冬季不同天氣條件下塑料大棚內小氣候變化分析

朱進，彭玉全，李文靜，范方華

(長江大學園藝園林學院，湖北 荊州 434025,濕地生態與農業利用教育部工程研究中心(長江大學),湖北 荊州 434025)

近20年來，園藝作物生產穩定發展，以蔬菜產業為主的設施農業在我國農業生產中占有重要地位，設施蔬菜對蔬菜產業發展的引領和示范作用也日益凸現[1,2]。在深入推進農業供給側結構性改革的背景下，設施蔬菜的發展前景仍被看好[3]。設施蔬菜是利用工程技術手段，通過控制蔬菜栽培環境，生產高品質、高產量反季節蔬菜的一種現代農業種植方式，也是發展現代農業的重要舉措[4,5]。南方地區主要利用塑料大棚(簡稱大棚)進行冬季蔬菜栽培，豐富元旦、春節期間的蔬菜市場，從而取得較好的經濟效益[6，7]。利用大棚種植蔬菜的關鍵技術是光照強度、溫度和濕度等環境條件的調節控制。但大棚內光照強度、溫度和濕度在不同月份、不同地區和不同天氣條件下變化較大，了解其變化規律對冬季蔬菜高產穩產具有重要意義。為此，筆者以大棚外環境為棚外對照，研究了冬季不同天氣條件下大棚內北、中、南3個位置的光照強度、溫度和濕度的變化情況，旨在為冬季大棚蔬菜栽培環境調控提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗地點位于湖北省荊州市荊州區李埠鎮白荷村。大棚長50m、寬8m、高2.5m，呈南北走向。種植作物為冬季萵筍。

1.2 試驗方法

試驗時間分別為2017年12月19日(晴天)、12月27日(陰天)及12月28日(雨天)。采用單因素完全隨機設計，棚內外共設置4個觀測點，在大棚內從北到南取北、中、南3個中間的點(南點、北點分別距棚內南、北棚門各5m處、中點為棚中央處)，以距大棚北部5m棚外對照處的觀測點為棚外對照，4個觀測點位于同一條直線上。采用MODEL ZDS-10光照度計、DT-8892溫濕度儀測定4個觀測點一天中的8:00、10:00、12:00、14:00、16:00、18:00的光照強度、溫度和濕度，各重復3次。測定時儀器離地面高度為1m。試驗數據用SAS 9.1軟件進行統計分析，差異顯著比較采用鄧肯式新復極差法。

2 結果與分析

2.1 不同天氣條件下大棚內不同位置光照強度的變化

由表1可知，從早到晚除雨天8:00大棚內北、中、南3個觀測點的光照強度與棚外對照無顯著差異外，不同天氣條件下大棚內3個觀測點的光照強度均顯著低于棚外對照。除晴天8:00和雨天12:00、14:00外，不同天氣條件下從早到晚大棚內3個觀測點的光照強度差異均不顯著。不同天氣條件下大棚內3個觀測點的光照強度從8:00到18:00變化趨勢均為先升高后降低，在12:00達到最大值，與棚外對照的光照強度變化趨勢一致。從早到晚，晴天大棚內3個觀測點的光照強度均遠遠高于陰天和雨天。

表1 不同天氣條件下大棚內不同位置光照強度的變化

注：表中不同小寫字母表示觀測點間在P<0.05水平上差異顯著；CK表示棚外對照，下同。

2.2 不同天氣條件下大棚內不同位置溫度變化

由表2可知，除晴天12:00和雨天18:00外，不同天氣條件下從早到晚大棚內3個觀測點的溫度均顯著高于棚外對照。除晴天8:00、陰天16:00和雨天12:00外，不同天氣條件下從早到晚大棚內3個觀測點的溫度差異均不顯著。此外，不同天氣條件下大棚內3個觀測點的溫度從8:00到18:00的變化趨勢均是先升高后降低，與棚外對照的溫度變化趨勢一致。但晴天和雨天大棚內3個觀測點的溫度在14:00達到最大值，與棚外對照一致，而陰天大棚內3個觀測點的溫度在12:00達到最大值，也與棚外對照一致。晴天大棚內3個觀測點的溫度在8:00和18:00比陰天和雨天低1～5℃，但晴天從10:00到16:00大棚內3個觀測點的溫度比陰天和雨天高2～8℃。

2.3 不同天氣條件下大棚內不同位置濕度變化

由表3可知，晴天16:00大棚內北點以及18:00大棚內3個觀測點的濕度均顯著高于棚外對照，其他時間點大棚內3個觀測點的濕度與棚外對照無顯著差異。陰天除8:00和14:00大棚內北點的濕度與棚外對照無顯著差異外，其他時間點大棚內3個觀測點的濕度均顯著高于棚外對照。雨天大棚內相應觀測點在以下時間點的濕度與棚外對照無顯著差異：8:00大棚內北點和中點；10:00大棚內中點和南點；12:00大棚內北點，其他時間點大棚內3個觀測點的濕度均顯著高于棚外對照。不同天氣條件下大棚內3個觀測點的濕度從8:00到18:00的變化趨勢均是先降低后升高，與棚外對照的濕度變化趨勢一致。晴天大棚內3個觀測點的濕度均在14:00達到最小值，與棚外對照一致。陰天大棚內南點的濕度在12:00達到最小值，與棚外對照一致，而大棚內北點和中點的濕度在14:00達到最小值,比棚外對照遲2h。雨天大棚內3個觀測點的濕度在10:00達到最小值,比棚外對照早4h。從早到晚，晴天大棚內3個觀測點的濕度遠遠低于陰天和雨天。

表2 不同天氣條件下大棚內不同位置溫度的變化

表3 不同天氣條件下大棚內不同位置濕度的變化

3 討論與結論

從早到晚除雨天8:00外，不同天氣條件下大棚內光照強度均顯著低于棚外對照，這是因為自然光透過塑料薄膜才能進入大棚內，由于塑料薄膜吸收和反射而降低了透光率[8]。除晴天8:00和雨天12:00、14:00外，不同天氣條件下大棚內3個觀測點的光照強度從早到晚在各個觀測時間點無顯著差異，表明大棚內從北到南光照分布較均勻。這是因為大棚呈南北朝向，太陽從升起到日落整個過程都能保證大棚光照均勻[9,10]。不同天氣條件下大棚內光照強度均為先升高后降低，且均在12:00達到最大值，與棚外對照一致。這與前人對大棚內光照強度變化研究的結果類似[11,12]。晴天大棚內3個觀測點的光照強度遠遠高于陰天和雨天，這是因為晴天光照強，而陰天和雨天光照較弱，導致晴天進入大棚內的光照比陰天和雨天多。

從早到晚除晴天12:00和雨天18:00外，不同天氣條件下大棚內溫度均顯著高于棚外對照，這是因為塑料薄膜可以讓短波輻射透射進大棚內，又能阻止大棚內長波輻射透射出去，且大棚為半封閉空間，內外空氣交換弱，從而使蓄積熱量不易損失[8]。從早到晚除晴天8:00、陰天16:00和雨天12:00外，不同天氣條件下大棚內3個觀測點的溫度均無顯著差異，表明大棚內從北到南溫度較均勻。這是因為白天大棚內熱量的來源主要是太陽輻射，而大棚內從北到南光照均勻，導致了大棚內從北到南的溫度也較均勻[13]。不同天氣條件下大棚內溫度從早到晚先升高后降低，與棚外對照一致。陰天棚內3個觀測點的溫度均在12:00達到最大值，與棚外對照一致。而晴天和雨天大棚內3個觀測點與棚外對照的溫度均在14:00達到最大值，比陰天推遲2h。這與前人對大棚內溫度日變化研究的結果類似[14]。晴天大棚內的溫度在早晨和傍晚比雨天和陰天低，這是因為晴天早晨和傍晚棚外對照的溫度比陰天和雨天低，而不同天氣條件下夜晚均未關閉棚門，導致早晨和傍晚大棚內溫度與棚外對照僅相差0～2℃。晴天大棚內的溫度在10:00到16:00比陰天和雨天高，是因為晴天光照較強，大棚內溫度迅速升高，而陰天和雨天光照較弱，大棚內溫度升高較慢。

晴天除16:00大棚內北點的濕度顯著高于棚外對照和18:00大棚內3個觀測點的濕度均顯著高于棚外對照外，其他時間點大棚內3個觀測點的濕度與棚外對照無顯著差異，是因為晴天正午前后大棚內溫度較高，導致濕度較低，因而與棚外對照差異不顯著。陰天和雨天大棚內濕度均顯著高于棚外對照，是因為陰天和雨天棚外對照的濕度很高，大棚內溫度較低且為半封閉空間，不易排濕。不同天氣條件下在8:00和18:00大棚內濕度偏高，是因為早晨和傍晚大棚內氣溫較低所致。從早到晚，不同天氣條件下大棚內濕度先降低后升高，與棚外對照一致。這與前人對大棚內相對濕度日變化研究的結果類似[15,16]。由于晴天大棚內溫度較高，而陰天和雨天大棚內溫度較低，導致晴天大棚內3個觀測點的濕度比陰天和雨天低。

總之，除個別時間點外，不同天氣條件下從早到晚大棚內3個觀測點的光照強度均顯著低于棚外對照，溫度均顯著高于棚外對照。晴天除16:00和18:00外，大棚內3個觀測點的濕度與棚外對照均無顯著差異，而陰天和雨天從早到晚除個別時間點外，棚內3個觀測點的濕度均顯著高于棚外對照。不同天氣條件下大棚內從北到南光照強度、溫度和濕度都比較均勻，光照強度和溫度的變化趨勢均為先升高后降低，而濕度的變化趨勢正好相反。此外，晴天大棚內光照強度比陰天和雨天高，而濕度比陰天和雨天低。