山东冬春季双屋面日光温室温湿度变化特征研究

张继波 李楠 薛晓萍 李鸿怡 徐桂华

摘要：利用2013年12月—2015年2月章丘双屋面日光温室内小气候观测资料，对冬、春季阳屋面温室内气温、湿度的季节变化特征及不同天气类型下的日变化规律进行分析，并与传统日光温室进行比较。结果表明：冬、春季阳屋面温室内最高气温变化幅度均较大，但均未出现10℃以下的低温，春季易出现35℃以上的高温天气，最低气温较传统日光温室高1℃左右；冬、春季不同天气类型下阳屋面温室内气温日变化均呈单峰曲线，温室内日最高气温和日最低气温均为晴天>多云天>阴天，冬季分别出现在13时和7时，而春季日最高气温推迟1小时，日最低气温提前1小时；冬、春季阴天时阳屋面温室内日最大相对湿度均较传统日光温室高10%以上。阳屋面温室蓄热、保温性能更好，对喜温蔬菜作物生长有利，但高湿环境使作物病害风险提高。

关键词：双屋面日光温室；山东；气温；湿度；冬春季

中图分类号：S625.5+1文献标识号：A文章编号：1001-4942（2016）10-0129-05

山东是设施蔬菜生产大省，2014年设施蔬菜种植面积已经超过90×104 hm2，其中，日光温室蔬菜面积26.67×104 hm2[1]。温室蔬菜在保障蔬菜均衡供应、增加农民收入、促进低碳农业发展等方面发挥了重要作用。

双屋面日光温室有别于北方传统日光温室，以其土地利用率高、建造及改造成本低、墙体保护及保温性能好、经济效益显著等优点[1]迅速成为北方新兴的温室形态，倍受广大菜农青睐。双屋面日光温室主要以菌菜种植模式为主，阳屋面温室种植番茄、黄瓜、茄子、辣椒等喜温蔬菜，阴屋面温室采用搭架立体栽培，种植平菇、草菇、杏鲍菇等菌类。

目前，国外关于温室内环境模拟及调控等方面的研究已有报道[2，3]，国内学者则对传统日光温室内小气候变化特征及其与外界环境的关系等方面研究较多[4-7]，如：王琪珍等[8]对山东莱芜地区日光温室内的温、湿度变化特征进行了分析；袁静等[9]建立了山东寿光冬季日光温室内低温预报模型；杨丹等[10]建立了山东莱芜地区地温预报模型。这些研究均为北方传统日光温室蔬菜生产提供了理论依据。

迄今为止，多数研究主要集中于北方传统日光温室内气象要素的特征分析及模拟研究，对双屋面日光温室内小气候变化特征的研究较少。本研究对双屋面日光温室的阳屋面室内气温、湿度变化特征进行分析研究，并与传统日光温室进行比较，这对提高设施农业气象服务水平，减轻气象灾害对新型双屋面日光温室生产的影响，具有重要的社会和经济意义。

1材料与方法

1.1试验时间、地点

试验于2013年12月-2015年2月在山东省章丘市新品种新技术实验基地进行。

1.2试验温室

传统日光温室为单坡式结构，坐北朝南，长54 m，种植区跨度10 m，脊高5.4 m，顶部覆盖聚乙烯薄膜，薄膜上面覆盖棉被；温室顶部留有通风口，当室内气温达到32℃时开启通风口；温室内种植辣椒。

双屋面日光温室由阳屋面温室和阴屋面温室共同构成，两者共用一个后墙，通过上、下两排通风口连接为一体，下通风口距地面1.0 m，上通风口距地面2.4 m，均为直径30 cm的圆形通风口；其中，阳屋面温室结构、朝向、长度、宽度、脊高、通风口设置与传统温室一致；阳屋面温室内种植辣椒，阴屋面温室种植平菇。

1.3数据来源

外界气象要素监测资料来源于章丘市自动气象观测站。小气候要素监测分别在阳屋面温室及传统日光温室种植区内进行，采用美国WatchDog100从时间、空间上对温度、湿度进行测定。样点布局：在种植区水平方向上采取棋盘式布局，均匀选取9个点，分别于距地表0、1.0、1.5 m高度处采集数据，采集频次均为1小时。

1.4数据处理与分析

为研究日光温室内的小气候要素在不同天气状况下的变化规律，选用按日照百分率（S）划分的方法[5]，即依S≥0.6、0.2试验数据采用Microsoft Excel 2003进行整理，SAS 9.0进行方差分析，采用邓肯氏新复极差法分析不同处理间差异显著性。

2结果与分析

2.1阳屋面温室内气温变化特征分析

由图1可知，冬季，阳屋面温室内最高气温变化幅度较大，这与阳屋面温室能量积蓄主要依赖太阳辐射有关；平均气温与最低气温变化趋势基本一致，温室内没有出现10℃以下的低温。春季，阳屋面温室内平均气温与最高气温变化趋势基本一致，最高气温变化幅度大于冬季，易出现35℃以上的高温天气，最低气温则呈稳步升高的趋势。

由图2可知，冬、春季不同天气类型下阳屋面温室内气温日变化均呈单峰曲线，且表现为晴天>多云天>阴天。冬季，晴天温室内日最高气温较阴天时高近19℃，多云天与阴天时温室内夜间气温相差不大；春季，晴天时温室内日最高气温与冬季相近，而日最低气温较冬季高近2℃，日最高气温显著高于多云天和阴天时，晴天温室内日最高气温较阴天时高近15℃，晴天和多云天夜间气温相差不大，并显著高于阴天时。

2.2阳屋面温室内湿度变化特征分析

由图3可知，冬季，阳屋面温室内平均相对湿度始终保持在较高水平，1月下旬至2月略有降低，但仍在80%以上，这主要是由于冬季温室内气温低、通风时间短造成的，此外，阳屋面温室与阴屋面温室气体交换也是造成温室内湿度较高的原因之一。

春季，温室内升温快，阳屋面温室通风加强，温室内平均相对湿度变化幅度较大，最高可达饱和，最低可降至30%左右，这与春季温室大通风有关，且春季常见的连续阴雨天气也易造成温室高湿环境。

由图4可知，冬季，不同天气类型下温室内平均相对湿度呈现与气温相反的日变化趋势，晴天和多云天时，揭苫后温室内湿度迅速降低，正午前后达到最低；多云天和阴天时，温室内夜间平均相对湿度均在90%以上，接近饱和。

春季，随着外界气温升高，阳屋面温室与阴屋面温室气体交换频繁，而阳屋面温室为自然通风，无法在短时间内实现保温降湿或降温降湿的目的。多云天和阴天时，温室内夜间平均相对湿度均在90%以上；晴天和多云天揭苫后，温室内平

均相对湿度迅速降低，在13时前后达到最低，并持续较长时间，最低可达50%。

2.3阳屋面温室与传统日光温室内温湿度变化特征对比分析

2.3.1季节变化对比分析由表1可知，冬季和春季阳屋面温室内平均气温、最低气温及最高气温均高于传统日光温室，且春季高于冬季，表明：冬、春季阳屋面温室蓄热、保温能力均强于传统日光温室，春季增温效果更显著，更有利于反季节喜温作物生长。高温环境往往引起高湿，冬、春季阳屋面温室内平均相对湿度显著高于传统日光温室，且春季高于冬季，这可能是由于冬、春季阳屋面温室与阴屋面温室频繁进行气体交换造成的；此外，温室内气温高，作物蒸腾、土壤蒸发强也是造成高湿的一个原因。

2.3.2日变化对比分析由表2可知，冬季，不同天气类型下阳屋面温室内日平均气温、日最高气温、日最低气温、日平均相对湿度、日最大相对湿度及日最小相对湿度均高于传统日光温室。晴天时，阳屋面温室内日平均气温比传统日光温室高2.3℃；多云天和阴天时阳屋面温室内日最低气温显著高于传统日光温室，表明阳屋面温室保温、蓄热能力更强；阴天时阳屋面温室内日最大相对湿度比传统日光温室高11.4个百分点，显著高于晴天和多云天时，这是由于冬季阴天时温室几乎不通风造成的。

春季晴天时，阳屋面温室内日最高气温较传统日光温室高4.0℃，显著高于多云天和阴天；不同天气类型下日最低气温均较传统日光温室高1.0℃左右，相差不大；多云天和阴天时，阳屋面温室内日最大相对湿度比传统日光温室高约12.0个百分点，而晴天时阳屋面温室内最小相对湿度比传统日光温室高近14个百分点，这是由于春季阴屋面温室内菌类进入生长高峰期，阳屋面温室与阴屋面温室气体交换加剧造成的。

3讨论

（1）双屋面日光温室作为北方传统日光温室的升级改造产品，在充分利用阳屋面温室吸收光热资源基础上引入阴屋面温室种植耐阴作物或养殖牲畜，将以往荒置或效益不高的温室背阴面充分利用，进一步提高了土地利用率，增加了菜农经济收入，也为冬、春季全国蔬菜供应提供保障。

（2）本研究应用的温室内气象资料采集频率为每小时1次，可以较好地反映温室内气温、湿度的变化特征，今后应将数据采集频率设置为10或5分钟1次，从而，更为精确地探究温室内不同时段的小气候变化特性。

（3）阳屋面温室与阴屋面温室间进行有序的气体交换，对阳屋面温室的蔬菜作物及阴屋面温室的菌类均较为有利，但频繁的气体交换造成阳屋面温室内空气湿度过高是制约其推广应用的主要瓶颈之一。

（4）本研究仅对阳屋面温室内气温、湿度变化进行了时间尺度的分析，并与传统日光温室气温、湿度特性进行分析比较，空间尺度上对比分析仍需加强。此外，温室内地温、辐射及CO2浓度等是组成温室小气候的重要因素，今后应在这些方面展开广泛的探索研究，为双屋面日光温室环境调控夯实理论基础，为今后双屋面日光温室的推广应用及科学管理提供理论依据。

4结论

（1）太阳辐射是中国北方日光温室热量的直接来源。阳屋面温室与传统日光温室基本结构基本一致，均通过接受太阳辐射积蓄热量，但由于阴屋面温室对阳屋面温室起到一定的保温作用，使阳屋面温室具有较传统日光温室更好的保温、蓄热能力。整个冬、春季阳屋面温室内没有出现10℃以下的低温，冬季晴天时阳屋面温室内日平均气温比传统日光温室高2.3℃，春季晴天时阳屋面温室内日最高气温比传统日光温室高4.0℃，对喜温蔬菜作物生长十分有利。

（2）冬季和春季不同天气类型下阳屋面温室内气温日变化均呈单峰曲线，而平均相对湿度则呈相反的日变化趋势。冬、春季阳屋面温室内日最高气温和日最低气温均为晴天>多云天>阴天，冬季日最高气温和日最低气温分别出现在13时和7时，春季日最高气温较冬季推迟1小时，日最低气温提前1小时。

（3）冬、春季阳屋面温室与阴屋面温室频繁的气体交换使得阳屋面温室内湿度显著高于传统日光温室，而北方温室现有通风条件下无法在保证温室热量的前提下达到降湿目的，尤其是在冬、春季连续阴雨天气时，温室始终处在高湿状态，给温室作物生长带来较大的病害风险。

（4）揭盖草苫、通风、灌溉、与阴屋面温室的换气等农事管理措施均对阳屋面温室内小气候产生较大影响，是温室内气温、湿度变化特征形成的关键。

参考文献：

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