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        不同天氣條件下山西日光溫室內(nèi)溫度特征分析

        2016-11-04 02:50:17李海濤王志偉
        科技與創(chuàng)新 2016年18期
        關(guān)鍵詞:日光溫室大棚溫度

        李海濤 王志偉

        摘 要:選取2013年冬季12月至翌年2月時段,運用WatchDog B102紐扣式溫度記錄儀,連續(xù)觀測、記錄天鎮(zhèn)、榆次和運城的6座日光溫室內(nèi)部不同空間(北、中、南)、不同層次(0.5 m、1 m和1.5 m)下的氣溫,在統(tǒng)計、分析氣溫數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,深入分析、研究了溫室內(nèi)外氣溫變化的相關(guān)性、溫室內(nèi)氣溫在時間和空間尺度上的變化。研究結(jié)果表明,在不同的天氣條件下,溫室內(nèi)外的溫度日變化趨勢比較一致。晴天時,溫室內(nèi)外溫度的差異最大,曇天次之,陰天最小。運用數(shù)理統(tǒng)計方法分析可知,在不同的天氣條件下,溫室內(nèi)部、外部的日平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫都具有顯著的相關(guān)性,相關(guān)性都通過了0.01的顯著性檢驗。另外,溫室內(nèi)氣溫從北到南依次遞減,從上到下依次遞減。這個結(jié)果為農(nóng)戶合理安排蔬菜種植提供了參考。

        關(guān)鍵詞:溫度;天氣類型;日光溫室;大棚

        中圖分類號:S625 文獻標識碼:A DOI:10.15913/j.cnki.kjycx.2016.18.017

        目前,關(guān)于日光溫室的研究多集中在溫室結(jié)構(gòu)性能、建筑材料、采光、保暖、供熱、通風(fēng)、平衡施肥、節(jié)水灌溉和病蟲害防治等方面。對日光溫室內(nèi)溫度環(huán)境的研究也時有報道,孫治強等曾研究過黃淮改良型日光溫室內(nèi)不同部位氣溫的日變化情況;劉克長等曾研究了日光溫室溫度分布及其變化;魏瑞江等曾研究對連陰天氣塑料日光溫室內(nèi)外溫度的關(guān)系和調(diào)控;周緒元等曾研究過晴轉(zhuǎn)陰天氣日光溫室內(nèi)氣溫的日變化;鄒志榮等曾分析日光溫室的溫度變化和熱量狀態(tài);李志偉等以溫度為主控參數(shù)對日光溫室綜合環(huán)境控制系統(tǒng)進行了研究。但是,對日光溫室內(nèi)氣溫特點及其隨時間而變化的規(guī)律和空間變化規(guī)律的統(tǒng)計、研究報道則相對比較少。

        1 試驗設(shè)計和研究方法

        1.1 試驗設(shè)計

        調(diào)研了山西主要設(shè)施農(nóng)業(yè)種植區(qū)域,考慮到氣候、種植分布等因素,將運城(鹽湖區(qū))、晉中(榆次區(qū))和大同(天鎮(zhèn))3個地點作為主觀測點,它們分別代表了我省北部、中部和南部的氣候特征,選擇了當?shù)鼐哂写硇曰蚴痉缎缘臏厥掖笈铮ㄍ翂痛u墻各一座)作為不同類型日光溫室小氣候資源的普查點。總體來看,所選擇的觀測地點代表性強,可以反映山西設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實際情況。6座大棚的基本情況如表1所示。

        在日光溫室中央剖面處,在1.5 m和0.5 m處安裝6臺WatchDog B102紐扣式溫度記錄儀(儀器型號:3621WD,測量范圍:-20~70 ℃,精確度:0.1 ℃,產(chǎn)地:美國)來測量大棚內(nèi)的溫度變化,數(shù)據(jù)采集時間間隔10 min。本試驗的時間范圍為2013-12-01—2014-02-28,溫室內(nèi)通風(fēng)、灌水、施肥和噴藥等生產(chǎn)管理要嚴格按照園藝場的操作方法和程序進行。

        天氣類型分為晴天(日照時數(shù)大于8 h)、 曇天(日照時數(shù)大于3 h,小于等于8 h)和陰雨天(日照時數(shù)小于3 h)。

        1.2 研究方法

        觀測資料是用Microsoft Excel 2000軟件集成的,運用數(shù)理統(tǒng)計方法,分析溫室內(nèi)外平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫和平均相對濕度的相關(guān)性,采用回歸分析法建立相應(yīng)的回歸方程。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 室內(nèi)氣溫變化及其與外界氣溫的關(guān)系

        2.1.1 溫室內(nèi)氣溫變化

        山西天鎮(zhèn)、榆次和運城6座大棚內(nèi)的最高氣溫和最低氣溫會隨著外界氣溫的變化而變化。2013-12—2014-02,整體上呈逐漸下降的趨勢,2月中旬后有回升的趨勢。天鎮(zhèn)、榆次和運城的土墻的最高氣溫分別介于7.6~39.6 ℃、15.8~41.5 ℃、17.2~47.5 ℃之間,而天鎮(zhèn)、榆次和運城的磚墻的最高氣溫分別介于7.1~33.9 ℃、8.1~39.4 ℃、10.0~42.8 ℃之間??梢钥闯?,這三個地區(qū)的土墻最高氣溫要高于磚墻。榆次大棚的最高氣溫高于天鎮(zhèn),天鎮(zhèn)高于運城。

        天鎮(zhèn)、榆次和運城土墻的最低氣溫分別介于7.9~13.5 ℃、5.0~13.6 ℃、4.6~13.7 ℃之間,而天鎮(zhèn)、榆次和運城磚墻的最低氣溫分別介于3.4~9.9 ℃、-1.5~13.8 ℃、2.4~14.1 ℃之間。由此可以看出,這三個地區(qū)土墻的最低氣溫要高于磚墻。同時,運城土墻高于榆次,榆次高于天鎮(zhèn);運城磚墻高于榆次,榆次高于天鎮(zhèn)。另外,榆次磚墻大棚在1月中下旬出現(xiàn)0 ℃以下的氣溫,且持續(xù)5 d以上,直接導(dǎo)致溫室內(nèi)蔬菜受凍死亡。這說明,該溫室是不能保證大棚蔬菜正常越冬的。

        天鎮(zhèn)、榆次和運城土墻的平均氣溫分別介于6.3~20.6 ℃、9.4~22.5 ℃、9.9~23.8 ℃之間,而天鎮(zhèn)、榆次和運城磚墻的平均氣溫分別介于4.7~22.7 ℃、-1.2~22.2 ℃、6.0~20.3 ℃之間。由此可以看出,這三個地區(qū)土墻的平均溫度要高于磚墻。統(tǒng)計這六座溫室2013-12—2014-02的積溫,得到天鎮(zhèn)、榆次和運城土墻,天鎮(zhèn)、榆次和運城磚墻的積溫分別為1 285.6 ℃、1 249.5 ℃、1 045.7 ℃、998.9 ℃、918.7 ℃、858.9 ℃。溫度資源從大到小依次為,運城土、運城磚、榆次土、榆次磚、天鎮(zhèn)土和天鎮(zhèn)磚。天鎮(zhèn)、榆次和運城的土墻、磚墻大棚內(nèi)最高氣溫和最低氣溫變化如圖1所示。

        內(nèi)最高氣溫(左)和最低氣溫(右)變化

        2.1.2 溫室內(nèi)外氣溫的相關(guān)性分析

        運用數(shù)理統(tǒng)計的方法分析冬季的晴天、曇天和陰天溫室內(nèi)外的日平均氣溫、日平均最高氣溫、平均最低氣溫的相關(guān)性。結(jié)果表明,它們都通過了信度為0.01的顯著性相關(guān)檢驗。這說明,溫室內(nèi)外氣溫的關(guān)系顯著,同時,還建立了相應(yīng)的一元回歸方程,具體如表2所示。

        2.1.3 溫室的增溫效果比較

        對于增溫效果來說,不論是土墻,還是磚墻,天鎮(zhèn)好于榆次,榆次好于運城。天鎮(zhèn)土墻的溫度比榆次高4 ℃多,比運城高8 ℃。對于磚墻來說,天鎮(zhèn)磚墻的溫度比榆次高近1 ℃,比運城高5 ℃??傮w來說,土墻增溫效果好于磚墻,增溫幅度差值在5~8 ℃之間。6座日光溫室增溫效果如表3所示。

        2.2 室內(nèi)氣溫時間尺度變化

        圖2表明,在不同天氣條件下,6個試驗點日光溫室內(nèi)逐日氣溫變化規(guī)律基本一致,即不論是晴天、陰天,還是曇天,6個溫室內(nèi)的氣溫都是在凌晨8點左右出現(xiàn)最低值。在清晨揭開不透明覆蓋物后,日光溫室氣溫迅速升高,到下午13:00—14:00之間出現(xiàn)最高值,之后緩慢下降,15:00以后下降速度加快,蓋不明覆蓋物后氣溫下降速度又變換,直至次日揭開不透明覆蓋物之前降到最低。夜間氣溫下降的數(shù)值不僅取決于天氣條件,還取決于保溫措施。晴天下,A(土)、B(土)、C(土)、A(磚)、B(磚)和C(磚)的最高氣溫分別在14:00達到最大,氣溫分別為29.6 ℃、26.1 ℃、31.6 ℃、30.1 ℃、40.1 ℃和36.7 ℃。由此可以看出,土墻的最高氣溫高于磚墻,同時,運城的增高幅度大于榆次,榆次大于天鎮(zhèn)。曇天的情況與晴天類似,但是,最高氣溫值小于晴天。陰天的情況有所不同。陰天下,溫室內(nèi)的最高氣溫一般在11:00—12:00之間出現(xiàn),最高值遠低于晴天。統(tǒng)計2013-12—2014-02不同天氣條件下的氣溫變化規(guī)律時發(fā)現(xiàn),逐日氣溫變化規(guī)律與圖3所示內(nèi)容相同。

        2.3 室內(nèi)氣溫空間尺度變化

        圖3表明,日光溫室內(nèi)氣溫在水平方向上分布不均勻,且與天氣和時間有關(guān)。在東西方向上,受山墻和太陽角度的影響,晴天,上午西部氣溫略高于東部,下午東部氣溫略高于西部;陰天,東西部氣溫差不明顯。對于土墻而言,在南北方向上,晴天,在1.5 m的高度處,北部氣溫高于中部,中部高于南部;0.5 m處的氣溫空間規(guī)律與1.5 m處相同。對于1.5 m處的氣溫,不論北、中、南,都高于0.5 m處。曇天,在1.5 m的高度處,北部和中部的氣溫比較接近,都高于南部;在0.5 m的高度處,中部大于北部,北部大于南部。同樣,1.5 m高度處的氣溫高于0.5 m處。陰天,北、中、南的氣溫非常接近,且依然是1.5 m高度處氣溫高于0.5 m處。這說明,在同一高度,氣溫從北到南依次遞減,上層氣溫要高于下層。對于磚墻而言,在垂直方向上,上層的氣溫要高于下層。但是,在南北方向上,氣溫由北向南逐漸升高。

        3 結(jié)論和討論

        關(guān)于溫室內(nèi)部和外部的氣溫變化相關(guān)性分析,相關(guān)人員都是從內(nèi)部和外部溫度的相關(guān)性分析入手,建立回歸方程研究,而本文的研究則區(qū)分了天氣條件,即分為晴天、曇天和陰天來對應(yīng)研究。這樣,研究對象更加細化,研究結(jié)果更加準確。得到了不同天氣條件下內(nèi)部和外部關(guān)系情況,結(jié)果顯示關(guān)系非常顯著,都通過了0.01的顯著性檢驗。

        對室內(nèi)時間逐日變化規(guī)律的研究,不僅印證了學(xué)者們對溫室內(nèi)逐日變化的認識,還初步分析了溫室內(nèi)氣溫的最高、最低值及其與日照時數(shù)的關(guān)系。經(jīng)過研究認為,日照時數(shù)決定了溫室內(nèi)部氣溫的高低。該研究結(jié)果與學(xué)者們之前的研究結(jié)果一致。

        在研究室內(nèi)空間逐日變化的規(guī)律時,分析了土墻和磚墻2種類型的墻體在日光溫室下的氣溫空間變化特征。結(jié)果顯

        示,土墻和磚墻的空間特征正好相反。這是因為土墻的保溫性能好,因此,北部靠土墻的部分氣溫最高;而磚墻保溫性能差,南面能夠曬著太陽的部分氣溫最高,這與之前別人的研究不一樣。

        關(guān)于不同類型日光溫室的研究,選擇了山西北部、中部和南部3個地區(qū)6座溫室進行比較,不僅進行了空間上的比較,還進行了不同日光溫室類型的比較,結(jié)果更加全面和定量化。

        根據(jù)本文的研究認為,土墻溫室比磚墻的增溫效果好,保溫性能也好。因此,特提出2點建議:①山西應(yīng)該大力推廣土墻日光溫室的建造,而不應(yīng)該推廣磚墻。②從氣溫的空間分布來說,土墻的溫度資源分布為北高南低,所以,應(yīng)該最大限度地利用日光溫室內(nèi)部北部的空間,將人行道路留在溫室南面,而不是北面。這樣,可以極大地利用北面的日光資源,從而提高資源的利用率。

        參考文獻

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        〔編輯:白潔〕

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