光線入射角及光照強度對日光溫室棚膜透光率的影響

張仲保

（甘肅省武威市農業科學研究院，甘肅 武威 733000）

溫室內的太陽輻照度與溫室外太陽輻照度關系密切。太陽輻射穿過大氣層到達地表，是溫室的唯一自然光源。日光溫室棚內光照強度的大小受著吸收率、反射率和透過率的影響，反射率雖受前屋面角度、薄膜均勻強度、覆蓋到棚架上的薄膜平整程度、薄膜上灰塵和水滴附著多少等多種因素的影響，但采光屋面角的影響最大。吸收率除了薄膜本身性質影響外，附著在薄膜上的灰塵和水霧也會對光進行吸收，但對一種薄膜來說，在某一個時段對光線的吸收率是一定的。溫室光線透光率的大小主要取決于反射率的大小，反射率越小，透光率越大。反射率大小與光線入射角大小有密切關系，入射角越大，反射率越大，光線透光率就小。近年來，對玻璃溫室透光規律的研究報道較多［1～6］，而對日光溫室塑料薄膜透光規律的研究鮮見報道。目前日光溫室薄膜品種規格多，性能各異，按樹脂原料分有聚乙烯膜、聚氯乙烯膜和乙烯－醋酸乙烯膜；按結構性能特點分有普通膜、長壽膜、長壽無滴膜、漫反射膜、轉光膜、復合多功能膜等。武威市日光溫室蔬菜生產上應用較多的是乙烯－醋酸乙烯膜。為了進一步明確醋酸乙烯薄膜在太陽不同入射角的條件下的透光率，及不同生產地的醋酸乙烯薄膜透光率差異，我們開展了相關試驗，旨在為薄膜的選擇使用及對最佳前屋面曲面曲率提供依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試薄膜為天寶牌農用乙烯-乙酸乙烯酯共聚物薄膜（EVA，天寶），由天水天寶塑業有限責任公司生產；華盾牌EVA吹塑膜（華盾），由北京華盾雪花塑料集團有限責任公司生產；農達塑膠EVA三層共擠耐老化膜（農達），由青島宏達塑膠總公司生產；農盾牌乙烯-乙烯酯共聚物薄膜（EVA，農盾）。照度計采用風光牌ZF-2型。

1.2 試驗方法

1.2.1 太陽光不同輻射角度下的薄膜透光率 將一定面積（60 cm×60 cm）大小的供試薄膜平展貼于感光鏡頭上，分別測定太陽光入角為：0°、5.62 °、11.25 °、16.88 °、22.50 °、28.13 °、33.75 °、39.38°、45.00°、50.63°、56.25°、61.88°、67.50°、73.13°、78.75°、84.38°、90.00°共17個角度下的透光率，3次重復，計算透光率。

1.2.2 自然光不同光照強度下的透光率 在自然光照強度1 170、2 230、4 150、6 000、9 600 Lx條件下，測定供試薄膜的透光率。

透光率（%）=（透過試樣的光照強度/射到試樣上的光照強度）×100

1.2.3 數據統計 采用張仲保農業田間試驗統計分析軟件（SAE，ver5.0）統計分析。

2 結果與分析

2.1 光線入射角對薄膜透光率的影響

從圖1、2、3、4可以看出，在太陽光強度一定的條件下，不同入射角與不同薄膜透光率的關系不是直線關系。通過采用函數回歸關系尋優，以4次多項式的函數表達式進行模擬，結果光線入射角與各種薄膜透光率的關系十分吻合，相關系數均在0.997 9以上，達到極顯著水平。從圖5看出，不同照射角（入射角）與4種薄膜透光率的平均值模擬函數相關系數R=0.999 5，表明光線在不同入射角通過薄膜后的透光率完全可以采用函數回歸方程來模擬。解析模擬方程得出入射角為0～30°時4種薄膜的平均透光率（表1），可以看出，當入射角為0～30°時，平均透光率由89.54%降至63.76%。當入射角變化為45°時，4種薄膜平均透光率降至48.30%。顯而易見，當太陽光強度一定的條件下，入射角小于30°時薄膜的透光率較高。

圖1 華盾棚膜光線入射角與透光率的函數關系

圖2 農盾棚膜光線入射角與透光率的函數關系

表1 不同光線入射角薄膜的平均透光率

圖3 農達棚膜光線入射角與透光率的函數關系

圖4 天寶棚膜光線入射角與透光率的函數關系

圖5 光線入射角與各種棚膜平均透光率的函數

2.2 光照強度對薄膜透光率的影響

從圖6、7、8、9、10及表2可以看出，不同薄膜在不同太陽光照強度下的透光率存在一定差異。平均透光率以華盾最高，為86.87%；農盾最低，為84.63%，二者相差2.24百分點；農達、天寶分別為85.73%、84.97%。自然光照強度為1 170 Lx時各種薄膜的透過率均為最低。不同光照強度下的透光率以華盾差異較小，為84.82%～88.34%，相差3.52百分點；農盾差異較大，為80.87%～87.80%，相差6.93百分點。造成這種差異的原因與產品質量有關。經差異顯著性分析，得出F=2.21＜F0.05=3.49，表明不同品牌薄膜間透光率差異不顯著。不同光照強度之間的差異顯著性分析表明，在光照強度4 150 Lx與1 170 Lx下，薄膜平均透光率差異極顯著，與其它光照強度差異不顯著；光照強度9 600 Lx與2 230 Lx、6 000 Lx下，薄膜平均透光率差異不顯著，與1 170 Lx條件下差異顯著；光照強度2 230、6 000、1 170 Lx下，薄膜平均透光率差異不顯著。4種薄膜的透光率為80%～89%，光照強度與透光率并非直線關系。

圖6 華盾棚膜不同光照強度下的透光率比較

圖7 農盾棚膜不同光照強度下的透光率比較

圖8 農達棚膜不同光照強度下的透光率比較

圖9 天寶棚膜不同光照強度下的透光率比較

圖10 各種棚膜不同光照強度下的平均透光率比較

表2 不同薄膜的透光率 %

3 小結與討論

1）在太陽光強度一定的條件下，不同照射角（入射角）下與不同薄膜透光率的關系為4次多項式函數，平均值模擬函數相關系數R=0.999 5。當入射角為0～30°時，平均透光率由89.54%降至63.76%；當入射角為45°時，平均透光率降至48.30%。即在太陽光強度一定的條件下，入射角小于30°時薄膜的透光率較高。薄膜在不同太陽光照強度下的透光率存在一定差異，華盾平均透光率最高，為86.87%；農盾最低，為84.63%。自然光照強度在1 170 Lx時各種薄膜的透光率均為最低。不同品牌薄膜間透光率差異不顯著。

2）馬占元等研究認為，入射角與透過率的關系并不是簡單的直線關系。當入射角在0～40°時，隨著入射角增大，透光率略有下降，但下降總幅度不超過5%；當入射角在40～60°時，隨著入射角增大，透光率下降越明顯；當入射角為60～90°時，光線的透光率隨著入射角加大，而急劇下降［1～6］。光線入射角與透光率的函數關系是確定溫室前屋面曲面形狀的重要依據，只有依賴這種函數關系，再考慮其他因素，才能比較科學的提出日光溫室前屋面的合理形狀，確定溫室高度，即龍骨架的最合理曲度。生產中采用的EVA膜，因生產廠家技術水平而異，所用材料的差異及其質量有明顯區別，因此在選購薄膜時應選擇透光率高、保溫性強、抗張力、抗農藥、抗化肥力強的無滴、無毒、重量輕的透明薄膜。進行周年栽培的大型大棚，要求使用較厚的薄膜，且應每年更換1次。

［1］ 葳田憲次.溫室方位和地理緯度對太陽直射光透過率的影響［J］. 農業工程學報，1993，9（2）：52-56.

［2］ 全國農業技術推廣總站.日光溫室蔬菜高效節能栽培技術［M］.北京：科學普及出版社，1992.

［3］ 傅連江.高效節能日光溫室蔬菜栽培［M］.蘭州：甘肅科學技術出版社，1999.

［4］ 羅中嶺.當代溫室氣候與花卉［M］.北京：中國農業科技出版社，1994.

［5］ 孫忠富，李佑祥，吳毅明，等.北京地區典型日光溫室直射光環境的模擬與分析［J］.農業工程學報，1993，9（2）：45-51.

［6］ 馬占元.日光溫室實用技術大全［M］.石家莊：河北科學技術出版社，1997.