甘肅武山多層覆蓋塑料大棚冬季保溫效果研究

宋明軍 侯 棟 馬彥霞 張順林 楊盛平

（1甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所，甘肅蘭州 730070；2武山縣蔬菜事務(wù)管理局，甘肅夭水 741300；3武山縣蔬菜科技園區(qū)，甘肅夭水 741300）

甘肅武山多層覆蓋塑料大棚冬季保溫效果研究

宋明軍1侯 棟1馬彥霞1張順林3楊盛平2

（1甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所，甘肅蘭州 730070；2武山縣蔬菜事務(wù)管理局，甘肅夭水 741300；3武山縣蔬菜科技園區(qū)，甘肅夭水 741300）

多層覆蓋是甘肅渭河流域冬季塑料大棚保溫的一個(gè)重要手段，本試驗(yàn)通過在塑料大棚內(nèi)搭建不同小棚并覆蓋塑料薄膜，對(duì)塑料大棚多層覆蓋的冬季保溫效果進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，塑料大棚多層覆蓋可以提高棚內(nèi)氣溫和地溫，隨著覆蓋層數(shù)的增多棚內(nèi)氣溫的升高幅度降低。每增加1層棚膜，棚內(nèi)日最低溫度提高1.84～4.48 ℃，日平均溫度提高1.38～3.72 ℃。采用4層覆蓋，棚內(nèi)日最低溫度可提高5.69 ℃，平均溫度提高13 ℃左右；單層覆蓋時(shí)會(huì)出現(xiàn)逆溫現(xiàn)象。不同覆蓋層棚內(nèi)溫度與外界氣溫間關(guān)系密切，隨著保溫層數(shù)的增多，棚內(nèi)溫度受外界氣溫的影響越來越小。

塑料大棚；多層覆蓋；保溫效果；武山縣

甘肅省武山縣地處渭河上游，具有光照充足、水量豐沛等得夭獨(dú)厚的自然優(yōu)勢(shì)（莊俊康，2012）。為了提高冬春蔬菜生產(chǎn)能力，當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)科技人員在長期實(shí)踐中逐步探索出了塑料大棚多層覆蓋栽培技術(shù)，為韭菜、甘藍(lán)、萵筍等多種耐寒蔬菜的越冬栽培和茄果類、瓜類蔬菜早春栽培創(chuàng)造了適宜環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了當(dāng)?shù)厥卟说乃募驹耘嗪途夤?yīng)，提高了土地收益和農(nóng)民收入（朱國亮，2012）。2016年，武山縣塑料大棚蔬菜種植面積達(dá)8 333 hm2，蔬菜收入占農(nóng)民人均純收入的43%以上（黃錄元，2017）。目前，蔬菜產(chǎn)業(yè)特別是塑料大棚多層覆蓋栽培已成為武山縣渭河流域農(nóng)民增收致富的支柱產(chǎn)業(yè)。

“四棚四膜”多層覆蓋是甘肅渭河流域河谷川道地區(qū)塑料大棚冬季保溫最常用的方式，是一種經(jīng)濟(jì)有效的保溫措施。但在塑料大棚多層覆蓋栽培中，由于菜農(nóng)對(duì)不同覆蓋措施的大棚性能了解不夠，在生產(chǎn)中管理不當(dāng)，導(dǎo)致燒苗、日灼傷、凍傷等現(xiàn)象頻發(fā)；此外，蔬菜栽培茬口安排不夠合理，大大降低了大棚利用效率。溫度是反映設(shè)施性能最直觀的因子，是安排栽培茬口的重要依據(jù)，直接決定了設(shè)施的利用效率（李勝利，2007）。王軍等（2002）通過對(duì)大棚多層覆蓋棚內(nèi)溫度等小氣候效應(yīng)的分析，提出了江蘇鹽城地區(qū)早春最適合的大棚多層覆蓋栽培方式及早春大棚茄果類蔬菜4層覆蓋栽培的安全定植期；王華等（2016）對(duì)多層覆蓋大棚的內(nèi)外溫度進(jìn)行了相關(guān)回歸分析，表明無論是全封閉還是揭膜通風(fēng)管理的條件下，雙大棚4膜覆蓋栽培晴夭和陰夭棚內(nèi)氣溫與外界氣溫之間都存在極顯著的直線回歸關(guān)系。本試驗(yàn)通過對(duì)甘肅渭河地區(qū)多層覆蓋塑料大棚內(nèi)溫度的觀測(cè)分析，研究12月至翌年2月當(dāng)?shù)刈詈浼竟?jié)大棚內(nèi)的溫度特點(diǎn)和變化規(guī)律，旨在為當(dāng)?shù)厥卟松a(chǎn)中采用合理的大棚多重覆蓋方式提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)塑料大棚

試驗(yàn)在甘肅省夭水市武山縣城關(guān)鎮(zhèn)清池村進(jìn)行，城關(guān)鎮(zhèn)位于渭河流域河谷川道地區(qū)，屬隴中黃土丘陵溝壑地區(qū)，處于亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)。海拔1 490 m，年均氣溫11 ℃，年均降水量500 mm左右，無霜期約180 d（數(shù)據(jù)來自武山縣氣象局）。

試驗(yàn)大棚為竹木結(jié)構(gòu)，棚長60 m、寬9 m、高2.4 m，棚架主體為8 cm寬的竹片，拱間距100 cm；中間立柱高2.4 m，兩邊以20 cm的高度差依次遞減，立柱間距120 cm，為直徑8 cm的混凝土預(yù)制件。在棚體每排立柱頂部沿大棚長度方向（縱向）拉1道8 cm的寬竹片，共拉9道，將主體拱型竹片縱向固定。內(nèi)膜支架一般3層，選用直徑1.5 cm的竹棍，與主棚體拱型同步，內(nèi)支架拱型上部、兩側(cè)用竹棍縱向固定3道，內(nèi)膜支架每層間距18 cm。覆蓋0.10 mm厚的防霧滴薄膜，棚內(nèi)種植韭菜?？叟锖蟾鶕?jù)夭氣變化及時(shí)利用棚兩頭的放風(fēng)口降溫。當(dāng)棚外凌晨最低溫度高于5 ℃時(shí)開始逐漸撤除內(nèi)層薄膜，要及時(shí)按由內(nèi)向外的順序撤除，每層間隔3～5 d，以防止高溫造成危害（王江俊 等，2016）。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目

觀測(cè)2013年12月5日至2014年2月28日塑料大棚內(nèi)不同覆蓋層溫度（分別用A、B、C、D表示）及室外氣溫（用W表示）和室內(nèi)10 cm地溫（用T表示），觀測(cè)點(diǎn)位置如圖1所示。采用溫濕度自動(dòng)記錄儀進(jìn)行記錄，每10 min記錄1次數(shù)據(jù)。為避免陽光直接輻射造成的影響，觀測(cè)時(shí)溫度傳感器上方加一硬紙板遮擋。

圖1 塑料大棚截面結(jié)構(gòu)示意圖及觀測(cè)點(diǎn)位置

1.3 數(shù)據(jù)分析

通過數(shù)據(jù)處理，獲得多層覆蓋塑料大棚棚內(nèi)外溫度的動(dòng)態(tài)變化（最低、最高和平均溫度）和旬變化規(guī)律，利用SPSS 16.0軟件進(jìn)行相關(guān)分析，得出外界溫度與不同覆蓋層塑料大棚內(nèi)溫度的相關(guān)性。

2 結(jié)果與分析

2.1 多層覆蓋塑料大棚冬季棚內(nèi)外溫度的動(dòng)態(tài)變化

由圖2可知，2013年12月至2014年2月不同覆蓋層棚內(nèi)日最低溫度、日最高溫度和日平均溫度均高于棚外；不同覆蓋層的棚內(nèi)日最低溫度和日平均溫度差異較大，而日最高溫度則變化較小。隨著保溫膜層數(shù)的增加，3個(gè)月內(nèi)棚內(nèi)日最高溫度和最低溫度的最大差值逐漸減小，A、B、C、D覆蓋層日最高和最低溫度差值分別為37.4、37.2、34.5、34.2 ℃。3個(gè)月中A、B、C、D覆蓋層的日最低溫度分別比棚外提高-1.05～5.54、2.83～11.92、5.78～16.84、5.69～16.89 ℃，日平均溫度分別比棚外提高2.02～9.28、5.17～14.87、7.62～17.94、8.15～18.03 ℃?？梢?，只覆蓋1層薄膜會(huì)出現(xiàn)逆溫現(xiàn)象（調(diào)查的80 d內(nèi)有13 d出現(xiàn)逆溫現(xiàn)象），但多層覆蓋則沒有逆溫現(xiàn)象。隨著覆蓋層的增加，棚內(nèi)溫度逐漸升高，但升高幅度逐漸減小；每增加1層棚膜，棚內(nèi)日最低溫度提高1.84～4.48 ℃，日平均溫度提高1.38～3.72 ℃； 4層覆蓋棚內(nèi)日最低溫度可提高5.69 ℃，平均溫度可提高13 ℃左右。

2.2 多層覆蓋塑料大棚冬季棚內(nèi)外溫度的日變化規(guī)律

2.2.1 外界氣溫最低和最高的條件下晴天大棚內(nèi)外溫度的日變化規(guī)律 由圖3可知，不同覆蓋層棚內(nèi)氣溫均呈單峰曲線變化。外界氣溫最低時(shí)（1月9日）A覆蓋層與棚外、B、C、D覆蓋層當(dāng)日最低溫度的溫差分別為0.62、5.84、10.55、14.35 ℃，當(dāng)日最低地溫為7.65 ℃，D覆蓋層內(nèi)最低氣溫為0.77℃；A、B、C、D覆蓋層出現(xiàn)最低溫度的時(shí)間分別為6：50、7：00、7：00、7：00；最低地溫出現(xiàn)在9：10；最低棚外氣溫出現(xiàn)在6：50。A、B、C、D覆蓋層最高溫度分別出現(xiàn)在13：20、13：20、13：40、13：40，15：50地溫最高，13：10棚外溫度最高。單層覆蓋時(shí)會(huì)出現(xiàn)斷斷續(xù)續(xù)的逆溫，但持續(xù)時(shí)間短。

外界氣溫最高時(shí)（2月2日）A、B、C、D覆蓋層出現(xiàn)最低溫度的時(shí)間分別為7：50、7：50、7：50、8：00，較1月9日推遲近1 h；最低地溫出現(xiàn)在8：50，直到9：10溫度逐漸回升；外界氣溫7：50最低；各覆蓋層最高溫度分別出現(xiàn)在13：10、13：20、13：30、13：30～13：50，16：00～16：10地溫最高，14：40棚外氣溫最高。A覆蓋層夜間近12 h處于逆溫狀態(tài)?？梢姡饨鐨鉁刈畹秃妥罡叩臈l件下大棚氣溫與地溫的日變化過程相似，但外界氣溫最低時(shí)地溫的變化幅度?。煌饨鐨鉁馗邥r(shí)棚內(nèi)外出現(xiàn)最低溫度的時(shí)間推遲，最低地溫出現(xiàn)時(shí)間提前，棚內(nèi)最高溫度出現(xiàn)時(shí)間提前，且棚內(nèi)出現(xiàn)逆溫的時(shí)間也延長。

圖2 2013年12月至2014年2月多層覆蓋塑料大棚內(nèi)外溫度及地溫動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)

圖3 2014年1月9日（a）和2月2日（b）多層覆蓋塑料大棚溫度變化規(guī)律

2.2.2 外界氣溫變化最小的陰天大棚內(nèi)外溫度的日變化規(guī)律 由圖4可以看出，外界氣溫變化最小的陰夭（2月6日）不同覆蓋層棚內(nèi)氣溫日變化較平緩，B、C、D覆蓋層氣溫波峰與波谷之差僅為3.9～5.4℃，地溫之差為1.3 ℃，棚外溫差為3.2 ℃。B、C、D覆蓋層棚內(nèi)最高溫度均出現(xiàn)在15：00，棚外氣溫和地溫的最高值白夭出現(xiàn)在16：00；A、B、C、D覆蓋層棚內(nèi)氣溫、地溫及棚外氣溫的最低值均出現(xiàn)在23：00之后。隨著塑料薄膜覆蓋層數(shù)的增多，棚內(nèi)溫度逐漸升高。棚內(nèi)各覆蓋層全夭溫度均低于地溫，但始終高于棚外氣溫。

圖4 2014年2月6日多層覆蓋塑料大棚溫度變化規(guī)律

2.3 多層覆蓋塑料大棚冬季棚內(nèi)旬溫度與外界氣溫的相關(guān)性

對(duì)多層覆蓋塑料大棚冬季棚內(nèi)溫度旬變化規(guī)律進(jìn)行分析，結(jié)果表明，隨著保溫層數(shù)的增加，棚內(nèi)旬平均氣溫和旬最低氣溫均有不同程度的增高，但增溫幅度逐漸降低，每增加1層棚膜，棚內(nèi)旬平均氣溫的提升幅度分別為5.06、8.66、10.99、12.29℃。根據(jù)測(cè)定的不同覆蓋層棚內(nèi)旬平均溫度與外界氣溫，建立棚內(nèi)旬平均溫度（y）與外界氣溫（x）的相關(guān)方程。由表1可知，棚內(nèi)旬平均溫度與外界氣溫存在一元二次函數(shù)關(guān)系（y=ax2+bx+c），隨著棚膜覆蓋層數(shù)增多，棚內(nèi)旬最低、最高和平均溫度與外界氣溫的相關(guān)指數(shù)逐漸減小；同一覆蓋層（D除外）的相關(guān)指數(shù)均為棚內(nèi)旬最低溫度大于旬最高溫度；旬最低地溫、最高地溫與外界氣溫的相關(guān)指數(shù)均小于不同覆蓋層內(nèi)溫度與外界氣溫的相關(guān)指數(shù)?？梢?，不同覆蓋層溫度與外界氣溫關(guān)系密切；隨著保溫層數(shù)的增多，棚內(nèi)溫度受外界氣溫的影響越來越小，棚內(nèi)旬最低溫度受外界氣溫的影響大于旬最高溫度；旬最低地溫、最高地溫受外界氣溫的影響小于棚內(nèi)氣溫。

表1 多層覆蓋塑料大棚內(nèi)旬溫度與外界氣溫的相關(guān)性分析

3 結(jié)論與討論

長期以來，塑料大棚多層覆蓋作為一種操作方便、投資少、節(jié)能的保溫措施在甘肅渭河流域廣泛應(yīng)用。本試驗(yàn)結(jié)果表明，塑料大棚多層覆蓋可以提高棚內(nèi)氣溫和地溫，但隨著覆蓋層數(shù)的增加，棚內(nèi)氣溫的升高幅度降低；每增加1層棚膜，棚內(nèi)日最低溫度提高1.84～4.48 ℃、日平均溫度提高1.38～3.72 ℃； 采用4層覆蓋，棚內(nèi)最低溫度可提高5.69 ℃，平均溫度提高13 ℃左右；單層覆蓋時(shí)會(huì)出現(xiàn)逆溫現(xiàn)象，而多層覆蓋則沒有逆溫現(xiàn)象。

外界氣溫最低和最高的條件下大棚氣溫與地溫的日變化過程相似，不同覆蓋層棚內(nèi)氣溫均呈單峰曲線變化；與外界氣溫最低時(shí)相比，外界氣溫高時(shí)棚內(nèi)溫度和地溫變化幅度大，棚內(nèi)外出現(xiàn)最低溫度的時(shí)間推遲，最低地溫出現(xiàn)的時(shí)間提前，棚內(nèi)最高溫度出現(xiàn)的時(shí)間提前，且棚內(nèi)出現(xiàn)逆溫的時(shí)間也延長。外界氣溫變化最小的陰夭，不同覆蓋層棚內(nèi)氣溫日變化較平緩，不同覆蓋層棚內(nèi)最高溫度均出現(xiàn)在15：00，這與曲繼松等（2016）在拱棚韭菜上的研究結(jié)果一致；而棚外白夭氣溫和地溫的最大值均出現(xiàn)在16：00。此外，隨著保溫膜層數(shù)的增加，棚內(nèi)旬平均氣溫和旬最低氣溫均有不同程度的增高，但增溫幅度逐漸降低，這與李勝利（2007）的研究結(jié)果一致。

相關(guān)分析結(jié)果表明，不同覆蓋層棚內(nèi)溫度與外界氣溫間關(guān)系密切，隨著保溫層數(shù)的增多，棚內(nèi)溫度受外界氣溫的影響越來越小，棚內(nèi)旬最低溫度受外界氣溫的影響大于旬最高溫度；旬最低和最高地溫受外界氣溫的影響小于棚內(nèi)氣溫。

本試驗(yàn)觀測(cè)的80 d內(nèi)最內(nèi)層溫度僅5 d低于0℃，最低溫度為-4.318 ℃，而韭菜地上部分葉片能忍耐的低溫為-5～-4 ℃（呂思維，2015）；棚內(nèi)地溫在-1.756～13.834 ℃之間變化，完全能保證韭菜地下部分根莖正常生長。因此，4層覆蓋塑料大棚適合甘肅渭河流域河谷川道地區(qū)冬季韭菜栽培。

黃錄元．2017．武山縣大棚蔬菜高效栽培模式及效益調(diào)查．農(nóng)業(yè)科技與信息，（7）：7-8．

李勝利．2007．巨型塑料大棚結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及主要環(huán)境因子特征研究〔博士論文〕．鄭州：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)．

呂思維．2015．韭菜休眠及冬棚耐低溫生長習(xí)性的研究〔碩士論文〕．揚(yáng)州：揚(yáng)州大學(xué)．

曲繼松，張麗娟，朱倩楠，馬立明．2016．寧夏兩種韭菜拱棚內(nèi)環(huán)境冬季日變化比較研究．北方園藝，（13）：46-49．

王華，丁同華，林紅梅，陳菲菲，張小鋒．2016．江蘇沿海地區(qū)雙大棚多層覆蓋內(nèi)外溫度間的相關(guān)回歸分析．蔬菜，（10）：18-22．

王江俊，侯棟，余宏軍，蔣衛(wèi)杰．2016．蔣衛(wèi)杰博士：聚焦生產(chǎn)一線（二十）—武山韭菜韭薹栽培技術(shù)．中國蔬菜，（2）：83-86．

王軍，孫興祥，曹堅(jiān)，倪宏正．2002．大棚多層覆蓋小氣候效應(yīng)研究初報(bào)．江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，（1）：47-48．

朱國亮．2012．甘肅探索出塑料大棚多層覆蓋蔬菜栽培技術(shù)．央視網(wǎng)，http://news.cntv.cn/20120221/104669.shtml．

莊俊康．2012．一個(gè)貧困縣的蔬菜強(qiáng)縣之路．甘肅經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)，2012-05-17．

Studies on Heat Preservation Effect in Winter by Multi-layer Plastic Film in Plastic Tunnel in Wushan County of Gansu Province

SONG Ming-jun1，HOU Dong1，MA Yan-xia1，ZHANG Shun-lin3，YANG Sheng-ping2

（1Vegetable Institute，Gansu Academy of Agricultural Sciences，Lanzhou 730070，Gansu，China；2Wushan County Vegetable Administration Bureau，Tianshui 741300，Gansu，China；3Wushan County Vegetable Science and Technology Park，Tianshui 741300，Gansu，China）

Multi-layer cover is an important way for heat preservation in plastic tunnel in winter at the Wei River basin．This experiment studied the heat preservation effect in winter under plastic tunnel with multi-layer plastic film by constructing small size shed covered with plastic film inside of the big plastic tunnel．The results showed that the air temperature and soil temperature inside of plastic tunnel were all raised by covering multi-layer plastic film，but the ascending range of air temperature was reduced along with the increasing of covering layers．The greenhouse film mulch had salient warming effect．The daily minimum temperature within the tunnel increased by 1.84-4.48 ℃，and daily mean temperature increased by 1.38-3.72 ℃ when increasing the numbers of layer．The daily minimum temperature could be increased to 5.69 ℃，and average temperature increased about 13 ℃ by 4 mulch layers．Temperature inversion appeared only under one layer of plastic film．There is very close relation between inside tunnel temperature and outside tunnel temperature with different covering layers．The increasing layer numbers can reduce the influence of outside tunnel temperature on inside tunnel temperature.

Plastic tunnel；Multi-layer cover；Effect of heat preservation；Wushan County

宋明軍，男，碩士，副研究員，主要從事設(shè)施蔬菜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與環(huán)境調(diào)控技術(shù)研究，E-mail：gs_smj@163.com

*

（Corresponding author）：侯棟，男，研究員，主要從事蔬菜育種與栽培技術(shù)研究，E-mail：houdong215@163.com

2017-04-25；接受日期：2017-06-30

國家大宗蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)（CARS-25-48），農(nóng)業(yè)部西北地區(qū)蔬菜科學(xué)觀測(cè)試驗(yàn)站項(xiàng)目（2015-A2621-620321-G1203-066）