南方地區(qū)圓拱形和鋸齒形大棚內(nèi)溫度四季差別探究＊

張應(yīng)超，羅 健，伏廣農(nóng)，劉士哲（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)無土栽培技術(shù)研究室，廣州 510642）

利用溫室大棚進(jìn)行蔬菜生產(chǎn)，保障蔬菜的不間斷供應(yīng)。在南方地區(qū)，特別是在炎熱的夏季，除了考慮抗風(fēng)、遮雨的性能外，通過高效節(jié)能的方式降低大棚內(nèi)的溫度是大棚在設(shè)計和建造時必須考慮的問題[1]。

鋸齒形大棚因其頂部的結(jié)構(gòu)樣式呈鋸齒狀而得名。降低大棚內(nèi)溫度的方式有遮陽降溫、水簾蒸發(fā)降溫、空調(diào)降溫和自然通風(fēng)降溫等[2]。水簾蒸發(fā)降溫和空調(diào)降溫的運(yùn)行成本高昂，普及程度低，較為常用的是自然通風(fēng)降溫和遮陽降溫。在炎熱的夏季，當(dāng)大棚內(nèi)的空氣受熱后，熱空氣上升到棚頂，圓拱形大棚由于棚頂是封閉的，所以棚內(nèi)熱空氣不能及時排出，從而導(dǎo)致棚內(nèi)溫度較高。鋸齒形大棚內(nèi)的熱空氣上升到棚頂后，在鋸齒口沿著棚頂瓦面與棚外溫度相對較低的空氣進(jìn)行熱交換，從而促進(jìn)棚內(nèi)空氣流動，使棚內(nèi)達(dá)到自然降溫的目的[3]。

在炎熱的夏季，當(dāng)大棚內(nèi)的熱空氣不能及時地排出棚外時，棚內(nèi)的溫度會急劇上升，當(dāng)棚內(nèi)的溫度高于蔬菜正常生長的最高溫度時，就會對蔬菜生長產(chǎn)生不利的影響。為了解大棚結(jié)構(gòu)對大棚內(nèi)溫度的影響，選擇三種結(jié)構(gòu)的塑料大棚，從2019 年5 月11 日～2020 年5 月16 日，利用溫濕度自動記錄器監(jiān)測、記錄并保存棚內(nèi)的溫度。

材料與方法

監(jiān)測地點(diǎn)和供監(jiān)測塑料大棚結(jié)構(gòu)

監(jiān)測地點(diǎn)位于北緯113°78′，東經(jīng)23°43′，在廣州市增城區(qū)小樓鎮(zhèn)約場村廣州綠垠農(nóng)業(yè)科技發(fā)展有限公司無公害水培蔬菜生產(chǎn)基地內(nèi)。選擇用于監(jiān)測的三個大棚的編號、外觀以及參數(shù)分別如圖1 和表1 所示：

圖1 被監(jiān)測塑料大棚的外形結(jié)構(gòu)示意圖

表1 被監(jiān)測塑料大棚的建造參數(shù)/m

監(jiān)測時間和方法

監(jiān)測時間為2019年5月11日～2020年5月16日。在選定的三個連棟大棚內(nèi)，分別利用溫濕度自動記錄器在大棚中心，離地2.5 m處中間位置每隔半小時讀一次棚內(nèi)的溫度，并記錄。在試驗(yàn)過程中大棚內(nèi)均種植了各種葉菜類蔬菜。

監(jiān)測結(jié)果

塑料大棚結(jié)構(gòu)對大棚內(nèi)平均溫度的影響

“平均氣溫”作為指示空氣溫度的重要指標(biāo)之一，被廣泛應(yīng)用。在農(nóng)學(xué)領(lǐng)域，許多關(guān)于植物生長過程中的水土資源模型、土壤侵蝕模型都利用到了日平均溫度[4]。日平均溫度的計算方法有多種，有極值平均法，四次平均法（北京時間2:00，8:00，14:00 和20:00）和8 次平均法等。不同計算方法得到的平均值的數(shù)值是不同的，唐國利[5]的研究表明，極值平均溫度和四時平均溫度的數(shù)值無顯著差異。日平均氣溫準(zhǔn)確的數(shù)值是將溫度曲線積分后獲得的[6]。

塑料大棚結(jié)構(gòu)對大棚內(nèi)日平均溫度的影響

在本次監(jiān)測中，日平均氣溫的計算方法為48 次平均值。在監(jiān)測期間內(nèi)，三種大棚內(nèi)每天的日平均溫度分別如圖2～ 圖14 所示。

圖2 三種棚內(nèi)2019 年5 月每天的日平均溫度

圖3 三種棚內(nèi)2019 年6 月每天的日平均溫度

圖4 三種棚內(nèi)2019 年7 月每天的日平均溫度

圖5 三種棚內(nèi)2019 年8 月每天的日平均溫度

圖6 三種棚內(nèi)2019 年9 月每天的日平均溫度

圖7 三種棚內(nèi)2019 年10 月每天的日平均溫度

圖8 三種棚內(nèi)2019 年11 月每天的日平均溫度

圖9 三種棚內(nèi)2019 年12 月每天的日平均溫度

圖10 三種棚內(nèi)2020 年1 月每天的日平均溫度

圖11 三種棚內(nèi)2020 年2 月每天的日平均溫度

圖12 三種棚內(nèi)2020 年3 月每天的日平均溫度

圖13 三種棚內(nèi)2020 年4 月每天的日平均溫度

圖14 三種棚內(nèi)2020 年5 月每天的日平均溫度

監(jiān)測期間內(nèi)，三種類型塑料大棚內(nèi)日平均溫度的差值如表2 所示。從表2 可以得知，除了在10 月份，B 棚內(nèi)日平均溫度有2 天低于A 棚的日平均溫度、有3 天低于C 棚的日平均溫度外，在監(jiān)測的其他時間內(nèi)，B 棚內(nèi)的日平均溫度均高于A 棚和C 棚內(nèi)的日平均溫度，這是因?yàn)榕飪?nèi)的空氣吸收熱量后，形成大量密度降低的熱空氣，B 棚棚頂?shù)膱A拱形結(jié)構(gòu)導(dǎo)致棚內(nèi)大量的熱空氣無法排出，從而使B 棚內(nèi)的溫度升高；A 棚和C 棚中的熱空氣上升到鋸齒口時會與棚外溫度較低的冷空氣進(jìn)行氣體交換，所以，A 棚和C 棚內(nèi)的整體日平均溫度比B 棚內(nèi)的整體日平均溫度低。

表2 監(jiān)測期間三種類型大棚內(nèi)日平均溫度的差值

塑料大棚結(jié)構(gòu)對大棚內(nèi)月平均溫度的影響

在本次監(jiān)測中，月平均溫度為日平均溫度的算術(shù)平均值。三個大棚內(nèi)每月的月平均溫度如圖15 所示；從圖15 可知，在監(jiān)測期間內(nèi)，A 棚（鋸齒形大棚）和C 棚（鋸齒形大棚）的月平均溫度均比B 棚（圓拱形大棚）的月平均溫度低。其中，A 棚比B 棚月平均溫度低0.2～1.5 ℃，C 棚比B棚月平均溫度低0.6～1.6℃。

圖15 三種類型大棚監(jiān)測期間內(nèi)每月棚內(nèi)的月平均溫度

塑料大棚結(jié)構(gòu)對大棚內(nèi)月最高溫度的影響

在監(jiān)測期間內(nèi)，三個大棚內(nèi)的月最高溫度如圖16 所示，從圖16 可知，三個大棚中，B 棚的月最高溫度均高于A 棚和C 棚的月最高溫度。其中B 棚的月最高溫度比A 棚的月最高溫度高0.5～7.8℃，比C 棚的月最高溫度高1.7～7.3℃。三個大棚內(nèi)的月最高溫度都高于氣象臺發(fā)布的月最高溫度。A 棚、B 棚和C 棚的月最高溫度分別比氣象臺發(fā)布的月最高溫度高6～11.3℃、8.3～16.6℃和4.8～10.6℃。

圖16 三種類型大棚內(nèi)每月最高溫與氣溫月最高溫

表3 監(jiān)測期間三種類型大棚內(nèi)每月的最低溫度/℃

結(jié)論

圓拱形大棚內(nèi)的最高溫要高于鋸齒形大棚內(nèi)的最高溫，B 棚的最高溫比A 棚、C 棚的最高溫分別高7.8℃、7.3℃。圓拱形大棚內(nèi)的月平均溫度比鋸齒形大棚內(nèi)的月平均溫度高，B 棚內(nèi)月平均溫度比A 棚和C 棚內(nèi)月平均溫度高0.2～1.5℃和0.6～1.6 ℃。在監(jiān)測的371 天內(nèi)，B 棚內(nèi)日平均溫度高于A 棚和C 棚內(nèi)日平均溫度的天數(shù)為369 天和368 天。

在南方夏季高溫季節(jié)，傳統(tǒng)的圓拱形塑料大棚的溫度要比鋸齒形大棚的溫度更高，且通風(fēng)透氣性差，給水培蔬菜生產(chǎn)帶來了極為不利的影響，通過大棚結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，由傳統(tǒng)的圓拱形改為鋸齒形結(jié)構(gòu)，并適當(dāng)提供大棚肩高，可加大幅度地降低棚內(nèi)溫度，同時也有利于夏季通風(fēng)換氣，為水培蔬菜的生長提供一個相對較好的生長條件，這是目前為什么在南方地區(qū)廣為使用鋸齒形大棚的根本原因，今后在南方夏季高溫季節(jié)的大棚結(jié)構(gòu)設(shè)計上建議在這方面進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)。