桂南地区冬季单栋塑料大棚小气候特征分析

范万新 陈丹 梁运波 刘启辉 韦志林 梁萍

（1.广西气候中心，广西南宁，530022；2.广西农业职业技术学院）

桂南地区冬季单栋塑料大棚小气候特征分析

范万新1陈丹2梁运波2刘启辉2韦志林2梁萍2

（1.广西气候中心，广西南宁，530022；2.广西农业职业技术学院）

对单栋塑料大棚内外的冬季小气候条件进行观测，并且分析棚内小气候特征。分析结果表明，棚内透光率为70%～80%，阴天较高，晴天较低；棚内日平均气温增温1.3～1.9℃，最高气温增温3.9～8.4℃，最低气温增温0.8～1.3℃，棚内日较差高于棚外2.7～7.1℃，晴天及多云天夜间出现0.2～0.9℃的 “温度逆转”现象；棚内0，5，10，15，20 cm各土层地温平均增温2.8～3.6℃；棚内地表最高温度增温0.1～3.6℃，最低温度增温2.2～5.2℃，日较差大于棚外-5.1～2.2℃，晴天12：00棚内0 cm地温出现0.5℃的“温度逆转”现象；棚内日平均相对湿度高于棚外10%～23%。

冬季 大棚 小气候 特征

广西南部地区（简称“桂南地区”，下同）地处热带亚热带交界地带，12月至翌年2月平均气温12～15℃，平均最低气温8～11℃，雨量100～200 mm，日照时数250～350 h，日照百分率为25%～36%[1～3]。冬季，桂南地区作物常遭遇低温冻害，尤其是2008年1～2月，桂南地区与华南地区一样遭遇了历史上罕见的强冰冻天气袭击，使农业生产遭受重大损失。

单栋塑料大棚以其造价低廉、架设方便等优势广泛应用于农业领域，其优越的透光、保温性能无疑是应对冬季低温的首选。但南方地区在应用塑料大棚时，往往照搬北方模式，而气候等地域性差异是很显著的，农业工作者在应用大棚时对本地大棚小气候特征缺乏足够的了解与认识，这导致无法获得小气候资源的最优利用，增加了生产成本。本研究对桂南地区冬季大棚小气候特征进行研究，并建立棚内外气象要素的数理关系，为农业工作者指导冬季大棚生产提供切实的小气候管理依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选取单栋塑料大棚（以下简称“单栋”）进行观测，同时以大棚附近裸地为对照。大棚棚架均为热镀锌钢材，采用日本无色长寿无滴薄膜覆盖，厚0.1 mm，大棚跨度6 m，棚高3 m，肩高1.8 m，长30 m。

1.2 试验方法

小气候观测试验地点设在桂南地区南宁市郊的广西农业职业技术学院现代农业展示园试验园区。2007年1月6～20日连续观测15 d。观测项目：20，100，150 cm高空气温湿度；0，5，10，15，20 cm深处土层温度，150 cm高度光照度。观测时间为8：00～20：00，每2 h整点观测1次，同时记录云量。各时次观测大棚、裸地对照区同时进行。观测期大棚均无作物种植。试验设点、观测方法及数据整理均按参考文献方法进行[4～13]。

在15 d观测中，分别选取晴天、多云、阴天3种典型天气各3 d对150 cm高度光照度、150 cm高度空气温湿度及各土层温度进行全天对比分析[8～9]。由于观测高度为20 cm、100 cm的空气温湿度与150 cm空气温湿度差异不显著，故仅对150 cm高度气温、空气湿度进行分析。

2 结果与分析

2.1 大棚内外光照度对比

①光照度变化特征 计算15 d内每天8：00～18：00观测的棚内外晴天光照度平均值，得晴天大棚内的光照度日变化，由试验统计数据可知，棚内外光照度差异值随光强增强而增大，12：00～14：00自然光照度较强，接近6万lx时，棚内外光照差异较明显，相差1万～1.8万lx，早晚相差不大，不足1 000 lx。

取3种典型天气将8：00～18：00各结构棚内光照度平均值与裸地对比，并计算透光率，得到表1。由表1可知，大棚遮光作用明显，棚内透光率为70%～80%，阴天透光率最大，晴天最小。无色塑料薄膜的透光率最好的可达90%，一般在80%以上，较差的也有70%左右[14]。可知，棚内透光率不足一般水平。

②棚内外光照度的相关性分析 根据15 d内每天8：00～18：00光照度的观测资料，建立棚内的光照度（y）与裸地自然光照度 （x）的相关方程：y=0.476 3+ 0.722 7x，相关系数为0.995 4，样本90个。当α为0.01时，t值为97.996 6，t检验达极显著水平［10～11］。

2.2 棚内外温度对比

①气温对比 a.气温日变化比较。记载3种典型天气下不同结构塑料大棚150 cm高度气温的日变化，由试验统计数据可知，晴天棚内8：00～16：00具增温效应，增温幅度为0.2～6.8℃，棚外气温越高，增温幅度越大；18：00～6：00则出现 “温度逆转”（即棚内温度低于棚外， 下同）[9]， 降幅为 0.3～0.9℃。棚内“温度逆转”的出现，主要是由于夜间地面辐射冷却时，棚外贴地气层可以通过空气的铅直乱流和平流，由上层或其他地方补给热量。而棚内不仅得不到这种热量的补充，反而由于温室辐射冷却时红外线容易穿过塑料薄膜的特性，使棚内热量损失大，气温低于棚外[15]。

多云天气棚内温度昼夜变化趋势与晴天相似，不同的是增温或降温幅度都较晴天小，且“温度逆转”时间短。棚内4：00～20：00增温0～5.9℃；22：00～2：00棚内出现0.2～0.3℃的轻微 “温度逆转”。

阴天大棚温度日变化是3种典型天气中最为平缓的，但较前2种天气相比，阴天棚内无“温度逆转”的现象。全天增温幅度仅为0.9～ 4.1℃，增温最大的14：00比晴天低2.7℃，比多云天低1.8℃。

b.气温日平均值、极值与日较差比较。由表2可知，3种典型天气中，棚内日平均气温平均增温1.3～1.9℃，阴天增幅相对大些，晴天小些；晴天及多云天气棚内最高温度高于棚外6.9～8.4℃，阴天为3.9℃；最低气温棚内则仅比棚外高0.8～1.3℃；棚内日较差高于棚外2.7～7.1℃，晴天较大，阴天较小。

c.棚内外气温的相关性分析。根据15 d内全天12次150 cm气温观测资料，建立棚内的气温（y）与裸地气温（x）的相关方程：y=-2.304 7+1.329 2x，相关系数为 0.911 7，样本 180个。 当 α为 0.01时，t值为29.611 2，t检验达极显著水平。

②棚内外地温对比 a.各土层地温平均值及增温幅度。根据3种典型天气下8：00～20：00的地温观测数据，统计各深度地温的平均值、平均增温值，其中增温幅度为各观测时间棚内地温值减去棚外地温值的日变化范围。由表3可知，各土层棚内温度平均增温3.2℃，晴天增温2.8℃，多云天气增温3.6℃，阴天增温3.1℃，增温值随土深而增大；3种典型天气下裸地地温垂直分布均表现为日射型[12]，而棚内晴天与多云天表现为混合型，阴天为辐射型；棚内各土层各时间地表增温变化幅度最大，其余各土层温度随土深而减小；棚内各土层晴天增温变幅最大，阴天最小；棚内除晴天12：00时0 cm地温出现0.5℃的轻微“温度逆转”现象外，全天其他各时次均表现为增温效应。

表1 大棚内外光照度、透光率的比较

表2 不同天气棚内外气温日平均值、极值与日较差统计结果 ℃

表3 不同天气棚内外地温差异统计结果

b.地表最高、最低温度及日较差。由表4可知，3种典型天气下棚内地表极端温度均大于棚外；地面最高温度多云及阴天棚内增温3.2～3.6℃，晴天棚内外地面最高温度相近；棚内地面最低温度增温2.2～5.2℃，晴天增温最大，阴天最小；棚内地表日较差在晴天小于棚外5.1℃，多云天亦小于棚外1.1℃，但阴天则高于棚外2.2℃。

2.3 棚内外空气湿度对比

①棚内外相对湿度比较 由表5可见，3种典型天气日平均相对湿度棚内显著高于棚外10%～23%，以多云天增湿最大，晴天次之，阴天最小；增湿效果在全天各时间分布除阴天外极不均匀，基本表现为棚内温度较低的夜间增湿小于棚内温度较高的日间。

②不同结构塑料大棚内外相对湿度的相关性分析 根据15 d内全天12次150 cm空气湿度观测资料，建立棚内的空气湿度（y）与裸地空气湿度（x）的相关方程：y=48.960 5+0.568 9x相关系数为0.841 1，样本180个。当α为0.01时，t值为20.744 0，t检验达极显著水平［7～9］。

表4 不同天气棚内外地表极端温度统计结果

表5 不同天气棚内外相对湿度

3 小结与讨论

①3种典型天气大棚平均透光率为76%，棚内透光率不足一般水平，棚内平均光照强度为 5 000～20 000 lx，晴天最大光照度接近60 000 lx。棚内这种光照条件，对光的饱和点为70 000～80 000 lx、光的补偿点为3 000～4 000 lx[16]的葫芦科及茄科类蔬菜而言，光照虽达到光补偿点以上，但均不足光的饱和点。而对于喜中等光强蔬菜如白菜类、萝卜、胡萝卜和葱蒜类，此类蔬菜光饱和点为1.5万～2万 lx，补偿点为700～1 000 lx[16～17]，棚内光照条件则较为合适。故在生产上首先宜选种适宜的需光品种，其次注意定期清洁棚膜或者更换新的、透光率强的覆盖材料，以提高棚内光照强度。

②3种不同结构棚内日平均气温增温1.3～1.9℃，最高气温增温3.9～8.4℃，最低气温增温0.8～1.3℃，棚内日较差高于棚外2.7～7.1℃，晴天及多云天夜间出现0.2～0.9℃的 “温度逆转”现象。以研究观测所在地南宁市为例，该市冬季12月至翌年2月平均气温12.7～14.6℃，平均最高气温15～17℃，平均最低气温9～11℃[2～3]。按本文分析结论粗略推断，冬季棚内平均气温为14.0～16.5℃，最高气温18.9～25.4℃，最低气温9.8～12.3℃。这样的温度条件，对于同化最适温度为20～30℃，最低温度为10～15℃的喜温性蔬菜如番茄、黄瓜、辣椒等，热量条件是不够的，但较适于同化最适温度为15～20℃，最低温度为0℃以下的半耐寒与耐寒性蔬菜如萝卜、胡萝卜和葱蒜及白菜中的某些耐寒品种[14]。晴天及多云天夜间出现 “温度逆转”现象，如果棚内温度低于作物生长的最低耐受温度，需注意增加大棚保温措施。在作物生长温度范围内，日较差越大，越有利于作物有机物质的积累及品质的提高[17]，棚内气温日较差明显高于棚外，呈现了大棚的增温优势。

③3种不同天气棚内0，5，10，15，20 cm各土层地温平均增温2.8～3.6℃；棚内地表最高温度增温0.1～3.6℃，最低温度增温2.2～5.2℃；0 cm地温日较差大于棚外-5.1～2.2℃；当晴天及多云天夜间150 cm高度气温出现0.2～0.9℃的 “温度逆转”现象时，地表温度无此现象发生，但在晴天12：00棚内0 cm地温却出现0.5℃短暂的“温度逆转”现象，原因主要是白天热量下传地面增热比空气加热慢，而夜间空气因棚内强烈辐射冷却降温出现“温度逆转”时，土层由于日间大量热量的贮存失热较少，仍能维持正增温。

对于根系生长的适宜区5～10 cm土层，南宁市冬季该地层温度为14.6～16.6℃[2]。3种不同天气棚内5～10 cm土层增温为2.9～3.6℃，则可推断大棚内该土层温度为17.5～20.2℃，这样的热量条件显然较适于耐寒性蔬菜生长，对于喜温性蔬菜生长则热量不足。

④3种不同天气棚内各观测时相对湿度均表现为增湿，日平均相对湿度较棚外高10%～23%。作物生长季节日平均相对湿度一般在70%～80%为宜[18]，南宁市冬季相对湿度为75%～81%[2]，这对于露地种植是基本适宜的，但棚内增湿效应造成湿度长时间持续高湿达90%～100%，这不仅抑制作物蒸腾，也易导致作物病害，在生产上宜积极采取降湿措施。

⑤大棚内外150 cm光、温、湿三要素具较好的相关关系，可用几组方程式表示，函数拟合在t检验下达到极显著水平，通过这几组方程，对用棚外光、温、湿观测数据推算不同结构棚内的光、温、湿度值具有实际意义。

[1] 蒙远文，蒋伯仁，韦相轩，等.广西天气及其预报[M].北京：气象出版社，1989：3-6.

[2] 广西区气候中心.广西壮族自治区地面气候资料（1961-1990），内部资料.

[3] 广西壮族自治区气候中心.广西气候[M].北京：气象出版社，2007:20-25．

[4] 徐师华.蔬菜栽培设施内的小气候观测[J].成都信息工程学院学报，2002（1）：54-56.

[5] 国家气象局.农业气象观测规范.下卷 [M].北京:气象出版社，1993：128-188.

[6] 范万新，陈丹.建立温室大棚小气候观测[J].广西农学报，2002（6）:16-19.

[7] 钱妙芬，潘永.塑料遮阳网大棚小气候观测与分析[J].成都信息工程学院学报，2001（2）：105-109.

[8] 肖深根，刘志敏.长沙地区春夏之交塑料大棚内温度和光照动态变化[J].湖南农业大学学报：自然科学版，2002 (10）：408-410.

[9] 王鹏，李卫欣.连栋塑料温室光温环境特征分析[J].北方园艺，2005（1）：18-19.

[10]崔学明，闫洁，姚贵平，等.呼和浩特市几种蔬菜棚室光温分析[J].内蒙古农业大学学报，2000，21（1）:125-127.

[11]魏淑秋.农业气象统计[M].福州：福建科学技术出版社，1985：81-238．

[12]傅抱璞，翁笃鸣，虞静明，等.小气候学[M].北京：气象出版社，1994：503-513．

[13]余纪柱，金海军.塑料三连栋温室的温、湿度变化规律初探及相应调控措施[J].上海农业学报，2002（18）:63-69.

[14]陈志银.农业气象学[M].杭州：浙江大学出版社，2000：185.

[15]包云轩.气象学[M].北京:中国农业出版社，2002：51.

[16]朱振华，朱永春.寿光冬暖大棚蔬菜生产技术大全[M].北京：中国农业出版社，2002：40.

[17]汪炳良.南方大棚蔬菜生产技术大全[M].北京：中国农业出版社，2000：43-45.

[18]奚广生，姚运生.农业气象[M].北京：高等教育出版社，2005：47-63.

Analyze of Microclimate Characteristics of Plastic Greenhouse in Winter in Southern Area of Guangxi

FAN Wanxin1,CHEN Dan2,LIANG Yunbo2,LIU Qihui2,WEI Zhilin2,LIANG Ping2
(1.Guangxi Climate Center,Nanning 530022;2.Guangxi Agriculture Institute)

The microclimate characteristics of plastic greenhouse in the winter in southern area of Guangxi is studied.Microclimate condition in the winter was observed in the plastic greenhouse.The microclimate characteristics in the inside and outside of the plastic greenhouse were analyzed.The results showed that transmittance was 70%-80%in the awning, and was high in the overcast days,low in the sunshine days.The daily average temperature increased 1.3-1.9℃equally in the awning,The highest temperature increased 3.9-8.4℃,The lowest temperature increased 0.8-1.3℃,The diurnal range inside was 2.7-7.1℃ higher than outside,The temperature reversal is 0.2-0.9℃ inside the plastic greenhouse in the fair days and the cloudy days night.In awning 0,5,10,15,20 cm various soil layers ground temperature average warming 2.8-3.6℃.The surface maximum temperature in the cloudless days and in the greenhouse was 0.1-3.6℃higher than outside,while the lowest temperature was 2.2-5.2℃.The diurnal range inside was-5.1-2.2℃higher than outside.There was temperature reversal at 12:00 p.m.Inside the plastic greenhouse in the fair days.The average relative humidity inside was higher than outside 10%-23%.The research provided the scientific basis for the instruction agricultural production and the big awning management in winter.

Winter;Greenhouse;Microclimate;Characteristic

10.3865/j.issn.1001-3547(x).2009.01.013