Ｍ型双连栋塑料大棚温光性能研究

贾聪 王传清 李清明 王少杰 魏珉 宋刚

摘要：针对普通双连栋塑料大棚抗风能力较弱、夏季降温和冬季保温性能较差等问题，设计出一种顶部和四周同时采取内保温覆盖的M型双连栋塑料大棚。结果表明：与普通双连栋大棚相比，7月份，M型大棚昼最高气温和昼平均气温分别降低0.7～1.1℃和0.5～0.9℃，平均光照强度增加6.2% ～7.0%;2—3月份，M型大棚比顶部和四周同时内保温覆盖的普通双连栋大棚夜最低气温和平均气温分别提高0.8～1.0℃和0.7～0.8℃，比仅顶部采用内保温覆盖的普通双连栋大棚夜最低气温和平均气温分别提高1.3～1.5℃和1.2～1.3℃，平均光照强度增加7.3% ～7.4%;且作物冠层高度东西跨度方向气温、光照分布更均匀。可见，M型双连栋塑料大棚夏季降温、冬季保温效果更好，采光性能更优，作物冠层高度的光温条件分布更均匀，更有利于作物生长。

关键词：塑料大棚;M型双连栋大棚;气温;光照强度;空间分布

中图分类号：S625.1文献标识号：A文章编号：1001-4942（2021）12-0083-05

塑料大棚是我国保护栽培的主要设施类型[1]。近年来正由小型化逐渐向大跨度和连栋化发展[2-4]。与普通塑料大棚相比，连栋大棚具有土地利用率高、相对建造成本低、空间大、环境性能稳定、有利于机械化作业等优点[5-10]，但存在抗风能力较弱、夏季降温和冬季采光保温性能较差等问题，影响其推广应用和种植效益[11-14]。针对上述问题，我们设计出一种多层覆盖的M型塑料大棚，并对其温光性能进行了系统观测与分析，以期为塑料大棚结构与性能优化提供依据。

1 材料与方法

1.1 大棚结构

试验用普通型和M型双连栋塑料大棚（图1）均为南北走向，由镀锌钢管组装而成，结构参数见表1。棚面覆盖0.1mm厚PO膜作为透明覆盖材料，棚内顶部安装一层保温被和一层塑料薄膜、四周安装一层保温被进行内保温，内保温系统仅在低温季节的夜间使用。大棚两侧和天沟处纵向设置通风口，通过电动卷膜机械开闭。

1.2 温光观测方法

分别于2020年7月、2021年2—3月采用美国产HOBOU23-001型温湿度（精度±0.2℃）/光照（精度±10lx）记录仪对两个大棚进行温光性能观测。观测仪表分别安放在室外和大棚内长度方向的中间位置，跨度方向的由东向西1/12、3/12、5/12、7/12、9/12、11/12处，垂直方向的距地面0.1、1.5、3.0、4.5m处。每30min自动采集数据1次。

1.3 数据处理方法

采用MicrosoftExcel2016和CAD2014进行数据处理和作图，大棚气温和光强空间分布采用相对标准偏差（RSD）衡量，RSD=（SD/Ti）×100%，其中SD为气温（光强）标准偏差，Ti为气温（光强）平均值。东部是指1/12、3/12测点，中部是指5/12、7/12测点，西部是指9/12、11/12测点。

2 结果与分析

2.1 不同结构大棚夏季降温效果比较

2.1.1 昼间气温 7月13—31日对两种类型连栋大棚内的气温状况进行观测，结果见表2。无论晴天还是阴天，M型、普通型大棚内昼最高气温和昼平均气温均高于室外，但M型大棚的均比普通型大棚的低，晴天时分别低1.1℃和0.9℃，阴天时分别低0.7℃和0.5℃。说明相比于普通型双连栋大棚，M型双连栋大棚具有更好的降温效果。

2.1.2 昼间气温空间分布 由表3可见，东西跨度方向，M型和普通型双连栋大棚昼平均气温都呈现东部>中部>西部的趋势;垂直方向上，随着高度增加气温逐渐升高。以距地面1.5m处的作物冠层气温进行计算，水平方向上，普通型和M型昼间相对标准偏差晴天分别为3.3%、3.0%，阴天分别为2.7%、2.4%;以距地面1.5、3.0、4.5m处的气温进行计算，垂直方向上，普通型和M型昼间相对标准偏差晴天分别为2.8%、2.5%，阴天分别为1.9%、1.6%。表明M型双连栋大棚内气温的水平、垂直分布均较普通型均匀。

2.2 不同结构大棚冬季保温效果比较

2.2.1 夜间气温 不同保温条件两种大棚冬季夜间气温比较（表4），M型大棚夜间同时采用顶部和四周保温覆盖，若普通型大棚也采用同样的保温覆盖，晴天夜平均气温、夜最低气温前者比后者均高0.8℃，阴天则分别高0.7℃和1.0℃;若普通型大棚夜间仅采用顶部保温覆盖，晴天夜平均气温、夜最低气温M型大棚较普通型大棚高1.3℃和1.5℃，阴天分别高1.2℃和1.3℃。表明顶部和四周同时采取内保温覆盖的M型大棚冬季保温性能较好。

2.2.2 夜间气温空间分布 由表5可见，东西跨度方向，夜间由于两边热量的散失，表现为中部温度高、两侧温度低的特点，尤其在近地面高度更明显;垂直方向上，随着高度增加气温逐渐降低。以距地面0.1m处的气温进行计算，水平方向上，普通型和M型大棚晴天夜间气温相对标准偏差分别为2.8%、1.1%，阴天分别为4.0%、1.7%;以距地面0.1、1.5m处的气温进行计算，垂直方向上，普通型和M型大棚相对标准偏差晴天夜间分别为2.5%、1.2%，阴天夜间分别为4.0%、1.9%。可知，冬季无论晴天、阴天，M型双连栋棚内夜间气温在水平和垂直空间分布更均匀。

2.3 不同结构双连栋大棚光照特点

2.3.1 光照強度 不同季节两种类型大棚内平均光照强度明显低于室外，M型大棚的采光性能优于普通连栋大棚（表6）。夏季晴天，M型大棚内平均光照强度较普通型大棚高7.0%，阴天高6.2%;冬季晴天，M型大棚平均光照强度较普通型大棚高7.4%，阴天高7.3%。可见，相较于普通型双连栋大棚，M型双连栋大棚内的日平均光照强度更高，采光性能更好。

2.3.2 光照强度日变化 夏季和冬季晴天两种大棚内的光强日变化曲线与室外基本一致，表现为先上升后下降的变化趋势，且全天均明显低于室外，但M 型棚明显高于普通型棚（图2）。8∶00—11∶00，夏季普通型和M型大棚内光强上升速率分别为16.6klx/h和26.9klx/h，冬季分别为14.9klx/h和18.0klx/h;14∶00—17∶00，夏季普通型与M型大棚内光强下降速率分别为19.5klx/h和28.0klx/h，冬季下降速率分别为16.6klx/h和18.5klx/h。表明M型棚的非对称结构可快速提高棚内的光照强度，增加采光量，光照性能优于普通型大棚，采光性能好。

2.3.3 光照强度空间分布 由图3可以看出，无论夏季还是冬季，普通型和M型大棚平均光强均呈现出两侧高、中间低的趋势。对两种类型大棚内平均光照强度的空间分布相对标准偏差进行计算，普通型和M 型大棚夏季分别为7.1% 和6.5%，冬季分别为14.5%和12.9%。表明M型棚东西方向的光照分布相对普通型棚更均匀，采光性能好。

3 结论

本研究对M型双连栋大棚内夏、冬季气温和光照条件进行监测，并与普通型双连栋棚进行比较分析，结论如下：

（1）与普通型双连栋大棚相比，睛天夏季M型双连栋大棚内的昼最高气温、昼平均气温降低1.1和0.9℃，冬季在顶部双层保温和双侧保温条件下夜最低气温、夜平均气温均提高0.8℃，且作物冠层高度气温的水平分布更均匀，夏季有一定降温效果，而冬季保温效果更好。

（2）与普通型双连栋大棚相比，M型双连栋大棚7月份日平均光照强度增加6.2% ～7.0%，2—3月份增加7.3% ～7.4%，且作物冠层高度光照强度的水平分布的相对标准偏差均低于普通型棚。说明M型双连栋棚的采光性能更好，且东西方向分布相对均匀，能为作物生长提供更好的光照条件。