云天夜間出現0.2～0.9℃的 “溫度逆轉”現象。以研究觀測所在地南寧市為例，該市冬季12月至翌年2月平均氣溫12.7～14.6℃，平均最高氣溫15～17℃，平均最低氣溫9～11℃[2～3]。按本文分析結論粗略推斷，冬季棚內平均氣溫為14.0～16.5℃，最高氣溫18.9～25.4℃，最低氣溫9.8～12.3℃。這樣的溫度條件，對于同化最適溫度為20～30℃，最低溫度為10～15℃的喜溫性蔬菜如番茄、黃瓜、辣椒等，熱量條件是不夠的，但較適于同化最適溫度為15～20℃，最低溫度為0℃以下的半耐寒與耐寒性蔬菜如蘿卜、胡蘿卜和蔥蒜及白菜中的某些耐寒品種[14]。晴天及多云天夜間出現 “溫度逆轉”現象，如果棚內溫度低于作物生長的最低耐受溫度，需注意增加大棚保溫措施。在作物生長溫度范圍內，日較差越大，越有利于作物有機物質的積累及品質的提高[17]，棚內氣溫日較差明顯高于棚外，呈現了大棚的增溫優勢。

③3種不同天氣棚內0，5，10，15，20 cm各土層地溫平均增溫2.8～3.6℃；棚內地表最高溫度增溫0.1～3.6℃，最低溫度增溫2.2～5.2℃；0 cm地溫日較差大于棚外-5.1～2.2℃；當晴天及多云天夜間150 cm高度氣溫出現0.2～0.9℃的 “溫度逆轉”現象時，地表溫度無此現象發生，但在晴天12：00棚內0 cm地溫卻出現0.5℃短暫的“溫度逆轉”現象，原因主要是白天熱量下傳地面增熱比空氣加熱慢，而夜間空氣因棚內強烈輻射冷卻降溫出現“溫度逆轉”時，土層由于日間大量熱量的貯存失熱較少，仍能維持正增溫。

對于根系生長的適宜區5～10 cm土層，南寧市冬季該地層溫度為14.6～16.6℃[2]。3種不同天氣棚內5～10 cm土層增溫為2.9～3.6℃，則可推斷大棚內該土層溫度為17.5～20.2℃，這樣的熱量條件顯然較適于耐寒性蔬菜生長，對于喜溫性蔬菜生長則熱量不足。

④3種不同天氣棚內各觀測時相對濕度均表現為增濕，日平均相對濕度較棚外高10%～23%。作物生長季節日平均相對濕度一般在70%～80%為宜[18]，南寧市冬季相對濕度為75%～81%[2]，這對于露地種植是基本適宜的，但棚內增濕效應造成濕度長時間持續高濕達90%～100%，這不僅抑制作物蒸騰，也易導致作物病害，在生產上宜積極采取降濕措施。

⑤大棚內外150 cm光、溫、濕三要素具較好的相關關系，可用幾組方程式表示，函數擬合在t檢驗下達到極顯著水平，通過這幾組方程，對用棚外光、溫、濕觀測數據推算不同結構棚內的光、溫、濕度值具有實際意義。

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Analyze of Microclimate Characteristics of Plastic Greenhouse in Winter in Southern Area of Guangxi

FAN Wanxin1,CHEN Dan2,LIANG Yunbo2,LIU Qihui2,WEI Zhilin2,LIANG Ping2
(1.Guangxi Climate Center,Nanning 530022;2.Guangxi Agriculture Institute)

The microclimate characteristics of plastic greenhouse in the winter in southern area of Guangxi is studied.Microclimate condition in the winter was observed in the plastic greenhouse.The microclimate characteristics in the inside and outside of the plastic greenhouse were analyzed.The results showed that transmittance was 70%-80%in the awning, and was high in the overcast days,low in the sunshine days.The daily average temperature increased 1.3-1.9℃equally in the awning,The highest temperature increased 3.9-8.4℃,The lowest temperature increased 0.8-1.3℃,The diurnal range inside was 2.7-7.1℃ higher than outside,The temperature reversal is 0.2-0.9℃ inside the plastic greenhouse in the fair days and the cloudy days night.In awning 0,5,10,15,20 cm various soil layers ground temperature average warming 2.8-3.6℃.The surface maximum temperature in the cloudless days and in the greenhouse was 0.1-3.6℃higher than outside,while the lowest temperature was 2.2-5.2℃.The diurnal range inside was-5.1-2.2℃higher than outside.There was temperature reversal at 12:00 p.m.Inside the plastic greenhouse in the fair days.The average relative humidity inside was higher than outside 10%-23%.The research provided the scientific basis for the instruction agricultural production and the big awning management in winter.

Winter;Greenhouse;Microclimate;Characteristic

10.3865/j.issn.1001-3547(x).2009.01.013