寧夏干旱風沙區(qū)四種不同結構夯土墻體日光溫室內(nèi)環(huán)境日變化比較

摘要：為了探求適宜的寧夏干旱風沙區(qū)日光溫室結構類型，通過對４種不同結構夯土墻體日光溫室內(nèi)光照強度、空氣溫度、相對濕度、土壤溫度、露點溫度等內(nèi)環(huán)境日變化曲線比較和溫室建造成本等多因素分析，發(fā)現(xiàn)在溫室內(nèi)空氣溫度、相對濕度、土壤溫度、露點溫度方面，溫室３、溫室２明顯優(yōu)于溫室４和溫室１；在建造成本方面，溫室３＞溫室２＞溫室１＞溫室４。因此綜合環(huán)境因子日變化規(guī)律和溫室建造成本等因素得出，在寧夏干旱風沙區(qū)夯土墻體（里墻表磚）全鋼架結構日光溫室（溫室２）具有廣泛的應用及推廣前景。

關鍵詞：干旱風沙區(qū)；日光溫室；結構；溫度；濕度；露點

中圖分類號：Ｓ６２５．１文獻標識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０11）18－3844-05

Comparison Study on Daily Environment Variation in 4 Types of Compound Cob Wall Solar Greenhouse in Ningxia Arid Sandstorm Area

ＱＵ Ｊｉ－ｓｏｎｇ１，ＦＥＮＧ Ｈａｉ－ｐｉｎｇ１，ＺＨＡＮＧ Ｌｉ－ｊｕａｎ１，ＧＵＯ Ｗｅｎ－ｚｈｏｎｇ１，ＬＩ Ａｉ－ｌａｎ２，Ｌ?譈 Ｚｈｉ－ｔａｏ３

（１．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｇｅｒｍｐｌａｓｍ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ， Ｎｉｎｇｘｉａ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ ａｎｄ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｙｉｎｃｈｕａｎ ７５０００２， Ｃｈｉｎａ； ２． Ｂｕｒｅａｕ ｏｆ Ｙａｎｃｈｉ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｙａｎｃｈｉ ７５15００，Ｎｉｎｇｘｉａ，Ｃｈｉｎａ；３． Ｂｕｒｅａｕ ｏｆ Ｙａｎｃｈｉ Ａｇｒｉｃuｌｔｕｒｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｙａｎｃｈｉ ７５１５００，Ｎｉｎｇｘｉａ， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｅｘｐｌｏｒｅ ｔｈｅ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｙｐｅ of ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅｓ， ｄａｉｌｙ ｃｈａｎｇｅ ｃｕｒｖｅs ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｎｅｒ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｉｎｄｉｃｅｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｌｉｇｈｔ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ， ａｉｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ， ｒｅｌａｔｉｖｅ ｈｕｍｉｄｉｔｙ， ｓｏｉｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ， ｄｅｗ ｐｏｉｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｗｅｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ； Aｎｄ ｔｈｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｃｏｓｔｓ ｏｆ ４ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｃｏｂ ｗａｌｌ ｓｏｌａｒ ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ａｉｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ， ｒｅｌａｔｉｖｅ ｈｕｍｉｄｉｔｙ， ｓｏｉｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｄｅｗ ｐｏｉｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ， ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ ３ ａｎｄ ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ ２ ｗｅｒｅ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ ４ ａｎｄ ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ １． Ｔｈｅ ｏｒｄｅｒ ｏｆ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｃｏｓｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ４ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ ｗａｓ ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ ３＞ ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ ２＞ ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ １＞ ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ ４． Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ， ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ ２ ｗｉｔｈ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｃｏｂ ｗａｌｌｓ （ｔａｂｌｅ ｂｒｉｃｋ ｗａｌｌ） ａｎｄ ｆｕｌｌ ｓｔｅｅｌ ｆｒａｍｅ ｗａｓ ｓｕｐｅｒｉｏｒ ｔｏ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒｓ ａｎｄ it ｈａｄ ａ ｗｉｄｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｍｏｔｉｏｎ ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ ｉｎ Ｎｉｎｇｘｉａ ａｒｉｄ sandstorm ａｒｅａ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ａｒｉｄ ｓａｎｄｓｔｏｒｍ ａｒｅａ； ｓｏｌａｒ ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ； ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ； ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ； ｈｕｍｉｄｉｔｙ； ｄｅｗ ｐｏｉｎｔ

中國是設施園藝大國，設施園藝總面積已居世界第一位［１］，其主要的設施結構類型有塑料大棚、中棚及日光溫室，其中能充分利用太陽光熱資源、節(jié)約燃煤和減少環(huán)境污染的日光溫室為我國所特有，日光溫室與大型現(xiàn)代化溫室相比具有造價低和節(jié)能的優(yōu)點，在我國發(fā)展迅速。由于我國地域廣闊，環(huán)境的差異性大，日光溫室的結構模式表現(xiàn)為多樣化，建筑材料也呈現(xiàn)多樣化［２－６］，日光溫室墻體在溫室的蓄熱保溫方面起到非常重要的作用，是優(yōu)化日光溫室結構時需考慮的重要因素［７－１４］。

西北地區(qū)自２０世紀８０年代起開始逐步地發(fā)展應用日光溫室，溫室類型和建筑材料多種多樣。近幾年來，由于西北內(nèi)陸地區(qū)設施農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速，僅寧夏回族自治區(qū)目前設施溫室大棚面積已達到５．３３萬ｈｍ２，而溫室結構和種類呈現(xiàn)多樣化，日光溫室后墻主要以西北地區(qū)的沙質(zhì)黃土夯筑而成，但其土墻厚度、溫室尺寸、屋面骨架材料、后屋面處理方式及溫室建造費用等諸多方面［１５－１７］存在較大差異，為了更好地確定日光溫室合理結構，該研究對寧夏干旱風沙區(qū)４種不同結構夯土墻體日光溫室內(nèi)環(huán)境變化進行比較分析，探求適宜寧夏干旱風沙區(qū)日光溫室結構類型，旨在為西北干旱風沙區(qū)日光溫室優(yōu)化設計提供理論依據(jù)。

１材料與方法

１．１試驗地點

鹽池縣位于寧夏回族自治區(qū)東部、毛烏素沙漠南緣，屬陜、甘、寧、蒙四省（區(qū)）交界地帶，境內(nèi)地勢南高北低，平均海拔為１ ６００ ｍ，常年干旱少雨，風大沙多，屬典型的溫帶大陸性季風氣候。地處寧夏中部干旱帶，年平均降水量２８０ ｍｍ，年蒸發(fā)量２ １００ ｍｍ，年平均氣溫７．７℃，年均日照時數(shù)２ ８７２．５ ｈ，太陽輻射總量５．９２８ ５×１０９ Ｊ／ｍ２，雖然氣候干旱少雨，風多沙大，但光照時間長，晝夜溫差大，光熱資源充足，其中晝夜溫差大十分有利于作物光合作用和干物質(zhì)積累，完全可滿足喜溫瓜菜、設施栽培對光熱條件的需求，是發(fā)展設施特色作物的優(yōu)勢區(qū)域。

１．２供試溫室地址

試驗溫室位于寧夏回族自治區(qū)鹽池縣花馬池鎮(zhèn)城西灘設施農(nóng)業(yè)科技核心示范園區(qū)內(nèi)，北緯３７°４８＇２１＂，東經(jīng)１０７°１８＇４３＂，溫室長度均為１００ ｍ。

１．３試驗方法

試驗于２００９年１２月２５日－２０１０年１月６日進行，溫室內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)測定采集由國家農(nóng)業(yè)信息化工程技術研究中心提供的溫室娃娃測定，每個溫室有３個溫室娃娃，各傳感器分別位于日光溫室水平中心點處、橫向水平中線１／４處和１／２處，其中土壤溫度探點位于地表以下２０ ｃｍ處，空氣溫度、空氣相對濕度、露點溫度探點位于地表以上１８０ ｃｍ處，光照傳感器位于地表以上２００ ｃｍ處，每３０ ｍｉｎ記錄１個數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)均為３次重復數(shù)據(jù)的平均值，分別選取晴天（２００９－１２－２５、２００９－１２－２７、２０１０－０１－０４）、陰天（２００９－１２－２６、２００９－１２－２８、２０１０－０１－０３）平均數(shù)據(jù)進行分析。

１．４供試溫室結構參數(shù)

表1、表2、表3分別為４種不同結構夯土墻體日光溫室的主要尺寸、主要建筑材料和基礎建造費用。

２結果與分析

２．１溫室內(nèi)光照強度日變化比較

晴天與陰天的溫室內(nèi)光照強度存在著較大差異（圖１），這是造成溫室內(nèi)部空氣溫度差異的主導因素。從圖１-Ａ可以發(fā)現(xiàn)，在早晨９∶００時揭草苫，光照強度開始迅速上升，溫室２和溫室３在１2∶００時光照強度接近全天中的最大值，這種強度一直持續(xù)到下午１４∶００時左右，１５∶００時之后光照強度開始迅速下降，直至１６∶３０放苫，且在全天之中４種不同結構夯土墻體日光溫室光照強度始終保持為：溫室２＞溫室３＞溫室４＞溫室１；陰天時溫室內(nèi)光照強度僅為晴天時的１／３左右，光照強度日變化規(guī)律與晴天近似，大小關系同樣為溫室２＞溫室３＞溫室４＞溫室１。

２．２溫室內(nèi)空氣溫度日變化比較

從圖２可以看出，４種不同結構夯土墻體日光溫室晴天、陰天溫室內(nèi)空氣溫度日變化存在較大差異，而且４種不同結構夯土墻體日光溫室之間也存在著一定差異。４種不同結構夯土墻體日光溫室在晴天時（圖２-Ａ）其室內(nèi)溫度均從上午９∶３０開始上升，且均在下午１４∶３０時達到最大值，但由于溫室結構不同，溫室內(nèi)溫度值存在較大差異，在９∶３０－１６∶３０時間段，其溫度的大小關系為：溫室３＞溫室２＞溫室４＞溫室１，且溫室３（４１．５℃）、溫室２（４０．９℃）、溫室４（３７．８℃）其峰值相近，溫室１（２２．８℃）峰值較小，說明溫室３、溫室２、溫室４屋面透光性能較好，溫度上升快速，溫室１屋面透光性較差，進而導致溫室內(nèi)溫度較低，且溫度上升速率較小；但在全時間段內(nèi)，４種溫室內(nèi)溫度大小關系為：溫室３＞溫室２＞溫室４＞溫室１，說明在溫室保溫性能方面溫室３最優(yōu)，其次溫室２，再次溫室４，溫室１保溫性能較差；在溫度上升速率方面，溫室３（５．６７ ℃／ｈ）＝溫室２（５．６７ ℃／ｈ）＞溫室４（５．５４ ℃／ｈ）＞溫室１（３．６４ ℃／ｈ）。而在陰天時（圖２-Ｂ），其溫度變化曲線起伏不大，在１０∶００－１５∶００時間段，其溫度的大小關系為：溫室３＞溫室２＞溫室４＞溫室１，峰值均出現(xiàn)在１２∶３０與

１３∶３０之間，且溫室３（１６．８℃）、溫室２（１５．６℃）、溫室４（１３．３℃）、溫室１（１２．６℃）峰值均相近，在０∶００－

１０∶００和１５∶００－２４∶００時間段內(nèi)，４種溫室內(nèi)溫度大小關系為：溫室３＞溫室２＞溫室１＞溫室４，再次證明溫室保溫性能方面溫室３最優(yōu)，其次溫室２，再次溫室１，溫室４保溫性能較差。

２．３溫室內(nèi)空氣相對濕度日變化比較

溫室內(nèi)空氣相對濕度的變化，由室內(nèi)的水分平衡決定。溫室內(nèi)水分變化與室內(nèi)作物栽培床的蒸散率、土壤蒸發(fā)率、噴淋系統(tǒng)的蒸發(fā)速率、水蒸氣的凝結率、水蒸氣的滲漏率和通風換氣影響水蒸氣的變化率有關［１８］。空氣相對濕度日變化曲線與空氣溫度日變化曲線變化規(guī)律正相反，且具有明顯的晝夜變化。由圖３-Ａ可知，晴天時全天中空氣相對濕度最低值出現(xiàn)在１４∶００與１５∶００之間，而空氣溫度（圖２-Ａ）的最高值也出現(xiàn)在１４∶００與１５∶００之間。空氣相對濕度是一個重要的氣象因子，過高或過低的空氣相對濕度是溫室生產(chǎn)中普遍存在的障礙因素，而且溫室內(nèi)空氣相對濕度的變化直接影響到植物的生長發(fā)育和病害發(fā)生，而且高濕是溫室環(huán)境的突出特點。由圖３可以發(fā)現(xiàn)，在全天中絕大部分時間（晴天為０∶００－１０∶００和１８∶００－２４∶００、陰天為０∶００－９∶３０和１５∶３０－２４∶００）溫室空氣相對濕度保持在８５％以上，較高的空氣相對濕度極易引發(fā)溫室內(nèi)作物的病害發(fā)生，全天當中溫室３內(nèi)的空氣相對濕度最早開始下降，其次是溫室２和溫室４同時下降，溫室１最后下降，且全天中絕大部分時間（晴天為０∶００－１０∶００和１８∶００－２４∶００、陰天為０∶００－9∶３０和１５∶３０－２４∶００）空氣相對濕度大小關系均為：溫室１＞溫室４＞溫室２＞溫室３。

２．４溫室內(nèi)露點溫度日變化比較

露點溫度是溫室環(huán)境中一個非常重要的氣象要素，從圖４可以看出，露點溫度日變化規(guī)律與空氣溫度日變化曲線變化規(guī)律相似，同樣具有明顯的晝夜變化，晴天時（圖４-Ａ）溫室內(nèi)露點溫度峰值出現(xiàn)在１４∶００與１５∶００之間，最低值出現(xiàn)在早晨９∶００到９∶３０之間，而且在白天大部分時間內(nèi)（９∶００－１８∶００）溫室內(nèi)露點溫度大小關系為：溫室２＞溫室３＞溫室４＞溫室１；陰天時（圖４-Ｂ）溫室內(nèi)露點溫度變化與溫室內(nèi)空氣溫度（圖２-Ｂ）日變化規(guī)律相似，且４種不同結構夯土墻體日光溫室大小關系也趨于一致。

２．５溫室內(nèi)土壤溫度日變化比較

溫室內(nèi)土壤溫度日變化曲線呈現(xiàn)非標準正弦曲線，從圖５-Ａ中可以看出，晴天時（圖５-Ａ）土壤溫度的最低點出現(xiàn)在上午１０∶００與１１∶００之間，而空氣溫度最低點則出現(xiàn)在上午９∶００與１０∶００之間（如圖２-Ａ），土壤最低溫度比空氣最低溫度延遲１個小時左右出現(xiàn)。晴天時（圖５-Ａ）全天之中土壤溫度的最高點出現(xiàn)在１７∶００與１８∶００之間，晴天時（圖２-Ａ）空氣溫度最高點則出現(xiàn)在下午１４∶００與１５∶００之間；晴天土壤最高溫度比空氣最高溫度延遲３個小時左右出現(xiàn)，這是由于土壤的半無限性和高熱惰性，使土壤升溫產(chǎn)生滯后現(xiàn)象。

陰天時（圖５-Ｂ）全天之中土壤溫度的最高點均出現(xiàn)在０∶００時，空氣溫度（圖２-Ｂ）最高點則出現(xiàn)在上午１２∶3０與１３∶3０之間，而土壤最低溫度出現(xiàn)在２４∶００時，空氣溫度最低值同樣出現(xiàn)在２４∶００時，這是由于陰天全天之中僅１１∶００與１３∶３０之間，溫室內(nèi)空氣溫度＞土壤溫度，其他時間段內(nèi)均為土壤溫度＞空氣溫度，這也就是土壤溫度日變化曲線在

１１∶３０與１４∶００之間出現(xiàn)短時上升的原因，由于在

０∶００－１１∶００和１３∶３０－２４∶００時間段內(nèi)土壤溫度均大于空氣溫度，造成土壤熱量持續(xù)向空氣傳輸，進而導致土壤溫度持續(xù)下降，溫度最低值出現(xiàn)在２４∶００時。同時可以看出４種不同結構夯土墻體日光溫室土壤溫度（晴天、陰天）大小關系一直為：溫室３＞溫室２＞溫室１≈溫室４。

３結論與討論

日光溫室內(nèi)環(huán)境與溫室作物的生長發(fā)育是密切相關的，日光溫室的主要環(huán)境因子就是溫室內(nèi)空氣溫度，溫度是作物生長發(fā)育的前提條件，溫度的高低主要取決于日光溫室保溫性能的好壞（除天氣原因），日光溫室結構和建筑材料的優(yōu)劣又是日光溫室保溫性能好壞的先決條件，因此對日光溫室結構與建筑材料的研究就顯得極為重要［２，５，８，１４］；寧夏回族自治區(qū)在“十一五”期間大力發(fā)展設施農(nóng)業(yè)［１９］，就是為了提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)值，增加農(nóng)民收入，提高和改善當?shù)剞r(nóng)民生活水平，但高標準日光溫室的建造費用增加也是不容忽視的客觀條件，因此在保障干旱風沙區(qū)日光溫室的可持續(xù)健康生產(chǎn)的前提下，應盡量節(jié)約日光溫室的建造成本。

通過對寧夏干旱風沙區(qū)４種不同結構夯土墻體日光溫室內(nèi)空氣溫度、空氣相對濕度、土壤溫度、露點溫度等內(nèi)環(huán)境日變化曲線比較可以發(fā)現(xiàn)溫室３、溫室２明顯優(yōu)于溫室４和溫室１，４種不同結構夯土墻體日光溫室建造成本大小關系為：溫室３＞溫室２＞溫室１＞溫室４，因此綜合環(huán)境因子日變化規(guī)律和溫室建造成本等因素得出，在寧夏干旱風沙區(qū)夯土墻體（里墻表磚）全鋼架結構日光溫室（溫室２）具有廣泛的應用及推廣前景。

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