不同墻體材料日光溫室冬季溫光環(huán)境分析

米興旺 何萌 王學(xué)強(qiáng) 程志國(guó)

摘要：對(duì)河西走廊地區(qū)混凝土墻、法蘭墻、石砌墻、全鋼架裝配型和磚框架等5種不同墻體材料的日光溫室進(jìn)行冬季環(huán)境監(jiān)測(cè)，分析了溫室內(nèi)部的溫度變化。結(jié)果表明，與室外溫度相比，5種溫室的室內(nèi)溫度明顯升高，且混凝土墻和石砌墻溫室保溫蓄熱效果明顯好于其他3種溫室。從不同時(shí)段來(lái)看，混凝土和石砌墻溫室蓄熱冷卻速度明顯低于其他3種溫室，有利于溫室內(nèi)熱量的保存。從典型天氣來(lái)看，混凝土墻和石砌墻溫室升溫快，降溫慢，具有較好的穩(wěn)定性，比其他3種溫室抵御極端天氣的能力強(qiáng)。晴天時(shí)，5種溫室內(nèi)光強(qiáng)≥10 klx的時(shí)長(zhǎng)平均7 h左右，≥30 klx的時(shí)長(zhǎng)平均4 h左右，均可以滿足溫室內(nèi)作物正常生長(zhǎng)。綜合比較，混凝土和石砌墻溫室保溫性能較好。

關(guān)鍵詞：日光溫室;墻體材料;溫光環(huán)境;分析

中圖分類號(hào)：S625.2 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1001-1463（2019）10-0041-07

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2019.10.010

Abstract：BF999， the main cultivar of local oilsunflower， was used as the control. The adaptability， high yield and the correlation between main agronomic characters and yield of 18 oil sunflower cultivars in Dingxi Anding district of Dingxi City were studied. The results showed that the the growth period of testing cultivars from 113 to 123 days，， difference is not big， in the local can fully mature;All cultivars are medium or high of plant height， ?medium type disc diameter， stem diameter， leaf number， hundred grain weight and disc seeds weight are medium type. The average yield of Syn0011， Syn0002 and Syn0004 was outstanding， which was 24.6%， 22.01% and 15.23% higher than that of CK BF999， respectively. They were suitable for planting in the drought and cold regions of Dingxi. In addition， from the correlation analysis between the six main agronomic traits and yield， we can see that the grain weight and stem diameter per disc are significantly positively correlated with yield， and the disk diameter is significantly positively correlated with yield， indicating that the heavier the grain weight per disc， the thicker the stem diameter， the bigger the disk diameter， the higher the yield. Single disc grain weight， stem diameter and disc diameter can be used as field investigation indexes for high yield breeding of oil sunflower. In the selection of high-yielding cultivars， attention should be paid to the selection of single disc grain weight， stem diameter and disc diameter.

Key words：Drought and cold regions;Oil sunflower;Yield;Agronomic characters

近年來(lái)，我國(guó)各地因地制宜大力發(fā)展設(shè)施蔬菜生產(chǎn)，使日光溫室產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展，為加快農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展、豐富城鄉(xiāng)“菜籃子”工程，增加菜農(nóng)收入發(fā)揮了重要作用。河西走廊地區(qū)自20世紀(jì)90年代初開始推廣應(yīng)用日光溫室[1 ]，經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，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。但隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，傳統(tǒng)的日光溫室已不能滿足溫室作業(yè)輕簡(jiǎn)化、設(shè)施環(huán)境可控、高度抵御極端天氣等方面的生產(chǎn)需求[2 ]，為解決這一問(wèn)題，就需要對(duì)日光溫室進(jìn)行不斷地優(yōu)化[3 ]。在優(yōu)化過(guò)程中，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)摸索出了以塊石、混凝土等為墻體材料的新型日光溫室，這類溫室在西北等高海拔寒冷地區(qū)發(fā)展極為迅速，有逐漸取代傳統(tǒng)日光溫室的趨勢(shì)，因此受到廣泛關(guān)注。武國(guó)峰 等[4 ]對(duì)秸稈塊墻體日光溫室的保溫蓄熱性能進(jìn)行了探索，發(fā)現(xiàn)與空心磚墻體相比，秸稈塊墻體保溫能力較優(yōu)，但蓄熱能力較差;張潔等[5 ]對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，以礫石為建筑材料的新型墻體與普通磚墻溫室相比具有優(yōu)越的保溫效果，且節(jié)約成本，是日光溫室墻體蓄熱材料的良好選擇;蔣菊芳等[6 ]對(duì)河西走廊東部草磚墻體和土墻的保溫性進(jìn)行了對(duì)比分析，結(jié)果表明土墻溫室在保溫性和產(chǎn)量方面都優(yōu)于草磚溫室。我們對(duì)石砌墻等5種不同墻體材料的日光溫室的室內(nèi)小氣候環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，探尋溫室墻體材料與溫室環(huán)境之間的相互關(guān)系，以期為河西走廊日光溫室墻體材料的選擇提供參考。

1 ? 試驗(yàn)方法

1.1 ? 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于河西走廊西部的酒泉市，深居內(nèi)陸，遠(yuǎn)離海洋，屬大陸性干旱氣候，太陽(yáng)輻射強(qiáng)且日照時(shí)間長(zhǎng)，年平均日照時(shí)數(shù) ? 3 056.4 h，日照百分率平均69%[7 ];四季分明，冬冷夏熱溫差大，常年最高溫度36.6 ℃，最低為-29.8 ℃，年均溫7.5 ℃，無(wú)霜期127～158 d;干旱降水少，年平均降水量85 mm，最大降水量158 mm，平均降雨日數(shù)62 d，集中在6 — 10月。蒸發(fā)強(qiáng)烈，氣候干燥，年平均蒸發(fā)量2 140 mm，超過(guò)降雨量27倍。春季升溫迅速，風(fēng)沙多而降水少，夏季干熱而較短，秋季短促降溫快，冬季寒冷而漫長(zhǎng)，最大積雪深度為14 mm，最冷時(shí)凍土深度為1.32 m，冰凍期一般在11月至翌年4月。

1.2 ? 供試材料

指示作物為西葫蘆，采用有機(jī)生態(tài)無(wú)土型栽培，茬口為越冬一大茬。

1.3 ? 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)設(shè)在酒泉市肅州區(qū)戈壁生態(tài)循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)園，時(shí)間為2018年12月1日至2019年2月28日。試驗(yàn)溫室有5種，分別為混凝土墻日光溫室、法蘭墻日光溫室、石砌墻日光溫室、全鋼架裝配型日光溫室、磚框架日光溫室。試驗(yàn)溫室均構(gòu)型一致，為東西走向，內(nèi)跨10 m，脊高4.9 m，長(zhǎng)度80 m，后墻為梯形截面異質(zhì)復(fù)合墻體。前屋面均采用耐低溫、韌性好、透光好的無(wú)滴膜。夜間前屋面覆保溫被保溫，采用卷簾機(jī)卷簾。

在供試日光溫室內(nèi)南北和東西方位中間安裝自動(dòng)氣象站，每10 min觀測(cè)記錄1次，觀測(cè)地面1.0 m和1.5 m處的氣溫取平均值，得平均氣溫（Tavg）、最高氣溫（Te-max）、最低氣溫（Te-min）和地溫（Ts）等。試驗(yàn)日光溫室日揭簾時(shí)間為9：00～10：00時(shí)，蓋簾時(shí)間為17：00～18：00時(shí)，陰雪天視實(shí)際情況而定。將揭簾后9：00～17：00時(shí)定義為白天，蓋簾后17：00時(shí)至次日9：00時(shí)定義為晚上。將室外氣溫低于0 ℃以下的當(dāng)年12月至翌年2月確定為越冬生長(zhǎng)期。溫室外氣象資料來(lái)自氣象局國(guó)家基本氣象站地面觀測(cè)資料。根據(jù)天空云量和降水將天氣分為3種類型，即晴天、陰天和雪天，分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。其中以云的面積占據(jù)天空的百分比作為依據(jù)判別“晴天”和“陰天”，云量為0～10%為晴天，大于70%為陰天。

透光率=（？駐E室內(nèi)/？駐E室外）×100%

？駐E室內(nèi)表示溫室內(nèi)部平均光照，？駐E室外表示溫室外部平均光照。

2 ? 結(jié)果與分析

2.1 ? 冬季不同墻體材料日光溫室溫度比較

通常當(dāng)年12月至翌年2月，河西地區(qū)室外氣溫多在0 ℃以下。冬季最冷月出現(xiàn)在12月及次年1月，且這2個(gè)月天氣狀況尤為不好，在12月和1月共62 d中，晴天只有14 d，多云、陰天、雪天多達(dá)48 d，連續(xù)不良天氣及室外低溫對(duì)溫室內(nèi)部溫度產(chǎn)生了重大影響。從表1可以看出，溫室外2個(gè)月的旬平均氣溫為-16.56～-7.64 ℃，旬極端最低氣溫為-26.30～-17.80 ℃。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，5種墻體材料日光溫室的室溫均明顯高于室外，石砌墻、法蘭墻、混凝土墻、全鋼架裝配、磚框架旬平均溫度分別較室外高21.67、19.68、23.12、18.69、20.30 ℃，旬極端最低溫度分別較室外高23.87、22.50、26.43、20.72、22.72 ℃。其中混凝土、石砌墻、磚框架溫室之間地溫相差不大，但較其他2種溫室地溫平均高1.54 ℃。表明在冬季最冷月的不良光溫條件下，保溫蓄熱效果較好的為混凝土、石砌墻、磚框架溫室，其次為法蘭墻和全鋼架裝配溫室。進(jìn)入2月后，室外氣溫大有回升，少有多云或陰天出現(xiàn)，光溫條件較好，為溫室的蓄熱保溫創(chuàng)造了有利條件。溫室外旬平均氣溫為-8.37～-0.87 ℃，旬極端最低氣溫為-18.2～-7.5 ℃，石砌墻、法蘭墻、混凝土墻、全鋼架裝配、磚框架5種溫室平均旬溫度分別較室外高22.96、23.72、20.59、13.99、13.64 ℃，旬極端最低溫度分別較室外偏高24.34、22.43、21.63、13.05、14.75 ℃。其中混凝土溫室地溫最高，較其他4種溫室平均高1.35～3.31 ℃。

溫室外光熱條件越惡劣，越能凸顯溫室的保溫效果。5種不同墻體材料的溫室中，混凝土和石砌墻日光溫室保溫效果較好，其次為磚框架、法蘭墻和全鋼架裝配溫室。這與張瀟丹等[8 ]的研究略有差異，可能是由于試驗(yàn)地在冬季最冷月遭遇連續(xù)不良天氣及極端低溫（-26.3 ℃）導(dǎo)致。上述結(jié)果表明，相同構(gòu)型不同墻體材料的日光溫室保溫效果不同。

2.2 ? 冬季不同墻體材料日光溫室揭簾和蓋簾時(shí)段溫度比較

小氣候自動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果（圖1、圖2）顯示，冬季揭簾時(shí)段混凝土溫室平均溫度略高于石砌墻溫室，高于法蘭墻、磚框架、全鋼架裝配溫室2.15～6.61 ℃，平均高4.38 ℃。室內(nèi)最低溫度間差異較為明顯，混凝土溫室較其他4種溫室高3.00～7.00 ℃，平均高5.00 ℃。冬季蓋簾時(shí)段混凝土和石砌墻溫室較其他3種溫室高0.93～2.94 ℃，平均高1.94 ℃，室內(nèi)最低溫度高1.38～1.92 ℃，平均高1.65 ℃。表明混凝土和石砌墻溫室較其他3種溫室有更好的保溫性能。

2.3 ? 冬季典型天氣下日光溫室保溫性比較

2.3.1 ? ?晴天 ? ?如圖3所示，冬季典型晴天（2019年1月12日）下5種墻體材料的日光溫室內(nèi)平均氣溫均具有明顯的日變化特征，白天氣溫高，變化幅度大;夜間氣溫低，變化幅度較小。5種溫室均在9：00時(shí)達(dá)到最低值，這是由于溫室揭簾后室內(nèi)氣溫與外界氣溫之間的總熱阻值減少，室內(nèi)向室外散熱量增加，而短時(shí)間內(nèi)太陽(yáng)輻射還較弱，從而導(dǎo)致室內(nèi)氣溫下降。揭簾后隨著太陽(yáng)短波輻射增強(qiáng)，溫室內(nèi)氣溫快速回升，通過(guò)空氣熱傳導(dǎo)效應(yīng)[9 ]，至11：00時(shí)氣溫明顯升高，15：00時(shí)室內(nèi)氣溫達(dá)到最大值，18：00時(shí)日落以后溫室內(nèi)以地面和墻體長(zhǎng)波輻射為主，地面冷卻降溫，氣溫開始下降。對(duì)比5種溫室發(fā)現(xiàn)，在室內(nèi)無(wú)輔助加溫的條件下，石砌墻溫室內(nèi)的氣溫普遍高于其他4種溫室，其中夜間及清晨室內(nèi)平均氣溫較法蘭墻、混凝土、全鋼架裝配、磚框架溫室分別高1.70、6.69、6.82、3.16 ℃，白天室內(nèi)平均氣溫較法蘭墻、混凝土、全鋼架裝配、磚框架溫室分別高1.90、6.03、5.27、2.14 ℃。石砌墻、法蘭墻、混凝土、全鋼架裝配、磚框架溫室升溫速率分別為4.40、5.25、4.35、5.66、4.87 ℃/h，降溫速率分別為1.22、1.68、1.46、1.95、1.65 ℃/h。可見(jiàn)全鋼架裝配、法蘭墻和磚框架溫室較混凝土和石砌墻溫室氣溫變化劇烈。

從平均地溫來(lái)看，5種溫室內(nèi)的地溫日變化特征基本一致。揭簾前溫度緩慢下降，變化幅度較小，土壤持續(xù)放熱，10：00時(shí)達(dá)到最低溫;揭簾后隨著氣溫的升高地溫緩慢增加，15：00～16：00時(shí)達(dá)到最大值。5種溫室中混凝土、法蘭墻、石砌墻和磚框架溫室變化幅度不大，全鋼架裝配型日光溫室地溫顯著低于其他溫室，最大溫差達(dá)10.72 ℃。

2.3.2 ? ?陰天 ? ?冬季典型陰天（2018年12月29日）下5種溫室內(nèi)氣溫的日變化與晴天類似。但揭簾前室溫最高的為混凝土墻溫室，高于其他溫室1.82～8.96 ℃;揭簾后室溫最大值在14：00時(shí)出現(xiàn)，較晴天提前1 h;18：00時(shí)蓋簾以后混凝土溫室室內(nèi)溫度高于其他4種溫室2.57～5.37 ℃。說(shuō)明在陰天情況下混凝土墻的保溫能力優(yōu)于其他4種溫室。

從平均地溫來(lái)看，揭簾前地溫變化幅度較小，但全裝配鋼架溫室較其他4種溫室平均低3.51 ℃。揭簾后隨著室溫的增加混凝土、石砌墻和法蘭墻地溫略有增加，但三者之間相差不大，溫差均在1.00 ℃以內(nèi)，而全鋼架裝配型和磚框架溫室持續(xù)以0.05 ℃/h的速度降溫。綜合來(lái)看，在典型陰天條件下，混凝土和石砌墻的保溫性能優(yōu)于磚框架、法蘭墻和全鋼架裝配日光溫室。

2.3.3 ? ?雪天 ? ?如圖7、圖8所示，冬季典型雪天（2019年1月19日）下溫室內(nèi)氣溫明顯低于晴天和陰天。在9：00時(shí)達(dá)到最低點(diǎn)，日最高溫度出現(xiàn)在14：00時(shí)，雪天較晴天和陰天提前1 h蓋簾。在16：00時(shí)后溫度出現(xiàn)下降，夜間及凌晨的降溫幅度較晴天和陰天小，降溫速率為0.26～0.35 ℃/h。雪天溫室內(nèi)主要以地面和墻體長(zhǎng)波輻射為主，5種溫室中石砌墻的整體氣溫略高于混凝土溫室，明顯高于磚框架、法蘭墻及全鋼架裝配溫室。石砌墻、法蘭墻、混凝土、全鋼架裝配、磚框架溫室的升溫速率分別為1.20、1.04、1.17、0.93、0.98 ℃/h，混凝土和石砌墻溫室有比其他3種溫室高的升溫速率，在雪天能夠更好的集聚熱量而抵御低溫。

在典型雪天條件下，除法蘭墻溫室外，其他4種溫室日地溫變化量均在1 ℃以內(nèi)，變化幅度較小。雪天溫室內(nèi)混凝土溫室平均地溫最高，可達(dá)11.40 ℃，較其他4種溫室地溫平均偏高4.11 ℃。磚框架和石砌墻溫室兩者之間相差不大，均溫分別為8.98 ℃、8.96 ℃。法蘭墻溫室均溫7.03 ℃，與混凝土溫室相差4.37 ℃。全鋼架裝配型溫室地溫最低，與混凝土溫室地溫達(dá)最大溫差5.80 ℃。

2.4 ? 不同墻體材料日光溫室光環(huán)境日變化特征

如圖9、圖10所示，典型晴天（2019年2月15日）溫室內(nèi)光強(qiáng)日變化呈明顯的單峰變化趨勢(shì)，揭簾后溫室內(nèi)光強(qiáng)開始急劇上升，于13：00時(shí)達(dá)到峰值;5種溫室進(jìn)光量之間差異不大，均在43 klx左右，達(dá)到峰值后開始降低。溫室一天內(nèi)的透光率整體變化趨勢(shì)與溫室內(nèi)光照度變化趨勢(shì)一致，在13：00時(shí)左右達(dá)到最高，這與郜慶爐等人的研究一 致[9 ]，即5種溫室平均透光率在70.91%～73.19%，個(gè)體差異不大。茄果類蔬菜，辣椒光飽和點(diǎn)僅為30 klx[10 ]，茄子光飽和點(diǎn)為40 klx[11 ]，番茄和西瓜正常生長(zhǎng)的光強(qiáng)在3.0～3.5 klx[12 - 13 ?]。溫室內(nèi)光強(qiáng)≥10 klx的時(shí)長(zhǎng)達(dá)到7 h，≥30 klx的時(shí)長(zhǎng)達(dá)到4 h，可以較好地滿足溫室內(nèi)作物正常光合作用。

可以看出，相同構(gòu)型不同墻體材料日光溫室的進(jìn)光量與透光率之間的個(gè)體差異不顯著，在良好天氣條件下，均可以滿足溫室內(nèi)作物正常生長(zhǎng)所需光照。

3 ? 小結(jié)與討論

在日光溫室中，光照是其獲取能量的主要來(lái)源，是溫室環(huán)境中的主導(dǎo)因子，它決定著日光溫室內(nèi)的溫度等諸多因子的狀況甚至是溫室的整體環(huán)境[14 ]。從冬季平均旬氣溫來(lái)看，5種溫室室溫均明顯高于室外，其中混凝土墻和石砌墻溫室旬平均溫度較室外分別高23.12、21.67 ℃，旬極端最低溫度較室外分別偏高26.43、23.87 ℃，保溫蓄熱效果明顯好于其他3種溫室。表明在最冷月的不良光溫條件下，保溫蓄熱效果最好的為混凝土和石砌墻溫室，其次為磚框架、法蘭墻和全鋼架裝配溫室?？梢?jiàn)相同構(gòu)型不同墻體材料的日光溫室保溫效果存在差異。

從不同時(shí)段來(lái)看，冬季揭簾時(shí)段混凝土溫室平均氣溫比其他溫室偏高4.38 ℃，室內(nèi)最低溫度平均偏高5.00 ℃;冬季蓋簾時(shí)段混凝土和石砌墻溫室平均氣溫高于其他3種溫室1.94 ℃，室內(nèi)最低溫度高1.65 ℃。說(shuō)明蓋簾后混凝土和石砌墻溫室的冷卻速度明顯低于其他3種溫室，更有利于溫室內(nèi)熱量的保持。

從典型天氣來(lái)看，晴天和陰天室溫的變化呈明顯的單峰型，變化較為劇烈，但不同情況日光溫室間差異不顯著。雪天室溫明顯低于晴天和陰天，變化幅度不大，但不同墻體材料溫室之間的室溫差距較為明顯，混凝土和石砌墻溫室明顯高于其他3種溫室，說(shuō)明這2種溫室在雪天能夠更好的集聚熱量。3種典型天氣下，晴天除全鋼架裝配型溫室外其他四種溫室內(nèi)地溫變化幅度均較小，全鋼架裝配型溫室地溫顯著低于其他4種溫室，最大溫差10.72 ℃。陰天揭簾前混凝土墻溫室溫度偏高其他溫室1.82～8.96 ℃，揭簾后混凝土、石砌墻和法蘭墻地溫略有增加，三者之間相差不大，但全鋼架裝配型和磚框架溫室持續(xù)以0.05 ℃/h的速度降溫。雪天條件下，除法蘭墻溫室外的其他4種溫室日地溫變化量均在1 ℃以內(nèi)，變化幅度較小。5種溫室之間差異較大，混凝土溫室較其他4種溫室地溫平均高4.11 ℃。

相同構(gòu)型不同墻體材料日光溫室的進(jìn)光量與透光率之間的個(gè)體差異不顯著，溫室平均透光率在70.91%～73.19%，均可以滿足溫室內(nèi)作物正常生長(zhǎng)。

河西走廊西部地區(qū)日光溫室常見(jiàn)種植的蔬菜有黃瓜、番茄、辣椒、茄子，這些作物均屬于喜溫作物[15 ]，種植所需的最低溫度為10～15 ℃、最低土壤溫度為8～14 ℃。根據(jù)本試驗(yàn)所測(cè)試環(huán)境數(shù)據(jù)，5種溫室的溫度在最冷月達(dá)不到作物所需最低要求。因此在遭遇連續(xù)陰雪、多云等不利天氣條件時(shí)，需對(duì)溫室增加各種臨時(shí)補(bǔ)光和加溫措施，以提高室內(nèi)溫度，避免室溫持續(xù)下降對(duì)作物造成傷害。

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（本文責(zé)編：陳 ? ?偉）