越冬期日光温室不同升温设施灌溉水升温特性的试验研究.pdf

p文 章 编 号１００７-４９２９２０１８０８-０１０３-０５ 越 冬 期 日 光 温 室 不 同 升 温 设 施 灌 溉 水 升 温 特 性 的 试 验 研 究 胡 婧 娟 １ ， 樊 贵 盛 ２ １. 太 原 理 工 大 学 环 境 科 学 与 工 程 学 院， 太 原０３００２４；２. 太 原 理 工 大 学 水 利 科 学 与 工 程 学 院， 太 原０３００２４摘 要 为 了 研 究 越 冬 期 日 光 温 室 不 同 升 温 设 施 中 灌 溉 水 的 升 温 特 性， 以 黄 土 高 原 离 石 区 设 施 蔬 菜 示 范 基 地 日 光 温 室 群 的 越 冬 期 跟 踪 监 测 数 据 为 依 据， 研 究 了 地 下 浅 式 升 温 池 和 地 上 深 式 升 温 池 中 灌 溉 水 水 温 的 变 化 特 性。 结 果 表 明① 升 温 池 内 表 层 水 温 随 气 温 剧 烈 波 动， 而０.３ｍ 以 下 灌 溉 水 水 温 不 随 室 温 剧 烈 波 动 而 稳 步 升 温， 但 升 温 速 率 与 气 温 变 化 有 关；② 地 下 浅 式 升 温 池 的 升 温 效 果 远 远 领 先 于 其 他 型 式 的 升 温 池， 地 下 浅 式 升 温 池 中 灌 溉 水 在 升 温２７ｈ 之 后 便 能 达 到 灌 溉 要 求， 而 地 上 深 式 升 温 池 在 升 温４８ｈ 还 没 有 达 到 灌 溉 要 求；③ 地 下 浅 式 升 温 池 在 占 地 面 积、 升 温 效 果、 管 理 风 险、 经 济 成 本 等 方 面 明 显 优 于 其 他 结 构 型 式 的 升 温 池， 推 荐 地 下 浅 式 升 温 池 作 为 越 冬 期 间 日 光 温 室 灌 溉 水 的 升 温 设 施。 研 究 结 果 可 为 北 方 高 寒 地 区 越 冬 期 温 室 大 棚 的 灌 溉 水 温 管 理 提 供 具 有 实 际 意 义 的 技 术 支 撑， 对 丰 富 灌 溉 理 论 与 技 术 具 有 一 定 的 科 学 价 值。关 键 词 灌 溉 水； 升 温 设 施； 升 温 效 果； 日 光 温 室； 越 冬 期中 图 分 类 号Ｓ６２５ nbsp;文 献 标 识 码Ａ ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＳｔｕｄｙｏｎＩｒｒｉｇａｔｉｏｎＷａｔｅｒＨｅａｔｉｎｇｕｐ ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＤｉｆｆｅｒｅｎｔＨｅａｔｉｎｇＦａｃｉｌｉｔｉｅｓｉｎｔｈｅＧｒｅｅｎｈｏｕｓｅＤｕｒｉｎｇＷｉｎｔｅｒ ＨＵＪｉｎｇ-ｊｕａｎ １ ，ＦＡＮＧｕｉ-Ｓｈｅｎｇ ２ １.ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴａｉｙｕａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｉｙｕａｎ０３００２４，Ｃｈｉｎａ； ２.ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＨｙｄｒａｕｌｉｃＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴａｉｙｕａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｉｙｕａｎ０３００２４，Ｃｈｉｎａ ＡｂｓｔｒａｃｔＩｎｏｒｄｅｒｔｏｓｔｕｄｙｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｗａｔｅｒｈｅａｔｉｎｇｕｐｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｈｅａｔｉｎｇｆａｃｉｌｉｔｉｅｓｄｕｒｉｎｇｗｉｎｔｅｒ，ｔｈｅｃｈａｎｇｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆ ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｗａｔｅｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｉｎｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｓｈａｌｌｏｗｒｅｓｅｒｖｏｉｒａｎｄｄｅｅｐｒｅｓｅｒｖｏｉｒｏｎｔｈｅｇｒｏｕｎｄ，ｂａｓｅｄｏｎｔｒａｃｋｉｎｇｔｅｓｔｄａｔａｏｆ ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅｇｒｏｕｐｉｎＸｉｎｙｉＴｏｗｎ，ＬｉｓｈｉＤｉｓｔｒｉｃｔ，ＳｈａｎｘｉＰｒｏｖｉｎｃｅｄｕｒｉｎｇｗｉｎｔｅｒｉｎｇｐｅｒｉｏｄ. Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ①Ｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｗａｔｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｌｕｃｔｕａｔｅｓｓｈａｒｐｌｙｗｉｔｈｔｈｅａｉｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｗｈｉｌｅｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｗａｔｅｒｏｆｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｂｅｌｏｗ０.３ ｍｄｏｅｓ ｎｏｔ ｆｌｕｃｔｕａｔｅｓｔｅａｄｉｌｙｗｉｔｈｔｈｅａｉｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｂｕｔｔｈｅｈｅａｔｉｎｇｒａｔｅｉｓｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅａｉｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｈａｎｇｅ；②Ｔｈｅｈｅａｔｉｎｇｅｆｆｅｃｔｏｆｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｓｈａｌｌｏｗｈｅａｔｉｎｇｒｅｓｅｒｖｏｉｒｉｓｆａｒａｈｅａｄｏｆｏｔｈｅｒｔｙｐｅｓｏｆｈｅａｔｉｎｇｒｅｓｅｒｖｏｉｒ.Ｔｈｅｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｗａｔｅｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｓｈａｌｌｏｗｈｅａｔｉｎｇ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｃａｎｒｅａｃｈｔｈｅｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓａｆｔｅｒ２７ｈｏｕｒｓｏｆｗａｒｍｉｎｇｕｐ，ｗｈｉｌｅｔｈｅｄｅｅｐｒｅｓｅｒｖｏｉｒｏｎｔｈｅｇｒｏｕｎｄｃａｎｎｏｔｒｅａｃｈｔｈｅ ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｃｌａｉｍ； ③ Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｓｈａｌｌｏｗ ｈｅａｔｉｎｇ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｉｓ ｓｕｐｅｒｉｏｒ ｔｏ ｏｔｈｅｒ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｈｅａｔｉｎｇ ｆａｃｉｌｉｔｉｅｓ ａｔ ｔｈｅ ａｒｅａ， ｈｅａｔｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ， ｍａｎａｇｅｍｅｎｔｒｉｓｋ，ｅｃｏｎｏｍｉｃｃｏｓｔｓａｎｄｏｔｈｅｒａｓｐｅｃｔｓｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅ.Ｔｈｅｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｓｈａｌｌｏｗｈｅａｔｉｎｇｒｅｓｅｒｖｏｉｒｉｓｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄａｓｔｈｅｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ ｗａｔｅｒｈｅａｔｉｎｇｆａｃｉｌｉｔｉｅｓｄｕｒｉｎｇｔｈｅｗｉｎｔｅｒｐｅｒｉｏｄ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｐｒａｃｔｉｃａｌｔｅｃｈｎｉｃａｌｓｕｐｐｏｒｔｆｏｒｔｈｅｍａｎａｇｅｍｅｎｔｏｆｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｗａｔｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｔｈｅｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅｄｕｒｉｎｇｔｈｅｗｉｎｔｅｒｉｎｇｐｅｒｉｏｄｏｆｔｈｅｓｅａｓｏｎａｌｆｒｏｚｅｎｓｏｉｌ.Ｉｔｈａｓｃｅｒｔａｉｎｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｖａｌｕｅｆｏｒｔｈｅｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔｏｆ ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｔｈｅｏｒｙａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ. Ｋｅｙｗｏｒｄｓｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｗａｔｅｒ；ｈｅａｔｉｎｇｆａｃｉｌｉｔｉｅｓ；ｈｅａｔｉｎｇｅｆｆｅｃｔ；ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ；ｗｉｎｔｅｒｐｅｒｉｏｄ 收 稿 日 期２０１８-０１-２３ 基 金 项 目 山 西 省 科 技 攻 关 项 目“ 设 施 果 蔬 园 艺 产 业 化 关 键 技 术 研 究 低 温 区 日 光 温 室 大 棚 冬 季 灌 溉 水 升 温 设 施 与 技 术 研 究”２０１３０３１１０１０- ３； 亚 洲 开 发 银 行 技 术 援 助 赠 款 项 目 山 西 省“ 通 过 地 下 水 管 理 适 应 气 候 变 化 项 目”０１８８-ＰＲＣ。 作 者 简 介 胡 婧 娟１９８６-， 女， 博 士 生， 主 要 从 事 土 壤 物 理、 水 土 环 境 控 制 等 方 面 的 研 究。 Ｅ-ｍａｉｌｈｕｊｉｎｇｊｕａｎ８６４２＠１６３.ｃｏｍ。 通 讯 作 者 樊 贵 盛１９５５-， 男， 教 授， 博 士 生 导 师， 主 要 从 事 土 壤 物 理、 灌 排 理 论 与 技 术 研 究。 Ｅ-ｍａｉｌｆａｎｇｕｉｓ５５０７＠２６３.ｎｅｔ。 ３ ０ １ 节 水 灌 溉２０１８ 年 第８ 期 ０ 引 言 日 光 温 室 主 要 依 靠 日 光 的 自 然 温 热 和 保 温 设 施 来 维 持 越 冬 期 的 棚 内 温 度。 在 越 冬 期 内， 用 设 施 日 光 温 室 栽 培 反 季 节 蔬 菜 已 成 为 现 代 经 济、 社 会 发 展 的 支 柱 产 业 之 一。 日 光 温 室 小 气 候 的 各 种 因 素 中， 温 度 是 对 作 物 生 长 影 响 最 大 的 因 素 [１] 。 但 是 在 低 温 地 区， 越 冬 期 日 光 温 室 农 作 物 种 植 的 一 大 难 题 是 灌 溉 水 水 温 偏 低。 尤 其 在 高 海 拔 的 山 丘 区， 农 业 灌 溉 更 多 利 用 的 是 出 露 的 小 泉 小 水、 河 水 或 河 流 滩 地 的 浅 层 地 下 潜 水。 这 些 灌 溉 水 水 源 的 共 同 特 点 是 水 温 低， 不 能 满 足 植 物 正 常 生 长 而 需 求 的 最 低 灌 溉 水 水 温 的 要 求。 根 据 文 献 资 料 研 究 发 现， 现 在 提 高 灌 溉 水 温 度 的 方 法 有 以 下 几 类 [２-６] ① 改 进 渠 道 结 构， 尽 量 使 用 宽 浅 式 渠 道， 利 用 太 阳 辐 射 来 使 灌 溉 水 增 温；② 修 建 晒 水 池；③ 延 长 灌 溉 水 的 流 路， 清 除 流 路 上 的 杂 草， 使 太 阳 光 能 直 接 照 射 灌 溉 水；④ 用 塑 料 薄 膜 覆 盖 渠 道；⑤ 利 用 蓄 流 灌 水 器 提 高 灌 溉 水 温 度。 文 献 中 的 这 些 方 法 在 非 冬 季、 气 候 条 件 比 较 温 和 的 情 况 下 取 得 了 良 好 的 升 温 效 果， 但 是 只 适 用 于 输 配 水 方 式 为 渠 道、 气 温 比 较 高、 辐 射 比 较 强 的 情 况， 也 就 是 非 越 冬 期 的 天 气 状 况， 对 于 高 海 拔 低 温 地 区 冬 季 日 光 温 室 灌 溉， 并 不 奏 效。 越 冬 期 灌 溉 水 由 管 道 输 送 进 日 光 温 室 大 棚， 外 界 温 度 较 低， 辐 射 不 强， 并 不 能 使 用 以 上 井 灌 区 的 方 法 使 灌 溉 水 升 温。 国 内 外 的 文 献 中 对 越 冬 期 间 日 光 温 室 灌 溉 水 升 温 方 法 以 及 升 温 设 施 鲜 有 论 述。 现 行 的 低 温 区 日 光 温 室 灌 溉 水 升 温 的 设 施 有 以 下 几 种 [７] ① 悬 挂 式 钢 制 水 箱 升 温 设 施。 ② 塑 料 桶 升 温 设 施。 ③ 地 上 深 式 升 温 池。 ④ 酒 瓮 形 升 温 设 施。 ⑤ 地 下 浅 式 升 温 池。 ⑥ 日 光 温 室 柔 性 蓄 水 池 [８] 。 ⑦ 太 阳 能 塑 料 储 热 水 管 [９] 。 据 调 查， 虽 然 这 些 结 构 型 式 的 升 温 池 目 前 都 在 使 用， 但 是 目 前， 国 内 外 文 献 对 于 不 同 型 式 升 温 池 造 价、 占 地、 升 温 效 果 等 没 有 明 确 的 比 选 方 案， 也 没 有 优 选 一 种 适 用 于 北 方 高 寒 地 区 日 光 温 室 的 升 温 设 施。 本 研 究 以 山 西 省 吕 梁 市 离 石 区 设 施 蔬 菜 示 范 基 地 日 光 温 室 棚 区 为 载 体， 在 着 重 测 试 分 析 日 光 温 室 园 区 不 同 型 式 升 温 池 内 灌 溉 水 升 温 过 程 及 升 温 效 果， 比 选 出 一 种 升 温 效 果 好、 占 地 面 积 小、 运 行 安 全 可 靠 的 适 用 于 提 升 北 方 高 寒 地 区 日 光 温 室 灌 溉 水 水 温 的 升 温 设 施。 研 究 成 果 可 以 为 越 冬 期 间 日 光 温 室 灌 溉 水 升 温 设 施 的 选 择 提 供 理 论 基 础， 并 且 填 补 了 国 内 外 关 于 越 冬 期 间 灌 溉 水 升 温 过 程、 升 温 方 法 和 升 温 设 施 研 究 的 空 白。 １ 材 料 与 方 法 １.１ 日 光 温 室 及 供 水 系 统 本 试 验 日 光 温 室 位 于 山 西 省 吕 梁 市 离 石 区 信 义 镇 小 神 头 村。 该 地 区 属 典 型 的 高 海 拔 低 温 山 区， 海 拔 在１３００ｍ 以 上， 年 平 均 气 温 为８.９℃， 最 高 气 温３５℃， 最 低 气 温-１８℃， 冬 季 寒 冷 少 雪， 春 季 较 湿 润 且 多 风， 夏 季 炎 热， 雨 量 集 中， 全 区 光 能 资 源 充 足。 设 施 蔬 菜 示 范 基 地 日 光 温 室 为ＲＷＳ-１０-５ 型 高 效 节 能 日 光 温 室。 日 光 温 室 坐 北 朝 南， 东 西 向 长６０ｍ， 南 北 向 长８ｍ， 后 墙 高４.０ｍ。 前 屋 面 覆 盖 物 为 醋 酸 乙 烯ＥＶＡ 高 效 保 温 无 滴 防 尘 日 光 温 室 专 用 膜， 不 透 明 保 温 覆 盖 材 料 为 多 层 复 合 保 温 被。 夜 间 前 屋 面 盖 保 温 被 保 温， 中 午 通 风。 室 内 种 植 的 作 物 为 番 茄， 番 茄 及 其 植 株 正 常 生 长 所 需 的 最 低 温 度 为１０℃ [１０] 。 日 光 温 室 灌 溉 水 源 为 离 石 地 区 小 东 川 河 河 槽 浅 层 潜 水 井， 整 个 越 冬 期， 地 表 河 水 温 度 在-３３℃ 之 间 [１１] ， 浅 层 潜 水 井 深３ ｍ， 井 水 温 度 在５℃ 以 下。 河 水 经 过 渗 流 到 河 槽 浅 层 潜 水 井， 然 后 通 过 输 水 管 道 自 流 到 棚 区 东 北 高 程 为１０００ｍ 的 一 座 容 量 为 ３００ｍ ３ 的 蓄 水 池 中， 再 由 已 经 铺 设 好 的 干 管 和 支 管 将 灌 溉 水 输 送 到 每 个 温 室 大 棚 的 升 温 池 中， 升 温 池 入 水 口 处 的 温 度 在５.２ ８.２℃， 不 能 满 足 植 物 对 灌 溉 水 温 的 要 求。 １.２ 升 温 池 型 式 全 区 日 光 温 室 内 升 温 池 共 有 三 种 型 式 地 上 深 式 升 温 池、 地 下 浅 式 升 温 池 和 地 下 酒 瓮 形 升 温 池。 １ 地 下 浅 式 升 温 池 为 敞 口 地 下 长 方 形 结 构， 升 温 池 长２.８ ｍ， 宽１.７５ｍ， 深１.２ｍ。 升 温 池 储 水 部 分 建 造 在 地 面 以 下， 蓄 水 位 与 地 面 齐 平。 采 用 砖 石 结 构，Ｍ７.５ 水 泥 砂 浆 砌 筑， 池 底 及 四 周 设 土 工 膜 防 渗， 为 避 免 人 误 跌 入 升 温 池， 升 温 池 壁 顶 高 出 地 面０.１０ｍ。 升 温 池 位 于 日 光 温 室 的 东 北 角， 升 温 池 墙 体 距 日 光 温 室 后 墙 和 侧 墙 的 距 离 分 别 为０.５５ｍ 和０.２４ｍ。 升 温 池 结 构 及 尺 寸 如 图１ 所 示。 图１ 地 下 浅 式 升 温 池 尺 寸 及 测 试 点 示 意 图 Ｆｉｇ.１Ｔｈｅｓｉｚｅａｎｄｔｅｓｔｐｏｉｎｔｓｏｆｓｈａｌｌｏｗａｎｄｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ２ 地 上 深 式 升 温 池 部 分 建 造 在 地 面 以 上， 升 温 池 壁 顶 高 出 地 面０.６２ｍ， 长２.７２ｍ， 宽２.７２ｍ， 高１.８９ｍ， 池 壁 厚０.３８ｍ。 采 用 砖 石 结 构，Ｍ７.５ 水 泥 砂 浆 砌 筑。 升 温 池 位 于 日 光 温 室 的 东 北 角， 距 后 墙 和 侧 墙 的 距 离 分 别 为０.７ｍ 和０.６５ｍ。 升 温 池 结 构 及 尺 寸 如 图２ 所 示。 图２ 地 上 深 式 升 温 池 尺 寸 及 测 试 点 示 意 图 Ｆｉｇ.２Ｔｈｅｓｉｚｅａｎｄｔｅｓｔｐｏｉｎｔｓｏｆｄｅｅｐｒｅｓｅｒｖｏｉｒｏｎｔｈｅｇｒｏｕｎｄ ４ ０ １ 越 冬 期 日 光 温 室 不 同 升 温 设 施 灌 溉 水 升 温 特 性 的 试 验 研 究 nbsp;胡 婧 娟 樊 贵 盛 ３ 地 下 酒 瓮 形 升 温 池。 地 下 酒 瓮 形 升 温 池 瓮 口 与 地 面 齐 平， 蓄 水 部 分 全 部 在 地 面 以 下。 地 面 口 径 小， 其 内 径 随 深 度 增 大。 采 用 砖 石 结 构， 井 壁 用 水 泥 砂 浆 抹 面 防 渗。 １.３ 试 验 仪 器 及 方 法 日 光 温 室 室 内 温 度、 升 温 池 水 温 度 测 量 采 用 温 度 计 及 热 敏 电 阻 电 阻 值 误 差０.５Ω 相 结 合 的 测 量 方 法。 地 温 采 用 热 敏 电 阻 和 直 角 五 支 组 地 温 计 相 结 合 的 方 法，００.４ｍ 范 围 内 的 土 壤 温 度 用 五 支 组 地 温 计 测 量，０.４ｍ 以 下 的 土 壤 温 度 用 热 敏 电 阻 测 量。 用ＵＴ-５６ 型 数 字 万 用 表 测 量 即 时 的 热 敏 电 阻 值 后， 利 用 公 式 换 算 成 温 度 值。 ＵＴ-５６ 型 数 字 万 用 表 测 量 电 阻 时 量 程 为２００Ω２０ＭΩ， 其 测 量 精 度 为０.８５， 精 确 值 达 到 ０.０２℃， 完 全 能 满 足 本 实 验 的 研 究 要 求。 ｘ Ｂ ｌｎ Ｒ ｘ Ｒ ２５ Ｂ ２９８.１５ -２７３.１５ １ 式 中Ｒ ｘ ，Ｒ ２５ 为 实 时 实 测 电 阻 和 温 度 为２５℃ 时 的 电 阻 值，Ω；ｘ 为 实 时 温 度 值，℃；Ｂ 为 常 数， 一 般 取３０００。 １.４ 试 验 测 点 的 布 置 升 温 池 水 温 在 升 温 池 内 部 垂 向 设 置５ 个 测 试 点， 如 图１ 所 示。 由 池 顶 到 池 底 分 别 在０.２、０.４、０.６、０.８、１.０ｍ 处 设 置 测 试 点。 地 温 测 试 点 在 据 升 温 池 旁０.１２ｍ 处 设 置， 如 图１ 所 示。 由 土 壤 表 面 到 土 壤 深 层 分 别 在０.０５、０.１０、０.１５、０.２０、０.２５、０.４０、 ０.６０、０.８０、１.００、１.４０、１.８、２.２ｍ 处 设 置 测 试 点。 日 光 温 室 内 部 空 气 温 度 分 别 在 日 光 温 室 侧 墙 处 和 温 室 中 部 三 个 剖 面 设 定 测 试 点。 在 每 个 剖 面 上， 分 别 在 靠 近 后 墙、 温 室 大 棚 中 央、 靠 近 前 屋 面 处 设 置 热 敏 电 阻 和 温 度 计， 共 计９ 个 测 试 点。 每 个 测 试 点 上， 由 低 到 高 每０.４ｍ 设 置 一 个 热 敏 电 阻。 １.５ 试 验 时 间 本 试 验 从２０１３ 年１１ 月 开 始， 到２０１４ 年３ 月 底 结 束。 横 跨 整 个 越 冬 期， 每 隔７１０ｄ 测 试 一 次， 每 天 温 度 测 试 的 测 试 时 间 点 为０ ００、２ ００、４ ００、６ ００、８ ００、１０ ００、１２ ００、 １４００、１６００、１８００、２０００、２２００、２４００， 即 每２ｈ 观 测 一 次。 中 午１２００-１４００ 之 间 由 于 气 温 变 化 幅 度 较 大， 增 大 观 测 频 率， 每 小 时 观 测 一 次。 ２ 结 果 与 分 析 试 验 园 区 日 光 温 室 中 有３ 种 型 式 的 升 温 池 地 上 深 式 升 温 池、 地 下 酒 瓮 形 升 温 池、 地 下 浅 式 升 温 池。 这３ 种 升 温 池 的 优 缺 点 如 下 地 上 深 式 升 温 池 一 半 埋 在 地 下， 一 半 在 地 面 以 上， 升 温 池 外 壁 对 太 阳 辐 射 有 遮 挡， 部 分 水 面 可 以 接 受 阳 光 照 射， 同 时 日 光 温 室 内 的 热 空 气 也 能 透 过 砖 结 构 向 灌 溉 水 传 递 热 量， 有 利 于 提 升 水 温， 但 是 地 面 以 上 的 升 温 池 容 易 遮 挡 阳 光， 造 成 升 温 池 旁 土 地 的 浪 费； 地 下 酒 瓮 形 升 温 池， 这 种 升 温 设 施 瓮 口 与 地 面 齐 平， 蓄 水 部 分 全 部 在 地 面 以 下， 该 方 案 占 地 面 积 小， 能 够 利 用 地 热 来 提 高 水 温， 但 是 它 的 开 挖 量 较 大， 且 瓮 形 不 易 于 施 工， 同 时 水 面 与 空 气 的 接 触 面 积 很 小， 不 能 充 分 利 用 日 光 温 室 内 的 热 空 气 和 太 阳 辐 射 进 行 升 温， 而 太 阳 辐 射 和 室 内 空 气 热 量 是 灌 溉 水 升 温 的 主 要 热 量 来 源， 导 致 蓄 水 体 水 温 升 高 速 度 较 慢； 地 下 浅 式 升 温 池， 这 种 升 温 设 施 的 蓄 水 部 分 也 全 部 在 地 面 以 下， 但 是 它 的 开 挖 深 度 浅， 砌 体 结 构 在 地 面 以 下， 工 程 量 较 小， 修 建 成 本 低， 工 作 可 靠； 同 时 它 与 日 光 温 室 内 热 空 气 的 接 触 面 积 较 大， 增 温 效 果 好， 但 是 由 于 升 温 池 与 地 面 齐 平， 容 易 使 土 粒、 作 物 的 根 叶 等 杂 物 落 入 池 内， 影 响 滴 灌 设 施 的 正 常 运 行。 本 文 着 重 分 析 地 下 浅 式 升 温 池 和 地 上 深 式 升 温 池 中 灌 溉 水 水 温 的 变 化 特 性， 探 索 选 择 最 适 合 越 冬 期 日 光 温 室 灌 溉 水 升 温 的 设 施。 ２.１ 地 下 浅 式 升 温 池 中 灌 溉 水 的 升 温 特 性 本 小 节 选 取 测 试 周 期 内２０１４ 年１ 月１４ 日 晴 灌 溉 水 温 度 变 化 的 过 程 作 图。 据 分 析，２０１４ 年１ 月１４ 日 为 整 个 测 试 周 期 内 气 温 最 低、 也 是 升 温 池 入 口 处 灌 溉 水 水 温 最 低 的 一 天， 升 温 池 进 水 口 温 度 为５.２℃。 灌 溉 水 充 满 升 温 池 的 时 间 为 中 午 １１００， 水 面 距 池 顶 的 距 离 为０.１ｍ。 测 试 水 温 的 位 置 分 别 为 距 水 面０.１、０.３、０.５、０.７、０.９ｍ 处。 灌 溉 水 水 温 和 室 内 气 温 变 化 规 律 如 图３ 所 示。 图３ 地 下 浅 式 升 温 池 灌 溉 水 升 温 过 程 Ｆｉｇ.３Ｔｈｅｈｅａｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｗａｔｅｒｉｎ ｓｈａｌｌｏｗａｎｄｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｒｅｓｅｒｖｏｉｒ 由 图３ 可 以 看 出 １ 升 温 池 表 层 水 温 随 室 内 气 温 剧 烈 波 动， 表 层 水 温 较 气 温 体 现 波 峰 滞 后， 波 谷 提 前 的 现 象。 表 层 水 温 随 室 内 气 温 呈 正 弦 或 余 弦 的 变 化 规 律。 室 内 气 温 在 中 午１２００ 左 右 达 到 最 大 值， 而 表 层 水 温 在 下 午１６００ 左 右 才 达 到 最 大 值， 落 后 气 温４ ｈ； 室 内 气 温 在 早 晨８００ 左 右 达 到 最 小 值， 而 表 层 水 温 在 早 晨 ６００ 降 到 最 小 值， 提 前 室 温 最 小 值 时 间２ｈ。 ２０.３ｍ 深 度 以 下 水 温 不 随 室 内 气 温 剧 烈 波 动 而 稳 步 升 温， 但 升 温 速 率 与 室 内 气 温 变 化 过 程 有 关。 ８００-１２００ 气 温 处 于 上 升 阶 段， 之 后６ｈ 内０.３０.９ｍ 处 的 水 温 平 均 升 温 速 率 为０.２１４、０.１２６、０.１２２、０.０８１ ℃/ｈ， 而 在１２ ００ 到 次 日 ２０００， 气 温 处 于 下 降 阶 段， 之 后６ｈ 内 深 层 灌 溉 水 的 平 均 升 温 速 率 为０.０２８、０.０３５、０.０２５、０.０２８℃/ｈ， 同 层 次 的 灌 溉 水 水 温 在 气 温 上 升 阶 段 后 的 升 温 速 率 明 显 大 于 气 温 下 降 阶 段 后 的 升 温 速 率。 ３ 灌 溉 水 在 棚 内 静 置２７ｈ 后， 水 温 可 满 足 灌 溉 要 求。 此 次 测 试 周 期 内， 升 温 池 进 水 口 温 度 为５.２℃， 自２０１４ 年１ 月１４ 日 中 午１１００ 升 温 池 中 充 满 灌 溉 水 后， 在 次 日２０１４ 年１ 月 １５ 日 下 午１４００ 时， 灌 溉 水 的 平 均 温 度 就 达 到 了１０.４４℃， 达 到 了 室 内 种 植 作 物 番 茄 的 最 低 适 宜 温 度， 历 时２７ｈ， 升 温 效 ５ ０ １ 越 冬 期 日 光 温 室 不 同 升 温 设 施 灌 溉 水 升 温 特 性 的 试 验 研 究 nbsp;胡 婧 娟 樊 贵 盛 果 显 著。 ４ 除 了 气 温 对 灌 溉 水 升 温 有 影 响 外， 地 温 对 灌 溉 水 升 温 也 起 一 定 作 用。 升 温 池 旁 土 壤 的 分 层 温 度 平 均 值 自 土 壤 表 层 到 深 层０.０５、０.１０、０.１５、０.２０、０.２５、０.４０、０.６０、０.８０、１.００ｍ 分 别 为１５.５６、１４.９６、１４.４８、１４.０８、１４.０４、１４.０３、１４.０２、１３.９８、１３.７８ ℃， 均 高 于 升 温 池 水 温， 在 温 度 梯 度 的 作 用 下， 热 量 传 递 的 方 向 也 是 从 土 壤 到 灌 溉 水。 气 温 在 一 日 内 的 大 部 分 时 间 都 大 于 表 层 水 温， 在 温 度 梯 度 的 作 用 下， 热 量 源 源 不 断 的 由 空 气 传 递 给 灌 溉 水。 气 温 在 早 晨６００-８００ 这 段 时 间 内， 低 于 表 层 水 温， 灌 溉 水 向 室 内 空 气 散 发 热 量， 而 深 层 水 温 还 在 不 断 上 升， 体 现 了 地 热 对 灌 溉 水 升 温 的 贡 献。 此 外，０.１ｍ 以 下５ 个 层 次 的 水 温 实 测 平 均 值 由 上 到 下 分 别 为，１３.０、９.５、８.４、８.０、８.４℃， 上 层 灌 溉 水 水 温 明 显 大 于 深 层 灌 溉 水 水 温， 但 是０.９ｍ 处 的 水 温 却 大 于０.７ｍ 处 的 水 温， 这 是 由 于 底 层 水 水 温 不 但 接 收 来 自 室 内 空 气 和 升 温 池 侧 面 土 壤 的 热 量， 同 时 接 收 来 自 升 温 池 底 土 壤 的 热 量， 所 以 温 度 较 高。 ２.２ 地 上 深 式 升 温 池 中 灌 溉 水 的 升 温 特 性 为 方 便 与 地 下 浅 式 升 温 池 中 灌 溉 水 水 温 比 较， 本 小 节 同 样 选 取 测 试 周 期 内２０１４ 年１ 月１４ 日 晴 灌 溉 水 温 度 变 化 的 过 程 作 图。 测 试 点 测 试 的 水 温 实 际 上 分 别 为 水 面 处 水 温、 距 水 面 ０.１、０.２、０.３、０.５、０.６、０.７、０.９、１.１、１.３、１.５、１.７ｍ 和 池 底 处 的 灌 溉 水 水 温。 灌 溉 水 水 温 和 室 内 气 温 变 化 规 律 如 图４ 所 示。 图４ 地 上 深 式 升 温 池 灌 溉 水 升 温 过 程 Ｆｉｇ.４Ｔｈｅｈｅａｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｗａｔｅｒｉｎ ｄｅｅｐｒｅｓｅｒｖｏｉｒｏｎｔｈｅｇｒｏｕｎｄ 由 图４ 可 以 看 出１ 升 温 池 表 层 水 温 也 随 室 温 剧 烈 波 动， 但 仅 出 现 波 峰 滞 后， 而 未 出 现 波 谷 提 前 现 象。 室 内 气 温 在 中 午 １２００ 左 右 达 到 最 大 值， 水 面 处 和０.１ｍ 处 的 水 温 分 别 在 下 午 １６００ 和２０００ 达 到 最 大 值， 落 后 室 温 达 到 最 大 值 时 间４ 和８ ｈ。 室 温 和 升 温 池 表 层 水 温 均 在 早 晨８００ 左 右 达 到 最 低 值， 时 间 一 致。 ２０.３ｍ 以 下 灌 溉 水 水 温 不 随 室 温 剧 烈 波 动 而 稳 步 升 温， 但 升 温 速 率 远 大 于０.５ｍ 以 下 的 水 层。 ０.３ｍ 以 下 灌 溉 水 水 温 升 温 速 率 分 别 为０.１０４、０.０８９、０.０６５、０.０５６、０.０５０、０.０４９、０.０４８、 ０.０４７、０.０４４℃/ｈ， 升 温 速 率 由 上 向 下 递 减。 ３ 灌 溉 水 在 日 光 温 室 内 静 置４８ｈ 后， 整 池 水 温 不 能 达 到 灌 溉 水 温 要 求。 灌 溉 水 从１ 月１４ 日 中 午１１００ 进 入 升 温 池， 升 温４８ｈ 之 后， 平 均 温 度 仅 为８.６℃， 没 有 达 到 植 物 正 常 生 长 所 需 的 最 低 温 度。 ４ 表 层 水 温 大 于 深 层 水 温， 底 层 水 温 大 于 深 层 水 温。 地 上 深 式 升 温 池 灌 溉 水 水 温 从 表 层 到 底 层 的 平 均 温 度 为１１.７、 １０.４、８.３、７.８、６.９、６.６、６.４、６.３、６.３、６.３、６.６℃。 出 现 这 种 现 象 的 原 因 是， 表 层 水 温 同 时 接 受 来 自 室 内 空 气 和 旁 边 土 壤 的 热 量， 底 层 水 温 同 时 接 受 升 温 池 旁 和 升 温 池 底 部 土 壤 的 热 量， 而 深 层 水 升 温 的 热 量 来 源 仅 仅 升 温 池 旁 的 土 壤， 所 以 表 层 和 底 层 的 灌 溉 水 水 温 大 于 深 层 的 灌 溉 水 水 温。 ２.３ 不 同 型 式 升 温 池 灌 溉 水 升 温 效 果 比 较 １ 灌 溉 水 在 升 温 池 中 静 置 了４８ｈ 后， 地 下 浅 式 升 温 池 中 的 灌 溉 水 温 大 于 同 层 次 地 上 深 式 升 温 池 中 的 灌 溉 水 水 温， 如 表 １ 所 示。 表１ 为 两 种 型 式 的 升 温 池 中 灌 溉 水 放 置４８ｈ 时 同 层 次 水 温 的 比 较。 相 同 层 次 的 灌 溉 水， 热 能 的 传 递 有 三 种 基 本 形 式， 热 传 导、 热 对 流 和 热 辐 射。 而 在 热 辐 射 贡 献 的 热 量 中， 包 括 太 阳 辐 射 和 灌 溉 水 同 周 围 物 体 之 间 的 辐 射 换 热， 其 中， 太 阳 辐 射 的 贡 献 占 主 导 地 位。 由 于 地 下 浅 式 升 温 池 池 壁 仅 仅 高 出 地 面０.１ｍ， 而 地 上 深 式 升 温 池 高 出 地 面０.６２ｍ， 在 冬 季， 太 阳 具 有 一 定 的 高 度 角， 即 太 阳 光 的 入 射 方 向 和 地 平 面 之 间 的 夹 角， 太 阳 光 并 不 是 垂 直 入 射 到 地 面 上。 这 就 导 致 了 升 温 池 池 壁 对 太 阳 光 有 了 一 定 的 遮 挡， 显 然 地 上 深 式 升 温 池 对 太 阳 光 的 遮 挡 大 于 地 下 浅 式 升 温 池。 这 就 导 致 了 地 下 浅 式 升 温 池 中 灌 溉 水 温 度 大 于 地 上 深 式 升 温 池 中 同 层 次 的 灌 溉 水 水 温。 表１ 不 同 型 式 升 温 池 同 层 次 灌 溉 水 温 度 比 较 ℃ Ｔａｂ.１Ｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｗａｔｅｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｙｐｅｓｏｆｒｅｓｅｒｖｏｉｒｉｎｔｈｅｓａｍｅｌｅｖｅｌ 升 温 池 型 式 ０.１ｍ 处 水 温 ０.３ｍ 处 水 温 ０.５ｍ 处 水 温 ０.７ｍ 处 水 温 ０.９ｍ 处 水 温 地 上 深 式 升 温 池 １０.４ ８.３ ７.８ ６.９ ６.６ 地 下 浅 式 升 温 池 １３.０ ９.５ ８.４ ８.０ ８.４２ 地 下 浅 式 升 温 池 中 灌 溉 水 在 升 温２７ｈ 之 后 便 能 达 到 灌 溉 要 求， 而 地 上 深 式 升 温 池 在 升 温４８ｈ 还 没 有 达 到 灌 溉 要 求， 地 下 浅 式 升 温 池 的 升 温 效 果 明 显 优 于 地 上 深 式 升 温 池。 此 次 测 试 周 期 内， 升 温 池 进 水 口 温 度 为５.２℃， 自２０１４ 年１ 月１４ 日 中 午１１００ 升 温 池 中 充 满 灌 溉 水 后， 到２０１４ 年１ 月１６ 日 中 午１１００ 共 计４８ｈ， 地 上 深 式 升 温 池 中 灌 溉 水 的 平 均 水 温 为８.５９℃， 并 没 有 达 到 室 内 种 植 作 物 番 茄 的 最 低 适 宜 的 生 长 温 度。 从 表 层 到 深 层 的 水 温 分 别 为１１.２５、１１.５８、１０.２４、９.４８、 ８.１１、７.５６、７.２９、７.２４、７.２０、７.２２、７.３３℃。 只 有 距 升 温 池 池 顶 ０.２ｍ 范 围 内 的 灌 溉 水 水 温 到 达１０℃ 以 上， 达 到 灌 溉 水 温 的 要 求， 其 余 层 次 的 水 温 依 旧 不 足１０℃。 而 在 相 同 的 天 气 条 件 下， 地 下 浅 式 升 温 池 中 灌 溉 水 水 温 达 到 室 内 作 物 正 常 生 长 所 需 灌 溉 水 水 温 要 求 仅 仅 需 要２７ｈ， 充 分 说 明 地 下 浅 式 升 温 池 的 升 温 效 果 优 于 地 上 深 式 升 温 池 的 升 温 效 果。 ２.４ 升 温 池 型 式 的 比 选 针 对 越 冬 期 间 日 光 温 室 灌 溉 水 水 温 偏 低 的 状 况， 除 了 从 水 源 地 到 升 温 池 入 口 处 灌 溉 水 有 一 定 的 升 温 效 果 外， 灌 溉 水 主 要 依 靠 日 光 温 室 内 的 升 温 设 施 进 行 升 温。 目 前 现 行 的 日 光 温 室 内 部 灌 溉 水 升 温 设 施 有 以 下７ 种， 这７ 种 升 温 设 施 的 尺 寸、 位 置、 建 筑 材 料、 优 点 及 缺 点 如 表２ 所 示。综 合 以 上７ 种 升 温 设 施 的 优 缺 点， 试 验 区 日 光 温 室 内 部 共 设 置 了３ 种 型 式 的 升 温 池， 分 布 为 地 下 浅 式 升 温 设 施、 地 上 深 ６ ０ １ 越 冬 期 日 光 温 室 不 同 升 温 设 施 灌 溉 水 升 温 特 性 的 试 验 研 究 nbsp;胡 婧 娟 樊 贵 盛 表２ 日 光 温 室 内 部 升 温 设 施 Ｔａｂ.２Ｔｈｅｈｅａｔｉｎｇｆａｃｉｌｉｔｉｅｓｉｎｓｉｄｅｔｈｅｓｏｌａｒｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ 序 号 升 温 设 施 名 称 尺 寸 及 位 置 材 料 优 点 缺 点 １ 地 下 浅 式 升 温 池 日 光 温 室 东 北 角 ２.８ｍ１.７５ｍ１.２ｍ采 用 砖 石 结 构，Ｍ７.５ 水 泥 砂 浆 砌 筑， 池 底 及 四 周 设 土 工 膜 防 渗开 挖 深 度/p