日光溫室氣溫變化規(guī)律研究

魏渠成+石茗化+樂章燕

摘要 為了解日光溫室冬春室內(nèi)外的氣溫變化規(guī)律，合理調(diào)控日光溫室氣溫，提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)，利用廊坊永清縣海澤田農(nóng)業(yè)園區(qū)2015年1—5月觀測(cè)的室內(nèi)外試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)不同天氣類型下室內(nèi)外氣溫變化規(guī)律進(jìn)行分析研究。結(jié)果表明：試驗(yàn)期內(nèi)室內(nèi)外氣溫總體變化趨勢(shì)一致，溫室內(nèi)外氣溫差異受太陽輻射和人為因素共同影響。不同天氣類型下白天溫室氣溫變化速度表現(xiàn)為晴天>多云>陰天，試驗(yàn)期內(nèi)單日最低氣溫與日出時(shí)間有關(guān)，一般出現(xiàn)在日出前1～2 h內(nèi)。不同天氣類型下溫室內(nèi)外氣溫相關(guān)性顯著，相關(guān)性表現(xiàn)為陰天>晴天>多云天。

關(guān)鍵詞 日光溫室；不同天氣類型；氣溫；變化規(guī)律；相關(guān)性

中圖分類號(hào) S161.2；P423.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2016）23-0205-03

Abstract In order to understand the temperature change laws of greenhouse in winter and spring，to control the temperature of greenhouse and to improve the yield and quality of agricultural products，the experiment was performed indoor and outdoor in Yongqing Haizetian Agricultural Park in Langfang City from January to May，2015. The indoor and outdoor temperature change laws under different weather conditions were analyzed. The result showed that the indoor temperature trend was consistent with that of outdoor throughout the experiment，the temperature difference between the inside and outside the greenhouse was affected by solar radiation.Under different weather conditions，the greenhouse temperature change rates in the daytime were as follow：sunny day>cloudy day>overcast. The minimum temperature in a single day during the experimental period was related to the sunrise time，which usually appeared in 1～2 hours before sunrise.There were significant correlations between the indoor temperature and the outdoor temperature in different weather types，the correlation appeared in the order of overcast>sunny day>cloudy day.

Key words greenhouse；different weather types；temperature；change laws；correlation

日光溫室是在自然條件不適合農(nóng)作物生長(zhǎng)的情況下，依靠日光升溫和保溫措施為農(nóng)作物提供適宜生長(zhǎng)的溫濕條件。目前，塑料日光溫室內(nèi)的小氣候雖然可以進(jìn)行人工調(diào)控，但溫室的主要能源來自太陽輻射，內(nèi)部環(huán)境的變化在很大程度上仍受外界天氣變化的影響[1]。因此，掌握日光溫室內(nèi)氣溫的變化規(guī)律并制定相應(yīng)的管理措施，可以最大限度地提高光能利用率，提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)[2]。

近年來，有不少學(xué)者針對(duì)溫室氣溫變化開展了研究。胡婧娟等[3]對(duì)越冬期日光溫室空氣溫度的變化特性進(jìn)行研究，研究表明越冬期內(nèi)日光溫室增溫效果良好，并且室內(nèi)氣溫與室外氣溫具有較好的相關(guān)關(guān)系，可用室外氣溫預(yù)測(cè)室內(nèi)氣溫。楊艷超等[4]對(duì)山東萊蕪日光溫室冬春季不同天氣類型下逐月氣溫變化進(jìn)行研究，得出溫室內(nèi)外氣溫相關(guān)性最好是在陰天且冬季溫室內(nèi)增溫效果顯著。武艷娟[5]對(duì)呼和浩特市厚墻體日光溫室冬季小氣候特征進(jìn)行分析研究，得出室內(nèi)氣溫在不同天氣類型下的變化均呈“單峰”型，白天氣溫變化速度總體表現(xiàn)為晴天>多云>陰天。吳 敏等[6]對(duì)慈溪地區(qū)日光溫室氣溫變化規(guī)律進(jìn)行研究，得出不同天氣類型下室內(nèi)外氣溫的相關(guān)性顯著，兩者相關(guān)性表現(xiàn)為雨天>陰天>多云>晴天。郜慶爐等[7]對(duì)日光溫室內(nèi)氣溫的季節(jié)變化、日變化進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，并對(duì)各季節(jié)日光溫室內(nèi)外氣溫的關(guān)系、日光溫室內(nèi)氣溫與時(shí)間的關(guān)系進(jìn)行了回歸相關(guān)分析，建立了相應(yīng)的回歸方程。

本文結(jié)合不同天氣類型，對(duì)廊坊地區(qū)日光溫室內(nèi)外的氣溫變化進(jìn)行詳細(xì)研究和討論，以期得到日光溫室內(nèi)外的溫度變化規(guī)律及關(guān)系，從而更好地為設(shè)施農(nóng)業(yè)服務(wù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)地設(shè)在河北省永清縣海澤田農(nóng)業(yè)示范園區(qū)（北緯39°19′，東經(jīng)116°27′）。該地屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，海拔約13 m。年平均氣溫12 ℃，極端最高氣溫40.9 ℃，極端最低氣溫-24.4 ℃，年平均降水量469.5 mm，平均日照時(shí)數(shù)為2 041.9 h。試驗(yàn)地土質(zhì)為平原砂壤土，肥力中等，適宜設(shè)施油桃的栽培。日光溫室為鋼架結(jié)構(gòu)，東西走向，長(zhǎng)70 m、寬10 m、頂高4.5 m，后墻為厚度5 m的土墻，最外層為磚墻，覆蓋材料為聚乙烯膜，保溫材料為棉被。供試油桃品種為華春，株行距1.0 m×1.5 m。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 田間管理。2014年12月29日至2015年5月底，白天揭開保溫被，夜晚覆蓋保溫被對(duì)棚內(nèi)油桃樹進(jìn)行升溫處理，提高棚內(nèi)溫度。

1.2.2 觀測(cè)方法。按照《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》[8]，選取日光溫室中間位置設(shè)小氣候站，室外選擇距離溫室2 km的多要素自動(dòng)氣象站觀測(cè)數(shù)據(jù)作對(duì)照。對(duì)溫室內(nèi)外氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行全天候觀測(cè)，觀測(cè)內(nèi)容包括溫室內(nèi)外0.5、1.5 m氣溫和5 cm地溫，數(shù)據(jù)每10 min采集1次，觀測(cè)時(shí)間為2015年1—5月。

1.3 分析方法

為了模擬不同天氣狀況下日光溫室內(nèi)的氣溫變化，選用按日照百分率（S）劃分天氣類別的分類標(biāo)準(zhǔn)，即S≥0.6、0.2

所有數(shù)據(jù)采用Excel+VBA進(jìn)行處理，使用Origin進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫室內(nèi)外氣溫變化特征

由圖1可以看出，日光溫室具有良好的保溫性，溫室內(nèi)氣溫的波動(dòng)幅度較小，能為農(nóng)作物提供穩(wěn)定的生長(zhǎng)環(huán)境。溫室內(nèi)外的逐日氣溫具有很好的相關(guān)性，室內(nèi)外逐日氣溫的峰值與谷值出現(xiàn)的時(shí)間大致相符合。在1月初到3月中旬溫室內(nèi)外溫差較大，最大溫差出現(xiàn)在1月31日（19.5 ℃）。隨著室外氣溫的逐步回升，室內(nèi)對(duì)作物進(jìn)行了通風(fēng)處理，溫室內(nèi)外的溫差逐步減小，總體來看溫室內(nèi)逐日氣溫要高于室外。

由圖2可以看出，日光溫室內(nèi)逐小時(shí)平均氣溫要高于室外，平均高約8.4 ℃。由于太陽輻射的原因白天氣溫要顯著高于夜晚，室內(nèi)外一天的最低溫度出現(xiàn)在6：00，7：00左右開始出現(xiàn)明顯的增溫趨勢(shì)，室內(nèi)氣溫要比室外提前1 h左右達(dá)到最大值。13：00室內(nèi)氣溫差達(dá)到最大值24.0 ℃，且室內(nèi)外溫差也達(dá)到最大值10.6 ℃。在達(dá)到最大值后氣溫開始回落，降溫速率在1.0 ℃/h，在20：00溫差達(dá)到最小為6.7 ℃。

2.2 不同天氣類型溫室內(nèi)外氣溫日變化

由表1可知，在試驗(yàn)期間晴天占比最多為56.3%，多云為25.8%，陰天為17.9%。其中晴天出現(xiàn)的最多的月份為3月（20 d），1月和5月最少（15 d）；多云天出現(xiàn)最多為5月（12 d），最少為2月（3 d）；陰天最多在1月（9 d），最少在3月（2 d）。由表可知，多云和陰天最少，僅為3 d和2 d，樣本數(shù)據(jù)太少不具備統(tǒng)計(jì)學(xué)意義遂予以剔除。

2.2.1 晴天溫室內(nèi)外氣溫日變化。由圖3可以看出，隨著時(shí)間的推移，單日最低氣溫出現(xiàn)的時(shí)間越來越早，從1月、2月的8：00、7：00，變?yōu)?月、4月的6：00和5月的5：00。對(duì)比室內(nèi)外最低氣溫出現(xiàn)的時(shí)間可以看出，晴天條件下單日最低氣溫出現(xiàn)的時(shí)間大致吻合。從圖上對(duì)比室外單日最高氣溫出現(xiàn)的時(shí)間，室內(nèi)最高氣溫出現(xiàn)時(shí)間要比室外提前1～2 h。4月、5月由于采取了通風(fēng)降濕等生產(chǎn)管理措施，使得室外和室內(nèi)的最高氣溫及最低氣溫相等且出現(xiàn)的時(shí)間相一致。室內(nèi)外最高氣溫差和最低氣溫差隨著月份的變化在不斷縮小。室內(nèi)溫差要比室外溫差平均高出1.4 ℃。此外，室內(nèi)的升溫速率以及降溫速率要比室外快得多，而室內(nèi)升溫速率也與月份有一定的關(guān)系，1月升溫速率最快，達(dá)到3.4 ℃/h，隨著時(shí)間的推移升溫速率越慢，最低出現(xiàn)在3月，達(dá)到1.8 ℃/h，而室外升溫速率則相對(duì)穩(wěn)定，平均在1.5 ℃/h左右波動(dòng)。

2.2.2 陰天溫室內(nèi)外氣溫日變化。由于3月僅有2 d為陰天，數(shù)據(jù)量太小遂予以剔除。由圖4可以看出，隨著時(shí)間的推移，單日最低氣溫出現(xiàn)的時(shí)間越來越早，從1月、2月的6：00、7：00變?yōu)?月的6：00和5月的5：00。對(duì)比室內(nèi)外最低氣溫出現(xiàn)的時(shí)間可以看出，陰天條件下單日最低氣溫出現(xiàn)的時(shí)間大致吻合，1月和2月室內(nèi)最低氣溫出現(xiàn)時(shí)間要比室外滯后1 h。從圖中對(duì)比室外單日最高氣溫出現(xiàn)的時(shí)間可以看出，寡照天氣下室內(nèi)最高氣溫出現(xiàn)時(shí)間要比室外滯后1～2 h。4月、5月由于采取了通風(fēng)降濕等生產(chǎn)管理措施使得室外和室內(nèi)的最高氣溫及最低氣溫相等且出現(xiàn)的時(shí)間相一致。溫室內(nèi)溫差要比溫室外溫差平均高出0.7 ℃，且溫室內(nèi)外溫差都隨著月份的變化在慢慢減小。此外，室內(nèi)的升溫速率以及降溫速率要比室外快得多，1月升溫速率最快，達(dá)到2.1 ℃/h，2月升溫速率最慢，為0.5 ℃/h；而室外升溫速率則相對(duì)穩(wěn)定，平均在0.8 ℃/h左右波動(dòng)。

2.2.3 多云天溫室內(nèi)外氣溫日變化。由于2月僅有3 d多云天氣，數(shù)據(jù)量太小遂予以剔除。由圖5可以看出，隨著時(shí)間的推移，單日最低溫度出現(xiàn)的時(shí)間越來越早，從1月、3月的8：00、7：00變?yōu)?月的6：00和5月的5：00。對(duì)比室內(nèi)外可以看出，多云條件下單日最低氣溫出現(xiàn)的時(shí)間大致吻合。從圖上對(duì)比室外單日最高氣溫出現(xiàn)的時(shí)間可以看出，由于多云天氣日照較弱，室內(nèi)最高氣溫出現(xiàn)時(shí)間要比室外滯后1～2 h。4月、5月由于采取了通風(fēng)降濕等生產(chǎn)管理措施使得室外和室內(nèi)的最高氣溫及最低氣溫相等且出現(xiàn)的時(shí)間相一致。溫室內(nèi)溫差要比溫室外溫差平均高出1.3 ℃，且溫室內(nèi)外溫差都隨著月份的變化慢慢減小。由圖可以明顯地看出，室內(nèi)的升溫速率以及降溫速率要比室外快得多，1月升溫速率最快，達(dá)到3.5 ℃/h，4月升溫速率最慢，為1.4 ℃/h；而室外升溫速率則相對(duì)穩(wěn)定，平均在1.5 ℃/h左右波動(dòng)。

2.3 溫室內(nèi)外氣溫的相關(guān)性分析

運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)溫室內(nèi)外氣溫進(jìn)行相關(guān)性分析。溫室內(nèi)外氣溫的相關(guān)性分析結(jié)果見表2。對(duì)表中結(jié)果進(jìn)行可信度為0.01的顯著性檢驗(yàn)，結(jié)果表明溫室內(nèi)外氣溫相關(guān)性顯著，并建立一元回歸方程，式中Y為日光溫室室內(nèi)氣溫，即因變量；X為日光溫室室外氣溫，即自變量[6]。

從表2中可以看出，不同天氣類型下溫室內(nèi)外氣溫的相關(guān)性表現(xiàn)為陰天>晴天>多云天，主要原因是因?yàn)槿展鉁厥覂?nèi)的氣溫受太陽輻射和田間管理的影響較大[11]。

3 結(jié)論與討論

不同天氣類型日光溫室內(nèi)氣溫變化基本一致，均為“單峰”型曲線，在日出前后溫室內(nèi)出現(xiàn)日最低氣溫，之后緩慢上升，1～2 h后隨著太陽輻射的增強(qiáng)，室內(nèi)氣溫迅速升高，在14：00前后到達(dá)最高，由于在中午時(shí)分會(huì)對(duì)溫室進(jìn)行通風(fēng)降濕處理，溫室內(nèi)氣溫會(huì)出現(xiàn)緩慢降低的過程。隨著太陽輻射的減弱，溫室內(nèi)的氣溫逐漸下降，此時(shí)日光溫室主要依靠其良好的保溫效果使得室內(nèi)氣溫下降得比室外慢，在日出之前達(dá)到日最低氣溫，在此過程中室內(nèi)氣溫始終高于室外。

通過對(duì)比不同天氣類型室內(nèi)外氣溫變化，可以看出晴天條件下升溫速度要比多云天快，陰天天氣條件下由于太陽輻射較弱則升溫最慢。同一月份不同天氣條件下室內(nèi)最高氣溫為晴天>多云天>陰天。不同天氣條件下同一月份最低氣溫出現(xiàn)的時(shí)間大致相同，說明最低氣溫出現(xiàn)的時(shí)間與日出時(shí)間有關(guān)，通常出現(xiàn)在日出前1～2 h內(nèi)，由此可以看出室內(nèi)氣溫受太陽輻射影響最大。

不同天氣類型下室內(nèi)外氣溫相關(guān)性顯著，相關(guān)性大小為陰天>晴天>多云。在本文中未考慮到田間管理等人為因素對(duì)氣溫的影響，需在以后的工作中進(jìn)一步研究。

因?yàn)槁淙~果樹只有滿足足夠的需冷量才能正常開花結(jié)果[12]，所以需冷量對(duì)油桃的生長(zhǎng)尤為重要，而本文未進(jìn)行探討，需要進(jìn)一步研究。

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