北疆地区不同类型大棚温湿环境特征研究*

张晓云，王生海，王富霞，容新民

（石河子农业科学研究院葡萄研究所，新疆 石河子 832000）

设施结构优化是进行设施果树、蔬菜、花卉等简化、高效、优质节能栽培的前提，近年来，西北地区日光温室、塑料大棚等设施园艺生产取得了长足的进步，北方寒冷地区设施果树生产日趋规模化发展[1]。日光温室保温效果好，造价高，而普通大棚虽然造价低，但是在北疆冬季严寒的天气条件下，保温效果达不到大多数果树免受冻害的要求，果树在大棚内冬季仍需覆盖或埋土防寒，因此，综合日光温室和普通大棚的优势，石河子市农业科学研究院葡萄所研发设计了双棚双膜结构大棚，目前还处于试验阶段。考虑到国内对大棚和日光温室的研究多集中在结构设计[2-4]、光环境及温光环境方面[5-6]，对不同类型大棚温湿环境的研究较少，本试验结合双棚双膜大棚试验需要，通过监测和对比研究了不同类型大棚温湿环境变化特征，以为当地设施生产中大棚的选型提供些许科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2017年12月至2018年3月在新疆石河子国家葡萄产业技术体系北疆综合试验站核心示范园进行（44°17′55″N，86°12′2″E）。该地区属典型的温带大陆性气候，冬季长而严寒，夏季短而炎热，无霜期为168～171 d，平均气温25.1～26.1℃，年日照时数2 721～2 818 h。试验大棚规格：长度55 m，跨度8 m，脊高3.2 m，肩高1.5 m，为南北朝向。试验共设置3个处理，每个处理设置3个重复，共选用9个大棚。处理1：单棚单膜，即单棚，覆盖1 层0.1 mm EVA 膜；处理2：单棚双膜，即单棚，覆盖2 层膜，内层为0.1 mm EVA 膜，外层为彩条布（纱支密度为63 g），两层之间无间隙；处理3：双棚双膜，即有内、外2个棚，内棚与外棚之间为60 cm 空气层，内、外棚各覆盖1 层0.1 mm EVA 膜。

1.2 试验方法

在每个试验大棚中央位置沿东西方向每隔18 m取1个点，共计3个点，采用Lascar EL-USB-2-LCD 温湿度数据记录仪，对距大棚地面1.5 m 处的温湿度每隔1 h 记录1 次。数据采用Microsoft excel软件进行统计与分析。

2 结果与分析

2.1 冬季不同类型大棚室内外日均温总体变化

图1 冬季不同类型大棚内外温度总体变化

不同类型大棚内外温度的监测数据显示，整个冬季气温变化呈“W”型动态变化（图1），室外气温自12月末至1月7日开始急速下降，一直到1月17日开始小幅度回升，1月30日气温下降至一年中最低温度-27℃后，于2月中旬逐渐回升。3种不同结构大棚的室内气温变化和外界气温变化趋势一致，但是3 种类型大棚的日平均温度有一定的差异。从图1可以看出，双棚双膜结构大棚的室内日平均温度总体高于其他2 种大棚，保温性能优于其他2 种大棚，单棚双膜大棚室内日平均温度要略高于单棚单膜，从而反映出它的保温性能也略好于单棚双膜。

图2 2018年1月不同类型大棚室内平均温度

通过对不同类型大棚2018年1月的温度数据进行处理（见图2）可以看出，不同类型大棚的平均温度存在差异，平均温度由高到低表现为双棚双膜＞单棚双膜＞单棚单膜，其平均温度分别为-6.56℃、-8.00℃和-9.31℃，双棚双膜大棚平均温度比单棚双膜和单棚单膜分别高出3.25℃和1.46℃。

2.2 冬季不同类型大棚室内空气湿度总体变化

图3 冬季不同类型大棚室内空气湿度总体变化

由图3可知，3种不同类型大棚的室内空气湿度总体变化趋势一致，表现为波动下降趋势，双棚双膜大棚室内湿度变化较其他2种类型波动幅度小，较平稳。3种类型大棚的室内空气湿度在不同程度上存在差异，其中单棚单膜的室内空气湿度最低，单棚双膜和双棚双膜的室内空气湿度从2017年12月21日至2018年1月15日基本一致，但到了大幅度降温的1月底至2月初时，单棚双模的室内空气湿度降得比双棚双膜快，差异逐渐增大。整个冬季双棚双模的室内空气湿度分别比单棚单膜和单棚双膜高12.2%和4.1%。

2.3 不同类型大棚室内气温日变化特征

图4 不同类型大棚室内气温日变化特征

小型气象站的区域监测数据显示，1月30日是整个冬季最冷的一天，当天最低气温达-27℃。对3种不同类型大棚的气温日变化作比较 （见图4）可知，不同类型大棚的室内气温日变化趋势一致，表现为0：00 至08：00 气温一直在缓慢下降，08：00 至16：00 期间3 种类型大棚的室内温度都持续升高，到16：00 单棚单膜的室内温度最高，达到-1.3℃，16：00 以后3 种类型大棚的室内温度则开始持续下降。单棚单膜对太阳辐射的反应要比其他2 种大棚灵敏，单棚双膜次之，温度变化比其他2 种类型的大棚快，双棚双膜的温度变化相对比较稳定，其日均温比单棚单膜和单棚双膜高3.1℃和3.7℃。

2.4 不同类型大棚内最低温的比较

图5 不同类型大棚室内日最低温比较

从图5可知，从2017年12月28日至2018年2月底，3 种不同类型的大棚日最低温呈现出规律变化，由12月28日开始缓慢下降，到1月17日开始回升，又于1月30日开始下降，然后气温逐渐回升，其中以1月30日棚内的气温最低，单棚单膜、单棚双膜和双棚双膜大棚当日最低温分别为-13.25℃、-17.75℃和-19.75℃。双棚双膜大棚的最低温要高与其他2 种大棚，平均最低温比单棚单膜和单棚双膜大棚高4.00℃和2.70℃，尤其在最冷的1月，双棚双膜的保温性能显著优于其他2 种类型大棚。

3 结论与分析

大棚的大规模推广与其安全性是发展我国设施农业经济的关键，近年来大棚结构及覆盖材料的持续优化很大程度上促进了大棚的规模化发展。广大学者和一线科研人员通过实践不断优化温室、大棚结构设计和覆盖材料，如通过对华南地区温室大棚通风降温设施结构形式及设计分析，总结分析了自然通风和机械强制通风降温作用成效[7]；运用结构分析软件ANSYS 对大棚在雪荷载作用下的结构变形进行了分析，获得了结构的承载能力[8]；结合我国国情和地理环境等气候特点，研发适合于陕西及我国北方地区的GJ-7型温室[9]等，使得大棚种植的成本降低、结构牢固、效益增加。但是不同地区由于气候和地理环境的差异对大棚的要求不同，其他地区成熟的大棚构造及类型引进后都需要作出适应性的调整，对于新疆北疆地区来讲，大棚冬季的保温效果是衡量大棚的关键指标。

双棚双膜结构大棚在保温保湿方面的效果较好，棚内温湿度变化较平稳，冬季平均最低温度比传统大棚高4℃，平均湿度比传统大棚高12.2%，仅从其创造的温湿环境来看，优于传统的大棚，是理想的果树种植大棚类型。实际生产中还应结合造价（双棚双膜大棚比普通大棚造价高约40%）、是否减少果树上下架、埋土工序（占人工成本30%左右）以及果品延迟采收收益等方面因素进行综合考虑，来选择适合的大棚类型。