龐真真，黃　泉，曾憲豪，譚高壯，王　星，劉　建

(海南大學 園藝園林學院，?？凇?70228)

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海南地區(qū)幾種常見設(shè)施大棚熱環(huán)境參數(shù)試驗研究

龐真真，黃泉，曾憲豪，譚高壯，王星，劉建

(海南大學 園藝園林學院，海口570228)

摘要：海南地區(qū)熱帶島嶼型氣候特征使得栽培設(shè)施具有獨特的特點。為此，通過以島內(nèi)常見設(shè)施類型(圓拱形薄膜溫室、防雨大棚、防蟲網(wǎng)棚等)為研究對象，系統(tǒng)地研究了其溫度、濕度、光照強度等熱環(huán)境參數(shù)的變化趨勢。研究表明：各類設(shè)施內(nèi)溫度場受室外溫度影響較大，圓拱形薄膜溫室室內(nèi)外最高溫差達到6℃、防雨大棚為3.7℃，圓拱形薄膜溫室室內(nèi)最高溫度達43.9℃；防蟲網(wǎng)棚室內(nèi)外溫差較?。环老x網(wǎng)平棚內(nèi)部相對濕度最高，其他兩種溫室室內(nèi)相對濕度均低于室外；防蟲網(wǎng)棚的透光率高于膜覆蓋的防雨大棚和薄膜溫室。由此可見：防雨棚和防蟲網(wǎng)棚更適合海南地區(qū)夏秋季的設(shè)施生產(chǎn)，可根據(jù)栽培作物是否要求防暴雨來選擇防雨棚和防蟲網(wǎng)棚。

關(guān)鍵詞：熱帶；設(shè)施大棚；熱環(huán)境

0引言

海南地區(qū)屬熱帶季風氣候，高溫多雨，臺風頻繁。因此，在海南的設(shè)施大棚應側(cè)重解決夏秋季節(jié)的暴雨、臺風、高溫及病蟲害等問題。海南省常見的設(shè)施類型為簡易竹木結(jié)構(gòu)大棚、簡易防雨棚、蔭棚、防蟲網(wǎng)棚和華南型大棚等[1]。其中，竹木結(jié)構(gòu)主要采用無滴塑料薄膜覆蓋，成本低、取材方便易于操作，但耐用性及抗風能力有限；簡易防雨棚采用塑料薄膜或其他防雨透光材料，較經(jīng)濟實用；蔭棚主要采用遮陽網(wǎng)覆蓋起遮光作用；防蟲網(wǎng)棚的覆蓋材料采用不同規(guī)格的防蟲網(wǎng)，成本低、遮光防蟲；華南型溫室表面采用防老化長壽塑料膜等，能起到防暴雨抗臺風的作用，但成本高、熱天易高溫，投資、運行成本較高[2]。圓拱型薄膜溫室作為一種經(jīng)濟型溫室，成本相對合理、強度高、防風防雨性能好、可實現(xiàn)環(huán)境調(diào)控、易于實現(xiàn)標準化設(shè)計和管理等優(yōu)點，近幾年在海南地區(qū)發(fā)展較快[3]。

防蟲網(wǎng)棚因成本低、技術(shù)簡單等優(yōu)點成為海南地區(qū)主要設(shè)施類型之一。其特點為可避免許多媒介昆蟲對蔬菜病毒病的傳播，同時防蟲網(wǎng)的網(wǎng)眼比較小，下暴雨時通過防蟲網(wǎng)的緩沖，可在一定程度上減輕對作物損傷，較適合海南地區(qū)暴雨多、臺風頻繁的特點。

防雨大棚結(jié)合了簡易防雨棚和防蟲網(wǎng)棚的優(yōu)點，采用鍍鋅鋼管支架、圓拱形頂部，覆蓋材料為防老化塑料薄膜，立面覆蓋材料則為防蟲網(wǎng)，在海南地區(qū)能起到防雨、防蟲、抗風的作用[4]；同時，其空氣流通性能較好，而成本上低于結(jié)構(gòu)相似的華南型溫室。

由于海南獨特的熱帶氣候特點，園藝設(shè)施類型的功能也具有當?shù)氐奶厣黝愒O(shè)施類型均有使用；但對其室內(nèi)熱環(huán)境因子的研究參數(shù)較少，環(huán)境調(diào)控措施缺乏理論依據(jù)。因此，本文通過對圓拱形薄膜溫室、防雨大棚及防蟲網(wǎng)棚等海南常用溫室大棚類型的熱環(huán)境參數(shù)測試，分析其在夏秋季節(jié)的環(huán)境特點，并為今后配套的環(huán)境調(diào)控工程技術(shù)提供設(shè)計參數(shù)和參考。

1試驗溫室類型及測試方法

1.1試驗溫室

試驗溫室均集中分布于海南?？谀硨嶒灮?。其中，圓拱形薄膜溫室主體結(jié)構(gòu)材料為鍍鋅鋼管，南北走向，跨度為8.0m、共4跨，開間為4.0m、共8個開間，側(cè)墻肩高2.8m，脊高4.8m，遮陽網(wǎng)高5.3m，如圖1所示。圓拱形薄膜溫室覆蓋材料為0.15mm厚的聚乙烯抗老化薄膜；溫室采用外遮陽系統(tǒng)，黑色遮陽網(wǎng)，遮陽系統(tǒng)采用電動控制；溫室四周設(shè)置2m寬手動卷膜側(cè)開窗，開窗部位安裝有40目防蟲網(wǎng)；溫室每個屋頂肩部設(shè)置了2m寬的手動卷膜頂開窗。

防蟲網(wǎng)棚為南北走向，跨度8.0m，開間4.0m，長32.0m，寬32.0m，脊高3.6m，檐高2.8m，在鋼骨架上覆蓋40目的防蟲網(wǎng)，設(shè)有內(nèi)遮陽，如圖2所示。

防雨大棚與防蟲網(wǎng)平棚結(jié)構(gòu)參數(shù)相同。采用0.15mm厚的聚乙烯抗老化薄膜作為頂部透光覆蓋材料、40目的防蟲網(wǎng)作為立面覆蓋材料，如圖3所示。

圖1　圓拱形薄膜溫室

圖2　防蟲網(wǎng)棚

圖3　防雨大棚

1.2測試方法

為研究圓拱形薄膜溫室、防蟲網(wǎng)棚和防雨大棚的熱環(huán)境參數(shù)測試及其影響因素，于2012年8-9月對防蟲網(wǎng)平棚、防雨大棚和圓拱形薄膜溫室的熱環(huán)境參數(shù)進行了測試。同時，為了比較近年使用較多的圓拱型溫室在不同季節(jié)的熱環(huán)境參數(shù)，在2013年的3月對其熱環(huán)境參數(shù)進行了測試。測試內(nèi)容包括室內(nèi)外的溫度、濕度、光照強度及風速。測試時間為07∶00AM-18∶00PM，數(shù)據(jù)采集間隔為1h。試驗期間各大棚內(nèi)均無種植作物，圓拱型薄膜溫室的遮陽網(wǎng)處于收攏狀態(tài)，頂部和四周的卷膜開窗處于打開狀態(tài)。溫度、濕度和風速采用Kestrel 4000便攜式氣象儀(美國)測定，光照度采用TES-1332A型手持式照度計(臺灣)和德圖Testo-545照度計(德國)測定。

室內(nèi)測點(n=27)在水平方向的位置和室外測點(n=2)如圖4(a)所示。每個點在垂直方向分為50cm、100cm、150cm 3層，如圖4(b)所示。其中，防蟲網(wǎng)平棚和防雨大棚為結(jié)構(gòu)相同相鄰的兩棟大棚，室外的環(huán)境溫度布點選擇在兩棟大棚外側(cè)及相鄰的通道之間。

(a)　測量布點平面示意圖

(b)　垂直方向布點圖

2熱環(huán)境參數(shù)測試結(jié)果與分析

2.1溫度

2.1.1不同季節(jié)對圓拱形薄膜溫室溫度的影響

海南有明顯的多雨季(5-10月)和少雨季(11月至來年4月)，通過選取典型的9月和3月測試的數(shù)據(jù)分析，如圖5所示。

1)溫室內(nèi)部環(huán)境溫度隨外界環(huán)境變化，但室內(nèi)氣溫變化幅度較室外明顯，室內(nèi)氣溫均明顯高于室外，尤其是在中午12∶00-15∶00之間室內(nèi)外溫差較大；如高溫少雨季節(jié)期間，當13∶00時，室內(nèi)外的溫差最高達6.0℃，而高溫多雨季節(jié)最高的室內(nèi)外溫差為4.7℃。其主要原因是海南白天太陽輻射強，圓拱形薄膜溫室室內(nèi)空氣交換速率低，造成室內(nèi)積溫。

2)海南多雨季節(jié)中午高溫時經(jīng)常有對流雨現(xiàn)象，在中午出現(xiàn)多云或陣雨的天氣情況較常見，造成外界空氣溫度下降，且云層遮擋部分光輻射，使得局部時間段溫室內(nèi)部環(huán)境溫度下降；而少雨季節(jié)的氣溫從中午11∶00開始持續(xù)高溫，至下午16∶00太陽輻射減弱而降低，室內(nèi)環(huán)境溫度也隨著外界環(huán)境變化。

3)海南常年氣溫較高，試驗期間海南多雨季節(jié)最高溫度為38.9℃，少雨季節(jié)最高溫度為36.3℃，且在高溫時段持續(xù)時間較長。如圖5所示，14∶00-16∶00溫度高達35℃以上，在多雨季節(jié)室內(nèi)最高溫度為42.0℃，少雨季節(jié)為39.6℃。溫度是影響作物生長發(fā)育的最重要的環(huán)境因子之一，一般蔬菜的適溫為23～30℃(短期可忍受35～40℃高溫)[5]。當環(huán)境溫度超過作物生長最適溫度時，作物生長速度減緩，極端高溫可導致生長不良乃至死亡。因此，薄膜型溫室在高溫時段采取一定的降溫措施才能適合海南夏季蔬菜生產(chǎn)的需求。

另外，溫室內(nèi)的溫度在1.5m范圍內(nèi)的垂直方向溫度梯度不明顯。

圖5　圓拱形薄膜溫室不同季節(jié)室內(nèi)外溫度比較

2.1.2不同覆蓋方式對大棚內(nèi)部溫度的影響

通過對晴天的連續(xù)觀測數(shù)據(jù)分析，防雨大棚室內(nèi)外的溫度隨時間呈拋物線變化，且棚內(nèi)的溫度值始終高于棚外，溫度在11∶00-15∶00時達到最高，且室內(nèi)外的溫差也最大。其中，12∶00-14∶00棚內(nèi)的平均溫度為38.8℃，試驗期間棚內(nèi)的最高溫度甚至達43.9℃，12∶00和13∶00的室內(nèi)外平均溫差均達到3.7℃。雖然蔬菜生產(chǎn)的最適溫度因種類和品種而不同，喜溫蔬菜的最適溫度25～30℃，達到40℃溫度時生長就會停止[6]。所以，在海南的高溫季節(jié)使用防雨大棚在種植耐熱蔬菜和喜溫蔬菜時仍需要在正午時采取一定的降溫措施。

如圖6所示，室外溫度最高出現(xiàn)在13∶00，溫度為35.6℃，防蟲網(wǎng)棚室內(nèi)溫度最高出現(xiàn)在14∶00，溫度為35.7℃；室內(nèi)外的溫度差異不明顯，但是仍然高于作物適合的生長環(huán)境溫度，因此在高溫時段仍需考慮降溫。

防蟲網(wǎng)平棚及防雨大棚內(nèi)的溫度在垂直方向溫度梯度均不明顯。

通過試驗可知：不同的覆蓋材料直接影響棚內(nèi)溫度，四周外用防蟲網(wǎng)覆蓋可以與外界進行較大程度的氣體交換，棚內(nèi)與棚外溫度相近；而頂部為薄膜覆蓋的防雨大棚則由于阻礙空氣對流及太陽輻射等原因，導致棚內(nèi)溫度升高。由于在海南地區(qū)高溫時間較長，對于常用的防雨大棚和防蟲網(wǎng)大棚可設(shè)遮陽網(wǎng)進行覆蓋，溫度一般可以降低4～6℃[6]；同時，也可在高溫的時間段揭開防蟲網(wǎng)側(cè)邊加強室內(nèi)外通風，在高溫時間段害蟲的遷飛能力減弱，不會因此降低防蟲效果[7]；在滿足光照強度的需求下，可考慮使用較深顏色高遮光率的防蟲網(wǎng)達到降低溫度的效果。

圖6　防蟲網(wǎng)棚及防雨大棚室內(nèi)外溫度比較

2.2濕度

高濕是園藝設(shè)施環(huán)境的突出特點，主要受天氣、溫度、作物蒸騰作用和通風換氣量的影響，同時還與其大小、結(jié)構(gòu)、土壤干濕等有關(guān)；而植物在高濕環(huán)境中生長極易發(fā)病。多數(shù)蔬菜光合作用的適宜空氣相對濕度為60%～85%[5]。試驗期間圓拱型溫室室內(nèi)的平均相對濕度均維持在50%～80%之間，可滿足植物生長所需，但由于試驗期間無種植作物，該值忽略了作物蒸騰作用的影響。多雨季節(jié)高溫時段外界環(huán)境溫度為34.5℃，相對濕度為64.5%，室內(nèi)的環(huán)境溫度為36.1℃,相對濕度為62.6%；少雨季節(jié)高溫時段外界環(huán)境溫度為33.1℃，相對濕度為59.4%，室內(nèi)的環(huán)境溫度為37.3℃，相對濕度為52.7%，濕度較為適宜，但由于室內(nèi)溫度較高，溫室內(nèi)部較濕熱。

防雨大棚和防蟲網(wǎng)平棚的棚內(nèi)濕度與棚外的相對濕度變化一致；但防蟲網(wǎng)平棚內(nèi)濕度較高，而防雨大棚內(nèi)的濕度低于棚外。13∶00時相對濕度降到最低，防蟲網(wǎng)棚為71.7%，防雨大棚為56.2%，棚外為67.6%，主要是因為中午時段防雨大棚內(nèi)溫度較高，相對濕度低于室外，而防蟲網(wǎng)棚內(nèi)的溫度與室外相當，且空氣流動較室外小，因為防蟲網(wǎng)平棚的相對濕度略高于室外。

在無種植作物的情況下，3種設(shè)施類型室內(nèi)的相對濕度與溫室外接近，但室內(nèi)的相對濕度的日變化也較大。由于受外環(huán)境溫度的影響，溫室內(nèi)外的相對濕度中午較低，清晨和傍晚較高，尤其是清晨相對濕度高達90%，易造成結(jié)露和病害，如表1所示。因此，在實際生產(chǎn)中應當考慮適當除濕、防結(jié)露及采用合理的灌溉制度。

表1　3種溫室室內(nèi)外相對濕度的最大值、最小值及平均值(12h/d)

2.3光照強度

光照強度是影響溫室內(nèi)溫度、濕度等環(huán)境的主要因素，在一定的光照強度范圍內(nèi)，光照的強弱直接影響著光合作用的強弱和產(chǎn)量的高低；但溫室的光照受建筑方位、設(shè)施結(jié)構(gòu)、覆蓋材料特性等多種因素影響，其光照強度、光照時數(shù)、光分布等，都明顯低于露地。如表2所示，防蟲網(wǎng)棚比其他兩種設(shè)施的透光性能好，可知防蟲網(wǎng)透光率比塑料薄膜高。

設(shè)施內(nèi)的光照強度亦隨外界環(huán)境變化：圓拱形塑料溫室強光照時間段為11∶00-13∶00，位于100klx以上。晴天，防雨大棚和防蟲網(wǎng)棚內(nèi)光照度的高達80～90klx，可滿足大多數(shù)作物的生長發(fā)育需求(陽性蔬菜光飽和點60～70klx)[5]。因此，在海南設(shè)施種植中大部分為西瓜、甜瓜等瓜類作物，但室內(nèi)平均光照超出了很多葉菜類飽和點，所以要根據(jù)不同的栽培品種優(yōu)化覆蓋材料及采取合理遮陽措施。如20目白色防蟲網(wǎng)平均遮光率20%，銀灰色防蟲網(wǎng)遮光率為30%，灰色防蟲網(wǎng)遮光率達40%[8]，在海南地區(qū)可選擇較深顏色。其次，可加設(shè)遮陽網(wǎng)，遮光降溫。雖然防蟲網(wǎng)的數(shù)目越高防蟲效果更好，但是通風率就會越差，因此通常葉菜類作物常以20目左右的防蟲網(wǎng)覆蓋為最好的材料[8]。

表2　3種溫室室內(nèi)外光照強度的最大值、最小值及平均值(12h/d)

3結(jié)論

1)3種設(shè)施室內(nèi)的溫度場受室外溫度影響，在中午12∶00-14∶00時達最高，且防蟲網(wǎng)棚室內(nèi)外溫差較??；防雨大棚棚內(nèi)溫度比棚外平均高3.7℃，試驗期間棚內(nèi)最高溫度達43.9℃；圓拱形薄膜溫室室內(nèi)外最高溫差達到6.0℃。由于海南高溫天氣持續(xù)時間長，且中午常出現(xiàn)極端高溫現(xiàn)象，3種常用設(shè)施類型在高溫時段仍需采用遮陽降溫，同時輔以通風等相關(guān)降溫措施，避免室內(nèi)積溫過高。

2)采用防蟲網(wǎng)覆蓋的防蟲網(wǎng)棚濕度最高，其他兩種溫室室內(nèi)相對濕度均低于室外。試驗期間，由于未種植作物，溫室內(nèi)部相對濕度較為適宜，但是由于海南氣候較濕熱，在實際的生產(chǎn)中相對濕度會更高，因此需要考慮除濕，防止結(jié)露，并采用合理的灌溉制度。

3)不同的覆蓋材料影響透光率，防蟲網(wǎng)棚的透光率明顯高于膜覆蓋的防雨大棚，圓拱形薄膜溫室透光率最小。設(shè)施內(nèi)的光照強度可滿足大多數(shù)作物的生長發(fā)育需求，但是應當根據(jù)不同的栽培品種配套相應的覆蓋材料和遮陽措施。

綜上，海南地區(qū)的設(shè)施栽培應當根據(jù)栽培類型、作物品種和熱帶氣候特點選擇合理的設(shè)施類型。在不考慮防暴雨要求的情況下，防蟲網(wǎng)棚能更好地適應高溫的環(huán)境；當種植蔬菜等對暴雨敏感的作物時，可優(yōu)先選用防雨大棚，同時應增設(shè)一定的遮陽措施。圓拱型溫室在使用過程中可綜合防雨大棚和防蟲網(wǎng)棚的優(yōu)點，加大四周和屋頂?shù)耐L面積，改善室內(nèi)高溫的環(huán)境。同時，也可以看出：濕度和光照對海南地區(qū)的設(shè)施生產(chǎn)影響不大，可作為次要因素考慮。

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Thermal Environment Parameters Characterization of Common Greenhouses in Hainan

Pang Zhenzhen， Huang Quan， Zeng Xianhao， Tan Gaozhuang， Wang Xing， Liu Jian

(College of Horticulture and Landscape，Hainan University, Haikou 570228, China)

Abstract：Hainan tropical climate characteristics make the protected cultivation with local features. Three common greenhouses such as rain-proof greenhouse, insect-proof screens greenhouse and plastic-covered greenhouse were discussed in this paper. The thermal environmental parameters of temperature, relative humidity and light intensity were studied in tropical area. The result showed that the inner air temperature in each facility was affected by the ambient air temperature, where the highest temperature difference between indoor and outdoor was 6 ℃ in plastic-covered greenhouse, the inner air temperature of rain-proof greenhouse was 3.7 ℃ higher than the insect-proof screens greenhouse on average, and the maximum temperature in the shed was 43.9 ℃.The insect-proof screens greenhouse has the smallest temperature difference. The relative humidity in the insect-proof screens greenhouse was higher than the others, which were lower than outside. The cover material has impact on transmittance, and insect-proof screens greenhouse had higher light transmittance. In conclusion, additional cooling methods, sunshades and the selection of heat-resisting plant should be considered during the hot season in Hainan.

Key words：tropical area; greenhouses; thermal environment parameters

文章編號：1003-188X(2016)01-0227-05

中圖分類號：S625.1

文獻標識碼：A

作者簡介：龐真真(1983-)，女，廣西博白人，講師，博士，(E-mail)luckypzz@163.com。通訊作者：劉建(1982-)，男，四川安縣人，講師，碩士，(E-mail)liujian0623@qq.com。

基金項目：海南大學青年基金項目(qnjj1214)；海南省自然科學基金項目(20153058)

收稿日期：2015-04-03