北疆地區(qū)不同類型大棚溫濕環(huán)境特征研究*

張曉云，王生海，王富霞，容新民

（石河子農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院葡萄研究所，新疆 石河子 832000）

設(shè)施結(jié)構(gòu)優(yōu)化是進(jìn)行設(shè)施果樹(shù)、蔬菜、花卉等簡(jiǎn)化、高效、優(yōu)質(zhì)節(jié)能栽培的前提，近年來(lái)，西北地區(qū)日光溫室、塑料大棚等設(shè)施園藝生產(chǎn)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，北方寒冷地區(qū)設(shè)施果樹(shù)生產(chǎn)日趨規(guī)?；l(fā)展[1]。日光溫室保溫效果好，造價(jià)高，而普通大棚雖然造價(jià)低，但是在北疆冬季嚴(yán)寒的天氣條件下，保溫效果達(dá)不到大多數(shù)果樹(shù)免受凍害的要求，果樹(shù)在大棚內(nèi)冬季仍需覆蓋或埋土防寒，因此，綜合日光溫室和普通大棚的優(yōu)勢(shì)，石河子市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院葡萄所研發(fā)設(shè)計(jì)了雙棚雙膜結(jié)構(gòu)大棚，目前還處于試驗(yàn)階段?？紤]到國(guó)內(nèi)對(duì)大棚和日光溫室的研究多集中在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[2-4]、光環(huán)境及溫光環(huán)境方面[5-6]，對(duì)不同類型大棚溫濕環(huán)境的研究較少，本試驗(yàn)結(jié)合雙棚雙膜大棚試驗(yàn)需要，通過(guò)監(jiān)測(cè)和對(duì)比研究了不同類型大棚溫濕環(huán)境變化特征，以為當(dāng)?shù)卦O(shè)施生產(chǎn)中大棚的選型提供些許科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2017年12月至2018年3月在新疆石河子國(guó)家葡萄產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系北疆綜合試驗(yàn)站核心示范園進(jìn)行（44°17′55″N，86°12′2″E）。該地區(qū)屬典型的溫帶大陸性氣候，冬季長(zhǎng)而嚴(yán)寒，夏季短而炎熱，無(wú)霜期為168～171 d，平均氣溫25.1～26.1℃，年日照時(shí)數(shù)2 721～2 818 h。試驗(yàn)大棚規(guī)格：長(zhǎng)度55 m，跨度8 m，脊高3.2 m，肩高1.5 m，為南北朝向。試驗(yàn)共設(shè)置3個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，共選用9個(gè)大棚。處理1：?jiǎn)闻飭文?，即單棚，覆蓋1 層0.1 mm EVA 膜；處理2：?jiǎn)闻镫p膜，即單棚，覆蓋2 層膜，內(nèi)層為0.1 mm EVA 膜，外層為彩條布（紗支密度為63 g），兩層之間無(wú)間隙；處理3：雙棚雙膜，即有內(nèi)、外2個(gè)棚，內(nèi)棚與外棚之間為60 cm 空氣層，內(nèi)、外棚各覆蓋1 層0.1 mm EVA 膜。

1.2 試驗(yàn)方法

在每個(gè)試驗(yàn)大棚中央位置沿東西方向每隔18 m取1個(gè)點(diǎn)，共計(jì)3個(gè)點(diǎn)，采用Lascar EL-USB-2-LCD 溫濕度數(shù)據(jù)記錄儀，對(duì)距大棚地面1.5 m 處的溫濕度每隔1 h 記錄1 次。數(shù)據(jù)采用Microsoft excel軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 冬季不同類型大棚室內(nèi)外日均溫總體變化

圖1 冬季不同類型大棚內(nèi)外溫度總體變化

不同類型大棚內(nèi)外溫度的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，整個(gè)冬季氣溫變化呈“W”型動(dòng)態(tài)變化（圖1），室外氣溫自12月末至1月7日開(kāi)始急速下降，一直到1月17日開(kāi)始小幅度回升，1月30日氣溫下降至一年中最低溫度-27℃后，于2月中旬逐漸回升。3種不同結(jié)構(gòu)大棚的室內(nèi)氣溫變化和外界氣溫變化趨勢(shì)一致，但是3 種類型大棚的日平均溫度有一定的差異。從圖1可以看出，雙棚雙膜結(jié)構(gòu)大棚的室內(nèi)日平均溫度總體高于其他2 種大棚，保溫性能優(yōu)于其他2 種大棚，單棚雙膜大棚室內(nèi)日平均溫度要略高于單棚單膜，從而反映出它的保溫性能也略好于單棚雙膜。

圖2 2018年1月不同類型大棚室內(nèi)平均溫度

通過(guò)對(duì)不同類型大棚2018年1月的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理（見(jiàn)圖2）可以看出，不同類型大棚的平均溫度存在差異，平均溫度由高到低表現(xiàn)為雙棚雙膜＞單棚雙膜＞單棚單膜，其平均溫度分別為-6.56℃、-8.00℃和-9.31℃，雙棚雙膜大棚平均溫度比單棚雙膜和單棚單膜分別高出3.25℃和1.46℃。

2.2 冬季不同類型大棚室內(nèi)空氣濕度總體變化

圖3 冬季不同類型大棚室內(nèi)空氣濕度總體變化

由圖3可知，3種不同類型大棚的室內(nèi)空氣濕度總體變化趨勢(shì)一致，表現(xiàn)為波動(dòng)下降趨勢(shì)，雙棚雙膜大棚室內(nèi)濕度變化較其他2種類型波動(dòng)幅度小，較平穩(wěn)。3種類型大棚的室內(nèi)空氣濕度在不同程度上存在差異，其中單棚單膜的室內(nèi)空氣濕度最低，單棚雙膜和雙棚雙膜的室內(nèi)空氣濕度從2017年12月21日至2018年1月15日基本一致，但到了大幅度降溫的1月底至2月初時(shí)，單棚雙模的室內(nèi)空氣濕度降得比雙棚雙膜快，差異逐漸增大。整個(gè)冬季雙棚雙模的室內(nèi)空氣濕度分別比單棚單膜和單棚雙膜高12.2%和4.1%。

2.3 不同類型大棚室內(nèi)氣溫日變化特征

圖4 不同類型大棚室內(nèi)氣溫日變化特征

小型氣象站的區(qū)域監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，1月30日是整個(gè)冬季最冷的一天，當(dāng)天最低氣溫達(dá)-27℃。對(duì)3種不同類型大棚的氣溫日變化作比較 （見(jiàn)圖4）可知，不同類型大棚的室內(nèi)氣溫日變化趨勢(shì)一致，表現(xiàn)為0：00 至08：00 氣溫一直在緩慢下降，08：00 至16：00 期間3 種類型大棚的室內(nèi)溫度都持續(xù)升高，到16：00 單棚單膜的室內(nèi)溫度最高，達(dá)到-1.3℃，16：00 以后3 種類型大棚的室內(nèi)溫度則開(kāi)始持續(xù)下降。單棚單膜對(duì)太陽(yáng)輻射的反應(yīng)要比其他2 種大棚靈敏，單棚雙膜次之，溫度變化比其他2 種類型的大棚快，雙棚雙膜的溫度變化相對(duì)比較穩(wěn)定，其日均溫比單棚單膜和單棚雙膜高3.1℃和3.7℃。

2.4 不同類型大棚內(nèi)最低溫的比較

圖5 不同類型大棚室內(nèi)日最低溫比較

從圖5可知，從2017年12月28日至2018年2月底，3 種不同類型的大棚日最低溫呈現(xiàn)出規(guī)律變化，由12月28日開(kāi)始緩慢下降，到1月17日開(kāi)始回升，又于1月30日開(kāi)始下降，然后氣溫逐漸回升，其中以1月30日棚內(nèi)的氣溫最低，單棚單膜、單棚雙膜和雙棚雙膜大棚當(dāng)日最低溫分別為-13.25℃、-17.75℃和-19.75℃。雙棚雙膜大棚的最低溫要高與其他2 種大棚，平均最低溫比單棚單膜和單棚雙膜大棚高4.00℃和2.70℃，尤其在最冷的1月，雙棚雙膜的保溫性能顯著優(yōu)于其他2 種類型大棚。

3 結(jié)論與分析

大棚的大規(guī)模推廣與其安全性是發(fā)展我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵，近年來(lái)大棚結(jié)構(gòu)及覆蓋材料的持續(xù)優(yōu)化很大程度上促進(jìn)了大棚的規(guī)?；l(fā)展。廣大學(xué)者和一線科研人員通過(guò)實(shí)踐不斷優(yōu)化溫室、大棚結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和覆蓋材料，如通過(guò)對(duì)華南地區(qū)溫室大棚通風(fēng)降溫設(shè)施結(jié)構(gòu)形式及設(shè)計(jì)分析，總結(jié)分析了自然通風(fēng)和機(jī)械強(qiáng)制通風(fēng)降溫作用成效[7]；運(yùn)用結(jié)構(gòu)分析軟件ANSYS 對(duì)大棚在雪荷載作用下的結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行了分析，獲得了結(jié)構(gòu)的承載能力[8]；結(jié)合我國(guó)國(guó)情和地理環(huán)境等氣候特點(diǎn)，研發(fā)適合于陜西及我國(guó)北方地區(qū)的GJ-7型溫室[9]等，使得大棚種植的成本降低、結(jié)構(gòu)牢固、效益增加。但是不同地區(qū)由于氣候和地理環(huán)境的差異對(duì)大棚的要求不同，其他地區(qū)成熟的大棚構(gòu)造及類型引進(jìn)后都需要作出適應(yīng)性的調(diào)整，對(duì)于新疆北疆地區(qū)來(lái)講，大棚冬季的保溫效果是衡量大棚的關(guān)鍵指標(biāo)。

雙棚雙膜結(jié)構(gòu)大棚在保溫保濕方面的效果較好，棚內(nèi)溫濕度變化較平穩(wěn)，冬季平均最低溫度比傳統(tǒng)大棚高4℃，平均濕度比傳統(tǒng)大棚高12.2%，僅從其創(chuàng)造的溫濕環(huán)境來(lái)看，優(yōu)于傳統(tǒng)的大棚，是理想的果樹(shù)種植大棚類型。實(shí)際生產(chǎn)中還應(yīng)結(jié)合造價(jià)（雙棚雙膜大棚比普通大棚造價(jià)高約40%）、是否減少果樹(shù)上下架、埋土工序（占人工成本30%左右）以及果品延遲采收收益等方面因素進(jìn)行綜合考慮，來(lái)選擇適合的大棚類型。