陳 菲，李勝利，孫志強(qiáng)

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，河南鄭州450002)

植物的生命活動(dòng)都與光照密不可分，因?yàn)槠滟囈陨娴奈镔|(zhì)基礎(chǔ)是通過光合作用制造出來的，因此溫室內(nèi)的光照條件對(duì)作物的生長(zhǎng)具有重要的影響［1］.雖然日光溫室、塑料拱棚被廣泛認(rèn)可，但由于日光溫室、塑料拱棚占地面積小，土地利用率低，制約了保護(hù)地的發(fā)展.而巨型大棚可催生一批規(guī)模種植大戶，容易形成規(guī)模種植、專業(yè)化生產(chǎn)，易與市場(chǎng)、加工企業(yè)連接.因此，為了提高設(shè)施的土地利用率和栽培效果，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)與河南省扶溝縣蔬菜局合作，設(shè)計(jì)建造了一種巨型塑料大棚，單棟面積在3 000 m2以上，是普通大棚的5倍以上.由于巨型大棚棚體較高，所以利用普通地膜作為一層或二層簡(jiǎn)易保溫幕以增加設(shè)施的保溫效果.研究者曾對(duì)節(jié)能日光溫室光照強(qiáng)度的變化規(guī)律［2］，連棟塑料溫室的光照分布［3］，晴轉(zhuǎn)陰天氣日光溫室內(nèi)光照度的日變化［4］進(jìn)行過研究.但有關(guān)巨型大棚，特別是加多層保溫膜覆蓋后的光環(huán)境特點(diǎn)缺乏研究。因此，本研究通過對(duì)普通大棚、巨型大棚以及巨型大棚多層次覆蓋中太陽輻射量、太陽輻射透過率、太陽輻射水平測(cè)試比對(duì)，以找出其中存在的差異，進(jìn)一步完善巨型棚的光環(huán)境，提高巨型棚中的光照強(qiáng)度、光分布.

1 材料與方法

試驗(yàn)于2006-10—2007-03在河南省扶溝縣蔬菜局現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園區(qū)進(jìn)行，該地區(qū)30 a日平均最高氣溫20.0℃，平均最低氣溫9.5℃.月平均日照時(shí)數(shù)176.1 h以上，日照百分率48%以上.大棚均為南北走向.普通大棚為本地區(qū)廣泛使用的水泥骨架大棚，跨度8 m，長(zhǎng)50 m，，肩高1.2 m，頂高2.5 m;巨型大棚為竹木結(jié)構(gòu)，跨度為20 m，長(zhǎng)100 m，肩高 1.5 m，頂高 3.5 m;2 種大棚均采用 0.10 mm厚的防霧滴薄膜覆蓋.巨型大棚加單層保溫膜覆蓋，在巨型大棚原有覆蓋的基礎(chǔ)上，采用普通地膜在距地面2.2 m處增設(shè)1層水平保溫覆蓋;巨型大棚加雙層保溫膜覆蓋，在加單層覆蓋膜的基礎(chǔ)上，采用普通地膜在距地面2.0 m處增設(shè)第2層水平保溫覆蓋.

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)設(shè)置4個(gè)處理，分別在普通大棚(Ⅰ)、巨型大棚(Ⅱ)、巨型大棚加單層保溫膜覆蓋(Ⅲ)以及巨型大棚加雙層保溫膜覆蓋(Ⅳ)中進(jìn)行.在普通大棚中央位置沿東西方向每隔1.5 m取1個(gè)點(diǎn)，兩端的點(diǎn)距棚邊緣1 m，共計(jì)5個(gè)點(diǎn)，在巨型大棚中央位置沿東西方向每隔4.5 m選取1個(gè)點(diǎn)，兩端的點(diǎn)距棚邊緣1 m，共計(jì)5個(gè)點(diǎn).從東到西編號(hào)依次為1，2，3，4，5.在外界選取 1 個(gè)無遮陰的固定點(diǎn)(CK)測(cè)量外界太陽輻射.使用上海嘉定學(xué)聯(lián)儀表廠生產(chǎn)的總輻射表測(cè)量太陽總輻射.

1.2 觀測(cè)方法

普通大棚(Ⅰ)和巨型大棚(Ⅱ)光環(huán)境特征比較于2006-10—2006-12進(jìn)行，測(cè)定時(shí)從8:00—17:00用3臺(tái)儀器同時(shí)測(cè)定普通大棚、巨型大棚和外界的太陽輻射.測(cè)點(diǎn)高度距地面1.5 m處.巨型大棚(Ⅱ)、巨型大棚加單層保溫膜覆蓋(Ⅲ)以及巨型大棚加雙層保溫膜覆蓋(Ⅳ)光環(huán)境特征比較于2007-02—2007-03進(jìn)行，測(cè)定時(shí)用4臺(tái)儀器同時(shí)測(cè)定3種大棚和外界的太陽輻射.測(cè)點(diǎn)高度距地面1.8 m處.測(cè)定順序均從1號(hào)到5號(hào)點(diǎn).每隔1 h測(cè)量1次，每次測(cè)定3組數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，保證每次測(cè)試過程在10 min以內(nèi)，從測(cè)定的數(shù)據(jù)中選擇晴天、陰天進(jìn)行分析，對(duì)測(cè)定時(shí)間內(nèi)的所有晴天、陰天不同時(shí)刻的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，取其平均值.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同天氣情況下2種大棚的太陽輻射量比較

從圖1～圖4可以看出，2種類型大棚的太陽輻射變化趨勢(shì)與外界基本上是同步變化的，普通大棚和巨型大棚內(nèi)各觀測(cè)點(diǎn)從早晨開始逐漸上升，在12:00—13:00達(dá)到最大值，然后逐漸下降.這說明在大棚內(nèi)的太陽輻射變化主要受外界環(huán)境的影響.從一天當(dāng)中不同時(shí)刻不同測(cè)點(diǎn)的太陽輻射來看，2種類型大棚都表現(xiàn)為上午東邊測(cè)點(diǎn)的太陽輻射總量大于西邊，而下午西邊測(cè)點(diǎn)的太陽輻射總量大于東邊.如晴天普通大棚和巨型大棚測(cè)點(diǎn)1從8:00—12:00的太陽輻射總量分別為 579.93，549.29 W·m-2，而同期測(cè)點(diǎn)5的太陽輻射總量則分別為495.06和456.12 W·m-2，測(cè)點(diǎn)1比測(cè)點(diǎn)5分別高17.1%和20.4%.表明普通大棚內(nèi)的太陽輻射高于巨型大棚.

表1 不同大棚的太陽輻射的透過率Table1 Transmission ratio of solar radiation in different greenhouse %

圖5 不同覆蓋層次大棚內(nèi)旬太陽輻射比較Fig.5 Comparison of the average radiation in the different treatments in every ten day

2.2 不同天氣情況下兩種大棚的太陽輻射透過率比較

從表1可以看出，棚內(nèi)全部測(cè)點(diǎn)太陽輻射透過率在一日內(nèi)都是早晚較低，在13:00—14:00達(dá)到最大，這與郜慶爐等［5］的研究結(jié)果相類似.普通大棚和巨型大棚晴天太陽輻射透過率比陰天分別高12.9%和11.0%.2種類型大棚相比，晴天時(shí)普通大棚和巨型大棚日平均太陽輻射透過率分別為67.1%和63.7%，普通大棚比巨型大棚高3.4%;陰天情況下普通大棚和巨型大棚日平均太陽輻射透過率分別為54.2%和52.7%，普通大棚太陽輻射透過率比巨型大棚高1.5%.普通大棚的太陽輻射透過率高于巨型大棚.這可能主要與兩方面的因素有關(guān)，一是普通大棚的屋面弧度大于巨型大棚的屋面弧度，光線的入射角小，因此太陽輻射被反射的少;二是由于栽培期間巨型大棚空氣的相對(duì)濕度比普通大棚高，加劇了太陽輻射的吸收.

2.3 巨型大棚不同覆蓋層次旬平均太陽輻射比較

由圖5可以看出，隨著覆蓋層次的增加，棚內(nèi)的太陽輻射呈遞減趨勢(shì)，如3月上旬，3個(gè)處理平均太陽輻射量分別為 268.1，246.8 和 236.5 W·m-2，外界的太陽輻射量為 365.7 W·m-2，3 者分別為 CK 的73.3%，67.5%和64.8%.隨著太陽輻射高度角的增大，3個(gè)處理太陽輻射的透過率有增大的趨勢(shì)，但2月中旬和3月中旬棚內(nèi)的太陽輻射透過率則較低，這可能與這兩個(gè)時(shí)期陰天較多有關(guān).

2.4 巨型大棚多層次覆蓋太陽輻射日變化比較

由表2，3可以看出，不同覆蓋層次棚內(nèi)太陽輻射量的日變化與外界變化基本一致，在8:00輻射量最低，13:00最高;在晴天，3個(gè)處理的日平均太陽輻射量分別是 155.1，144.6，136.4 W·m-2，分別是外界的 77.1%，71.9%，67.8%，處理Ⅱ比Ⅲ高5.2%，處理Ⅲ比Ⅳ高4.1%;在陰天，3個(gè)處理的日平均太陽輻射量分別是外界的61.1%，53.1%，47.1%，處理Ⅱ比Ⅲ高8%，處理Ⅲ比Ⅳ高6%.

表2 不同覆蓋層次棚內(nèi)太陽輻射比較Table2 Comparison of the radiation of the different layer plastic-covered tunnel greenhouse W·m-2

表3 不同覆蓋層次棚內(nèi)太陽輻射的透過率Table3 Transmission ratio of the radiation in different layer plastic-covered tunnel greenhouse %

太陽輻射透過率隨著一天當(dāng)中太陽高度角的增大而增大，同時(shí)受棚內(nèi)空氣相對(duì)濕度的影響.從日平均太陽輻射透過率來看，在晴天，處理Ⅱ比Ⅲ高5.9%，處理Ⅲ比Ⅳ高4.2%;在陰天，處理Ⅱ比Ⅲ高7.6%，處理Ⅲ比Ⅳ高6.2%.這說明增加多層覆蓋后，在陰天對(duì)太陽輻射的阻隔作用比晴天對(duì)太陽輻射的阻隔作用大，這可能與陰天棚內(nèi)空氣濕度大有關(guān).

隨著覆蓋層次的增加，從8:00—17:00棚內(nèi)太陽輻射量和太陽輻射透過率呈遞減趨勢(shì)，無論是晴天還是陰天，3個(gè)處理的太陽輻射量和太陽輻射透過率都是逐漸降低.

2.5 不同天氣條件下巨型大棚多層次覆蓋太陽輻射水平比較

圖6和圖7可以看出，在晴天不同測(cè)點(diǎn)太陽輻射的分布為東部＞中部＞西部，在西部出現(xiàn)1個(gè)弱光區(qū)域，而陰天不同測(cè)點(diǎn)太陽輻射分布變化各異.從不同處理太陽輻射分布來看，表現(xiàn)為3層覆蓋處理的太陽輻射分布最均勻，其次是3層覆蓋處理，單層覆蓋處理相對(duì)前兩者來說是太陽輻射分布最不均勻的，其中陰天太陽輻射的均勻程度高于晴天.隨著覆蓋層次的增加太陽輻射在棚內(nèi)的分布趨于均勻，可能是由于光線在經(jīng)過保溫膜時(shí)，經(jīng)過多次的反射和投射，或者以漫射的形式最終進(jìn)入棚內(nèi)，從而使太陽輻射變得均勻;陰天太陽輻射主要是散射光，因而光照分布比較均勻，無明顯的強(qiáng)光區(qū).

3 結(jié)論與討論

普通大棚與巨型大棚均表現(xiàn)為上午東邊太陽輻射量大于西邊，而下午西邊的太陽輻射量大于東邊;晴天太陽輻射透過率大于陰天.2種棚相比，無論是晴天還是陰天，普通大棚的太陽輻射量比巨型大棚高;晴天普通大棚內(nèi)的太陽輻射透過率比巨型大棚高3.4%，陰天普通大棚內(nèi)的太陽輻射透過率比巨型大棚高1.5%，說明普通大棚比巨型大棚太陽輻射透過率高，而陰天對(duì)太陽輻射透過率的阻隔更大.這可能與巨型棚的屋面弧度與棚內(nèi)相對(duì)濕度較高，加劇太陽輻射的吸收有關(guān).因此應(yīng)盡量?jī)?yōu)化巨型大棚結(jié)構(gòu).使棚面弧度盡可能接近合理軸線.使用強(qiáng)度大，斷面積小的建材，減少遮光;選用透光率高、抗污染能力強(qiáng)、保溫性能好、耐候性良好的無滴膜，保證大棚具有良好的采光和保溫性能［6～9］;注意棚內(nèi)通風(fēng)排濕，調(diào)整作物布局以改善大棚內(nèi)的光照條件.

巨型大棚多層次覆蓋之間相比，隨著覆蓋層次的增加，棚內(nèi)的太陽輻射呈遞減趨勢(shì)，在晴天，3個(gè)處理Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ的日平均太陽輻射量分別是外界的77.1%，71.9%，67.8%，處理Ⅱ比Ⅲ高 5.2%，處理Ⅲ比Ⅳ高4.1%;在陰天，3個(gè)處理Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ的日平均太陽輻射量分別是外界的61.1%，53.1%，47.1%，處理Ⅱ比Ⅲ高8%，處理Ⅲ比Ⅳ高6%.說明增加多層覆蓋后，在陰天對(duì)太陽輻射的阻隔作用大于晴天，這可能與陰天棚內(nèi)空氣濕度大有關(guān).而隨著覆蓋層次的增加太陽輻射在棚內(nèi)的分布趨于均勻，陰天太陽輻射的均勻程度高于晴天.整體上看，巨型大棚多層覆蓋后棚內(nèi)太陽輻射透過率較低，因此應(yīng)加強(qiáng)多層覆蓋下光環(huán)境的調(diào)控.科學(xué)安排群體結(jié)構(gòu)，根據(jù)外界太陽輻射的變化適時(shí)拉開與關(guān)閉內(nèi)保溫膜，在保溫室內(nèi)溫度不降低的前提條件下充分增加進(jìn)入棚內(nèi)的太陽輻射量.

［1］ 張福墁.設(shè)施園藝學(xué)［M］.北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社.2001:125.

［2］ 彭致功，段愛旺，郜慶爐.節(jié)能日光溫室光照強(qiáng)度的分布及其變化［J］.干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2003，21(2):37-40.

［3］ 王 鵬，李衛(wèi)欣，孫永濤.連棟塑料溫室光溫環(huán)境特征分析［J］.北方園藝，2005(1):18-19.

［4］ 周緒元，顧三軍.晴轉(zhuǎn)陰天氣日光溫室內(nèi)環(huán)境因素日變化研究［J］.長(zhǎng)江蔬菜，1997(5):27-29.

［5］ 郜慶爐，梁云娟，段愛旺.日光溫室內(nèi)光照特點(diǎn)及其變化規(guī)律研究［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2003，19(3):200-204.

［6］ 崔世茂，陳源閩，霍秀文，等.大棚型日光溫室設(shè)計(jì)及光效應(yīng)初探［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2005，12(21):214-217.

［7］ 宋衛(wèi)堂，張樹閣，黃之棟，等.三連棟不對(duì)稱屋面玻璃溫室設(shè)計(jì)與光照性能分析［J］.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2005，36(11):106-109.

［8］ 潘連公.西北優(yōu)化型節(jié)能日光溫室光照強(qiáng)度變化規(guī)律研究［J］.干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2005，23(4):222-224.

［9］ 胡喜來，王 娜，張惠梅，等.溫室栽培下凱特杏葉片結(jié)構(gòu)和光合特性研究［J］.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，44(4):411-415.