日光温室小气候环境及其调节

<p>2005/04/15 第 8 期 47资 &nbsp; 材日光温室小气候环境及其调节 &nbsp;中国农业大学 &nbsp; 陈端生一、 &nbsp;温室小气候环境（一） 光照环境1 光照度(1) 室内光照度 &nbsp; &nbsp;室内光照度的日变化和季节变化取决于外界光照度的变化。 图 1 是在晴天时测得的室内外光照度的变化。 由图 1 可知室内外光照度变化一致， 随太阳高度的升高而增大， 太阳高度的降低而减弱， 不过室内光照度的变化较室外平缓。表 1 给出了鞍型日光温室内各节气室内外日平均光照度， 可见也是随外界光照度的变化而变化。 从北京地区的观测看， 一日之中室内的光照度变动于9000-30000lux （揭帘至闭帘）， 冬季时的日平均光照度在 20000-25000lux ， 透光率在 55 -65 。 根据宁夏农科院测得的资料， 银川地区日光温室内 12 月下旬至 1 月下旬， 9 00-16 00 ， 室内光照度变动于 6600-41000lux ， 该时期内的日平均光照度在 10000-31000lux ， 透光率 60 -70 。(2) 室内光照度水平分布 &nbsp; 室内光照度水平分布不均匀。 温室南边光照强， 中部次之， 靠近后墙处光照最弱， 如表 2 所示。 根 据在北京的观测， 温室南部的透光率 55 -65 ， 中部 50 -60 ， 后部3 0 -40 。 各地不同类型室内光照度的水平分布趋势是一致的。 此外， 靠近东西山墙处午前或午后会出现一个三角形的图 1 室内外光照度日变化表 1 &nbsp;不同季节室内日平均光照强度 （× 10 4 Lux ）季节1990 年冬至1991 年大寒1991 年春分鞍型日光温室2.552.142.24室外3.973.734.16透光率 （）645754&lt;&lt;&lt; 中国花卉园艺 · 半月刊48资 &nbsp; 材弱光区， 弱光区的大小与温室的方位和东西山墙的高度有关。（ 3 ） 光照度的垂直分布 &nbsp; 一般来说靠近地面光弱， 离地面越高光越强（表 3 ）。(4) 室内光照与温室的结构类型 （表2 ， 表 3 ） &nbsp; 与采光屋面的坡度、 形状及选用的薄膜和管理水平等有关， 圆弧形采光屋面室内光照度比一坡一立式的大。2. 光照时间在寒冷季节室内光照时间决定于每天揭盖草苫等外覆盖保温物的时间。 一般都是日出后外界气温回升后揭苫， 午后视室内外气温状况在日落前盖苫， 所以室内光照时间少， 初秋和晚春温暖季节夜间无需外覆盖保温， 室内光照时间与外界一致 （表 4 ）。（二） 温度环境1. 空气温度日光温室内气温的时空变化有如下特点 ：(1) 室内气温的日变化 &nbsp; 室内气温的日变化取决于外界气温的变化。 图 2 是在晴天时测得的室内外气温日变化， 由图 2可知两者的变化是一致的， 在温室密闭的条件下， 白天的增温效应远比夜间明显， 且变化幅度大 ； 夜间由于室外覆盖草苫， 室内气温下降缓慢。 天气条件不同，室内温度的变化也不同。室内气温的变化受外界气象条件影响。 晴天时即使室外气温偏低， 室内仍可保持较高温度， 增温效果明显 ； 阴雪天时， 即使室外气温不低， 白天室内气温上不去， 夜间虽降温不多， 终因白天蓄积热量少使温度水平低下。 例如在北京地区冬季， 晴天时室内最高气温可达到 30 -35 ， 最低气温可达 10 -13 ； 阴天时最高气温约 16 左右， 最低温度 7 -8 ；降 雪天最高温度仅 11 -13 ， 最低温度6 -7 ， 性能不佳的温室降至 5 以下，甚至引起冻害。温室内气温变化还与温室管理有关，如图 3 所示， 清晨揭帘后， 室内气温有一短暂下降过程， 以后迅猛上升， 中午前后扒开天窗通风， 气温不再回升， 呈波浪式下降， 这种趋势一直保持到午后关闭天表 3 &nbsp; 日光温室内光照度垂直分布 （× 10 4 Lux ）温室类型半拱圆型一坡一立式地面2.01.90.5m2.12.01.0m2.42.2近棚面3.02.91.5m2.62.32.0m2.82.62.5m2.92.8表 2 &nbsp;不同类型日光温室内光照强度水平分布 （× 10 4 Lux ）温室类型矮后墙长后屋面温室简易日光温室鞍型温室测定日期1990.1.231989.12.81990.12.22前部光强1.971.772.92%857485中部光强1.481.442.76%645770后部光强1.010.951.95%444649室外光强2.313.972.07室内部位表 4 &nbsp;辽南地区日光温室揭盖草苫时间月 &nbsp; 份1212345揭草苫时间08 00-08 3008 3007 30-08 0007 3006 30夜间不覆盖草苫盖草苫时间15 30-16 3015 30-16 3016 30-17 3018 0020 00光照时间 h6.56-791013.5图 2 &nbsp;室内外气温日变化图 3 &nbsp;有管理措施的室内气温日变化图 4 &nbsp;日光温室内气温季节变化2005/04/15 第 8 期 49表 8 &nbsp;长后坡节能型日光温室 11-2 月侯平均气温 （）（ 1990-1992 ， 大辛庄）11120102118.316.917.618.5214.013.318.019.9317.317.217.220.2419.514.720.720.1518.915.217.321.4612.317.618.716.7月侯 平均16.715.918.320.1表 7 &nbsp;长后坡节能型日光温室 11-2 月旬温度状况 （）（ 1990-1992 ， 大辛庄）11120102平均最低最高平均最低最高平均最低最高平均最低最高上16.211.222.315.110.721.517.812.225.519.212.632.7中18.411.127.816.010.722.418.913.027.720.112.334.3下15.610.922.618.211.224.419.913.231.121.212.535.6月16.711.124.215.910.922.818.312.827.220.112.534.1表 5 &nbsp;短后坡节能型日光温室严冬 7 旬温度状况 （）（ 1990-1991 ， 沙岭）窗停止通风， 傍晚盖帘， 室内气温变化平缓。 若在严寒季节， 室内采取临时加热措施， 则气温会受到加热量大小的影响。(2) 日光温室内基本无冬季 &nbsp; 室内气温的季节变化， 主要也是受外界气温变化的制约。 从图 4 中可以明显看出， 室内气温的季节变化趋势是与外界基本一致的。 从图中还可以看出， 2 月上旬、 3 月上旬外界均有一次明显的降温过程， 温室内则不明显， 而且性能良好的节能型日光温室比简易日光温室温度的变化更稳定。根据在北京对多个日光温室室内气温的测定 ： 在一般年份内平均气温可保持在 15.5 以上， 1 月份 17 -17.5 以上， 2 月份超过 18 ， 最高气温除个别旬21.5 以外， 其余的在 22 以上， 高的35 以上， 最低气温除个别旬外， 一般在10 以上。 室内外平均气温差一般在 15 -16 ， 最高气温差可达 20 -22 ，最低气温差可达 13.5 -15 。表 5 至表 8 给出了北京地区冬季两种日光温室类型候、 旬平均温度等资料。结合四季划分的标准可知北京地区节能型日光温室内无冬季。 银川地区的资料表明 ： 节能型日光温室内， 12 月下旬至1 月上旬为冬季 ； 1 月中旬至 2 月下旬为春秋季 ； 3 月下旬后， 为夏季。 而简易日光温室 12 月下旬至 1 月中旬为冬季 ； 1 月下旬至 3 月中旬为春秋季 ； 3 月下旬后进入夏季。 甘肃省蔬菜研究所提供的资料也表明 ： 甘肃省节能型日光温室内基本上都达到了春秋季气候指标。(3) 各季温室内高于某界限温度的持续时间不等 &nbsp; 晴天中午前后， 室内气温一般都可以超过 25 左右， 但各季持续时间不等。 11 月下旬， 持续 5-6 小时 (10 00-16 00);12 月上旬， 可持续 5 小时 (10 00-15 00);2 月上旬， 可持续 6 小时以上。 室内气温超过 20 的持续时间 ： 11月下旬至 12 月中旬， 持续 7 小时 (9 00-16 00);12 月下旬至 1 月下旬， 持续 5 小月份120102旬下上中下上中下平均温度14.416.915.317.016.414.213.8平均最低9.59.611.011.512.311.110.4平均最高25.931.527.826.829.022.323.3表 6 &nbsp;短后坡节能型日光温室严冬 14 侯平均温度状况 （）（ 1990-1991 ， 沙岭）1201021/16.616.82/17.216.13/15.114.24/15.414.2516.514.413.6612.716.314.0月侯&lt;&lt;&lt; 中国花卉园艺 · 半月刊50资 &nbsp; 材图 5 &nbsp;温室内地温与气温日变化1. 室外气温 &nbsp; 2. 室内气温 &nbsp; 3. 室内 15cm 地温图 6 &nbsp;室内地温 （ 15cm ） 水平分布时 (10 00-15 00); 室内气温高于 28 的 时间 ： 12 月上旬前 3-4 小时以上， 出现在中午前后 ； 12 月下旬至 1 月仅 1-2小时。(4) 日积温 &nbsp; 任何农作物生长发育最后形成产量都需要一定的光量、 热量指标。 表 9 根据北京地区在日光温室内的实测资料统计而成。由表 9 可知 ： 在北京地区， 12 月上旬以前， 日光温室内日平均正积温在 320 以上， 1 月份 200 以上 ； 平均白天 20 积温 12 月在 135 以上， 1 月份在 110 以上 ； 平均夜间 10 积温 12 月在 70 以上， 1 月 20 -30 以上。(5) 室内气温水平分布不均匀 &nbsp; 宁夏农科院在银川地区的观测资料指出， 节能日光温室无论在增温或降温阶段， 温室中部温度最高， 北部气温高于南部， 南北平均温差 1.7 ， 温室西部温度高于东部， 东西平均温差 1.8 。 而简易日光温室 ， 也是温室中部温度最高， 在增温阶段， 温室南部的温度高于北部， 平均温差 1.4 ， 西部温度高于东部， 平均温差1. 6 ； 在降温阶段， 温室南部的温度低于北部， 平均温差 0.5 ， 温室西部的温度高于东部， 平均温差 1.1 。 东西部温差是由于温室的门开在东侧山墙引起的，节能型温室后墙、 后屋面保温好， 北部较暖 ； 简易温室后墙薄， 北部白天升温不如南部快。2. 地温在晴天时测得的室内外地温日变化的趋势是一致的 ( 图 5) ， 但地温的变化远比气温平缓， 最高、 最低地温出现的时间远比气温落后， 这与一般的地、 气温之间的关系是一致的。 但值得注意的是浅层土壤温度， 在白天揭帘后至午后放帘一段时间内土温低于气温， 而夜间土温高于气温， 这表明白天热量自空气中流入土壤中， 夜间则相反， 热量自土壤流入空气， 以补充室内热量的流失。图 6 表示最高、 最低温度出现前后，自南向北 15cm 土层温度的水平分布。 从该图中可以看出， 最高温度出现前后， 地中温度自南向北逐渐增高， 在距前沿底脚 l.5m 内温度梯度特别大， 尤以 0.75m内更显著， 1.5m 再向北温度变化平缓 ；最低温度出现前后， 地中温度也是自南向北逐渐降低。自南向北各点地温的日变化的特点是 ： 越向温室南沿底脚， 地温变化越大（表 10 ）。（三） 空气湿度与塑料大棚一样， 日光温室内的湿度环境也有四个特点 ： 一是日光温室内是高湿环境。 在不通风或基本不通风的条件下， 节能型日光温室内， 白天相对湿度在 80 -85 之间， 夜间在 90 以上 ；简易日光温室内因气温低比节能型日光表 10 &nbsp;各测点地中 （ 15cm ） 温度日变化 （）测点部位（自南向北）日变幅15.725.335.645.455.363.470.3表 9 &nbsp;日光温室内各旬温度指标 （北京， 1989-1990 ） （）日平均正积温平均白天20 积温平均夜间10 积温下420|480180|230200|240上420|480200|245(230 ±）中360|420(200 ±）140|200下320|350(135 ±）50|140上300|350125|130(70 ±）中240|300(130 ±）(40 ±）下200|260110|15020|30上(380 ±）(165 ±）(100 ±）12 01月旬积温 （ / 日）11 022005/04/15 第 8 期 51温室高 5 -10 。 3 月份以后， 室内外气温增高， 温室放风， 相对湿度有所下降， 尤其在中午前后可降至 50 -60 。二是结露和濡湿。 由于空气湿度大， 夜间和早晨温度低， 在日光温室的内表面上，特别是作物茎叶表面容易结露， 吐水和濡湿。 特别是使用了防雾滴性能不良的薄膜， 室内雾霭尤其是薄膜内表面水滴下落沾湿作物茎叶表面， 极易引起病害。（四） CO 2 浓度日光温室内 CO 2 浓度的特点是 ： 夜间高， 白天低， 室内的 CO 2 不能满足作物的需要， 出现 CO 2 亏缺。 根据沈阳农业大学在栽培黄瓜的日光温室内测试的资料表明 ： 日光温室内如果不进行通风换气，早晨揭草苫前室内 CO 2 浓度最高， 达1100-1300 L/L ， 揭草苫 2 小时后 CO 2浓度降至 250 L/L 以下， 放风前的 11时左右降至 150 L/L 以下， 此后放风，CO 2 L/L 浓度可维持在 300 L/L 上下， 盖草苫后 CO 2 浓度逐渐增加直至第二天早晨又达到最高值。 总的看与大棚内趋势一致， 白天呈亏缺状况， 远低于室外平均浓度， 当温室封闭时更甚。二、 日光温室小气候环境的调节（一） 优化温室设计和建造日光温室主要在寒冷季节使用， 此时正值低温弱光时期， 而日光温室的基本能源是太阳光能， 因此特别强调充分采光， 严密保温， 白天让尽可能多的阳光进入室内， 夜间尽可能阻挡室内热量的流出， 以维持室内一定的温度水平。 所以除了要注意坚固以外， 充分采光和严密保温是设计和建造日光温室的基本要求。主要包括温室的跨度、 高度、 方位、 采光屋面的角度与形状、 墙体的厚度和做法、后屋面的厚度、 做法和水平投影长度， 以及防寒沟等等。 这些问题已在 中国花卉园艺 2003 年第 13 期 教你设计日光温室 一文中详细介绍过， 此处不再赘述。（二） 透光覆盖材料的选择日光温室的覆盖材料主要是两类 ：一类是用于采光和保温的塑料薄膜， 另一类是草苫、 棉被等外保温覆盖材料。 选择塑料薄膜时要注意以下几点 ： 1. 强度高， 耐冲击、 拉伸和撕裂。 2. 高透光， 是指在太阳辐射光谱中波长为 350-700 纳米的可见光和近红外线范围内透过率要高。 400-700 纳米波段为作物光合成有效辐射所在波段， 700-3000 纳米波段有热效应， 增温性能好。 3. 保温性， 要求薄膜对于波长大于 3000 纳米的红外热辐射有阻隔作用， 即透过率低， 这样可以减少温室通过热辐射方式失散热量， 增强其保温能力。 4. 耐老化性， 塑料薄膜在太阳辐射中的紫外线和高温的作用下会发生氧化， 进而自然破裂， 质量高的塑料薄膜能阻隔太阳辐射中波长小于 350 纳米的紫外线， 也有防止高温氧化的能力， 因而可以延长其使用寿命。 5. 防雾、 滴性， 日光温室经常处于高湿环境中， 塑料薄膜内表面极易结露， 有的甚至整个薄膜的内表面都被露滴沾满， 这不仅会降低温室的透光率， 而且露滴还会下滴， 沾湿作物， 使其遭致病害。 有防雾、 滴功能的薄膜亲水性强， 露滴会在薄膜表面扩展， 形成一个很薄的水层， 并顺着薄膜的表面流走， 不影响透光。 6. 防尘性， 有的塑料薄膜有静电性， 其表面极易吸附灰尘， 影响透光。（三） 前屋面覆盖 &nbsp; 前屋面是温室的主要散热面， 前屋面覆盖可以阻止散热，达到保温目的。目前我国日光温室主要采取在前屋面外侧覆盖保温材料的方式。 使用的材料有草苫、 纸被等。 草苫是最传统的覆盖物， 它是由苇箔、 稻草编织而成的， 其导热系数很小， 可使夜间温室热消耗减少60 ， 提高室温达 1 -3 ， 但目前市场上的草苫质量有待提高， 要保证一定的厚度和密度。 质量较好的草苫， 覆盖在采光面上之后， 室内见不到任何亮光。 据测试， 一个完全致密的草苫与稀松草苫相比， 可使室内温度多提高 1 -2 。 在寒冷冬季或地区， 常常在草苫下铺垫一层牛皮纸层， 称纸被。 纸被由 4-6 张牛皮纸叠合而成。 草苫下加一层纸被， 不仅增加了空气间隔层， 而且弥补了草苫稀松的缺点， 因而提高了保温性。 据测试， 增加一层由 4 张牛皮纸叠合而成的纸被， 可使室内最低气温提高 3 -5 ， 层次增多保温性能相应提高。 纸被保温效果虽好，&lt;&lt;&lt; 中国花卉园艺 · 半月刊52但投资高， 易被雪水、 雨水淋湿， 寿命短，故不少地方用旧薄膜代替纸被。 有的地区用双重草苫， 重叠覆盖保温效果好。 更有的寒冷地区， 如东北、 内蒙古， 用棉被当覆盖物， 可使室温提高 7 -8 ， 高的达 10 ， 山东等地使用编织袋内装碎石棉、 纤维棉做覆盖材料， 保温效果良好。草苫等传统的覆盖材料保温性能好， 但笨重， 易污染、 损坏薄膜， 易浸水、 腐烂等， 因而近 10 年来研制出了一类新型的称为保温被的保温材料。 这种材料轻便、洁净、 防水而且保温性能不逊于草苫。 保温被一般由三层组成， 内、 外层由塑料膜、 无纺布 （事先进行防水处理） 和镀铝膜等一些保温、 防水和防老化材料组成，中间由针刺棉、 泡沫塑料、 纤维棉、 废羊绒等保温材料组成。 目前市场上出售的保温被的保温性能一般能达到或超过传统材料的保温水平。（四） 多重覆盖 &nbsp; 一是室内张挂保温幕， 如旧薄膜、 寒冷纱等， 白天卷起让阳光射人室内， 夜间拉上， 阻止散热， 一般可使室内温度提高 2 ； 在栽培床面上架资 &nbsp; 材设小拱棚， 也是一种室内覆盖的方式， 可使拱棚内气温提高 1 -3 。（五） 地面覆盖 &nbsp; 地面覆盖是提高地温的重要措施， 地面覆盖的方法， 主要是铺设地膜， 喷洒增温剂于土壤表面， 在土壤中一定的深度铺一层稻草、 麦秸加马粪、 鸡粪等酿热物。 根据一些研究， 铺一层地膜可使地面最低温度提高 0.5 。 覆盖地膜还可以抑制地面蒸发， 降低室内空气湿度， 有人测试过， 地膜覆盖前室内空气相对湿度高达 95%-100% ， 覆盖地膜后则下降到 75%-80% 。 喷洒增温剂的提高 2 -2.4 ， 增温剂的增温效果在 3-20 天内增温明显， 所以最好每隔 30 天喷一次。 在土中 40cm 处铺一层 10-15cm 稻草， 可使根层土温提高 1 -3 ， 铺一层10-15cm 厚马粪， 增温 2 -4 。 铺马粪和稻草都有一定时效， 铺后 10 天内生效， 20 天达到高峰， 以后增温效应减弱。（六） 通风 &nbsp; 日光温室通风的目的是除湿、 降温， 调节室内二氧化碳浓度， 排除室内有害气体。 常采取的通风方式是“扒缝” 通风。 上排通风缝设在屋脊附近，放风时可将其扒开， 下排通风缝设在靠近腰部， 放风时可将其扒开。 不放风时，风道关闭， 这种通风方法可以根据室内外温湿度状况调节风道口的大小和放风时间， 在严寒时既保温， 又达到通风的目的， 同时不损坏薄膜， 是一种较好的通风方法， 但覆膜时工艺要求高。 另外还有开通风孔、 通风口等方法。（七） 进出口 &nbsp; 温室山墙一端应设进出 口 （门）， 进出口设在东山墙为宜， 以防西北冷风侵袭。 要设木门， 再挂上门帘 ( 草帘、 棉帘 ) 以保温。 为了防止人出入温室时冷风灌入室内， 应在东山墙 ( 即开门的山墙 ) 东侧设一操作间， 操作间的门向南， 严寒时节最好也挂门帘。 有的种植者在温室内离门口 1-3m 处张挂一张塑料薄膜以防人们进出温室时冷风直接吹袭植物， 这也是一种有效的保护植物的方法。（八） CO 2 施肥 &nbsp; 日光温室内白天CO 2 亏缺， 实践证明增施 CO 2 气肥可以提高产量， 改善品质。 对于一般蔬菜而言，室内 CO 2 浓度维持 800-1500 L/L 为宜， 阴天可以低一些， 晴天高一些。 室内CO 2 浓度应随光照度的增大而增大。 要根据不同植物的需要补充 CO 2 ， 如西瓜要求600-1200 L/L ， 黄瓜则以 1200 L/L 为宜。 CO 2 的施用时间应在晴天的上午， 到中午通风前 0.5 小时停止。 植物生育期内以在果实或根膨大速度最快的时期施用最好， 如黄瓜在采收初期施用比较合理，施用过早容易徒长。 CO 2 气肥的来源主要有 ： （ 1 ） 有机肥发酵， 成本低， 肥源丰富， 简单易行， 但 CO 2 发生集中， 室内浓度不易掌握。 （ 2 ） 燃烧沼气， 成本低， 清洁， 但低温时期供气不足。 （ 3 ） 燃烧煤、焦炭， 来源容易， 但 CO 2 浓度不易控制，且有有毒气体如 CO 、 SO 2 等排出。 （ 4 ） 液态 CO 2 &nbsp;气肥， 肥源广， 易控制， 是较常用的气源。 （ 5 ） 化学反应法， 利用碳酸盐和强酸反应释放 CO 2 ， 此法目前在我国使用较多。日光温室腰通风</p>