不同类型大棚光环境特征比较研究

陈 菲，李胜利，孙志强

(河南农业大学园艺学院，河南郑州450002)

植物的生命活动都与光照密不可分，因为其赖以生存的物质基础是通过光合作用制造出来的，因此温室内的光照条件对作物的生长具有重要的影响［1］.虽然日光温室、塑料拱棚被广泛认可，但由于日光温室、塑料拱棚占地面积小，土地利用率低，制约了保护地的发展.而巨型大棚可催生一批规模种植大户，容易形成规模种植、专业化生产，易与市场、加工企业连接.因此，为了提高设施的土地利用率和栽培效果，河南农业大学与河南省扶沟县蔬菜局合作，设计建造了一种巨型塑料大棚，单栋面积在3 000 m2以上，是普通大棚的5倍以上.由于巨型大棚棚体较高，所以利用普通地膜作为一层或二层简易保温幕以增加设施的保温效果.研究者曾对节能日光温室光照强度的变化规律［2］，连栋塑料温室的光照分布［3］，晴转阴天气日光温室内光照度的日变化［4］进行过研究.但有关巨型大棚，特别是加多层保温膜覆盖后的光环境特点缺乏研究。因此，本研究通过对普通大棚、巨型大棚以及巨型大棚多层次覆盖中太阳辐射量、太阳辐射透过率、太阳辐射水平测试比对，以找出其中存在的差异，进一步完善巨型棚的光环境，提高巨型棚中的光照强度、光分布.

1 材料与方法

试验于2006-10—2007-03在河南省扶沟县蔬菜局现代农业示范园区进行，该地区30 a日平均最高气温20.0℃，平均最低气温9.5℃.月平均日照时数176.1 h以上，日照百分率48%以上.大棚均为南北走向.普通大棚为本地区广泛使用的水泥骨架大棚，跨度8 m，长50 m，，肩高1.2 m，顶高2.5 m;巨型大棚为竹木结构，跨度为20 m，长100 m，肩高 1.5 m，顶高 3.5 m;2 种大棚均采用 0.10 mm厚的防雾滴薄膜覆盖.巨型大棚加单层保温膜覆盖，在巨型大棚原有覆盖的基础上，采用普通地膜在距地面2.2 m处增设1层水平保温覆盖;巨型大棚加双层保温膜覆盖，在加单层覆盖膜的基础上，采用普通地膜在距地面2.0 m处增设第2层水平保温覆盖.

1.1 试验设计

本试验设置4个处理，分别在普通大棚(Ⅰ)、巨型大棚(Ⅱ)、巨型大棚加单层保温膜覆盖(Ⅲ)以及巨型大棚加双层保温膜覆盖(Ⅳ)中进行.在普通大棚中央位置沿东西方向每隔1.5 m取1个点，两端的点距棚边缘1 m，共计5个点，在巨型大棚中央位置沿东西方向每隔4.5 m选取1个点，两端的点距棚边缘1 m，共计5个点.从东到西编号依次为1，2，3，4，5.在外界选取 1 个无遮阴的固定点(CK)测量外界太阳辐射.使用上海嘉定学联仪表厂生产的总辐射表测量太阳总辐射.

1.2 观测方法

普通大棚(Ⅰ)和巨型大棚(Ⅱ)光环境特征比较于2006-10—2006-12进行，测定时从8:00—17:00用3台仪器同时测定普通大棚、巨型大棚和外界的太阳辐射.测点高度距地面1.5 m处.巨型大棚(Ⅱ)、巨型大棚加单层保温膜覆盖(Ⅲ)以及巨型大棚加双层保温膜覆盖(Ⅳ)光环境特征比较于2007-02—2007-03进行，测定时用4台仪器同时测定3种大棚和外界的太阳辐射.测点高度距地面1.8 m处.测定顺序均从1号到5号点.每隔1 h测量1次，每次测定3组数据进行平均，保证每次测试过程在10 min以内，从测定的数据中选择晴天、阴天进行分析，对测定时间内的所有晴天、阴天不同时刻的数据进行平均，取其平均值.

2 结果与分析

2.1 不同天气情况下2种大棚的太阳辐射量比较

从图1～图4可以看出，2种类型大棚的太阳辐射变化趋势与外界基本上是同步变化的，普通大棚和巨型大棚内各观测点从早晨开始逐渐上升，在12:00—13:00达到最大值，然后逐渐下降.这说明在大棚内的太阳辐射变化主要受外界环境的影响.从一天当中不同时刻不同测点的太阳辐射来看，2种类型大棚都表现为上午东边测点的太阳辐射总量大于西边，而下午西边测点的太阳辐射总量大于东边.如晴天普通大棚和巨型大棚测点1从8:00—12:00的太阳辐射总量分别为 579.93，549.29 W·m-2，而同期测点5的太阳辐射总量则分别为495.06和456.12 W·m-2，测点1比测点5分别高17.1%和20.4%.表明普通大棚内的太阳辐射高于巨型大棚.

表1 不同大棚的太阳辐射的透过率Table1 Transmission ratio of solar radiation in different greenhouse %

图5 不同覆盖层次大棚内旬太阳辐射比较Fig.5 Comparison of the average radiation in the different treatments in every ten day

2.2 不同天气情况下两种大棚的太阳辐射透过率比较

从表1可以看出，棚内全部测点太阳辐射透过率在一日内都是早晚较低，在13:00—14:00达到最大，这与郜庆炉等［5］的研究结果相类似.普通大棚和巨型大棚晴天太阳辐射透过率比阴天分别高12.9%和11.0%.2种类型大棚相比，晴天时普通大棚和巨型大棚日平均太阳辐射透过率分别为67.1%和63.7%，普通大棚比巨型大棚高3.4%;阴天情况下普通大棚和巨型大棚日平均太阳辐射透过率分别为54.2%和52.7%，普通大棚太阳辐射透过率比巨型大棚高1.5%.普通大棚的太阳辐射透过率高于巨型大棚.这可能主要与两方面的因素有关，一是普通大棚的屋面弧度大于巨型大棚的屋面弧度，光线的入射角小，因此太阳辐射被反射的少;二是由于栽培期间巨型大棚空气的相对湿度比普通大棚高，加剧了太阳辐射的吸收.

2.3 巨型大棚不同覆盖层次旬平均太阳辐射比较

由图5可以看出，随着覆盖层次的增加，棚内的太阳辐射呈递减趋势，如3月上旬，3个处理平均太阳辐射量分别为 268.1，246.8 和 236.5 W·m-2，外界的太阳辐射量为 365.7 W·m-2，3 者分别为 CK 的73.3%，67.5%和64.8%.随着太阳辐射高度角的增大，3个处理太阳辐射的透过率有增大的趋势，但2月中旬和3月中旬棚内的太阳辐射透过率则较低，这可能与这两个时期阴天较多有关.

2.4 巨型大棚多层次覆盖太阳辐射日变化比较

由表2，3可以看出，不同覆盖层次棚内太阳辐射量的日变化与外界变化基本一致，在8:00辐射量最低，13:00最高;在晴天，3个处理的日平均太阳辐射量分别是 155.1，144.6，136.4 W·m-2，分别是外界的 77.1%，71.9%，67.8%，处理Ⅱ比Ⅲ高5.2%，处理Ⅲ比Ⅳ高4.1%;在阴天，3个处理的日平均太阳辐射量分别是外界的61.1%，53.1%，47.1%，处理Ⅱ比Ⅲ高8%，处理Ⅲ比Ⅳ高6%.

表2 不同覆盖层次棚内太阳辐射比较Table2 Comparison of the radiation of the different layer plastic-covered tunnel greenhouse W·m-2

表3 不同覆盖层次棚内太阳辐射的透过率Table3 Transmission ratio of the radiation in different layer plastic-covered tunnel greenhouse %

太阳辐射透过率随着一天当中太阳高度角的增大而增大，同时受棚内空气相对湿度的影响.从日平均太阳辐射透过率来看，在晴天，处理Ⅱ比Ⅲ高5.9%，处理Ⅲ比Ⅳ高4.2%;在阴天，处理Ⅱ比Ⅲ高7.6%，处理Ⅲ比Ⅳ高6.2%.这说明增加多层覆盖后，在阴天对太阳辐射的阻隔作用比晴天对太阳辐射的阻隔作用大，这可能与阴天棚内空气湿度大有关.

随着覆盖层次的增加，从8:00—17:00棚内太阳辐射量和太阳辐射透过率呈递减趋势，无论是晴天还是阴天，3个处理的太阳辐射量和太阳辐射透过率都是逐渐降低.

2.5 不同天气条件下巨型大棚多层次覆盖太阳辐射水平比较

图6和图7可以看出，在晴天不同测点太阳辐射的分布为东部＞中部＞西部，在西部出现1个弱光区域，而阴天不同测点太阳辐射分布变化各异.从不同处理太阳辐射分布来看，表现为3层覆盖处理的太阳辐射分布最均匀，其次是3层覆盖处理，单层覆盖处理相对前两者来说是太阳辐射分布最不均匀的，其中阴天太阳辐射的均匀程度高于晴天.随着覆盖层次的增加太阳辐射在棚内的分布趋于均匀，可能是由于光线在经过保温膜时，经过多次的反射和投射，或者以漫射的形式最终进入棚内，从而使太阳辐射变得均匀;阴天太阳辐射主要是散射光，因而光照分布比较均匀，无明显的强光区.

3 结论与讨论

普通大棚与巨型大棚均表现为上午东边太阳辐射量大于西边，而下午西边的太阳辐射量大于东边;晴天太阳辐射透过率大于阴天.2种棚相比，无论是晴天还是阴天，普通大棚的太阳辐射量比巨型大棚高;晴天普通大棚内的太阳辐射透过率比巨型大棚高3.4%，阴天普通大棚内的太阳辐射透过率比巨型大棚高1.5%，说明普通大棚比巨型大棚太阳辐射透过率高，而阴天对太阳辐射透过率的阻隔更大.这可能与巨型棚的屋面弧度与棚内相对湿度较高，加剧太阳辐射的吸收有关.因此应尽量优化巨型大棚结构.使棚面弧度尽可能接近合理轴线.使用强度大，断面积小的建材，减少遮光;选用透光率高、抗污染能力强、保温性能好、耐候性良好的无滴膜，保证大棚具有良好的采光和保温性能［6～9］;注意棚内通风排湿，调整作物布局以改善大棚内的光照条件.

巨型大棚多层次覆盖之间相比，随着覆盖层次的增加，棚内的太阳辐射呈递减趋势，在晴天，3个处理Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ的日平均太阳辐射量分别是外界的77.1%，71.9%，67.8%，处理Ⅱ比Ⅲ高 5.2%，处理Ⅲ比Ⅳ高4.1%;在阴天，3个处理Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ的日平均太阳辐射量分别是外界的61.1%，53.1%，47.1%，处理Ⅱ比Ⅲ高8%，处理Ⅲ比Ⅳ高6%.说明增加多层覆盖后，在阴天对太阳辐射的阻隔作用大于晴天，这可能与阴天棚内空气湿度大有关.而随着覆盖层次的增加太阳辐射在棚内的分布趋于均匀，阴天太阳辐射的均匀程度高于晴天.整体上看，巨型大棚多层覆盖后棚内太阳辐射透过率较低，因此应加强多层覆盖下光环境的调控.科学安排群体结构，根据外界太阳辐射的变化适时拉开与关闭内保温膜，在保温室内温度不降低的前提条件下充分增加进入棚内的太阳辐射量.

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