双屋面日光温室春季环境因子变化规律

牛贞福+国淑梅+于安军

摘要：为明确双屋面日光温室与普通日光温室的环境因子在春季的变化和差异，采用农业物联网终端控制器对气温、土温、相对湿度、光照强度、CO2浓度等进行了监测。结果表明，不同日期内南屋面日光温室、北屋面日光温室、普通日光温室的日平均气温、10 cm日平均土温差异不明显；3种类型日光温室的日平均相对湿度、光照强度、CO2浓度等环境因子有所差异，北屋面日光温室日平均空气相对湿度为65.48%，南屋面日光温室为55.35%，普通日光温室为53.66%；北屋面日光温室日平均光照强度最高，为56 103.13 lx，其次为普通日光温室53 845.31 lx，南屋面日光温室为53 204.69 lx；北屋面日光温室日平均CO2浓度最高，为802.40 mg/kg，南屋面日光温室为482.35 mg/kg，普通日光温室为467.1 mg/kg。1 d内双屋面日光温室的气温、土壤温度较普通日光温室稳定；相对湿度差异不明显，其中北屋面日光温室在07：00前相对湿度较大；光照强度差异不明显，其中南屋面日光温室在17：00—20：00较低；CO2浓度相对较稳定，其中北屋面日光温室明显高于南屋面日光温室、普通日光温室。

关键词：双屋面日光温室；春季；环境因子

中图分类号： S625.5 文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2016）11-0380-03

2014年，中国温室设施面积达410.9万hm2，其中日光温室为101.3万hm2，塑料大棚（含中棚）为187.5万hm2[1]，设施蔬菜面积达386.2万hm2，大城市蔬菜自给率仍不足30%[2]，如何在不增加投入的前提下提高日光温室有限土地的利用率和蔬菜产量，是急需解决的问题。从目前来看，双屋面日光温室是提高温室土地利用率和设施蔬菜产量较好的模式之一，既可有效利用太阳能和生物能，实现菜菜、菌菜之间生物代谢能量的互补交换及生物质循环利用，又能节约能量和水资源，降低棚体建造成本[3]。

双屋面日光温室的建造国内虽有报道，但大多集中于规划和设计[4]、建造工艺[5]、栽培模式[6]、冬季环境变化和能量交换量[7]等内容，对其春季环境变化方面未见报道，尤其是对北屋面日光温室温光性能及南北屋面日光温室的空气相对湿度、CO2浓度环境因子的动态变化研究和分析，这限制了双屋面日光温室的周年合理利用。本研究针对双屋面日光温室的春季环境因子进行了监测，以期为双屋面日光温室的春秋季蔬菜品种的合理安排、实现周年高效生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

研究对象为山东农业工程学院生态园的双屋面日光温室和普通日光温室。双屋面日光温室是山东农业工程学院根据蔬菜周年生产需要设计建造的。双屋面日光温室长 90.00 m，总跨度19.20 m，其中，南北屋面日光温室各设走道1.00 m，中间墙体和两侧山墙厚均为120 cm，墙两端各为 24 cm 厚砖体，中间填充炉渣和珍珠岩，夯实建造而成。南屋面日光温室采用热镀锌钢管作为骨架，矢高4.68 m，±0地面以上4.38 m，±0地面以下为30 cm水泥混凝土底座，后坡仰角45°，采光面角度120°，与地面夹角35°；北屋面日光温室采用竹竿和水泥柱为骨架，矢高3.68 m，±0地面以上3.38 m，±0地面以下为 30 cm 水泥混凝土底座，仰角65°，与地面夹角35°[8]。双屋面日光温室建造见图1。普通日光温室设计建造同双屋面日光温室的南屋面日光温室。

1.2 试验方法

采用山东农业工程学院自主研发的农业物联网终端控制器对双屋面日光温室和普通日光温室春季环境因子进行监测，监测方式为南屋面日光温室内设监测点5个，室中央1个，南北向距中央2.00 m处各1个，东西向距中央25.00 m处各1个[9]；北屋面日光温室对应设置5个监测点。普通日光温室监测点同南屋面日光温室。监测数据为5个点平均值，监测系统运行见图2。

1.3 数据采集

根据我国北方春季天气特点，日光温室在4月底基本不再覆盖草苫，温室内通风口不再关闭；考虑到温室内气温、空气湿度、土温（10 cm）、光照、CO2浓度等因素变化，选取5月10—13日、5月18—21日代表日光温室春季环境，每日选取01：00、05：00、09：00、13：00、15：00、19：00、21：00等7个时间点的监测数据，分析双屋面日光温室环境春季环境因子的变化；选取5月12日（晴天）00：00—24：00的每个整点监测数据，分析1天内双屋面日光温室环境因子的变化。

2 结果与分析

2.1 双屋面日光温室与普通日光温室不同时间的环境因子比较

2.1.1 平均空气温度 从图3可见，南屋面日光温室、北屋面日光温室、普通日光温室5月份平均气温差异不显著，其中南屋面日光温室日平均气温为16.63 ℃，北屋面日光温室日平均气温为14.81 ℃，普通日光温室日平均气温为15.71 ℃。

2.1.2 平均土壤温度 从图4可以看出，南屋面日光温室、北屋面日光温室和普通日光温室在春季的10 cm土温差异不明显，其中南屋面日平均土温为16.86 ℃，普通日光温室为15.16 ℃，北屋面日光温室为14.54 ℃。

2.1.3 平均空气湿度 从图5可以看出，北屋面日光温室的日平均空氣湿度要高于南屋面日光温室和普通日光温室，北屋面日光温室日平均空气相对湿度为65.48%，南屋面日光温室为55.35%，普通日光温室为53.66%。南屋面日光温室的日空气相对湿度相比普通日光温室升高1.69%，北屋面日光温室则升高11.82%。

2.1.4 平均光照强度 从图6可以看出，在春季3种日光温室的日平均光强差异不明显；不同时间的光照强度稍有差别，南屋面日光温室日平均光照强度为53 204.69 lx，北屋面日光温室为 56 103.13 lx，普通日光温室为53 845.31 lx。

2.1.5 平均CO2浓度 从图7可以看出，北屋面日光温室的日平均CO2浓度与南屋面日光温室和普通日光温室差异显著，北屋面日光温室日平均CO2浓度为802.40 mg/kg，南屋面为482.35 mg/kg，普通日光温室为467.1 mg/kg，南屋面日光温室与普通日光温室差异不显著。

2.2 双屋面日光温室与普通日光温室1 d内环境因子变化

2.2.1 气温变化 从图8可以看出，在08：00前南屋面日光温室气温略高于北屋面日光温室和普通日光温室，在 09：00—17：00北屋面日光温室温度要略低于南屋面日光温室和普通日光温室，18：00—24：00时3种日光温室的气温差异不明显。

2.2.2 土壤温度变化 从图9可以看出，普通日光温室1 d内的土壤温度变化较大，双屋面日光温室则较为稳定。09：00前南屋面日光温室土壤温度高于北屋面日光温室和普通日光温室；10：00—19：00普通日光温室土壤温度明显上升，高于双屋面日光温室；20：00—24：00普通日光温室土壤温度下降较快，而双屋面日光温室相对稳定。

2.2.3 空气相对湿度变化 从图10可以看出，3种类型日光温室空气湿度1 d内变化趋势一致，都是先下降再上升，其中在07：00前相对湿度最大，并且北屋面日光温室高于南屋面日光温室和普通日光温室，07：00后3种日光温室的相对湿度没有明显差异。

2.2.4 光照度变化 从图11可见，1 d内3种日光温室在17：00前光照度无差异，17：00—20：00南屋面日光温室略低于北屋面日光温室和普通日光温室，20：00 后无明显差异。

2.2.5 CO2浓度变化 从图12可以看出，1 d内北屋面日光温室的CO2浓度始终明显高于普通日光温室和南屋面日光温室；16：00后南屋面日光温室CO2浓度比普通日光温室略高。

3 结论与讨论

在环境因子监测期间，日平均气温、10 cm日平均土温从高到低依次为南屋面日光温室、北屋面日光温室、普通日光温室，三者差异不明显；南屋面气温比土壤温度稍低，普通日光温室和北屋面日光温室的气温稍高于土温。3种类型日光温室的日平均相对湿度、光照强度、CO2浓度等环境因子有所差异，北屋面日光温室日平均空气相对湿度为65.48%，南屋面日光温室为55.35%，普通日光温室为53.66%；北屋面日光温室日平均光照强度最高，为56 103.13 lx，普通日光温室为 53 845.31 lx，南屋面日光温室为53 204.69 lx；北屋面日光温室日平均CO2浓度最高，为802.40 mg/kg，南屋面为 482.35 mg/kg，普通日光温室为467.1 mg/kg。

1 d内双屋面日光温室的气温、土壤温度较普通日光温室稳定；相对湿度差异不明显，其中北屋面日光温室在07：00前相对湿度较大；光照强度差异不明显，其中南屋面在 17：00—20：00较低；CO2浓度相对较稳定，其中北屋面日光温室明显高于南屋面日光温室和普通日光温室。

由于南屋面日光温室与北屋面日光温室共用一个墙体，双屋面日光温室土地利用率一般在80%以上，比普通日光温室提高10%以上，设施投资可降低80%以上[10]。双屋面日光温室除在冬季以外，也可在春秋季节进行设施蔬菜生产，以提高有限土地的复种指数和经济效益。目前，仅山东省日光温室面积就有3.1×105 hm2，按50%采用双屋面日光温室计，可节省耕地1.55×104 hm2，应用前景十分广阔[11]。

本试验结果表明，南屋面日光温室的土壤溫度稍高于气温，可能与双屋面日光温室的蓄热能力增大有关。北屋面日光温室在春季日平均光照强度高于南屋面日光温室，可能与春季日照时间较长有关。北屋面日光温室日平均相对湿度较普通日光温室高，可在保障北屋面日光温室温度条件下，加大通风，降低双屋面日光温室湿度[12]，也可在北屋面日光温室种植喜湿蔬菜和菌类；北屋面日光温室日平均CO2浓度较高，在春秋季种植果菜类蔬菜时，要防止发生徒长现象，也可种植叶菜类蔬菜。

1天内双屋面日光温室的气温和土壤温度较普通日光温室稳定，可能与双屋面日光温室容积增大有关，可以栽培生长发育温差较小的经济作物；南屋面日光温室在16：00—24：00 CO2浓度略高于普通日光温室，可能与南北屋面日光温室气体的交换有关，也可能与南屋面日光温室温度稍高有关，植物在高温下呼吸作用旺盛，CO2释放量较多。

南屋面日光温室和北屋面日光温室的墙体下部也可留换气孔，进而达到双屋面日光温室环境因子的一致，但换气孔的具体高度、规格、密度也要充分考虑冬季和生产蔬菜（菌类）的实际需要。

参考文献：

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