基于通風技術的日光溫室空氣濕度管理

王蕊+楊小龍+馬健+須暉+孫周平+李天來

物生長環境的空氣濕度與作物葉片的氣孔開閉、溫室病害發生有著密切的關系，尤其是在封閉或半封閉的溫室栽培中，空氣濕度對作物的影響尤為重要。在荷蘭的溫室環境調控中，番茄栽培溫室大約投入能源的20%用于濕度管理，玫瑰花栽培溫室大約投入能源的30%用于濕度管理，因此濕度管理在整個溫室管理的能量消耗所占比重較大。在溫室空氣濕度管理中，通風是一種簡單實用的技術，在生產中得到廣泛應用。本文結合日光溫室空氣濕度的形成及特點，溫室空氣濕度與作物生長發育及病害發生的關系，闡述了基于通風技術的溫室空氣濕度管理方法，以期為實際溫室生產提供一定的指導。

溫室空氣濕度的形成及特點

溫室內的空氣濕度是由于在設施密閉情況下，土壤水分和植物體內水分蒸發形成的（圖1）。空氣濕度通常用絕對濕度和相對濕度來表示，絕對濕度是指單位體積內水汽的含量（g/m3）。相對濕度是指在一定濕度條件下，空氣中水汽壓與該溫度下飽和水汽壓之比（%）。設施內作物生長勢強，代謝旺盛，作物葉面積指數高，通過蒸騰作用釋放出大量水蒸氣，在密閉情況下會使溫室內水蒸氣快速達到飽和，因此設施內空氣相對濕度要高于露地栽培[1]。

高濕是園藝設施環境的突出特點。園藝設施內的空間相對較小，冬春季時，為了保溫，設施內很少通風，因此室內空氣相對濕度經常達到100%。此外，日光溫室內濕度還存在分布不均勻的問題，這與設施大小、室內溫度分布、栽培作物種類及調控措施都有很大關系。一般情況下，溫度較低的部位，相對濕度會比較高，當局部溫度低于露點溫度時，就會產生結露現象，通常表現為溫室低溫區域的植株表面、高稈作物植株頂端、植物果實和花序上結露[1-3]。春秋季時，外界日光照射較強，空氣干燥時設施內容易形成低濕環境。長時間處于低濕環境中，作物容易出現葉片變小的趨勢。預防低濕主要有2種方式，一種是通過霧化加濕設備進行加濕，使用時應避免作物被沾濕，但該設備需要一定費用；另外一種是利用作物本身的蒸騰作用蒸發出的水，保持濕度。收獲期的番茄植株蒸騰量約是設施內飽和水蒸氣量的5倍。因此保持溫室通風口的密閉性，減少水蒸氣的蒸散，可以增加溫室內的濕度。換氣時，盡量減少外界干燥空氣的直接進入，并依據溫室的內外溫度差、風速、風向等因素時刻調整通風口的開度大小，保持室內的濕度。

若作物突然處于濕度很低的環境（低于10%～20%）下，而其蒸騰量還繼續增加，這樣

就會破壞植物體內的水分平衡，使其葉片氣孔瞬間關閉，造成作物萎蔫。管理的方法是避免通風換氣口突然開閉；降低溫室溫度；延長通風口從打開到全開的時間。室內使用加濕設備和遮陽網時要連續使用，著重管理濕度。

空氣濕度與作物生長發育及病害發生的關系

空氣水分除了影響作物的氣孔開閉和葉片的蒸騰作用外，還直接影響作物的生長發育情況[2]。不同蔬菜種類、品種以及蔬菜不同生育時期對濕度要求不盡相同。一定溫度條件下，作物生長發育都存在最適宜的空氣濕度，一般情況下，大多數蔬菜作物生長發育適宜的空氣相對濕度為55%～85%（表1）[1]。若溫室內的空氣濕度過低，作物的蒸騰速率就會相對提高，作物失水也會相應增加。如果土壤水分充足、根系吸水正常，就可以維持作物體內的水分平衡，對作物生長發育影響不大。反之則會造成葉片氣孔開度減小，蒸騰速率下降，直接影響作物光合性能及植物體內水分的吸收、運輸，嚴重時，植株會失水萎蔫甚至導致葉片干枯。空氣濕度過低還會影響細胞伸長，阻礙細胞分裂，導致植株葉片過小、過厚，機械組織增多，開花坐果率低，果實膨大速度慢。空氣濕度過高則會抑制作物蒸騰作用，影響作物對水分和養料的吸收，還會導致番茄、黃瓜等蔬菜葉片缺鈣、缺鎂，造成葉片失綠、光合性能下降，影響蔬菜產量和品質[2]。

空氣濕度過大或結露會引發多種病害，果實或葉片長時間結露是溫室內番茄灰霉病發生的主要原因。黃瓜的霜霉病、疫病，番茄的灰霉病、葉霉病，甜椒的菌核病、花葉病，草莓的芽枯病等均與溫室高濕度顯著相關（表2）[4]。由于溫室內濕度過大，病害較易發生。冬春季時，日出后溫室的溫度會急劇上升，如果溫室內果實或葉片的溫度升高速度低于溫室內溫度的升高速度，果實或葉片表面就會出現結露現象，這也是收獲前溫室內發生灰霉病的主要原因。例如，溫室內溫度為22℃，相對濕度為85%時，溫室內的露點溫度就是19.4℃。當實際果實的溫度比環境溫度低2.6℃時，就會發生結露現象。因此在日出3～4 h內就應該使溫室溫度緩慢上升，在1 h內，溫室內溫度若能上升2～3℃，就能避免果實或葉片結露。冬季日落后，外界溫度急劇下降，但由于此時作物溫度降低速度低于氣溫，即使室內濕度較高，作物發生結露或病害的幾率也是比較小的[2-3]。

溫室空氣濕度的保持與控制

溫室空氣濕度的管理應從調控作物氣孔開度、預防病蟲害入手，適宜的空氣濕度有利于作物氣孔的正常開閉，促進作物光合作用，并且可以避免病蟲害的爆發，從而提高產量，表3為溫室實際生產中推薦使用的溫濕度范圍值。溫室空氣濕度的調控包括適宜空氣濕度的保持（即避免急劇的變化）和濕度的控制（降濕和增濕）[3，5-6]。

（1）外界氣流突然變化會導致植物氣孔關閉，而再次打開氣孔需要耗費幾個小時。因此在進行濕度調控時，應避免室內空氣濕度的急劇變化。冬季通風時，干冷空氣突然進入溫室，溫室內飽和差會急劇上升，導致葉片氣孔關閉，從而降低植物光合作用，因此溫室在通風換氣時要注意通風口的開放幅度和開放速度，使溫室緩慢達到適宜濕度并保持在穩定狀態。

（2）降低溫室空氣濕度主要是為了減少作物表面結露，最終目的是抑制病害的發生、調節作物的生長發育。降低溫室空氣濕度的措施主要有被動降濕和主動降濕2種，被動降濕措施有改良灌水、控制灌水量、地膜覆蓋、有機物料地面覆蓋、減小密閉溫室的晝夜溫差、降低夜間溫室作物栽培場的相對濕度、增加溫室內溫度等；主動降濕的措施有溫室內外氣體交換、加溫降濕、除濕機降濕等。

（3）有些情況下溫室內需要加濕以滿足作物的生長要求，比如新扦插的作物、新嫁接的苗都需要高濕環境。最常見的加濕方法為噴霧加濕，其原理是在高壓作用下將水霧化成直徑極小的顆粒飄在空氣中并迅速蒸發，從而提高空氣濕度；在生產中也可以通過地面灌水增濕，在干旱地區高溫季節，可通過少量多次灌溉促進地表蒸發從而達到增濕目的。

通風技術在溫室空氣濕度調控中的應用

設施內高濕是密閉所致，通風換氣是調節溫室內濕度環境的有效方法，通過通風換氣，引入濕度相對較低的空氣對室內空氣濕度能起到稀釋作用。通風降濕的措施主要有自然通風降濕、強制通風降濕和強制氣體流動降濕3種[3]：①自然通風降濕就是打開通風口讓氣體依靠溫室內外溫差或氣壓差自然流動交換降濕，通過調節風口大小、時間和位置，達到降低室內濕度的目的。這種降濕方法簡單有效果，在生產中應用廣泛。但由于通風量不易掌握，而且室內濕度并不均勻，因此在寒冷季節放風量不可過大。②有條件時，可采用強制通風，通過風機功率和通風時間計算出通風量，便于精準控制，通過排風扇進行的溫室通風降濕耗能較多，但效果較好。③強制氣體流動降濕是通過風扇使溫室內氣體流動，降低作物表面沾濕，從而避免病害的發生。

在日光溫室的實際生產管理中，通常采用自然通風方式調整溫室內的溫濕度、二氧化碳含量及風速，包括前屋面底角通風（圖2）和頂部通風（圖3）等。在生產中主要采用人工扒縫、卷膜器以及電動齒輪齒條開窗通風等方式[7-8]。本課題組研發的適用于日光溫室的頂部通風裝置具有安裝方便、操作簡單、省工省時等特點，通過繩子帶動薄膜移動，進而實現頂部帶狀通風口的打開與關閉，通風口大小可以任意調節，適用于各種不同類型的薄膜溫室。該裝置主要由放風器、傳動軸、驅動線和定滑輪等組成[9]。①放風器是整套裝置的動力輸出部分，固定在溫室側墻第四、五骨架之間，動力輸出軸與傳動軸連接，通過拉動鐵鏈實現頂部通風口的開啟與關閉，15 s就能完成放風操作，顯著減少了開閉通風口的時間和勞動強度。②傳動軸主要起到傳送動力的作用，一般采用鍍鋅管。傳動軸每隔一段距離會通過軸套與骨架焊接，一般每隔一排骨架焊接一個軸套。軸套可采用鍍鋅管、鋼筋圈或軸承，安裝時盡量滿足傳動軸的同心性，使傳動軸在同一條直線上，保證動力均勻輸出和整套裝置的穩定運行。③驅動繩固定在傳動軸上，通過兩個方向的運動實現風口的開啟與關閉。一般采用5～6 mm粗的耐老化尼龍繩作為驅動線，每隔兩排骨架設一驅動線。安裝時保證通風口處于關閉狀態，先將驅動線的一端纏繞在傳動軸上，然后拉直并與焊接在頂部薄膜中的繩子固定，穿過定滑輪，將繩子的另一端也纏在傳動軸上。④定滑輪可以使驅動繩自由通過，固定在壓膜線上（通風口的下方），位置在距焊接于頂部薄膜內繩子20 cm處。進一步的試驗表明該日光溫室頂部通風系統通風效果良好，在晴天和陰天除濕效果明顯（圖4、圖5）[10]。在此基礎上開發出的基于溫度、雨量傳感器的日光溫室頂部智能通風系統已投入應用，更加節時省力（圖3）；本實驗室研發的新型滑蓋式節能日光溫室采用頂部和前屋面底角通風窗自動控制通風，對溫室溫濕度等環境因素實現更加靈活高效的管理[11]（圖6）。

總結

基于通風技術的溫室空氣濕度環境調控總結如下：

調控原理

從調控作物氣孔開度以及預防病害角度入手，調控室內濕度，使作物葉片的氣孔張開，促進作物進行光合作用，從而防控病害的發生，提高園藝作物的產量和品質。

調控方法

①打開溫室換氣口，應避免通風氣流過大，造成植物葉片氣孔關閉；②日出前3～4 h，溫室內氣溫上升速度應控制在2～3℃/h，以防止產生結露現象，從而減弱病害的發生和傳播。

調控要點

①安裝時，日光溫室頂部通風系統的傳動軸應最大限度的靠近溫室骨架上弦，以減小磨擦，保證系統正常運行，頂部薄膜要盡量拉緊。手動通風時，要勻速打開通風口，保證放風器內部的軸承受力均勻，延長其使用壽命；②通風時要時刻注意風向、風速、雨量、溫度、通風口或通風窗開度大小等，下雨前要緊閉通風口，以免積水。要避免氣流過大，造成植物葉片氣孔關閉，應結合溫室綜合環境因子進行基于通風技術的溫室空氣濕度管理；③自然通風包括室外風速、室內外溫差和溫室的通風口3個主要因素，通風口設置的合理與否直接影響溫室自然通風的能力和效果，是日光溫室設計中應該重點考慮和關注的要點[12]。

參考文獻

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[2] 李式軍，郭世榮.設施園藝學[M].北京：中國農業出版社，2011.

[3] 李天來.日光溫室蔬菜栽培理論與實踐[M].北京：中國農業出版社，2013.

[4] 周長吉.現代溫室工程[M].2版.北京：化學工業出版社，2009.

[5] 王昊，李亞靈.園藝設施內空氣濕度調控的研究進展及除濕方法[J].江西農業學報，2008（10）：50-54.

[6] 胡艷清，孫號茗，田樹良.園藝設施內的濕度調控研究[J].農業科技與裝備，2012（09）：35-37.

[7] 程秀花，毛罕平，伍德林.溫室自然通風研究進展[J].安徽農業科學， 2009（08）：3803-3805.

[8] 曹新偉，史慧鋒，肖林剛，等.日光溫室電動齒輪齒條開窗通風系統設計[J].農業工程技術（溫室園藝），2016，36（10）：46-47.

[9] 馬健，須暉，李天來.日光溫室頂部通風裝置[J].新農業，2009（08）：56-57.

[10] 謝迪，須暉，李天來，等.頂部通風對日光溫室內溫濕度的影響[J].江蘇農業科學，2010（06）：573-575.

[11] 孫周平，黃文永，李天來，等.彩鋼板保溫裝配式節能日光溫室的溫光性能[J].農業工程學報，2013，29（19）：159-167.

[12] 周長吉.周博士考察拾零（十二）日光溫室自然通風原理與通風口的設置[J].農業工程技術（溫室園藝），2012，32（02）：38.

*項目支持：“十三五”國家重點研發計劃“東北寒區設施蔬菜化肥農藥減施技術模式建立與示范”（2016YFD0201004）。

作者簡介：王蕊（1980-），女，遼寧沈陽人，講師，博士，主要從事日光溫室環境調控及模擬方面的研究。