海南地區幾種常見設施大棚熱環境參數試驗研究

龐真真，黃　泉，曾憲豪，譚高壯，王　星，劉　建

(海南大學 園藝園林學院，海口　570228)

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海南地區幾種常見設施大棚熱環境參數試驗研究

龐真真，黃泉，曾憲豪，譚高壯，王星，劉建

(海南大學 園藝園林學院，海口570228)

摘要：海南地區熱帶島嶼型氣候特征使得栽培設施具有獨特的特點。為此，通過以島內常見設施類型(圓拱形薄膜溫室、防雨大棚、防蟲網棚等)為研究對象，系統地研究了其溫度、濕度、光照強度等熱環境參數的變化趨勢。研究表明：各類設施內溫度場受室外溫度影響較大，圓拱形薄膜溫室室內外最高溫差達到6℃、防雨大棚為3.7℃，圓拱形薄膜溫室室內最高溫度達43.9℃；防蟲網棚室內外溫差較小；防蟲網平棚內部相對濕度最高，其他兩種溫室室內相對濕度均低于室外；防蟲網棚的透光率高于膜覆蓋的防雨大棚和薄膜溫室。由此可見：防雨棚和防蟲網棚更適合海南地區夏秋季的設施生產，可根據栽培作物是否要求防暴雨來選擇防雨棚和防蟲網棚。

關鍵詞：熱帶；設施大棚；熱環境

0引言

海南地區屬熱帶季風氣候，高溫多雨，臺風頻繁。因此，在海南的設施大棚應側重解決夏秋季節的暴雨、臺風、高溫及病蟲害等問題。海南省常見的設施類型為簡易竹木結構大棚、簡易防雨棚、蔭棚、防蟲網棚和華南型大棚等[1]。其中，竹木結構主要采用無滴塑料薄膜覆蓋，成本低、取材方便易于操作，但耐用性及抗風能力有限；簡易防雨棚采用塑料薄膜或其他防雨透光材料，較經濟實用；蔭棚主要采用遮陽網覆蓋起遮光作用；防蟲網棚的覆蓋材料采用不同規格的防蟲網，成本低、遮光防蟲；華南型溫室表面采用防老化長壽塑料膜等，能起到防暴雨抗臺風的作用，但成本高、熱天易高溫，投資、運行成本較高[2]。圓拱型薄膜溫室作為一種經濟型溫室，成本相對合理、強度高、防風防雨性能好、可實現環境調控、易于實現標準化設計和管理等優點，近幾年在海南地區發展較快[3]。

防蟲網棚因成本低、技術簡單等優點成為海南地區主要設施類型之一。其特點為可避免許多媒介昆蟲對蔬菜病毒病的傳播，同時防蟲網的網眼比較小，下暴雨時通過防蟲網的緩沖，可在一定程度上減輕對作物損傷，較適合海南地區暴雨多、臺風頻繁的特點。

防雨大棚結合了簡易防雨棚和防蟲網棚的優點，采用鍍鋅鋼管支架、圓拱形頂部，覆蓋材料為防老化塑料薄膜，立面覆蓋材料則為防蟲網，在海南地區能起到防雨、防蟲、抗風的作用[4]；同時，其空氣流通性能較好，而成本上低于結構相似的華南型溫室。

由于海南獨特的熱帶氣候特點，園藝設施類型的功能也具有當地的特色，各類設施類型均有使用；但對其室內熱環境因子的研究參數較少，環境調控措施缺乏理論依據。因此，本文通過對圓拱形薄膜溫室、防雨大棚及防蟲網棚等海南常用溫室大棚類型的熱環境參數測試，分析其在夏秋季節的環境特點，并為今后配套的環境調控工程技術提供設計參數和參考。

1試驗溫室類型及測試方法

1.1試驗溫室

試驗溫室均集中分布于海南海口某實驗基地。其中，圓拱形薄膜溫室主體結構材料為鍍鋅鋼管，南北走向，跨度為8.0m、共4跨，開間為4.0m、共8個開間，側墻肩高2.8m，脊高4.8m，遮陽網高5.3m，如圖1所示。圓拱形薄膜溫室覆蓋材料為0.15mm厚的聚乙烯抗老化薄膜；溫室采用外遮陽系統，黑色遮陽網，遮陽系統采用電動控制；溫室四周設置2m寬手動卷膜側開窗，開窗部位安裝有40目防蟲網；溫室每個屋頂肩部設置了2m寬的手動卷膜頂開窗。

防蟲網棚為南北走向，跨度8.0m，開間4.0m，長32.0m，寬32.0m，脊高3.6m，檐高2.8m，在鋼骨架上覆蓋40目的防蟲網，設有內遮陽，如圖2所示。

防雨大棚與防蟲網平棚結構參數相同。采用0.15mm厚的聚乙烯抗老化薄膜作為頂部透光覆蓋材料、40目的防蟲網作為立面覆蓋材料，如圖3所示。

圖1　圓拱形薄膜溫室

圖2　防蟲網棚

圖3　防雨大棚

1.2測試方法

為研究圓拱形薄膜溫室、防蟲網棚和防雨大棚的熱環境參數測試及其影響因素，于2012年8-9月對防蟲網平棚、防雨大棚和圓拱形薄膜溫室的熱環境參數進行了測試。同時，為了比較近年使用較多的圓拱型溫室在不同季節的熱環境參數，在2013年的3月對其熱環境參數進行了測試。測試內容包括室內外的溫度、濕度、光照強度及風速。測試時間為07∶00AM-18∶00PM，數據采集間隔為1h。試驗期間各大棚內均無種植作物，圓拱型薄膜溫室的遮陽網處于收攏狀態，頂部和四周的卷膜開窗處于打開狀態。溫度、濕度和風速采用Kestrel 4000便攜式氣象儀(美國)測定，光照度采用TES-1332A型手持式照度計(臺灣)和德圖Testo-545照度計(德國)測定。

室內測點(n=27)在水平方向的位置和室外測點(n=2)如圖4(a)所示。每個點在垂直方向分為50cm、100cm、150cm 3層，如圖4(b)所示。其中，防蟲網平棚和防雨大棚為結構相同相鄰的兩棟大棚，室外的環境溫度布點選擇在兩棟大棚外側及相鄰的通道之間。

(a)　測量布點平面示意圖

(b)　垂直方向布點圖

2熱環境參數測試結果與分析

2.1溫度

2.1.1不同季節對圓拱形薄膜溫室溫度的影響

海南有明顯的多雨季(5-10月)和少雨季(11月至來年4月)，通過選取典型的9月和3月測試的數據分析，如圖5所示。

1)溫室內部環境溫度隨外界環境變化，但室內氣溫變化幅度較室外明顯，室內氣溫均明顯高于室外，尤其是在中午12∶00-15∶00之間室內外溫差較大；如高溫少雨季節期間，當13∶00時，室內外的溫差最高達6.0℃，而高溫多雨季節最高的室內外溫差為4.7℃。其主要原因是海南白天太陽輻射強，圓拱形薄膜溫室室內空氣交換速率低，造成室內積溫。

2)海南多雨季節中午高溫時經常有對流雨現象，在中午出現多云或陣雨的天氣情況較常見，造成外界空氣溫度下降，且云層遮擋部分光輻射，使得局部時間段溫室內部環境溫度下降；而少雨季節的氣溫從中午11∶00開始持續高溫，至下午16∶00太陽輻射減弱而降低，室內環境溫度也隨著外界環境變化。

3)海南常年氣溫較高，試驗期間海南多雨季節最高溫度為38.9℃，少雨季節最高溫度為36.3℃，且在高溫時段持續時間較長。如圖5所示，14∶00-16∶00溫度高達35℃以上，在多雨季節室內最高溫度為42.0℃，少雨季節為39.6℃。溫度是影響作物生長發育的最重要的環境因子之一，一般蔬菜的適溫為23～30℃(短期可忍受35～40℃高溫)[5]。當環境溫度超過作物生長最適溫度時，作物生長速度減緩，極端高溫可導致生長不良乃至死亡。因此，薄膜型溫室在高溫時段采取一定的降溫措施才能適合海南夏季蔬菜生產的需求。

另外，溫室內的溫度在1.5m范圍內的垂直方向溫度梯度不明顯。

圖5　圓拱形薄膜溫室不同季節室內外溫度比較

2.1.2不同覆蓋方式對大棚內部溫度的影響

通過對晴天的連續觀測數據分析，防雨大棚室內外的溫度隨時間呈拋物線變化，且棚內的溫度值始終高于棚外，溫度在11∶00-15∶00時達到最高，且室內外的溫差也最大。其中，12∶00-14∶00棚內的平均溫度為38.8℃，試驗期間棚內的最高溫度甚至達43.9℃，12∶00和13∶00的室內外平均溫差均達到3.7℃。雖然蔬菜生產的最適溫度因種類和品種而不同，喜溫蔬菜的最適溫度25～30℃，達到40℃溫度時生長就會停止[6]。所以，在海南的高溫季節使用防雨大棚在種植耐熱蔬菜和喜溫蔬菜時仍需要在正午時采取一定的降溫措施。

如圖6所示，室外溫度最高出現在13∶00，溫度為35.6℃，防蟲網棚室內溫度最高出現在14∶00，溫度為35.7℃；室內外的溫度差異不明顯，但是仍然高于作物適合的生長環境溫度，因此在高溫時段仍需考慮降溫。

防蟲網平棚及防雨大棚內的溫度在垂直方向溫度梯度均不明顯。

通過試驗可知：不同的覆蓋材料直接影響棚內溫度，四周外用防蟲網覆蓋可以與外界進行較大程度的氣體交換，棚內與棚外溫度相近；而頂部為薄膜覆蓋的防雨大棚則由于阻礙空氣對流及太陽輻射等原因，導致棚內溫度升高。由于在海南地區高溫時間較長，對于常用的防雨大棚和防蟲網大棚可設遮陽網進行覆蓋，溫度一般可以降低4～6℃[6]；同時，也可在高溫的時間段揭開防蟲網側邊加強室內外通風，在高溫時間段害蟲的遷飛能力減弱，不會因此降低防蟲效果[7]；在滿足光照強度的需求下，可考慮使用較深顏色高遮光率的防蟲網達到降低溫度的效果。

圖6　防蟲網棚及防雨大棚室內外溫度比較

2.2濕度

高濕是園藝設施環境的突出特點，主要受天氣、溫度、作物蒸騰作用和通風換氣量的影響，同時還與其大小、結構、土壤干濕等有關；而植物在高濕環境中生長極易發病。多數蔬菜光合作用的適宜空氣相對濕度為60%～85%[5]。試驗期間圓拱型溫室室內的平均相對濕度均維持在50%～80%之間，可滿足植物生長所需，但由于試驗期間無種植作物，該值忽略了作物蒸騰作用的影響。多雨季節高溫時段外界環境溫度為34.5℃，相對濕度為64.5%，室內的環境溫度為36.1℃,相對濕度為62.6%；少雨季節高溫時段外界環境溫度為33.1℃，相對濕度為59.4%，室內的環境溫度為37.3℃，相對濕度為52.7%，濕度較為適宜，但由于室內溫度較高，溫室內部較濕熱。

防雨大棚和防蟲網平棚的棚內濕度與棚外的相對濕度變化一致；但防蟲網平棚內濕度較高，而防雨大棚內的濕度低于棚外。13∶00時相對濕度降到最低，防蟲網棚為71.7%，防雨大棚為56.2%，棚外為67.6%，主要是因為中午時段防雨大棚內溫度較高，相對濕度低于室外，而防蟲網棚內的溫度與室外相當，且空氣流動較室外小，因為防蟲網平棚的相對濕度略高于室外。

在無種植作物的情況下，3種設施類型室內的相對濕度與溫室外接近，但室內的相對濕度的日變化也較大。由于受外環境溫度的影響，溫室內外的相對濕度中午較低，清晨和傍晚較高，尤其是清晨相對濕度高達90%，易造成結露和病害，如表1所示。因此，在實際生產中應當考慮適當除濕、防結露及采用合理的灌溉制度。

表1　3種溫室室內外相對濕度的最大值、最小值及平均值(12h/d)

2.3光照強度

光照強度是影響溫室內溫度、濕度等環境的主要因素，在一定的光照強度范圍內，光照的強弱直接影響著光合作用的強弱和產量的高低；但溫室的光照受建筑方位、設施結構、覆蓋材料特性等多種因素影響，其光照強度、光照時數、光分布等，都明顯低于露地。如表2所示，防蟲網棚比其他兩種設施的透光性能好，可知防蟲網透光率比塑料薄膜高。

設施內的光照強度亦隨外界環境變化：圓拱形塑料溫室強光照時間段為11∶00-13∶00，位于100klx以上。晴天，防雨大棚和防蟲網棚內光照度的高達80～90klx，可滿足大多數作物的生長發育需求(陽性蔬菜光飽和點60～70klx)[5]。因此，在海南設施種植中大部分為西瓜、甜瓜等瓜類作物，但室內平均光照超出了很多葉菜類飽和點，所以要根據不同的栽培品種優化覆蓋材料及采取合理遮陽措施。如20目白色防蟲網平均遮光率20%，銀灰色防蟲網遮光率為30%，灰色防蟲網遮光率達40%[8]，在海南地區可選擇較深顏色。其次，可加設遮陽網，遮光降溫。雖然防蟲網的數目越高防蟲效果更好，但是通風率就會越差，因此通常葉菜類作物常以20目左右的防蟲網覆蓋為最好的材料[8]。

表2　3種溫室室內外光照強度的最大值、最小值及平均值(12h/d)

3結論

1)3種設施室內的溫度場受室外溫度影響，在中午12∶00-14∶00時達最高，且防蟲網棚室內外溫差較小；防雨大棚棚內溫度比棚外平均高3.7℃，試驗期間棚內最高溫度達43.9℃；圓拱形薄膜溫室室內外最高溫差達到6.0℃。由于海南高溫天氣持續時間長，且中午常出現極端高溫現象，3種常用設施類型在高溫時段仍需采用遮陽降溫，同時輔以通風等相關降溫措施，避免室內積溫過高。

2)采用防蟲網覆蓋的防蟲網棚濕度最高，其他兩種溫室室內相對濕度均低于室外。試驗期間，由于未種植作物，溫室內部相對濕度較為適宜，但是由于海南氣候較濕熱，在實際的生產中相對濕度會更高，因此需要考慮除濕，防止結露，并采用合理的灌溉制度。

3)不同的覆蓋材料影響透光率，防蟲網棚的透光率明顯高于膜覆蓋的防雨大棚，圓拱形薄膜溫室透光率最小。設施內的光照強度可滿足大多數作物的生長發育需求，但是應當根據不同的栽培品種配套相應的覆蓋材料和遮陽措施。

綜上，海南地區的設施栽培應當根據栽培類型、作物品種和熱帶氣候特點選擇合理的設施類型。在不考慮防暴雨要求的情況下，防蟲網棚能更好地適應高溫的環境；當種植蔬菜等對暴雨敏感的作物時，可優先選用防雨大棚，同時應增設一定的遮陽措施。圓拱型溫室在使用過程中可綜合防雨大棚和防蟲網棚的優點，加大四周和屋頂的通風面積，改善室內高溫的環境。同時，也可以看出：濕度和光照對海南地區的設施生產影響不大，可作為次要因素考慮。

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Thermal Environment Parameters Characterization of Common Greenhouses in Hainan

Pang Zhenzhen， Huang Quan， Zeng Xianhao， Tan Gaozhuang， Wang Xing， Liu Jian

(College of Horticulture and Landscape，Hainan University, Haikou 570228, China)

Abstract：Hainan tropical climate characteristics make the protected cultivation with local features. Three common greenhouses such as rain-proof greenhouse, insect-proof screens greenhouse and plastic-covered greenhouse were discussed in this paper. The thermal environmental parameters of temperature, relative humidity and light intensity were studied in tropical area. The result showed that the inner air temperature in each facility was affected by the ambient air temperature, where the highest temperature difference between indoor and outdoor was 6 ℃ in plastic-covered greenhouse, the inner air temperature of rain-proof greenhouse was 3.7 ℃ higher than the insect-proof screens greenhouse on average, and the maximum temperature in the shed was 43.9 ℃.The insect-proof screens greenhouse has the smallest temperature difference. The relative humidity in the insect-proof screens greenhouse was higher than the others, which were lower than outside. The cover material has impact on transmittance, and insect-proof screens greenhouse had higher light transmittance. In conclusion, additional cooling methods, sunshades and the selection of heat-resisting plant should be considered during the hot season in Hainan.

Key words：tropical area; greenhouses; thermal environment parameters

文章編號：1003-188X(2016)01-0227-05

中圖分類號：S625.1

文獻標識碼：A

作者簡介：龐真真(1983-)，女，廣西博白人，講師，博士，(E-mail)luckypzz@163.com。通訊作者：劉建(1982-)，男，四川安縣人，講師，碩士，(E-mail)liujian0623@qq.com。

基金項目：海南大學青年基金項目(qnjj1214)；海南省自然科學基金項目(20153058)

收稿日期：2015-04-03