保溫被投影對塑料大棚室內(nèi)光環(huán)境及番茄生長性能的影響

曹晏飛，石 苗，劉 鑫，丁娟娟，李建明，孫先鵬

·農(nóng)業(yè)生物環(huán)境與能源工程·

保溫被投影對塑料大棚室內(nèi)光環(huán)境及番茄生長性能的影響

曹晏飛1，石 苗1，劉 鑫1，丁娟娟2，李建明1，孫先鵬1

（1. 西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部西北設(shè)施園藝工程重點實驗室，楊凌 712100；2. 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，沈陽 110866）

保溫塑料大棚屋頂保溫被夜間有助于減少室內(nèi)熱量流失，但其白天會在室內(nèi)形成一條陰影帶，為了探明室內(nèi)陰影帶的變化以及其對番茄生長發(fā)育的影響規(guī)律，以陜西楊凌地區(qū)18 m跨度非對稱保溫塑料大棚為試驗對象，計算分析了室內(nèi)栽培區(qū)陰影帶在一年中的變化規(guī)律，同時測試了北屋面水平投影區(qū)域和南屋面水平投影區(qū)域的太陽輻射，研究不同栽培區(qū)域番茄株高、莖粗、葉片光合參數(shù)以及番茄單株產(chǎn)量的差異。結(jié)果表明：1）與南屋面水平投影區(qū)域相比，北屋面水平投影區(qū)域晴天、陰天分別有38.9%、27.9%的太陽輻射被遮擋；2）全年北屋面水平投影區(qū)域有陰影的天數(shù)為231 d，最大遮蔭面積可達146.8 m2，占總栽培區(qū)域面積的13.2%；3）南屋面水平投影區(qū)域番茄葉片凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率以及水分利用率顯著（<0.01）高于北屋面水平投影區(qū)域，平均單株產(chǎn)量要比北屋面水平投影區(qū)域高29.5%?？偟膩碚f，保溫被投影降低了室內(nèi)北側(cè)栽培區(qū)域的太陽輻射，同時也降低了番茄的光合特性及產(chǎn)量，這為優(yōu)化保溫塑料大棚結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計提供了更為深入的理論基礎(chǔ)。

環(huán)境；太陽輻射；番茄；塑料大棚；保溫被；生長特性

0 引 言

在化石燃料能源枯竭和環(huán)境惡化的背景下，夜間溫室頂部覆蓋保溫材料是一種有效減少室內(nèi)熱量流失的節(jié)能生產(chǎn)方式。中國日光溫室是應(yīng)用保溫被進行夜間覆蓋保溫的典型代表之一，它在少加溫或者不加溫的情況下可滿足北方寒冷地區(qū)喜溫蔬菜越冬生產(chǎn)[1-2]，其中外保溫覆蓋是重要保障之一[3]。通常，外保溫覆蓋在夜間展開保溫，白天收攏以便室內(nèi)作物進行光合作用。外保溫覆蓋材料主要有使用稻草秸稈編織而成的草苫、使用無紡布、噴膠棉、針刺氈等纖維材料復(fù)合構(gòu)造而成的保溫被[4]。目前外保溫覆蓋的卷放方式主要3種[5]：上拉式、中間卷軸式或軌道式、側(cè)卷式。由于收攏的外保溫覆蓋材料放置在溫室屋面外頂部，無論采用哪一種卷簾方式，均會在溫室內(nèi)部形成陰影帶。

塑料大棚是中國園藝設(shè)施中應(yīng)用面積最廣的一種設(shè)施類型。近年來，隨著設(shè)施農(nóng)業(yè)逐漸向機械化、自動化、智能化方向發(fā)展，傳統(tǒng)小跨度塑料大棚已不能滿足機械生產(chǎn)需求。李建明[6]結(jié)合塑料大棚土地利用率高、結(jié)構(gòu)安裝便捷以及日光溫室外保溫覆蓋節(jié)能的優(yōu)點，提出了一種大跨度保溫塑料大棚的設(shè)施類型。近年來，這類塑料大棚在中國北方地區(qū)及長江中下游地區(qū)開始了探索和實踐[7-10]，周升等[11]在保溫塑料大棚內(nèi)部增加主動蓄放熱系統(tǒng)以提高內(nèi)部空氣溫度，方慧等[12-13]測試并模擬了保溫塑料大棚內(nèi)部熱環(huán)境日變化。

非對稱結(jié)構(gòu)大棚是大跨度保溫塑料大棚結(jié)構(gòu)類型中的一種，一般采用為東西向布局，南屋面水平投影寬度大于北屋面水平投影寬度。武瑩等[14]測試發(fā)現(xiàn)冬季18 m跨度保溫塑料大棚的平均最低氣溫為4.1 ℃。為提高冬季內(nèi)部空氣溫度，孫亞琛等[15-16]在非對稱保溫塑料大棚內(nèi)部增加了釀熱發(fā)酵系統(tǒng)可以滿足作物冬季生產(chǎn)需求。但也存在一些問題：受頂部外保溫覆蓋的影響，非對稱保溫塑料大棚室內(nèi)北部會形成一條陰影帶[17-18]，從而導(dǎo)致北部光照要比南部光照弱，其中秋季、冬季及春季典型晴天條件下18 m跨度雙層保溫塑料大棚的北部光照比南部光照分別低14.6%、19.8%及14.2%[19]。而番茄是一種喜光蔬菜，弱光環(huán)境不利于番茄生長、開花及果實發(fā)育[20-21]。由于保溫被在室內(nèi)產(chǎn)生的陰影帶是會隨時間不斷移動的，目前關(guān)于陰影區(qū)域的動態(tài)變化規(guī)律及其對番茄生長發(fā)育的影響未見報道。

為此，本研究以18 m跨度雙層保溫塑料大棚為研究對象，現(xiàn)場測試屋頂保溫被對室內(nèi)光環(huán)境的影響，通過理論計算分析屋頂保溫被在地面上的投影面積，并觀察保溫塑料大棚中不同區(qū)域番茄的栽培效果。

1 材料與方法

1.1 非對稱保溫塑料大棚描述

本文試驗在陜西楊凌示范區(qū)楊凌現(xiàn)代農(nóng)業(yè)融合體驗園（34.31°N， 107.97°E）的非對稱保溫塑料大棚內(nèi)開展。該塑料大棚（圖1）坐北朝南，東西走向，雙層骨架，跨度為18.0 m（內(nèi)跨度為16.6 m），南屋面投影寬度為12.0 m（內(nèi)層南屋面投影寬度為11.26 m），北屋面投影寬度為6.0 m（內(nèi)層北屋面投影寬度為5.35 m），脊高為6.0 m（內(nèi)層脊高5.2 m），北側(cè)設(shè)置寬度為0.75 m的道路，栽培區(qū)域?qū)挾葹?5.86 m，長度為70.0 m，栽培面積為1110.2 m2。內(nèi)層南北屋面覆蓋厚度為0.12 mm的塑料薄膜，在冬季，白天內(nèi)層南屋面塑料薄膜上卷以便陽光進入，夜間塑料薄膜下放進行保溫，而內(nèi)層北屋面塑料薄膜一直處于下放狀態(tài)以便保溫。外層南北屋面外覆蓋厚度為0.12 mm的塑料薄膜以及厚度為20 mm的保溫被，南北屋面底部和頂部共設(shè)置4個通風(fēng)窗口以便通風(fēng)降溫，其中，在冬季，南屋面保溫被白天上卷透光，夜間下放保溫，而北屋面保溫被從立冬開始一直處于下放覆蓋狀態(tài)，直至立春溫室白天開始揭簾，夜間下放保溫。

1.2 栽培作物

番茄（‘普羅旺斯’）作為試驗材料，用來驗證保溫被投影對室內(nèi)作物生長的影響。番茄的種植密度約為2.8株/m2，栽培模式為基質(zhì)袋栽培，六葉一心開始定植，定植時間為2020年1月19日，留5穗果打頂，結(jié)束采收時間為2020年6月26日。

1.3 測點布置及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

試驗分為2個試驗區(qū)域，設(shè)北屋面水平投影區(qū)域為NA，南屋面水平投影區(qū)域為SA（圖1）。太陽輻射測點布置在2個測試區(qū)域的中間位置，距離地面高度為2.0 m。太陽輻射傳感器選用CMP3總輻射傳感器（測量范圍：0～1 500 W/m2，精度：±50 W/m2，Kipp & Zonen公司，荷蘭），數(shù)據(jù)采集儀型號為34972A（是德科技，美國），數(shù)據(jù)記錄時間為2020年5月6日至6月11日，數(shù)據(jù)以10 min間隔自動記錄。采用卷尺和游標卡尺分別記錄株高和莖粗，電子秤（量程范圍：0～30 kg、精度±10 g，華鷹衡器有限公司，中國）稱量番茄質(zhì)量。采用LI-6800便攜式光合作用測定系統(tǒng)（美國LI-COR公司，美國）測量番茄葉片凈光合速率、氣孔導(dǎo)度等光合參數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)的計算和作圖采用Microsoft Excel 2010軟件和GraphPad Prism 6軟件，數(shù)據(jù)的單因素方差分析采用DPS v7.05軟件，差異顯著性檢驗（<0.05，<0.01）采用Duncan新復(fù)極差法。

2 室內(nèi)栽培區(qū)保溫被投影面積確定方法

2.1 太陽輻射基本參數(shù)

太陽高度角是指太陽直射光線與地平面的夾角，可由式（1）確定[22]。

式中表示地理緯度，(°)；=15°×(12?)，表示當(dāng)?shù)貢r間，h；表示太陽赤緯角，(°)，計算如下

式中表示日序數(shù)，距1月1日的天數(shù)，d。

太陽方位角是指太陽直射光線在水平面上的投影與正南方向的夾角。不同時刻的太陽方位角計算如下[22]

2.2 栽培區(qū)保溫被投影面積計算

非對稱保溫塑料大棚包括南、北2個屋面，其沿跨度方向的水平投影分別為南屋面投影寬度和北屋面投影寬度。假設(shè)保溫被截面為圓形，白天太陽直射光線透過非對稱保溫塑料大棚屋面，在地面上的投影如圖2所示，北屋面保溫被、南屋面保溫被與太陽光線交匯詳圖如圖3所示。

《路線圖》的編制堅持“科學(xué)性、前瞻性、創(chuàng)造性、引導(dǎo)性相統(tǒng)一”這一基本原則，按照“印刷傳媒、包裝印刷、印刷制造、數(shù)字印刷、綠色印刷、印刷設(shè)備與器材”六個主要產(chǎn)業(yè)板塊，分析市場、技術(shù)、管理、投資與風(fēng)險管控等幾大方面的需求變化，不僅著眼于解決當(dāng)前產(chǎn)業(yè)發(fā)展問題，更重要的是著眼于未來中長期技術(shù)發(fā)展趨勢和方向?？梢哉f，凝聚行業(yè)智慧和社會力量來組織編制技術(shù)路線圖，對于我國眾多印刷企業(yè)認清發(fā)展趨勢、尋求發(fā)展路徑、直面產(chǎn)業(yè)變革的挑戰(zhàn)、把握產(chǎn)業(yè)發(fā)展的機遇，具有積極而重要的意義。

根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系可知

保溫被投影會出現(xiàn)3種情況：1）保溫被未投影到栽培區(qū)域內(nèi)；2）部分保溫被投影到栽培區(qū)域內(nèi)；3）全部保溫被投影到栽培區(qū)域。則栽培區(qū)陰影帶面積計算公式為

式中參數(shù)詳見圖2、圖3，道路寬度1為0.75 m，北側(cè)內(nèi)骨架在地面的投影寬度2為5.35 m，3與4取值為0.8 m[23]，1取值為0.2 m[24]。與南屋面在屋脊處的坡度相比，北屋面在屋脊處的坡度要更大些，3取值為0.4 m，北屋面保溫被半徑1與南屋面保溫被半徑2取值分別為0.25和0.31 m，溫室長度取值為70 m。

注：為屋脊最高點；為與北屋面保溫被相切的太陽光線與過點水平線的交匯點；為水平線與北屋面保溫被的切點；為過點水平線與立柱的垂直交點；為水平線與南屋面保溫被的切點；為與南屋面保溫被相切的太陽光線與過點水平線的交匯點；為太陽光線透過點在地面上的投影點；為太陽光線透過點在地面上的投影點；為點在地面上的垂直投影點；為點在地面上的垂直投影點；為脊高，m；1為點與點之間的垂直距離，m；2為點與點之間的距離，m；3為點與點之間的距離，m；為保溫被投影寬度，m；1為道路寬度，m；2為北側(cè)內(nèi)骨架在地面上的投影寬度，m；3為點至立柱的垂直距離，m；4為點與點之間的距離，m；5為點與點之間的距離，m；6為點與點之間的距離，m；1為點與點之間的距離，m；2為點與點之間的距離，m；為太陽高度角，(°)。

Note:represents the highest point of greenhouse ridge;represents the point where direct sunlight tangential to the thermal insulation on the north roof meet the horizontal line through point;represents tangent point between the horizontal line and thermal insulation on the north roof;represents vertical intersection point between the horizontal line passing point C and the pillar;represents tangent point between the horizontal line and thermal insulation on the south roof;represents the point where direct sunlight tangential to the thermal insulation on the south roof meet the horizontal line through point;represents projection point on the ground of direct sunlight through point;represents projection point on the ground of direct sunlight through point;represents vertical projection point on the ground of point;represents vertical projection point on the ground of point;represents ridge height, m;1represents vertical distance from pointto, m;2represents distance between pointand, m;3represents vertical distance from pointto, m;represents projection width of thermal insulation, m;1represents the road width, m;2represents projection width of the inner skeleton on the ground on the north side, m;3represents vertical distance from pointto the pillar, m;4represents horizontal distance from pointto, m;5represents horizontal distance from pointto, m;6represents horizontal distance from pointto, m;1represents distance between pointand, m;2represents distance between pointand, m;represents solar elevation angle, (°).

圖2 非對稱保溫塑料大棚結(jié)構(gòu)參數(shù)及正午時刻太陽光線投影示意圖

Fig.2 Structural parameters and sunlight projection diagram of asymmetric thermal insulation plastic greenhouse at noon

3 結(jié)果與分析

3.1 典型天氣條件下不同區(qū)域太陽輻射比較

春季典型晴天、陰天條件下北屋面投影區(qū)域（NA）與南屋面投影區(qū)域（SA）的太陽輻射測試結(jié)果如圖4所示。根據(jù)圖4a可知，晴天NA區(qū)域的太陽輻射低于SA區(qū)域，太陽輻射全天最大相差366.8 W/m2，9:00-15:00期間平均相差168.3 W/m2。SA區(qū)域全天太陽輻射累計值為13.24 MJ/m2，而NA區(qū)域全天太陽輻射累計值僅為8.09 MJ/m2，兩者相差5.15 MJ/m2，占SA區(qū)域累計太陽輻射的38.9%。由圖4b可知，陰天時太陽輻射變化與晴天太陽輻射變化相似，NA區(qū)域的太陽輻射低于SA區(qū)域，全天最大相差90.6 W/m2，9:00-15:00期間平均相差62.7 W/m2。SA區(qū)域全天太陽輻射累計值為7.29 MJ/m2，而NA區(qū)域全天太陽輻射累計值僅為5.25 MJ/m2，兩者相差2.04 MJ/m2，占SA區(qū)域累計太陽輻射的27.9%。

非對稱保溫塑料大棚北屋面投影區(qū)域的太陽輻射要低于南屋面投影區(qū)域，這主要由于塑料大棚頂部保溫被遮擋了部分太陽直射光的進入北屋面投影區(qū)域。

3.2 栽培區(qū)域內(nèi)保溫被投影面積

由于太陽高度角在中午12點達到最大值，因此栽培區(qū)域內(nèi)保溫被投影面積也在12點達到最大值。為此，在不考慮作物的情況下，根據(jù)本文研究方法計算18 m跨度保溫塑料大棚在一年中每天中午12點栽培區(qū)的投影面積，如圖5所示。

由圖5可知，第1～56天，保溫塑料大棚栽培區(qū)域遮蔭面積為0。從第57 天（2月26日）開始，保溫塑料大棚栽培區(qū)域太陽直射光會被保溫被遮擋，在第89 天（3月29日），保溫被在栽培區(qū)域的投影寬度為2.1 m，遮蔭面積達到最大值146.8 m2，占保溫塑料大棚總栽培區(qū)域面積的13.2%。在第256天（9月12日），栽培區(qū)域遮蔭面積開始逐漸下降，直至第288 天（10月14日）達到0，全年栽培區(qū)有陰影的天數(shù)為231 d，占全年總天數(shù)的63.3%。

3.3 不同光環(huán)境對番茄株高莖粗的影響

保溫塑料大棚內(nèi)部不同栽培區(qū)域光環(huán)境對番茄株高莖粗的影響如圖6所示。結(jié)果表明，在定植后第1～10 天，不同栽培區(qū)域番茄株高與莖粗無顯著性差異，而定植后的第33天（2月21日）、46天（3月6日）、59天（3月19日），NA區(qū)域番茄株高分別為35.8、61.1、92.0 cm，分別比SA區(qū)域番茄株高低5.4、9.5、10.9 cm，存在著顯著性（<0.05）差異。同樣，NA區(qū)域番茄莖粗也要顯著（<0.05）低于SA區(qū)域番茄莖粗。

3.4 栽培區(qū)域內(nèi)保溫被投影面積隨作物株高增長的變化規(guī)律

盡管栽培區(qū)太陽直射光在2月21日才開始遮擋，但是為了減少冬季室內(nèi)熱量流失，北屋面保溫被從立冬（11月8日）開始一直處于覆蓋狀態(tài)，直至立春（2月4日）才開始逐漸揭簾[25]。根據(jù)武瑩等[14]的測試結(jié)果，冬季18 m跨度雙層保溫塑料大棚北部區(qū)域的透光率僅為44.6%，比南部區(qū)域透光率低18.9%，所以2月21日測試的保溫塑料大棚北部區(qū)域番茄株高、莖粗要低于南部區(qū)域。

3.5 植株葉片光合參數(shù)測試結(jié)果

保溫塑料大棚內(nèi)部不同栽培區(qū)域番茄葉片的光合參數(shù)測試結(jié)果如表1所示。由表1可知，SA區(qū)域番茄葉片的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率以及水分利用率均顯著（<0.01）高于NA區(qū)域，其中凈光合速率增加73.3%、氣孔導(dǎo)度增加41.4%、蒸騰速率增加30.2%、水分利用率增加31.3%。

表1 不同栽培區(qū)域光環(huán)境對番茄葉片光合特性的影響

注：同一列不同大寫字母表示不同區(qū)域之間具有顯著性差異（<0.01）。

Note: Different capital letters in the same column indicate significant differences between different areas (<0.01).

3.6 番茄平均單株產(chǎn)量測試結(jié)果

保溫塑料大棚內(nèi)部不同栽培區(qū)域番茄平均單果質(zhì)量及平均單株果數(shù)測試結(jié)果如表2所示。由表2可知，保溫塑料大棚內(nèi)部SA區(qū)域番茄的平均單果質(zhì)量和單株果數(shù)均顯著（<0.05）大于NA區(qū)域，其中平均單果質(zhì)量增加10.5%，平均單株果數(shù)增加21.3%。SA區(qū)域平均單株產(chǎn)量2.64 kg，比NA區(qū)域高29.5%。

表2 不同栽培區(qū)域光環(huán)境對番茄平均單果質(zhì)量及平均單株果數(shù)的影響

注：同一列不同小寫字母表示不同區(qū)域之間具有顯著性差異（<0.05）。

Note: Different lowercases letters in the same column indicate significant differences between different areas (<0.05).

4 討 論

根據(jù)劉彥辰等[26]的研究結(jié)果，陜西關(guān)中地區(qū)跨度為8、9、10 m日光溫室的春茬番茄（“金鵬1號”）平均單株產(chǎn)量分別為2.02、2.59以及2.62 kg。魏守輝等[27]測試得到甘肅省蘭州地區(qū)日光溫室越冬茬番茄（“粉太郎”）平均單株產(chǎn)量為2.87 kg，鄭金亮[28]測試得到北京地區(qū)日光溫室早春茬番茄（“普羅旺斯”）平均單株產(chǎn)量為2.41 kg。王朝軍等[29]測試得到晉北地區(qū)日光溫室越冬茬番茄（“普羅旺斯”）平均單株產(chǎn)量為4.24 kg。本試驗中保溫塑料大棚南部區(qū)域早春茬番茄平均單株產(chǎn)量為2.64 kg，這一結(jié)果與劉彥辰等[26-28]在日光溫室中的測試結(jié)果接近，但低于王朝軍等[29]的測試結(jié)果，具體表現(xiàn)為本試驗中番茄平均單果質(zhì)量為137.8 g，而王朝軍等[29]的測試結(jié)果中，番茄平均單果質(zhì)量為219.5 g，說明非對稱保溫塑料大棚在番茄春提前栽培茬中具有一定的應(yīng)用效果，在番茄單果質(zhì)量方面還有提升空間。

盡管保溫塑料大棚北部栽培區(qū)域受保溫被投影影響，按照番茄平均價格5.0元/kg計算，整個北部區(qū)域的番茄生產(chǎn)產(chǎn)值為8 407元，占南部區(qū)域番茄產(chǎn)值的28.9%，相比于跨度為11 m厚土墻日光溫室，保溫塑料大棚要多增加28.9%的產(chǎn)量。

5 結(jié) 論

本文探討了保溫塑料大棚屋頂外保溫覆蓋在不同日期的遮蔭面積以及其對番茄株高、莖粗、光合參數(shù)以及產(chǎn)量的影響，主要結(jié)論如下：

1）受保溫塑料大棚頂部保溫被的影響，南屋面水平投影區(qū)域光環(huán)境優(yōu)于北屋面水平投影區(qū)域，其中全年北屋面水平投影區(qū)域有陰影的天數(shù)為231 d，遮蔭面積最大可達146.8 m2，占總栽培區(qū)域面積的13.2%。與南屋面水平投影區(qū)域相比，春季北屋面水平投影區(qū)域在晴天的日累計太陽輻射要低38.9%，陰天低27.9%。

2）南屋面水平投影區(qū)域栽培的春提前茬番茄植株生長狀況優(yōu)于北屋面水平投影區(qū)域，其中番茄葉片凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率以及水分利用率均顯著（<0.01）高于北屋面水平投影區(qū)域，平均單株產(chǎn)量要比北屋面水平投影區(qū)域高29.5%。本研究是在基質(zhì)袋栽培模式下得出的結(jié)果，對于番茄在土壤栽培模式下的結(jié)果有待進一步驗證。

[1]徐凡，馬承偉，曲梅，等. 華北五省區(qū)日光溫室微氣候環(huán)境調(diào)查與評價[J]. 中國農(nóng)業(yè)氣象，2014，35(1)：17-25. Xu Fan, Ma Chengwei, Qu Mei, et al. Investigation and assessment on microclimate environment of solar greenhouse in north China[J]. Chinese Journal of Agrometeorology, 2014, 35(1): 17-25. (in Chinese with English abstract)

[2]魏曉明，周長吉，曹楠，等. 中國日光溫室結(jié)構(gòu)及性能的演變[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報，2012，28(4)：855-860. Wei Xiaoming, Zhou Changji, Cao Nan, et al. Evolution of structure and performance of Chinese solar greenhouse[J]. Jiangsu Journal of Agricultural Sciences, 2012, 28(4): 855-860. (in Chinese with English abstract)

[3]劉晨霞，馬承偉，王平智，等. 日光溫室保溫被保溫性能影響因素的分析[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2015，31(20)：186-193. Liu Chenxia, Ma Chengwei, Wang Pingzhi, et al. Analysis on affecting factors of heat preservation properties for thermal insulation covers[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(20): 186-193. (in Chinese with English abstract)

[4]馬承偉，王平智，趙淑梅，等. 日光溫室保溫被材料及保溫性能評價[J]. 農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，2018，38(31)：12-16.

[5]張國祥，傅澤田，張領(lǐng)先，等. 中國日光溫室機械卷簾技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2017，33(增刊1)：1-10. Zhang Guoxiang, Fu Zetian, Zhang Lingxian, et al. Development status and prospect of mechanical rolling shutter technology in solar greenhouse in China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(Supp. 1): 1-10. (in Chinese with English abstract)

[6]李建明. 大跨度雙層內(nèi)保溫塑料大棚的特點與應(yīng)用[J]. 西北園藝，2012(3)：6-7.

[7]周長吉. 周博士考察拾零（七十五）大跨度保溫塑料大棚的實踐與創(chuàng)新（上）[J]. 農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，2017，37(34)：20-27.

[8]周長吉. 周博士考察拾零（七十七）一種裝配式外保溫塑料大棚[J]. 農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，2018，38(4)：32-36.

[9]董曉星，李勝利. 大跨度外保溫型塑料大棚的設(shè)計及應(yīng)用[J]. 農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，2018，38(19)：20-23.

[10]Ren J, Wang J, Guo S R, et al. Finite element analysis of the static properties and stability of a large-span plastic greenhouse[J]. Computers and Electronics in Agriculture, 2019(165): 1-9.

[11]周升，張義，程瑞鋒，等. 大跨度主動蓄能型溫室溫濕環(huán)境監(jiān)測及節(jié)能保溫性能評價[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2016，32(6)：218-225. Zhou Sheng, Zhang Yi, Cheng Ruifeng, et al. Evaluation on heat preservation effects in micro-environment of large-scale greenhouse with active heat storage system[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2016, 32(6): 218-225. (in Chinese with English abstract)

[12]方慧，張義，伍綱，等. 大跨度保溫型溫室的熱環(huán)境模擬[J]. 中國農(nóng)業(yè)氣象，2019，40(3)：149-158. Fang Hui, Zhang Yi, Wu Gang, et al. Modelling of thermal climate in a large-scale insulation solar greenhouse[J]. Chinese Journal of Agrometeorology, 2019, 40(3): 149-158. (in Chinese with English abstract)

[13]方慧，楊其長，張義，等. 基于CFD的不同走向大跨度保溫型溫室溫度場模擬[J]. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2017，22(11)：133-139. Fang Hui, Yang Qichang, Zhang Yi, et al. Prediction model on air temperature in large-span greenhouse with different orientation based on CFD[J]. Journal of China Agricultural University, 2017, 22(11): 133-139. (in Chinese with English abstract)

[14]武瑩，李建明，肖金鑫，等. 新型大跨度非對稱塑料大棚內(nèi)冬季溫光變化特征研究[J]. 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2019，47(6)：97-106. Wu Ying, Li Jianming, Xiao Jinxin, et al. Winter temperature and sunlight variation characteristics in large-span asymmetric plastic greenhouses[J]. Journal of Northwest A & F University (Natural Science Edition), 2019, 47(6): 97-106. (in Chinese with English abstract)

[15]孫亞琛，朱超，何斌，等. 大跨度非對稱水控釀熱保溫日光溫室性能分析[J]. 北方園藝，2017(12)：55-60. Sun Yachen, Zhu Chao, He Bin, et al. Performance of Large-scale and water-control energy storage asymmetric solar greenhouse[J]. Northern Horticulture, 2017(12): 55-60. (in Chinese with English abstract)

[16]肖金鑫，李建明，武瑩. 大跨度非對稱釀熱溫室熱環(huán)境及節(jié)地增產(chǎn)效果分析[J]. 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2020，48(1)：1-12. Xiao Jinxin, Li Jianming, Wu Ying. Effect of large span asymmetric fermentation heat storage greenhouse on thermal environment, land saving and production increase[J]. Journal of Northwest A & F University (Natural Science Edition), 2020, 48(1): 1-12. (in Chinese with English abstract)

[17]周長吉. 周博士考察拾零（七十六）大跨度保溫塑料大棚的實踐與創(chuàng)新（下）[J]. 農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，2018，38(1)：38-43.

[18]董曉星，黃松，余路明，等. 大跨度外保溫型塑料大棚小氣候環(huán)境測試[J]. 中國農(nóng)業(yè)氣象，2020，41(7)：413-422. Dong Xiaoxing, Huang Song, Yu Luming, et al. Microclimate environment test for wide-span plastic greenhouse with external thermal insulation[J]. Chinese Journal of Agrometeorology, 2020, 41(7): 413-422. (in Chinese with English abstract)

[19]武瑩. 新型大跨度非對稱塑料大棚溫光環(huán)境性能評價研究[D]. 楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2012. Wu Ying. Study on Temperature and Light Performance Evaluation of New Large Span Asymmetric Plastic Greenhouses[J]. Yangling: Northwest A & F University, 2012. (in Chinese with English abstract)

[20]Fu Q S, Zhao B, Wang X W, et al. The responses of morphological trait, leaf ultrastructure, photosynthetic and biochemical performance of tomato to differential light availabilities[J]. Agricultural Sciences in China, 2011, 10(12): 1887-1897.

[21]Sipos L, Boros I F, Csambalik L, et al. Horticultural lighting system optimalization: A review[J]. Scientia Horticulturae, 2020(273): 1-12.

[22]彥啟森，趙慶珠. 建筑熱過程[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，1986.

[23]北京眾博熙泰農(nóng)業(yè)科技有限公司. 節(jié)能日光溫室屋面參數(shù)設(shè)計[J]. 農(nóng)業(yè)工程技術(shù)：溫室園藝，2015(11)：92-93.

[24]曹晏飛，荊海薇，趙淑梅，等. 日光溫室后屋面投影寬度與墻體高度優(yōu)化[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2017，33(7)：183-189. Cao Yanfei, Jing Haiwei, Zhao Shumei, et al. Optimization of baSA roof projection width and northern wall height in Chinese solar greenhouse[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(7): 183-189. (in Chinese with English abstract)

[25]曹晏飛，石苗，李建明. 非對稱保溫塑料大棚南北屋面投影寬度優(yōu)化[J]. 農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，2020，40(10)：34-38.

[26]劉彥辰，鄒志榮，胡曉輝，等. 陜西關(guān)中地區(qū)不同跨度日光溫室光溫環(huán)境分析[J]. 西北農(nóng)林科技大學(xué)：自然科學(xué)版，2013，41(2)：108-116. Liu Yanchen, Zou Zhirong, Hu Xiaohui, et al. Analysis of light and temperature conditions of sunlight greenhouses with different span lengths in central Shaanxi plain[J]. Journal of Northwest A & F University (Natural Science Edition), 2013, 41(2): 108-116. (in Chinese with English abstract)

[27]魏守輝，肖雪梅，鐘源，等. 日光溫室不同時段補光對番茄果實品質(zhì)及揮發(fā)性物質(zhì)影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2020，36(8)：188-196. Wei Shouhui, Xiao Xuemei, Zhong Yuan, et al. Effects of supplemental illumination in different periods on the quality and volatile compounds of tomato fruit in solar greenhouse[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(8): 188-196. (in Chinese with English abstract)

[28]鄭金亮. 日光溫室早春茬番茄品種比較與綜合評價[D]. 新鄉(xiāng)：河南科技學(xué)院，2020. Zheng Jinliang. Comparison and Comprehensive Evaluation of Tomato in Early Spring Greenhouse Cultivation[D]. Xinxiang: Henan Institute of Science and Technology, 2020. (in Chinese with English abstract)

[29]王朝軍，李靈芝，楊陽，等. 晉北地區(qū)冬春茬日光溫室番茄品種適應(yīng)性評價[J]. 山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2020，48(10)：1606-1611. Wang Chaojun, Li Lingzhi, Yang Yang, et al. Adaptability evaluation of tomato varieties in winter and spring solar greenhouse in northern Shanxi[J]. Journal of Shanxi Agricultural Sciences, 2020, 48(10): 1606-1611. (in Chinese with English abstract)

Effects of thermal insulation projection on indoor light environment and tomato growth performance in plastic greenhouse

Cao Yanfei1, Shi Miao1, Liu Xin1, Ding Juanjuan2, Li Jianming1, Sun Xianpeng1

(1.,,,,712100,;2.,,110866,)

A thermal insulation material has widely been used to cover the roof of a greenhouse at night for an energy-saving production of indoor heat. The current mainstream winding of thermal insulation is fixed at the top of a roof, while movable at the bottom. However, there is often a shadow zone indoors during the daytime, when the thermal insulation staying on the top of the greenhouse. This study aims to clarify the changing characteristics of the shadow zone during the year, thereby determining the influence of the shadow zone on the growth of tomatoes. An asymmetric thermal insulation plastic greenhouse was utilized as the test object with a span of 18.0 m (inner span of 16.6 m), the length of 70.0 m, and the ridge height of 6.0 m (inner ridge height of 5.2 m) in Yangling, Shaanxi Province of China. In the east-west direction of the greenhouse, the area of horizontal projection on the south roof (SA) was set as the 11.26 m projection width of the inner south roof (the projection width of the outer south roof was 12.0 m), while, the area of horizontal projection on the north roof (NA) was 5.35 m projection width of the inner north roof (the projection width of the outer north roof was 6.0 m). The variation of shadow zone was calculated in the indoor cultivation area during the year, according to the trigonometric relationship between the direct sunlight and the thermal blankets on the roof. A solar radiation sensor was used to capture the solar radiation of NA and SA cultivation areas. The plant height and stem thickness of tomatoes in different cultivation areas were measured using tape measure and vernier caliper, respectively. A LI 6800 system was also utilized to measure leaf photosynthetic parameters, including the net photosynthetic rate, stomatal conductance, transpiration rate, and water use efficiency of tomato leaves. Finally, the yield and quantity of tomato fruit were also measured to compare. The results showed that: 1) Compared with the SA area, 38.9% and 27.9% of solar radiation in the NA area were blocked on sunny and cloudy days, respectively. 2) The shadow zone was formed in the indoor cultivation area from February 26. The area of the shadow zone reached the maximum of 146.8 m2on March 29, accounting for 13.2% of the total cultivated area. Furthermore, the area of the shadow zone began to decrease on September 12 until it reached zero on October 14. The number of days with the shadow zone in the cultivation area was 231 d, accounting for 63.3% of the total number of days in the year. 3) Plant height and stem thickness of tomatoes in the NA area were significantly lower than those in the SA area from 33 days after planting. 4) The net photosynthetic rate, stomatal conductance, transpiration rate, and water use efficiency of tomatoes in the NA area were significantly lower than those in the SA area. 5) The average fruit weight per plant, the fruit number per plant, and the average fruit yield per plant in the NA area were 10.5%, 21.3%, and 29.5% lower than those in the SA area, respectively.

environment; solar radiation; tomato; plastic greenhouse; thermal insulation; growth characteristics

曹晏飛，石苗，劉鑫，等. 保溫被投影對塑料大棚室內(nèi)光環(huán)境及番茄生長性能的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2021，37(6)：190-196.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.06.023 http://www.tcsae.org

Cao Yanfei, Shi Miao, Liu Xin, et al. Effects of thermal insulation projection on indoor light environment and tomato growth performance in plastic greenhouse[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(6): 190-196. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.06.023 http://www.tcsae.org

2020-10-31

2021-01-18

陜西省重點研發(fā)計劃項目（2019TSLNY01-03）；陜西省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新轉(zhuǎn)化項目（NYKJ-2019-YL06）；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項資金資助項目（CARS-23-C05）

曹晏飛，博士，講師，碩士生導(dǎo)師，主要研究方向為設(shè)施結(jié)構(gòu)優(yōu)化及環(huán)境調(diào)控。Email：caoyanfei@nwsuaf.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2021.06.023

S625.1；S626.4

A

1002-6819(2021)-06-0190-07