山東冬春季雙屋面日光溫室溫濕度變化特征研究

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小氣候觀測資料，對冬、春季陽屋面溫室內氣溫、濕度的季節變化特征及不同天氣類型下的日變化規律進行分析，并與傳統日光溫室進行比較。結果表明：冬、春季陽屋面溫室內最高氣溫變化幅度均較大，但均未出現10℃以下的低溫，春季易出現35℃以上的高溫天氣，最低氣溫較傳統日光溫室高1℃左右；冬、春季不同天氣類型下陽屋面溫室內氣溫日變化均呈單峰曲線，溫室內日最高氣溫和日最低氣溫均為晴天>多云天>陰天，冬季分別出現在13時和7時，而春季日最高氣溫推遲1小時，日最低氣溫提前1小時；冬、春季陰天時陽屋面溫室內日最大相對濕度均較傳統日光溫室高10%以上。陽屋面溫室蓄熱、保溫性能更好，對喜溫蔬菜作物生長有利，但高濕環境使作物病害風險提高。

關鍵詞：雙屋面日光溫室；山東；氣溫；濕度；冬春季

中圖分類號：S625.5+1文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2016）10-0129-05

山東是設施蔬菜生產大省，2014年設施蔬菜種植面積已經超過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、增加農民收入、促進低碳農業發展等方面發揮了重要作用。

雙屋面日光溫室有別于北方傳統日光溫室，以其土地利用率高、建造及改造成本低、墻體保護及保溫性能好、經濟效益顯著等優點[1]迅速成為北方新興的溫室形態，倍受廣大菜農青睞。雙屋面日光溫室主要以菌菜種植模式為主，陽屋面溫室種植番茄、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，國外關于溫室內環境模擬及調控等方面的研究已有報道[2，3]，國內學者則對傳統日光溫室內小氣候變化特征及其與外界環境的關系等方面研究較多[4-7]，如：王琪珍等[8]對山東萊蕪地區日光溫室內的溫、濕度變化特征進行了分析；袁靜等[9]建立了山東壽光冬季日光溫室內低溫預報模型；楊丹等[10]建立了山東萊蕪地區地溫預報模型。這些研究均為北方傳統日光溫室蔬菜生產提供了理論依據。

迄今為止，多數研究主要集中于北方傳統日光溫室內氣象要素的特征分析及模擬研究，對雙屋面日光溫室內小氣候變化特征的研究較少。本研究對雙屋面日光溫室的陽屋面室內氣溫、濕度變化特征進行分析研究，并與傳統日光溫室進行比較，這對提高設施農業氣象服務水平，減輕氣象災害對新型雙屋面日光溫室生產的影響，具有重要的社會和經濟意義。

1材料與方法

1.1試驗時間、地點

試驗于2013年12月-2015年2月在山東省章丘市新品種新技術實驗基地進行。

1.2試驗溫室

傳統日光溫室為單坡式結構，坐北朝南，長54 m，種植區跨度10 m，脊高5.4 m，頂部覆蓋聚乙烯薄膜，薄膜上面覆蓋棉被；溫室頂部留有通風口，當室內氣溫達到32℃時開啟通風口；溫室內種植辣椒。

雙屋面日光溫室由陽屋面溫室和陰屋面溫室共同構成，兩者共用一個后墻，通過上、下兩排通風口連接為一體，下通風口距地面1.0 m，上通風口距地面2.4 m，均為直徑30 cm的圓形通風口；其中，陽屋面溫室結構、朝向、長度、寬度、脊高、通風口設置與傳統溫室一致；陽屋面溫室內種植辣椒，陰屋面溫室種植平菇。

1.3數據來源

外界氣象要素監測資料來源于章丘市自動氣象觀測站。小氣候要素監測分別在陽屋面溫室及傳統日光溫室種植區內進行，采用美國WatchDog100從時間、空間上對溫度、濕度進行測定。樣點布局：在種植區水平方向上采取棋盤式布局，均勻選取9個點，分別于距地表0、1.0、1.5 m高度處采集數據，采集頻次均為1小時。

1.4數據處理與分析

為研究日光溫室內的小氣候要素在不同天氣狀況下的變化規律，選用按日照百分率（S）劃分的方法[5]，即依S≥0.6、0.2試驗數據采用Microsoft Excel 2003進行整理，SAS 9.0進行方差分析，采用鄧肯氏新復極差法分析不同處理間差異顯著性。

2結果與分析

2.1陽屋面溫室內氣溫變化特征分析

由圖1可知，冬季，陽屋面溫室內最高氣溫變化幅度較大，這與陽屋面溫室能量積蓄主要依賴太陽輻射有關；平均氣溫與最低氣溫變化趨勢基本一致，溫室內沒有出現10℃以下的低溫。春季，陽屋面溫室內平均氣溫與最高氣溫變化趨勢基本一致，最高氣溫變化幅度大于冬季，易出現35℃以上的高溫天氣，最低氣溫則呈穩步升高的趨勢。

由圖2可知，冬、春季不同天氣類型下陽屋面溫室內氣溫日變化均呈單峰曲線，且表現為晴天>多云天>陰天。冬季，晴天溫室內日最高氣溫較陰天時高近19℃，多云天與陰天時溫室內夜間氣溫相差不大；春季，晴天時溫室內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，晴天溫室內日最高氣溫較陰天時高近15℃，晴天和多云天夜間氣溫相差不大，并顯著高于陰天時。

2.2陽屋面溫室內濕度變化特征分析

由圖3可知，冬季，陽屋面溫室內平均相對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氣溫低、通風時間短造成的，此外，陽屋面溫室與陰屋面溫室氣體交換也是造成溫室內濕度較高的原因之一。

春季，溫室內升溫快，陽屋面溫室通風加強，溫室內平均相對濕度變化幅度較大，最高可達飽和，最低可降至30%左右，這與春季溫室大通風有關，且春季常見的連續陰雨天氣也易造成溫室高濕環境。

由圖4可知，冬季，不同天氣類型下溫室內平均相對濕度呈現與氣溫相反的日變化趨勢，晴天和多云天時，揭苫后溫室內濕度迅速降低，正午前后達到最低；多云天和陰天時，溫室內夜間平均相對濕度均在90%以上，接近飽和。

春季，隨著外界氣溫升高，陽屋面溫室與陰屋面溫室氣體交換頻繁，而陽屋面溫室為自然通風，無法在短時間內實現保溫降濕或降溫降濕的目的。多云天和陰天時，溫室內夜間平均相對濕度均在90%以上；晴天和多云天揭苫后，溫室內平

均相對濕度迅速降低，在13時前后達到最低，并持續較長時間，最低可達50%。

2.3陽屋面溫室與傳統日光溫室內溫濕度變化特征對比分析

2.3.1季節變化對比分析由表1可知，冬季和春季陽屋面溫室內平均氣溫、最低氣溫及最高氣溫均高于傳統日光溫室，且春季高于冬季，表明：冬、春季陽屋面溫室蓄熱、保溫能力均強于傳統日光溫室，春季增溫效果更顯著，更有利于反季節喜溫作物生長。高溫環境往往引起高濕，冬、春季陽屋面溫室內平均相對濕度顯著高于傳統日光溫室，且春季高于冬季，這可能是由于冬、春季陽屋面溫室與陰屋面溫室頻繁進行氣體交換造成的；此外，溫室內氣溫高，作物蒸騰、土壤蒸發強也是造成高濕的一個原因。

2.3.2日變化對比分析由表2可知，冬季，不同天氣類型下陽屋面溫室內日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫、日平均相對濕度、日最大相對濕度及日最小相對濕度均高于傳統日光溫室。晴天時，陽屋面溫室內日平均氣溫比傳統日光溫室高2.3℃；多云天和陰天時陽屋面溫室內日最低氣溫顯著高于傳統日光溫室，表明陽屋面溫室保溫、蓄熱能力更強；陰天時陽屋面溫室內日最大相對濕度比傳統日光溫室高11.4個百分點，顯著高于晴天和多云天時，這是由于冬季陰天時溫室幾乎不通風造成的。

春季晴天時，陽屋面溫室內日最高氣溫較傳統日光溫室高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日光溫室高1.0℃左右，相差不大；多云天和陰天時，陽屋面溫室內日最大相對濕度比傳統日光溫室高約12.0個百分點，而晴天時陽屋面溫室內最小相對濕度比傳統日光溫室高近14個百分點，這是由于春季陰屋面溫室內菌類進入生長高峰期，陽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日光溫室的升級改造產品，在充分利用陽屋面溫室吸收光熱資源基礎上引入陰屋面溫室種植耐陰作物或養殖牲畜，將以往荒置或效益不高的溫室背陰面充分利用，進一步提高了土地利用率，增加了菜農經濟收入，也為冬、春季全國蔬菜供應提供保障。

（2）本研究應用的溫室內氣象資料采集頻率為每小時1次，可以較好地反映溫室內氣溫、濕度的變化特征，今后應將數據采集頻率設置為10或5分鐘1次，從而，更為精確地探究溫室內不同時段的小氣候變化特性。

（3）陽屋面溫室與陰屋面溫室間進行有序的氣體交換，對陽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屋面溫室內空氣濕度過高是制約其推廣應用的主要瓶頸之一。

（4）本研究僅對陽屋面溫室內氣溫、濕度變化進行了時間尺度的分析，并與傳統日光溫室氣溫、濕度特性進行分析比較，空間尺度上對比分析仍需加強。此外，溫室內地溫、輻射及CO2濃度等是組成溫室小氣候的重要因素，今后應在這些方面展開廣泛的探索研究，為雙屋面日光溫室環境調控夯實理論基礎，為今后雙屋面日光溫室的推廣應用及科學管理提供理論依據。

4結論

（1）太陽輻射是中國北方日光溫室熱量的直接來源。陽屋面溫室與傳統日光溫室基本結構基本一致，均通過接受太陽輻射積蓄熱量，但由于陰屋面溫室對陽屋面溫室起到一定的保溫作用，使陽屋面溫室具有較傳統日光溫室更好的保溫、蓄熱能力。整個冬、春季陽屋面溫室內沒有出現10℃以下的低溫，冬季晴天時陽屋面溫室內日平均氣溫比傳統日光溫室高2.3℃，春季晴天時陽屋面溫室內日最高氣溫比傳統日光溫室高4.0℃，對喜溫蔬菜作物生長十分有利。

（2）冬季和春季不同天氣類型下陽屋面溫室內氣溫日變化均呈單峰曲線，而平均相對濕度則呈相反的日變化趨勢。冬、春季陽屋面溫室內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在13時和7時，春季日最高氣溫較冬季推遲1小時，日最低氣溫提前1小時。

（3）冬、春季陽屋面溫室與陰屋面溫室頻繁的氣體交換使得陽屋面溫室內濕度顯著高于傳統日光溫室，而北方溫室現有通風條件下無法在保證溫室熱量的前提下達到降濕目的，尤其是在冬、春季連續陰雨天氣時，溫室始終處在高濕狀態，給溫室作物生長帶來較大的病害風險。

（4）揭蓋草苫、通風、灌溉、與陰屋面溫室的換氣等農事管理措施均對陽屋面溫室內小氣候產生較大影響，是溫室內氣溫、濕度變化特征形成的關鍵。

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