基于通風(fēng)技術(shù)的日光溫室空氣濕度管理

王蕊+楊小龍+馬健+須暉+孫周平+李天來(lái)

物生長(zhǎng)環(huán)境的空氣濕度與作物葉片的氣孔開(kāi)閉、溫室病害發(fā)生有著密切的關(guān)系，尤其是在封閉或半封閉的溫室栽培中，空氣濕度對(duì)作物的影響尤為重要。在荷蘭的溫室環(huán)境調(diào)控中，番茄栽培溫室大約投入能源的20%用于濕度管理，玫瑰花栽培溫室大約投入能源的30%用于濕度管理，因此濕度管理在整個(gè)溫室管理的能量消耗所占比重較大。在溫室空氣濕度管理中，通風(fēng)是一種簡(jiǎn)單實(shí)用的技術(shù)，在生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。本文結(jié)合日光溫室空氣濕度的形成及特點(diǎn)，溫室空氣濕度與作物生長(zhǎng)發(fā)育及病害發(fā)生的關(guān)系，闡述了基于通風(fēng)技術(shù)的溫室空氣濕度管理方法，以期為實(shí)際溫室生產(chǎn)提供一定的指導(dǎo)。

溫室空氣濕度的形成及特點(diǎn)

溫室內(nèi)的空氣濕度是由于在設(shè)施密閉情況下，土壤水分和植物體內(nèi)水分蒸發(fā)形成的（圖1）。空氣濕度通常用絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度來(lái)表示，絕對(duì)濕度是指單位體積內(nèi)水汽的含量（g/m3）。相對(duì)濕度是指在一定濕度條件下，空氣中水汽壓與該溫度下飽和水汽壓之比（%）。設(shè)施內(nèi)作物生長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)，代謝旺盛，作物葉面積指數(shù)高，通過(guò)蒸騰作用釋放出大量水蒸氣，在密閉情況下會(huì)使溫室內(nèi)水蒸氣快速達(dá)到飽和，因此設(shè)施內(nèi)空氣相對(duì)濕度要高于露地栽培[1]。

高濕是園藝設(shè)施環(huán)境的突出特點(diǎn)。園藝設(shè)施內(nèi)的空間相對(duì)較小，冬春季時(shí)，為了保溫，設(shè)施內(nèi)很少通風(fēng)，因此室內(nèi)空氣相對(duì)濕度經(jīng)常達(dá)到100%。此外，日光溫室內(nèi)濕度還存在分布不均勻的問(wèn)題，這與設(shè)施大小、室內(nèi)溫度分布、栽培作物種類及調(diào)控措施都有很大關(guān)系。一般情況下，溫度較低的部位，相對(duì)濕度會(huì)比較高，當(dāng)局部溫度低于露點(diǎn)溫度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象，通常表現(xiàn)為溫室低溫區(qū)域的植株表面、高稈作物植株頂端、植物果實(shí)和花序上結(jié)露[1-3]。春秋季時(shí)，外界日光照射較強(qiáng)，空氣干燥時(shí)設(shè)施內(nèi)容易形成低濕環(huán)境。長(zhǎng)時(shí)間處于低濕環(huán)境中，作物容易出現(xiàn)葉片變小的趨勢(shì)。預(yù)防低濕主要有2種方式，一種是通過(guò)霧化加濕設(shè)備進(jìn)行加濕，使用時(shí)應(yīng)避免作物被沾濕，但該設(shè)備需要一定費(fèi)用；另外一種是利用作物本身的蒸騰作用蒸發(fā)出的水，保持濕度。收獲期的番茄植株蒸騰量約是設(shè)施內(nèi)飽和水蒸氣量的5倍。因此保持溫室通風(fēng)口的密閉性，減少水蒸氣的蒸散，可以增加溫室內(nèi)的濕度。換氣時(shí)，盡量減少外界干燥空氣的直接進(jìn)入，并依據(jù)溫室的內(nèi)外溫度差、風(fēng)速、風(fēng)向等因素時(shí)刻調(diào)整通風(fēng)口的開(kāi)度大小，保持室內(nèi)的濕度。

若作物突然處于濕度很低的環(huán)境（低于10%～20%）下，而其蒸騰量還繼續(xù)增加，這樣

就會(huì)破壞植物體內(nèi)的水分平衡，使其葉片氣孔瞬間關(guān)閉，造成作物萎蔫。管理的方法是避免通風(fēng)換氣口突然開(kāi)閉；降低溫室溫度；延長(zhǎng)通風(fēng)口從打開(kāi)到全開(kāi)的時(shí)間。室內(nèi)使用加濕設(shè)備和遮陽(yáng)網(wǎng)時(shí)要連續(xù)使用，著重管理濕度。

空氣濕度與作物生長(zhǎng)發(fā)育及病害發(fā)生的關(guān)系

空氣水分除了影響作物的氣孔開(kāi)閉和葉片的蒸騰作用外，還直接影響作物的生長(zhǎng)發(fā)育情況[2]。不同蔬菜種類、品種以及蔬菜不同生育時(shí)期對(duì)濕度要求不盡相同。一定溫度條件下，作物生長(zhǎng)發(fā)育都存在最適宜的空氣濕度，一般情況下，大多數(shù)蔬菜作物生長(zhǎng)發(fā)育適宜的空氣相對(duì)濕度為55%～85%（表1）[1]。若溫室內(nèi)的空氣濕度過(guò)低，作物的蒸騰速率就會(huì)相對(duì)提高，作物失水也會(huì)相應(yīng)增加。如果土壤水分充足、根系吸水正常，就可以維持作物體內(nèi)的水分平衡，對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育影響不大。反之則會(huì)造成葉片氣孔開(kāi)度減小，蒸騰速率下降，直接影響作物光合性能及植物體內(nèi)水分的吸收、運(yùn)輸，嚴(yán)重時(shí)，植株會(huì)失水萎蔫甚至導(dǎo)致葉片干枯?？諝鉂穸冗^(guò)低還會(huì)影響細(xì)胞伸長(zhǎng)，阻礙細(xì)胞分裂，導(dǎo)致植株葉片過(guò)小、過(guò)厚，機(jī)械組織增多，開(kāi)花坐果率低，果實(shí)膨大速度慢?？諝鉂穸冗^(guò)高則會(huì)抑制作物蒸騰作用，影響作物對(duì)水分和養(yǎng)料的吸收，還會(huì)導(dǎo)致番茄、黃瓜等蔬菜葉片缺鈣、缺鎂，造成葉片失綠、光合性能下降，影響蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)[2]。

空氣濕度過(guò)大或結(jié)露會(huì)引發(fā)多種病害，果實(shí)或葉片長(zhǎng)時(shí)間結(jié)露是溫室內(nèi)番茄灰霉病發(fā)生的主要原因。黃瓜的霜霉病、疫病，番茄的灰霉病、葉霉病，甜椒的菌核病、花葉病，草莓的芽枯病等均與溫室高濕度顯著相關(guān)（表2）[4]。由于溫室內(nèi)濕度過(guò)大，病害較易發(fā)生。冬春季時(shí)，日出后溫室的溫度會(huì)急劇上升，如果溫室內(nèi)果實(shí)或葉片的溫度升高速度低于溫室內(nèi)溫度的升高速度，果實(shí)或葉片表面就會(huì)出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，這也是收獲前溫室內(nèi)發(fā)生灰霉病的主要原因。例如，溫室內(nèi)溫度為22℃，相對(duì)濕度為85%時(shí)，溫室內(nèi)的露點(diǎn)溫度就是19.4℃。當(dāng)實(shí)際果實(shí)的溫度比環(huán)境溫度低2.6℃時(shí)，就會(huì)發(fā)生結(jié)露現(xiàn)象。因此在日出3～4 h內(nèi)就應(yīng)該使溫室溫度緩慢上升，在1 h內(nèi)，溫室內(nèi)溫度若能上升2～3℃，就能避免果實(shí)或葉片結(jié)露。冬季日落后，外界溫度急劇下降，但由于此時(shí)作物溫度降低速度低于氣溫，即使室內(nèi)濕度較高，作物發(fā)生結(jié)露或病害的幾率也是比較小的[2-3]。

溫室空氣濕度的保持與控制

溫室空氣濕度的管理應(yīng)從調(diào)控作物氣孔開(kāi)度、預(yù)防病蟲害入手，適宜的空氣濕度有利于作物氣孔的正常開(kāi)閉，促進(jìn)作物光合作用，并且可以避免病蟲害的爆發(fā)，從而提高產(chǎn)量，表3為溫室實(shí)際生產(chǎn)中推薦使用的溫濕度范圍值。溫室空氣濕度的調(diào)控包括適宜空氣濕度的保持（即避免急劇的變化）和濕度的控制（降濕和增濕）[3，5-6]。

（1）外界氣流突然變化會(huì)導(dǎo)致植物氣孔關(guān)閉，而再次打開(kāi)氣孔需要耗費(fèi)幾個(gè)小時(shí)。因此在進(jìn)行濕度調(diào)控時(shí)，應(yīng)避免室內(nèi)空氣濕度的急劇變化。冬季通風(fēng)時(shí)，干冷空氣突然進(jìn)入溫室，溫室內(nèi)飽和差會(huì)急劇上升，導(dǎo)致葉片氣孔關(guān)閉，從而降低植物光合作用，因此溫室在通風(fēng)換氣時(shí)要注意通風(fēng)口的開(kāi)放幅度和開(kāi)放速度，使溫室緩慢達(dá)到適宜濕度并保持在穩(wěn)定狀態(tài)。

（2）降低溫室空氣濕度主要是為了減少作物表面結(jié)露，最終目的是抑制病害的發(fā)生、調(diào)節(jié)作物的生長(zhǎng)發(fā)育。降低溫室空氣濕度的措施主要有被動(dòng)降濕和主動(dòng)降濕2種，被動(dòng)降濕措施有改良灌水、控制灌水量、地膜覆蓋、有機(jī)物料地面覆蓋、減小密閉溫室的晝夜溫差、降低夜間溫室作物栽培場(chǎng)的相對(duì)濕度、增加溫室內(nèi)溫度等；主動(dòng)降濕的措施有溫室內(nèi)外氣體交換、加溫降濕、除濕機(jī)降濕等。

（3）有些情況下溫室內(nèi)需要加濕以滿足作物的生長(zhǎng)要求，比如新扦插的作物、新嫁接的苗都需要高濕環(huán)境。最常見(jiàn)的加濕方法為噴霧加濕，其原理是在高壓作用下將水霧化成直徑極小的顆粒飄在空氣中并迅速蒸發(fā)，從而提高空氣濕度；在生產(chǎn)中也可以通過(guò)地面灌水增濕，在干旱地區(qū)高溫季節(jié)，可通過(guò)少量多次灌溉促進(jìn)地表蒸發(fā)從而達(dá)到增濕目的。

通風(fēng)技術(shù)在溫室空氣濕度調(diào)控中的應(yīng)用

設(shè)施內(nèi)高濕是密閉所致，通風(fēng)換氣是調(diào)節(jié)溫室內(nèi)濕度環(huán)境的有效方法，通過(guò)通風(fēng)換氣，引入濕度相對(duì)較低的空氣對(duì)室內(nèi)空氣濕度能起到稀釋作用。通風(fēng)降濕的措施主要有自然通風(fēng)降濕、強(qiáng)制通風(fēng)降濕和強(qiáng)制氣體流動(dòng)降濕3種[3]：①自然通風(fēng)降濕就是打開(kāi)通風(fēng)口讓氣體依靠溫室內(nèi)外溫差或氣壓差自然流動(dòng)交換降濕，通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)口大小、時(shí)間和位置，達(dá)到降低室內(nèi)濕度的目的。這種降濕方法簡(jiǎn)單有效果，在生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。但由于通風(fēng)量不易掌握，而且室內(nèi)濕度并不均勻，因此在寒冷季節(jié)放風(fēng)量不可過(guò)大。②有條件時(shí)，可采用強(qiáng)制通風(fēng)，通過(guò)風(fēng)機(jī)功率和通風(fēng)時(shí)間計(jì)算出通風(fēng)量，便于精準(zhǔn)控制，通過(guò)排風(fēng)扇進(jìn)行的溫室通風(fēng)降濕耗能較多，但效果較好。③強(qiáng)制氣體流動(dòng)降濕是通過(guò)風(fēng)扇使溫室內(nèi)氣體流動(dòng)，降低作物表面沾濕，從而避免病害的發(fā)生。

在日光溫室的實(shí)際生產(chǎn)管理中，通常采用自然通風(fēng)方式調(diào)整溫室內(nèi)的溫濕度、二氧化碳含量及風(fēng)速，包括前屋面底角通風(fēng)（圖2）和頂部通風(fēng)（圖3）等。在生產(chǎn)中主要采用人工扒縫、卷膜器以及電動(dòng)齒輪齒條開(kāi)窗通風(fēng)等方式[7-8]。本課題組研發(fā)的適用于日光溫室的頂部通風(fēng)裝置具有安裝方便、操作簡(jiǎn)單、省工省時(shí)等特點(diǎn)，通過(guò)繩子帶動(dòng)薄膜移動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)頂部帶狀通風(fēng)口的打開(kāi)與關(guān)閉，通風(fēng)口大小可以任意調(diào)節(jié)，適用于各種不同類型的薄膜溫室。該裝置主要由放風(fēng)器、傳動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)線和定滑輪等組成[9]。①放風(fēng)器是整套裝置的動(dòng)力輸出部分，固定在溫室側(cè)墻第四、五骨架之間，動(dòng)力輸出軸與傳動(dòng)軸連接，通過(guò)拉動(dòng)鐵鏈實(shí)現(xiàn)頂部通風(fēng)口的開(kāi)啟與關(guān)閉，15 s就能完成放風(fēng)操作，顯著減少了開(kāi)閉通風(fēng)口的時(shí)間和勞動(dòng)強(qiáng)度。②傳動(dòng)軸主要起到傳送動(dòng)力的作用，一般采用鍍鋅管。傳動(dòng)軸每隔一段距離會(huì)通過(guò)軸套與骨架焊接，一般每隔一排骨架焊接一個(gè)軸套。軸套可采用鍍鋅管、鋼筋圈或軸承，安裝時(shí)盡量滿足傳動(dòng)軸的同心性，使傳動(dòng)軸在同一條直線上，保證動(dòng)力均勻輸出和整套裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。③驅(qū)動(dòng)繩固定在傳動(dòng)軸上，通過(guò)兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)風(fēng)口的開(kāi)啟與關(guān)閉。一般采用5～6 mm粗的耐老化尼龍繩作為驅(qū)動(dòng)線，每隔兩排骨架設(shè)一驅(qū)動(dòng)線。安裝時(shí)保證通風(fēng)口處于關(guān)閉狀態(tài)，先將驅(qū)動(dòng)線的一端纏繞在傳動(dòng)軸上，然后拉直并與焊接在頂部薄膜中的繩子固定，穿過(guò)定滑輪，將繩子的另一端也纏在傳動(dòng)軸上。④定滑輪可以使驅(qū)動(dòng)繩自由通過(guò)，固定在壓膜線上（通風(fēng)口的下方），位置在距焊接于頂部薄膜內(nèi)繩子20 cm處。進(jìn)一步的試驗(yàn)表明該日光溫室頂部通風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)效果良好，在晴天和陰天除濕效果明顯（圖4、圖5）[10]。在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出的基于溫度、雨量傳感器的日光溫室頂部智能通風(fēng)系統(tǒng)已投入應(yīng)用，更加節(jié)時(shí)省力（圖3）；本實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的新型滑蓋式節(jié)能日光溫室采用頂部和前屋面底角通風(fēng)窗自動(dòng)控制通風(fēng)，對(duì)溫室溫濕度等環(huán)境因素實(shí)現(xiàn)更加靈活高效的管理[11]（圖6）。

總結(jié)

基于通風(fēng)技術(shù)的溫室空氣濕度環(huán)境調(diào)控總結(jié)如下：

調(diào)控原理

從調(diào)控作物氣孔開(kāi)度以及預(yù)防病害角度入手，調(diào)控室內(nèi)濕度，使作物葉片的氣孔張開(kāi)，促進(jìn)作物進(jìn)行光合作用，從而防控病害的發(fā)生，提高園藝作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。

調(diào)控方法

①打開(kāi)溫室換氣口，應(yīng)避免通風(fēng)氣流過(guò)大，造成植物葉片氣孔關(guān)閉；②日出前3～4 h，溫室內(nèi)氣溫上升速度應(yīng)控制在2～3℃/h，以防止產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象，從而減弱病害的發(fā)生和傳播。

調(diào)控要點(diǎn)

①安裝時(shí)，日光溫室頂部通風(fēng)系統(tǒng)的傳動(dòng)軸應(yīng)最大限度的靠近溫室骨架上弦，以減小磨擦，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，頂部薄膜要盡量拉緊。手動(dòng)通風(fēng)時(shí)，要?jiǎng)蛩俅蜷_(kāi)通風(fēng)口，保證放風(fēng)器內(nèi)部的軸承受力均勻，延長(zhǎng)其使用壽命；②通風(fēng)時(shí)要時(shí)刻注意風(fēng)向、風(fēng)速、雨量、溫度、通風(fēng)口或通風(fēng)窗開(kāi)度大小等，下雨前要緊閉通風(fēng)口，以免積水。要避免氣流過(guò)大，造成植物葉片氣孔關(guān)閉，應(yīng)結(jié)合溫室綜合環(huán)境因子進(jìn)行基于通風(fēng)技術(shù)的溫室空氣濕度管理；③自然通風(fēng)包括室外風(fēng)速、室內(nèi)外溫差和溫室的通風(fēng)口3個(gè)主要因素，通風(fēng)口設(shè)置的合理與否直接影響溫室自然通風(fēng)的能力和效果，是日光溫室設(shè)計(jì)中應(yīng)該重點(diǎn)考慮和關(guān)注的要點(diǎn)[12]。

參考文獻(xiàn)

[1] 張福墁.設(shè)施園藝學(xué)[M].2版.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2010.

[2] 李式軍，郭世榮.設(shè)施園藝學(xué)[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2011.

[3] 李天來(lái).日光溫室蔬菜栽培理論與實(shí)踐[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2013.

[4] 周長(zhǎng)吉.現(xiàn)代溫室工程[M].2版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

[5] 王昊，李亞靈.園藝設(shè)施內(nèi)空氣濕度調(diào)控的研究進(jìn)展及除濕方法[J].江西農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2008（10）：50-54.

[6] 胡艷清，孫號(hào)茗，田樹(shù)良.園藝設(shè)施內(nèi)的濕度調(diào)控研究[J].農(nóng)業(yè)科技與裝備，2012（09）：35-37.

[7] 程秀花，毛罕平，伍德林.溫室自然通風(fēng)研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2009（08）：3803-3805.

[8] 曹新偉，史慧鋒，肖林剛，等.日光溫室電動(dòng)齒輪齒條開(kāi)窗通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)（溫室園藝），2016，36（10）：46-47.

[9] 馬健，須暉，李天來(lái).日光溫室頂部通風(fēng)裝置[J].新農(nóng)業(yè)，2009（08）：56-57.

[10] 謝迪，須暉，李天來(lái)，等.頂部通風(fēng)對(duì)日光溫室內(nèi)溫濕度的影響[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010（06）：573-575.

[11] 孫周平，黃文永，李天來(lái)，等.彩鋼板保溫裝配式節(jié)能日光溫室的溫光性能[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2013，29（19）：159-167.

[12] 周長(zhǎng)吉.周博士考察拾零（十二）日光溫室自然通風(fēng)原理與通風(fēng)口的設(shè)置[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)（溫室園藝），2012，32（02）：38.

*項(xiàng)目支持：“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“東北寒區(qū)設(shè)施蔬菜化肥農(nóng)藥減施技術(shù)模式建立與示范”（2016YFD0201004）。

作者簡(jiǎn)介：王蕊（1980-），女，遼寧沈陽(yáng)人，講師，博士，主要從事日光溫室環(huán)境調(diào)控及模擬方面的研究。