伏文卓 魏鑫 高艷明

摘要：為探索更為經(jīng)濟環(huán)保的溫室結(jié)構(gòu)，溫室后墻創(chuàng)新采用保溫被并配套主動蓄放熱系統(tǒng)，通過測定溫室內(nèi)環(huán)境指標，并與對照溫室對比，得到新型溫室結(jié)構(gòu)在冬季栽培生產(chǎn)中的優(yōu)勢。試驗結(jié)果表明，新建溫室空氣溫度月變化均值平均為16.40 ℃，較對照提高16.56%;空氣濕度差別均不大;新建溫室土壤溫度月變化均值平均為16.51 ℃，較對照提高8.32 ℃;新建溫室光照度和二氧化碳濃度較低，分別較對照低6.76%、24.97%。綜合以上5個環(huán)境指標因素，針對冬季主要考察保溫性能的特點可知，新建溫室可有效提高溫室內(nèi)空氣溫度、土壤溫度，較對照溫室更具優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：日光溫室;后墻結(jié)構(gòu);環(huán)境測試;水幕循環(huán)系統(tǒng);保溫被;保溫性能

溫室栽培已成為我國北方越冬生產(chǎn)的一大重要手段。近年來，許多研究通過對后墻、前屋面、后屋面結(jié)構(gòu)進行改造得到因地制宜、因氣候制宜的溫室[1-5]，這為當?shù)匕l(fā)展設施農(nóng)業(yè)奠定了理論基礎。但由于日光溫室建造成本普遍偏高、季節(jié)特點鮮明、效益不高等原因，導致許多溫室研究的適用性不高。因此，本試驗從簡便易安裝、環(huán)保價廉的角度出發(fā)，在溫室后墻創(chuàng)新采用保溫被結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)替代了土壘、磚砌等溫室耗材的使用，可節(jié)省成本，減少耗時，提高建造效率。除此之外，由于溫室內(nèi)冬季白天熱輻射較大，在新建溫室內(nèi)配置11.42 m3蓄水池，后墻前增設水幕系統(tǒng)，利用水幕循環(huán)系統(tǒng)對水體增溫，夜間通過水幕循環(huán)系統(tǒng)將蓄水池內(nèi)白天加熱過的水體進行再循環(huán)，實現(xiàn)夜間對溫室內(nèi)空氣增溫的作用，減少人工增溫措施，降低成本。由于水的比熱大，夏季也可利用水幕循環(huán)達到降溫的目的，實現(xiàn)冬夏兩用。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗溫室均位于寧夏回族自治區(qū)中衛(wèi)市新陽光怡然生態(tài)園內(nèi)，均采用組裝式卡槽型熱鍍鋅全鋼架結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)取代了傳統(tǒng)日光溫室常用的卡槽和壓膜線，防風、保溫性能好，無焊點，防腐性能好，使用壽命長，生產(chǎn)效率高，標準化程度高，運輸方便，可現(xiàn)場組裝。示范推廣多功能組裝式卡槽型鋼設施農(nóng)業(yè)骨架，對推動設施骨架產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，規(guī)范其生產(chǎn)、安裝技術(shù)，實現(xiàn)其大規(guī)模的推廣應用，具有重要的現(xiàn)實意義。

新建溫室后墻創(chuàng)新使用保溫被與彩鋼板復合結(jié)構(gòu)（圖1），從內(nèi)到外依次為鋼架、1層防潮隔溫薄膜、3層太空棉被、鋼龍骨、0.3 mm彩鋼板，墻高3.8 m，脊高4.7 m，跨度10 m。該結(jié)構(gòu)減少了建筑耗材的使用，降低了溫室建造成本。溫室內(nèi)部使用面積大，利于裝備現(xiàn)代化農(nóng)機，實現(xiàn)作物現(xiàn)代化生產(chǎn)，提高效率。對照溫室的后墻為土壘墻+0.5 mm 彩鋼瓦，墻高4 m，脊高5 m，跨度7 m（圖2）。

1.2 試驗方法

針對不同溫室結(jié)構(gòu)在冬季表現(xiàn)的保溫性能，研究其溫度差異[6-7]并進行環(huán)境綜合評價。通過測定塑料大棚內(nèi)空氣溫度、濕度、土壤表層以下10 cm深度處溫度、光照度及二氧化碳濃度，分析不同結(jié)構(gòu)溫室內(nèi)各指標的最高值、平均值、典型晴天陰天差異，繪制典型晴天、陰天變化及月變化均值折線圖，得到冬季空氣溫度、土壤溫度較高以及環(huán)境綜合性能良好的較優(yōu)結(jié)構(gòu)日光溫室。

試驗采用北京紫藤連線科技有限公司的ZWSN-C-A型多動能無線數(shù)據(jù)采集器采集數(shù)據(jù)，采集器搭載ZigWSN系統(tǒng)平臺，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時上傳和下載，對環(huán)境進行實時監(jiān)控。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同日光溫室結(jié)構(gòu)的空氣溫度變化

不同的溫室結(jié)構(gòu)對溫室內(nèi)部環(huán)境影響極大，尤其對空氣溫度而言，空氣溫度高低既反映著溫室結(jié)構(gòu)優(yōu)劣，又說明管理方式好壞。由圖3可見，典型晴天空氣溫度呈雙峰型變化趨勢，首先隨著太陽輻射增強，2溫室內(nèi)空氣溫度均升高，在中午由于風口打開，空氣溫度呈現(xiàn)短暫下降趨勢，隨后繼續(xù)小幅上升，16：00之后隨著太陽輻射減弱，空氣溫度降低，典型晴天新建溫室空氣溫度均值為15.50 ℃，對照溫室為12.75 ℃，新建溫室有效提高空氣溫度21.57%。典型陰天2溫室空氣濕度均呈現(xiàn)單峰型變化趨勢，新建溫室氣溫均值為11.84 ℃，對照溫室為 9.31 ℃，新建溫室空氣溫度有效提高27.18%。從最高空氣溫度月變化來看，12月至次年2月期間室外空氣溫度較低時，新建溫室較對照溫室提高0.2 ℃。而對于最低空氣溫度，新建溫室始終高于對照溫室，新建溫室最低空氣溫度月變化均值為8.64 ℃，對照溫室為6.37 ℃，新建溫室較對照提高了35.64%。新建溫室空氣溫度月變化均值平均為16.40 ℃，對照溫室為14.07 ℃，新建溫室高于對照溫室提高16.56%，由此可見，新建溫室結(jié)構(gòu)可有效保障冬季溫室內(nèi)空氣溫度不至于過低。

2.2 不同日光溫室結(jié)構(gòu)空氣濕度變化

空氣濕度變化和空氣溫度變化總體成反比，空氣溫度越高，空氣濕度越低。新建溫室較對照可有效提高室內(nèi)溫度，因此不論典型晴天還是陰天，新建溫室空氣濕度均總體低于對照。如圖4所示，典型晴天環(huán)境下，新建溫室空氣濕度均值為74.57%，對照溫室為82.97%，對照溫室比新建大溫室8.4百分點。陰天環(huán)境下空氣溫度有所降低，所以較晴天空氣濕度有所上升，新建溫室均值為90.51%，對照溫室為93.70%，對照溫室較新建溫室大3.19百分點。最大空氣濕度月變化均值新建溫室較對照溫室低2.59百分點，最小空氣濕度變化均值新建溫室較對照溫室高0.84百分點，月均值變化新建溫室平均較對照溫室低2.62百分點，差別均不大。

2.3 不同日光溫室結(jié)構(gòu)土壤溫度變化

土壤溫度是影響植株生長重要的環(huán)境指標之一，直接影響著植株質(zhì)量和果實品質(zhì)[8]。土壤溫度過高，直接導致植株失水萎蔫;土壤溫度過低，導致果實品質(zhì)下降。研究發(fā)現(xiàn)，番茄生長最適宜土壤溫度為 20～22 ℃，而一般日光溫室內(nèi)冬季土壤溫度為14～16 ℃[9]，因此土壤溫度的提高至關(guān)重要。除此之外，不同灌溉方式對番茄土壤溫度有一定影響[10]。如圖5所示，典型晴天、陰天，新建溫室土壤溫度總體高于對照，晴天新建溫室土壤溫度均值為15.59 ℃，對照溫室為11.66 ℃，新建溫室較對照溫室提高33.70%;陰天新建溫室土壤溫度均值為14.70 ℃，對照溫室為10.27 ℃，新建溫室較對照提高43.14%。新建溫室土壤溫度最大值均值為 22.91 ℃，對照溫室為18.12 ℃，新建溫室較對照溫室提高26.43%;新建溫室最低溫度均值為 11.35 ℃，對照溫室為 6.85 ℃，可見新建溫室可有效提高溫室內(nèi)最低溫度均值65.69%。從土壤溫度月均值變化看，新建溫室平均為16.51 ℃，對照溫室平均為8.19 ℃，新建溫室較對照溫室提高了2倍多，土壤溫度變化相對于空氣溫度變化更穩(wěn)定，新建溫室可有效提高溫室土壤溫度均值? 8.32 ℃，間接反映出新建溫室保溫效果大大優(yōu)于對照溫室，新建溫室結(jié)構(gòu)更利于冬季保溫。

2.4 不同日光溫室結(jié)構(gòu)光照度變化

光照度大小直接影響果實品質(zhì)，不同溫室結(jié)構(gòu)對光照度影響較大。由于日光溫室會阻擋部分太陽輻射，影響溫室內(nèi)光照度，因此溫室內(nèi)光照度在10 000 lx左右。如圖6所示，典型晴天，新建、對照溫室內(nèi)光照度均較大，均值分別達到17 954.15、19 616.82 lx;典型陰天下新建溫室內(nèi)光照度均值為2 715.26 lx，對照溫室為2 561.36 lx，新建溫室較對照溫室提高153.90 lx。最大光照度一般出現(xiàn)在 12：00—15：00之間。新建溫室最大光照度均值達29 836 lx，對照溫室達34 461 lx，新建溫室較對照低 4 625 lx。從光照度月均值變化來看，新建溫室仍低于對照溫室，平均值分別為6 282、6 738 lx，這是由于新建溫室脊高大，溫室內(nèi)空間較對照溫室大，距離前屋面相對較遠，因此出現(xiàn)光照度較低現(xiàn)象。

2.5 不同日光溫室結(jié)構(gòu)二氧化碳含量變化

溫室內(nèi)二氧化碳含量隨著植株光合速率的變化而變化，在夜間由于植株處于暗環(huán)境下，光合作用停止，溫室內(nèi)植株以呼吸作用為主，且由于溫室環(huán)境相對較為密閉，溫室內(nèi)二氧化碳濃度在日出前后都處于一個相對穩(wěn)定狀態(tài)。如圖7所示，伴隨著日出太陽輻射的增強，植株開始進行光合作用，室內(nèi)二氧化碳含量開始降低，直至12：00左右，二氧化碳含量降到最低，之后伴隨太陽輻射強度變化而上下波動。不論典型晴天陰天，大體上對照溫室濃度均高于新建溫室，且新建溫室二氧化碳含量曲線變化較平緩，對照溫室波動較大，晴天下新建溫室二氧化碳濃度均值為522 mg/L，對照溫室為 900 mg/L，對照溫室較新建溫室高378 mg/L;陰天下新建溫室二氧化碳濃度均值為746 mg/L，對照溫室 820 mg/L，新建較對照低74 mg/L，相差不大。可見新建溫室內(nèi)環(huán)境更為穩(wěn)定，白天可保證較強的光合作用，夜間可以保證較低的呼吸作用，利于植株的養(yǎng)分積累，提高果實品質(zhì)。

二氧化碳含量最大值和均值變化也呈現(xiàn)新建溫室低于對照溫室的規(guī)律，新建溫室二氧化碳含量最大值的均值為796 mg/L，對照溫室為 1 050 mg/L，對照較新建高31.91%。新建溫室二氧化碳含量均值平均為 623.26 mg/L，對照溫室平均為830.63 mg/L，新建溫室較對照溫室低24.97%，可見新建溫室內(nèi)植株光合作用強于對照溫室，可為植株提供良好的生長環(huán)境。

3 結(jié)論

空氣溫度變化均值新建溫室平均為16.40 ℃，對照溫室14.07 ℃，新建溫室較對照溫室且提高16.56%?？諝鉂穸仍戮底兓陆厥移骄^對照低2.62%，差別均不大。新建溫室土壤溫度月變化均值平均為16.51 ℃，對照溫室為 8.19 ℃，新建溫室可有效提高溫室土壤溫度均值 8.32 ℃，土壤溫度變化相對于空氣溫度變化更穩(wěn)定，更能反映新建溫室較對照保溫效果好。從光照度月均值變化來看，新建溫室低于對照溫室，平均值分別為6 282、6 738 lx。新建溫室二氧化碳含量月均值平均為623.26 mg/L，對照溫室為830.63 mg/L，新建較對照溫室低24.97%，可見新建溫室內(nèi)植株光合作用強于對照溫室，可為植株提供良好的生長環(huán)境。綜合以上5個環(huán)境指標因素，針對冬季主要考察保溫性能特點，新建溫室可有效提高溫室內(nèi)空氣溫度、土壤溫度，較對照溫室更具優(yōu)勢。

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