遼寧朝陽地區溫室小氣候的變化特征

劉志鵬， 張富榮， 戴海燕， 孫 奇， 蘇 華

(遼寧省朝陽市氣象局，遼寧朝陽 122000)

日光溫室小氣候環境因素相互作用及科學的人工干預與調控共同影響作物的生長發育。近年來，我國大范圍的利用溫室進行農業生產的設施農業發展迅速，并逐步形成規模化和產業化[1]。溫室生產能充分開發利用氣候資源，大幅度提高農產品的產量及品質，給農戶帶來明顯的經濟效益[2]。但在設施農業快速發展過程中，日光溫室在經營管理上仍存在氣象實用技術問題需要逐一解決。吉中禮等[3]研究了我國西北地區塑料大棚日光溫室的溫度、濕度及風速的時空分布規律。吳明興等[4]在江蘇沿江地區對鋼架大棚內小氣候變化規律進行探索，提出了不同天氣狀況下棚內小氣候變化對植物的影響。袁靜等[5]研究了山東壽光冬季日光溫室內的溫度變化特征及低溫預報。已有關于江蘇徐州[6]、寧夏銀川[7]和山東萊蕪[8]等地日光溫室小氣候變化的研究報道。鮮見遼寧朝陽地區氣候環境下的類似研究報道。為此，選取遼寧朝陽地區具有代表性的日光溫室大棚，研究其氣候環境下日光溫室溫度、濕度、光照強度及CO2濃度的變化，以期為當地設施農業生產管理提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

日光溫室大棚：選取代表性日光溫室大棚試驗基地，南北朝向，實體磚土混泥墻，頂部1.5 m寬淺棚，脊高3.5 m，東西長72 m，寬6.5 m，種植面積約450 m2，拋物面形采光，PVC防老化塑料膜覆蓋。

1.2 方法

試驗于2014年10月至2017年6月進行，歷時3個作物生育周期，各生育周期分別種植青椒、黃瓜和番茄作物。

1.2.1 指標觀察與采集 試驗觀察與采集的指標主要有日光溫室的溫度、濕度、光照強度及CO2濃度等小氣候要素。氣溫：采取東西和南北方向9個固定位置整點觀測，觀測時間從作物定植至生育期結束，3次重復；濕度：全天24 h整點自記濕度計采集；光照強度：全天見光時間內整點時觀測采集；CO2濃度：全天24 h整點時觀測采集。

1.2.2 天氣類型的確定 以天空總云量(無云時為0，云量最多時為10.0)劃定天氣的類型，根據云量記錄方法，0.0～1.9為晴天，2.0～8.0為多云天氣，8.1～10.0為陰(雨雪)天。

1.2.3 氣候要素變化速率的計算 運用線性回歸方法計算溫室內各要素變化速率。變化速率由一元線性方程y(x)=ax+b的一階導數a=dy(x)/dx計算獲得。式中，a為單位時間(h)小氣候要素變化率，y為氣象要素，x為時間。

1.3 數據處理

采用Excel 2010對數據進行整理與計算。

2 結果與分析

2.1 日光溫室內溫度的變化

2.1.1 日變化 從圖1看出，溫室內氣溫受外界氣象條件影響的變化較大，氣溫變化速率晴天>多云天氣>陰(雨雪)天。從早上掀簾起氣溫逐步上升，最低氣溫出現在8:00-9:00，近12:00達最高，晴天、多云天氣和陰(雨雪)天的上升速率分別為5.2℃/h、3.1℃/h和0.2℃/h；至20:00溫室內氣溫開始下降，其降溫速率分別為4.5℃/h、2.8℃/h和0.3℃/h，夜間溫度變化趨于平緩；溫室內晴天平均氣溫比多云和陰(雨雪)天氣分別高1.7℃和4.6℃。

2.1.2 季節變化 隨著季節變化日光溫室內的氣溫相應產生不同的小氣候效應，朝陽地區日光溫室一般在9月扣膜和定植，10月進入生產期，生產周期為10月至翌年4月，經歷晚秋、冬季和春季3個季節。從圖2可知，整個作物生育周期溫室內氣溫變化平穩，呈二次曲線型，y=0.318 8x2-2.338 3x+22.495(R2=0.921)，1月出現最低氣溫，為17℃；10月至翌年1月氣溫降溫速率為1.5℃/月；之后隨著外界氣溫上升而逐漸升高，升溫速率為1.9℃/月。經統計，10月至翌年1月溫室外降溫速率是溫室內的4.5倍，1-4月溫室外升溫速率是溫室內的3.4倍，溫室內氣溫變化速率小，符合日光溫室生產管理要求，對設施農業產業有利。

2.2 日光溫室內相對濕度的變化

2.2.1 日變化 從圖3可知，溫室內相對濕度晴天和多云天氣時變化幅度較大，陰(雨雪)天時相對平穩。晴天時，8:00-9:00掀簾后，溫室內相對濕度的下降速率為8.9%/h；12:00最低；16:00-18:00蓋簾后，溫室內相對濕度迅速上升，上升速率為18.9%/h，18:00達90%左右，夜間溫室內一直處于平穩高濕狀態，一般在90%以上。多云天氣時，溫室內相對濕度的變化幅度與晴天相似，在早掀簾后溫室內相對濕度亦呈明顯的下降趨勢，14:00降至最低，下降速率為4.0%/h；此后相對濕度迅速上升，上升速率為8.0%/h，18:00至次日掀簾時相對濕度穩定在90%以上。陰(雨雪)天時，溫室內相對濕度變化幅度較為平穩，白天相對濕度明顯高于晴天和多云天氣，較晴天時平均高7%左右。8:00-14:00呈小幅下降后逐步回升，夜間變化趨于平穩。

2.2.2 季節變化 從圖4可見，溫室內相對濕度在整個作物的生長周期內無劇烈變化，升、降幅度趨于平穩。10-11月隨著作物的定植生長以及外界溫度的逐漸下降，溫室內調控放風時間縮短，相對濕度逐漸升高。12月至翌年3月溫室內相對濕度為整個作物生長期的最高時段，平均達95%左右。而后，隨著外界氣溫的不斷升高，加上對溫室內放風時間的延長，溫室內的相對濕度呈逐漸下降趨勢。

2.3 日光溫室內光照強度的變化

2.3.1 日變化 溫室內光照強度變化主要與外界天氣狀況、太陽輻射強度及棚膜透光性有關。從圖5看出，溫室內光照強度日變化呈拋物線形，峰值出現在12:00左右，8:00-12:00光照強度隨外界光照強度的增加而升高，上升速率為10 050 lx/h；12:00-16:00光照強度隨外界光照強度的減少下降，下降速率為11 050 lx/h。溫室內光照強度受溫室外天氣條件的影響較大，晴天溫室內光照強度較多云天氣和陰(雨雪)天氣分別提高26.6%和53.6%，綜合天氣狀況溫室內光照強度平均比溫室外低34.9%。

2.3.2 季節變化 從圖6可知，在溫室作物的整個生長期(10月至翌年6月)內，溫室內光照強度的季節變化與溫室外光照強度的變化呈明顯的相關性，其變化曲線均為波浪形，且整體呈上升趨勢。10月，溫室采用新膜，透光性較好，溫室內光照強度隨著溫室外光照強度的升、降變化而發生相應變化。3-6月，隨著季節變化，陰雨天氣逐漸增多，加上棚膜老化，溫室內光照強度呈下降趨勢。

2.4 日光溫室內CO2濃度的變化

2.4.1 日變化 在溫室氣象因素中，從圖7看出，溫室內CO2濃度變化受溫室內光照強度影響較大，溫室內CO2濃度20:00至次日20:00呈不規則的W形變化，7:00至次日7:00呈U形變化，與魏珉等[9-10]的研究結果相一致。多云和陰(雨雪)天氣下，溫室內CO2濃度變化趨于一致，相對晴好天氣時日較差較大。溫室內CO2濃度最大值出現在早掀簾前，上午受光照強度影響，植物消耗CO2的光合速率快，溫室內CO2濃度呈逐步下降趨勢。中午由于溫室內放風除濕，其CO2濃度變化趨于平穩。夜間溫室內光照為0，對CO2消耗減少，同時受土壤及植物自身呼吸作用的影響，溫室內CO2濃度逐漸升高。由于多云及陰(雨雪)天氣白天對溫室內CO2的消耗較少，所以夜間CO2濃度高于晴天。

2.4.2 季節變化 溫室內CO2濃度的季節變化受作物生長的影響，各時段濃度變化存在差異。從圖8可見，11月至翌年4月為作物生長發育期，溫室內CO2濃度較高；5-6月為作物生育后期，植株枝葉茂密，呼吸旺盛，消耗CO2較多。加之5-6月溫室膜已漸老化，溫室內光照強度減弱，另外溫室外氣溫較高，夜不遮簾，通風口晝夜開放，使得溫室內CO2濃度迅速下降。

3 結論與討論

受外界環境影響，不同的天氣條件下溫室內的氣溫變化不同。晴天時，溫室內氣溫日較差最大，多云天氣次之，陰(雨雪)天最小，研究結果具有普遍性[6-7]。朝陽地區日光溫室3種天氣條件下，溫度變化速率及差值與其他地區有所不同[8,11-12]。溫室內氣溫受外界氣象條件影響的變化較大，不同天氣下溫室內晝夜溫差的變化幅度存在差異，氣溫變化速率晴天>多云天氣>陰(雨雪)天。氣溫從早掀簾起逐步上升，近12:00達最高，晴天、多云天氣和陰(雨雪)天的上升速率分別為5.2℃/h、3.1℃/h和0.2℃/h；至20:00溫室內氣溫開始下降，其降溫速率分別為4.5℃/h、2.8℃/h和0.3℃/h，夜間溫度變化趨于平緩；溫室內晴天平均氣溫比多云和陰(雨雪)天氣分別高1.7℃和4.6℃。

溫室內小氣候的日變化中，最低氣溫出現在8:00-9:00，最高氣溫出現在12:00左右，白天氣溫變化較大，夜間氣溫下降緩慢；相對濕度日變化，以8:00-16:00變化劇烈，最低相對濕度出現在13:00左右，16:00-8:00時保持在90%以上的較高水平，其變化規律與溫室內白天放風時間有直接關系；溫室內光照強度在8:00-16:00呈拋物線型變化，12:00達最高；溫室內CO2濃度變化與溫室內光照強度、作物種植面積以及植物本身光合作用有關，其濃度日變化存在明顯的雙峰結構。早上掀簾前溫室內CO2濃度達日最高水平，12:00-15:00最低。其下降速率最快的階段是早晨見光后的2～3 h。

日光溫室小氣候季節變化隨著外界環境的變化而變化。12月至翌年2月溫室內外的氣溫均最低，當外界氣溫升高時，溫室內亦升高。12月至翌年1月溫室內濕度最高，與放風有直接關系，該時期日照時間短，光照強度較弱。溫室內CO2濃度的季節變化與溫室內作物的生長發育密切有關，作物生育期內(11月至翌年4月)，溫室內CO2濃度與光照強度呈正相關，濃度較高；而生育后期(5-6月)，作物葉面積指數達最高，植株枝葉茂密，呼吸旺盛，CO2濃度變化與光照強度呈負相關，其濃度較低。

試驗結果表明，在沒有調控設備影響下，溫室內小氣候變化規律與溫室外天氣變化有直接關系，其變化規律與大多研究成果相吻合；受朝陽地區區域氣候的影響，溫室內各氣象要素變化速率、以及不同天氣條件下的差異與其他地區的研究結果不同，體現了朝陽地區日光溫室的特性。根據共性和個性的變化規律，可建立日光溫室溫、濕等氣象條件的預測預報模型，為當地日光溫室的經營管理提供技術服務，給溫室放風、排濕、降溫、保溫和施肥提供更精細化調控管理技術措施。