光線入射角及光照強(qiáng)度對(duì)日光溫室棚膜透光率的影響

張仲保

（甘肅省武威市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，甘肅 武威 733000）

溫室內(nèi)的太陽輻照度與溫室外太陽輻照度關(guān)系密切。太陽輻射穿過大氣層到達(dá)地表，是溫室的唯一自然光源。日光溫室棚內(nèi)光照強(qiáng)度的大小受著吸收率、反射率和透過率的影響，反射率雖受前屋面角度、薄膜均勻強(qiáng)度、覆蓋到棚架上的薄膜平整程度、薄膜上灰塵和水滴附著多少等多種因素的影響，但采光屋面角的影響最大。吸收率除了薄膜本身性質(zhì)影響外，附著在薄膜上的灰塵和水霧也會(huì)對(duì)光進(jìn)行吸收，但對(duì)一種薄膜來說，在某一個(gè)時(shí)段對(duì)光線的吸收率是一定的。溫室光線透光率的大小主要取決于反射率的大小，反射率越小，透光率越大。反射率大小與光線入射角大小有密切關(guān)系，入射角越大，反射率越大，光線透光率就小。近年來，對(duì)玻璃溫室透光規(guī)律的研究報(bào)道較多［1～6］，而對(duì)日光溫室塑料薄膜透光規(guī)律的研究鮮見報(bào)道。目前日光溫室薄膜品種規(guī)格多，性能各異，按樹脂原料分有聚乙烯膜、聚氯乙烯膜和乙烯－醋酸乙烯膜；按結(jié)構(gòu)性能特點(diǎn)分有普通膜、長壽膜、長壽無滴膜、漫反射膜、轉(zhuǎn)光膜、復(fù)合多功能膜等。武威市日光溫室蔬菜生產(chǎn)上應(yīng)用較多的是乙烯－醋酸乙烯膜。為了進(jìn)一步明確醋酸乙烯薄膜在太陽不同入射角的條件下的透光率，及不同生產(chǎn)地的醋酸乙烯薄膜透光率差異，我們開展了相關(guān)試驗(yàn)，旨在為薄膜的選擇使用及對(duì)最佳前屋面曲面曲率提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試薄膜為天寶牌農(nóng)用乙烯-乙酸乙烯酯共聚物薄膜（EVA，天寶），由天水天寶塑業(yè)有限責(zé)任公司生產(chǎn)；華盾牌EVA吹塑膜（華盾），由北京華盾雪花塑料集團(tuán)有限責(zé)任公司生產(chǎn)；農(nóng)達(dá)塑膠EVA三層共擠耐老化膜（農(nóng)達(dá)），由青島宏達(dá)塑膠總公司生產(chǎn)；農(nóng)盾牌乙烯-乙烯酯共聚物薄膜（EVA，農(nóng)盾）。照度計(jì)采用風(fēng)光牌ZF-2型。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 太陽光不同輻射角度下的薄膜透光率 將一定面積（60 cm×60 cm）大小的供試薄膜平展貼于感光鏡頭上，分別測定太陽光入角為：0°、5.62 °、11.25 °、16.88 °、22.50 °、28.13 °、33.75 °、39.38°、45.00°、50.63°、56.25°、61.88°、67.50°、73.13°、78.75°、84.38°、90.00°共17個(gè)角度下的透光率，3次重復(fù)，計(jì)算透光率。

1.2.2 自然光不同光照強(qiáng)度下的透光率 在自然光照強(qiáng)度1 170、2 230、4 150、6 000、9 600 Lx條件下，測定供試薄膜的透光率。

透光率（%）=（透過試樣的光照強(qiáng)度/射到試樣上的光照強(qiáng)度）×100

1.2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) 采用張仲保農(nóng)業(yè)田間試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析軟件（SAE，ver5.0）統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 光線入射角對(duì)薄膜透光率的影響

從圖1、2、3、4可以看出，在太陽光強(qiáng)度一定的條件下，不同入射角與不同薄膜透光率的關(guān)系不是直線關(guān)系。通過采用函數(shù)回歸關(guān)系尋優(yōu)，以4次多項(xiàng)式的函數(shù)表達(dá)式進(jìn)行模擬，結(jié)果光線入射角與各種薄膜透光率的關(guān)系十分吻合，相關(guān)系數(shù)均在0.997 9以上，達(dá)到極顯著水平。從圖5看出，不同照射角（入射角）與4種薄膜透光率的平均值模擬函數(shù)相關(guān)系數(shù)R=0.999 5，表明光線在不同入射角通過薄膜后的透光率完全可以采用函數(shù)回歸方程來模擬。解析模擬方程得出入射角為0～30°時(shí)4種薄膜的平均透光率（表1），可以看出，當(dāng)入射角為0～30°時(shí)，平均透光率由89.54%降至63.76%。當(dāng)入射角變化為45°時(shí)，4種薄膜平均透光率降至48.30%。顯而易見，當(dāng)太陽光強(qiáng)度一定的條件下，入射角小于30°時(shí)薄膜的透光率較高。

圖1 華盾棚膜光線入射角與透光率的函數(shù)關(guān)系

圖2 農(nóng)盾棚膜光線入射角與透光率的函數(shù)關(guān)系

表1 不同光線入射角薄膜的平均透光率

圖3 農(nóng)達(dá)棚膜光線入射角與透光率的函數(shù)關(guān)系

圖4 天寶棚膜光線入射角與透光率的函數(shù)關(guān)系

圖5 光線入射角與各種棚膜平均透光率的函數(shù)

2.2 光照強(qiáng)度對(duì)薄膜透光率的影響

從圖6、7、8、9、10及表2可以看出，不同薄膜在不同太陽光照強(qiáng)度下的透光率存在一定差異。平均透光率以華盾最高，為86.87%；農(nóng)盾最低，為84.63%，二者相差2.24百分點(diǎn)；農(nóng)達(dá)、天寶分別為85.73%、84.97%。自然光照強(qiáng)度為1 170 Lx時(shí)各種薄膜的透過率均為最低。不同光照強(qiáng)度下的透光率以華盾差異較小，為84.82%～88.34%，相差3.52百分點(diǎn)；農(nóng)盾差異較大，為80.87%～87.80%，相差6.93百分點(diǎn)。造成這種差異的原因與產(chǎn)品質(zhì)量有關(guān)。經(jīng)差異顯著性分析，得出F=2.21＜F0.05=3.49，表明不同品牌薄膜間透光率差異不顯著。不同光照強(qiáng)度之間的差異顯著性分析表明，在光照強(qiáng)度4 150 Lx與1 170 Lx下，薄膜平均透光率差異極顯著，與其它光照強(qiáng)度差異不顯著；光照強(qiáng)度9 600 Lx與2 230 Lx、6 000 Lx下，薄膜平均透光率差異不顯著，與1 170 Lx條件下差異顯著；光照強(qiáng)度2 230、6 000、1 170 Lx下，薄膜平均透光率差異不顯著。4種薄膜的透光率為80%～89%，光照強(qiáng)度與透光率并非直線關(guān)系。

圖6 華盾棚膜不同光照強(qiáng)度下的透光率比較

圖7 農(nóng)盾棚膜不同光照強(qiáng)度下的透光率比較

圖8 農(nóng)達(dá)棚膜不同光照強(qiáng)度下的透光率比較

圖9 天寶棚膜不同光照強(qiáng)度下的透光率比較

圖10 各種棚膜不同光照強(qiáng)度下的平均透光率比較

表2 不同薄膜的透光率 %

3 小結(jié)與討論

1）在太陽光強(qiáng)度一定的條件下，不同照射角（入射角）下與不同薄膜透光率的關(guān)系為4次多項(xiàng)式函數(shù)，平均值模擬函數(shù)相關(guān)系數(shù)R=0.999 5。當(dāng)入射角為0～30°時(shí)，平均透光率由89.54%降至63.76%；當(dāng)入射角為45°時(shí)，平均透光率降至48.30%。即在太陽光強(qiáng)度一定的條件下，入射角小于30°時(shí)薄膜的透光率較高。薄膜在不同太陽光照強(qiáng)度下的透光率存在一定差異，華盾平均透光率最高，為86.87%；農(nóng)盾最低，為84.63%。自然光照強(qiáng)度在1 170 Lx時(shí)各種薄膜的透光率均為最低。不同品牌薄膜間透光率差異不顯著。

2）馬占元等研究認(rèn)為，入射角與透過率的關(guān)系并不是簡單的直線關(guān)系。當(dāng)入射角在0～40°時(shí)，隨著入射角增大，透光率略有下降，但下降總幅度不超過5%；當(dāng)入射角在40～60°時(shí)，隨著入射角增大，透光率下降越明顯；當(dāng)入射角為60～90°時(shí)，光線的透光率隨著入射角加大，而急劇下降［1～6］。光線入射角與透光率的函數(shù)關(guān)系是確定溫室前屋面曲面形狀的重要依據(jù)，只有依賴這種函數(shù)關(guān)系，再考慮其他因素，才能比較科學(xué)的提出日光溫室前屋面的合理形狀，確定溫室高度，即龍骨架的最合理曲度。生產(chǎn)中采用的EVA膜，因生產(chǎn)廠家技術(shù)水平而異，所用材料的差異及其質(zhì)量有明顯區(qū)別，因此在選購薄膜時(shí)應(yīng)選擇透光率高、保溫性強(qiáng)、抗張力、抗農(nóng)藥、抗化肥力強(qiáng)的無滴、無毒、重量輕的透明薄膜。進(jìn)行周年栽培的大型大棚，要求使用較厚的薄膜，且應(yīng)每年更換1次。

［1］ 葳田憲次.溫室方位和地理緯度對(duì)太陽直射光透過率的影響［J］. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，1993，9（2）：52-56.

［2］ 全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站.日光溫室蔬菜高效節(jié)能栽培技術(shù)［M］.北京：科學(xué)普及出版社，1992.

［3］ 傅連江.高效節(jié)能日光溫室蔬菜栽培［M］.蘭州：甘肅科學(xué)技術(shù)出版社，1999.

［4］ 羅中嶺.當(dāng)代溫室氣候與花卉［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)科技出版社，1994.

［5］ 孫忠富，李佑祥，吳毅明，等.北京地區(qū)典型日光溫室直射光環(huán)境的模擬與分析［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，1993，9（2）：45-51.

［6］ 馬占元.日光溫室實(shí)用技術(shù)大全［M］.石家莊：河北科學(xué)技術(shù)出版社，1997.