海南地区几种常见设施大棚热环境参数试验研究

庞真真，黄　泉，曾宪豪，谭高壮，王　星，刘　建

(海南大学 园艺园林学院，海口　570228)



海南地区几种常见设施大棚热环境参数试验研究

庞真真，黄泉，曾宪豪，谭高壮，王星，刘建

(海南大学 园艺园林学院，海口570228)

摘要：海南地区热带岛屿型气候特征使得栽培设施具有独特的特点。为此，通过以岛内常见设施类型(圆拱形薄膜温室、防雨大棚、防虫网棚等)为研究对象，系统地研究了其温度、湿度、光照强度等热环境参数的变化趋势。研究表明：各类设施内温度场受室外温度影响较大，圆拱形薄膜温室室内外最高温差达到6℃、防雨大棚为3.7℃，圆拱形薄膜温室室内最高温度达43.9℃；防虫网棚室内外温差较小；防虫网平棚内部相对湿度最高，其他两种温室室内相对湿度均低于室外；防虫网棚的透光率高于膜覆盖的防雨大棚和薄膜温室。由此可见：防雨棚和防虫网棚更适合海南地区夏秋季的设施生产，可根据栽培作物是否要求防暴雨来选择防雨棚和防虫网棚。

关键词：热带；设施大棚；热环境

0引言

海南地区属热带季风气候，高温多雨，台风频繁。因此，在海南的设施大棚应侧重解决夏秋季节的暴雨、台风、高温及病虫害等问题。海南省常见的设施类型为简易竹木结构大棚、简易防雨棚、荫棚、防虫网棚和华南型大棚等[1]。其中，竹木结构主要采用无滴塑料薄膜覆盖，成本低、取材方便易于操作，但耐用性及抗风能力有限；简易防雨棚采用塑料薄膜或其他防雨透光材料，较经济实用；荫棚主要采用遮阳网覆盖起遮光作用；防虫网棚的覆盖材料采用不同规格的防虫网，成本低、遮光防虫；华南型温室表面采用防老化长寿塑料膜等，能起到防暴雨抗台风的作用，但成本高、热天易高温，投资、运行成本较高[2]。圆拱型薄膜温室作为一种经济型温室，成本相对合理、强度高、防风防雨性能好、可实现环境调控、易于实现标准化设计和管理等优点，近几年在海南地区发展较快[3]。

防虫网棚因成本低、技术简单等优点成为海南地区主要设施类型之一。其特点为可避免许多媒介昆虫对蔬菜病毒病的传播，同时防虫网的网眼比较小，下暴雨时通过防虫网的缓冲，可在一定程度上减轻对作物损伤，较适合海南地区暴雨多、台风频繁的特点。

防雨大棚结合了简易防雨棚和防虫网棚的优点，采用镀锌钢管支架、圆拱形顶部，覆盖材料为防老化塑料薄膜，立面覆盖材料则为防虫网，在海南地区能起到防雨、防虫、抗风的作用[4]；同时，其空气流通性能较好，而成本上低于结构相似的华南型温室。

由于海南独特的热带气候特点，园艺设施类型的功能也具有当地的特色，各类设施类型均有使用；但对其室内热环境因子的研究参数较少，环境调控措施缺乏理论依据。因此，本文通过对圆拱形薄膜温室、防雨大棚及防虫网棚等海南常用温室大棚类型的热环境参数测试，分析其在夏秋季节的环境特点，并为今后配套的环境调控工程技术提供设计参数和参考。

1试验温室类型及测试方法

1.1试验温室

试验温室均集中分布于海南海口某实验基地。其中，圆拱形薄膜温室主体结构材料为镀锌钢管，南北走向，跨度为8.0m、共4跨，开间为4.0m、共8个开间，侧墙肩高2.8m，脊高4.8m，遮阳网高5.3m，如图1所示。圆拱形薄膜温室覆盖材料为0.15mm厚的聚乙烯抗老化薄膜；温室采用外遮阳系统，黑色遮阳网，遮阳系统采用电动控制；温室四周设置2m宽手动卷膜侧开窗，开窗部位安装有40目防虫网；温室每个屋顶肩部设置了2m宽的手动卷膜顶开窗。

防虫网棚为南北走向，跨度8.0m，开间4.0m，长32.0m，宽32.0m，脊高3.6m，檐高2.8m，在钢骨架上覆盖40目的防虫网，设有内遮阳，如图2所示。

防雨大棚与防虫网平棚结构参数相同。采用0.15mm厚的聚乙烯抗老化薄膜作为顶部透光覆盖材料、40目的防虫网作为立面覆盖材料，如图3所示。

图1　圆拱形薄膜温室

图2　防虫网棚

图3　防雨大棚

1.2测试方法

为研究圆拱形薄膜温室、防虫网棚和防雨大棚的热环境参数测试及其影响因素，于2012年8-9月对防虫网平棚、防雨大棚和圆拱形薄膜温室的热环境参数进行了测试。同时，为了比较近年使用较多的圆拱型温室在不同季节的热环境参数，在2013年的3月对其热环境参数进行了测试。测试内容包括室内外的温度、湿度、光照强度及风速。测试时间为07∶00AM-18∶00PM，数据采集间隔为1h。试验期间各大棚内均无种植作物，圆拱型薄膜温室的遮阳网处于收拢状态，顶部和四周的卷膜开窗处于打开状态。温度、湿度和风速采用Kestrel 4000便携式气象仪(美国)测定，光照度采用TES-1332A型手持式照度计(台湾)和德图Testo-545照度计(德国)测定。

室内测点(n=27)在水平方向的位置和室外测点(n=2)如图4(a)所示。每个点在垂直方向分为50cm、100cm、150cm 3层，如图4(b)所示。其中，防虫网平棚和防雨大棚为结构相同相邻的两栋大棚，室外的环境温度布点选择在两栋大棚外侧及相邻的通道之间。

(a)　测量布点平面示意图

(b)　垂直方向布点图

2热环境参数测试结果与分析

2.1温度

2.1.1不同季节对圆拱形薄膜温室温度的影响

海南有明显的多雨季(5-10月)和少雨季(11月至来年4月)，通过选取典型的9月和3月测试的数据分析，如图5所示。

1)温室内部环境温度随外界环境变化，但室内气温变化幅度较室外明显，室内气温均明显高于室外，尤其是在中午12∶00-15∶00之间室内外温差较大；如高温少雨季节期间，当13∶00时，室内外的温差最高达6.0℃，而高温多雨季节最高的室内外温差为4.7℃。其主要原因是海南白天太阳辐射强，圆拱形薄膜温室室内空气交换速率低，造成室内积温。

2)海南多雨季节中午高温时经常有对流雨现象，在中午出现多云或阵雨的天气情况较常见，造成外界空气温度下降，且云层遮挡部分光辐射，使得局部时间段温室内部环境温度下降；而少雨季节的气温从中午11∶00开始持续高温，至下午16∶00太阳辐射减弱而降低，室内环境温度也随着外界环境变化。

3)海南常年气温较高，试验期间海南多雨季节最高温度为38.9℃，少雨季节最高温度为36.3℃，且在高温时段持续时间较长。如图5所示，14∶00-16∶00温度高达35℃以上，在多雨季节室内最高温度为42.0℃，少雨季节为39.6℃。温度是影响作物生长发育的最重要的环境因子之一，一般蔬菜的适温为23～30℃(短期可忍受35～40℃高温)[5]。当环境温度超过作物生长最适温度时，作物生长速度减缓，极端高温可导致生长不良乃至死亡。因此，薄膜型温室在高温时段采取一定的降温措施才能适合海南夏季蔬菜生产的需求。

另外，温室内的温度在1.5m范围内的垂直方向温度梯度不明显。

图5　圆拱形薄膜温室不同季节室内外温度比较

2.1.2不同覆盖方式对大棚内部温度的影响

通过对晴天的连续观测数据分析，防雨大棚室内外的温度随时间呈抛物线变化，且棚内的温度值始终高于棚外，温度在11∶00-15∶00时达到最高，且室内外的温差也最大。其中，12∶00-14∶00棚内的平均温度为38.8℃，试验期间棚内的最高温度甚至达43.9℃，12∶00和13∶00的室内外平均温差均达到3.7℃。虽然蔬菜生产的最适温度因种类和品种而不同，喜温蔬菜的最适温度25～30℃，达到40℃温度时生长就会停止[6]。所以，在海南的高温季节使用防雨大棚在种植耐热蔬菜和喜温蔬菜时仍需要在正午时采取一定的降温措施。

如图6所示，室外温度最高出现在13∶00，温度为35.6℃，防虫网棚室内温度最高出现在14∶00，温度为35.7℃；室内外的温度差异不明显，但是仍然高于作物适合的生长环境温度，因此在高温时段仍需考虑降温。

防虫网平棚及防雨大棚内的温度在垂直方向温度梯度均不明显。

通过试验可知：不同的覆盖材料直接影响棚内温度，四周外用防虫网覆盖可以与外界进行较大程度的气体交换，棚内与棚外温度相近；而顶部为薄膜覆盖的防雨大棚则由于阻碍空气对流及太阳辐射等原因，导致棚内温度升高。由于在海南地区高温时间较长，对于常用的防雨大棚和防虫网大棚可设遮阳网进行覆盖，温度一般可以降低4～6℃[6]；同时，也可在高温的时间段揭开防虫网侧边加强室内外通风，在高温时间段害虫的迁飞能力减弱，不会因此降低防虫效果[7]；在满足光照强度的需求下，可考虑使用较深颜色高遮光率的防虫网达到降低温度的效果。

图6　防虫网棚及防雨大棚室内外温度比较

2.2湿度

高湿是园艺设施环境的突出特点，主要受天气、温度、作物蒸腾作用和通风换气量的影响，同时还与其大小、结构、土壤干湿等有关；而植物在高湿环境中生长极易发病。多数蔬菜光合作用的适宜空气相对湿度为60%～85%[5]。试验期间圆拱型温室室内的平均相对湿度均维持在50%～80%之间，可满足植物生长所需，但由于试验期间无种植作物，该值忽略了作物蒸腾作用的影响。多雨季节高温时段外界环境温度为34.5℃，相对湿度为64.5%，室内的环境温度为36.1℃,相对湿度为62.6%；少雨季节高温时段外界环境温度为33.1℃，相对湿度为59.4%，室内的环境温度为37.3℃，相对湿度为52.7%，湿度较为适宜，但由于室内温度较高，温室内部较湿热。

防雨大棚和防虫网平棚的棚内湿度与棚外的相对湿度变化一致；但防虫网平棚内湿度较高，而防雨大棚内的湿度低于棚外。13∶00时相对湿度降到最低，防虫网棚为71.7%，防雨大棚为56.2%，棚外为67.6%，主要是因为中午时段防雨大棚内温度较高，相对湿度低于室外，而防虫网棚内的温度与室外相当，且空气流动较室外小，因为防虫网平棚的相对湿度略高于室外。

在无种植作物的情况下，3种设施类型室内的相对湿度与温室外接近，但室内的相对湿度的日变化也较大。由于受外环境温度的影响，温室内外的相对湿度中午较低，清晨和傍晚较高，尤其是清晨相对湿度高达90%，易造成结露和病害，如表1所示。因此，在实际生产中应当考虑适当除湿、防结露及采用合理的灌溉制度。

表1　3种温室室内外相对湿度的最大值、最小值及平均值(12h/d)

2.3光照强度

光照强度是影响温室内温度、湿度等环境的主要因素，在一定的光照强度范围内，光照的强弱直接影响着光合作用的强弱和产量的高低；但温室的光照受建筑方位、设施结构、覆盖材料特性等多种因素影响，其光照强度、光照时数、光分布等，都明显低于露地。如表2所示，防虫网棚比其他两种设施的透光性能好，可知防虫网透光率比塑料薄膜高。

设施内的光照强度亦随外界环境变化：圆拱形塑料温室强光照时间段为11∶00-13∶00，位于100klx以上。晴天，防雨大棚和防虫网棚内光照度的高达80～90klx，可满足大多数作物的生长发育需求(阳性蔬菜光饱和点60～70klx)[5]。因此，在海南设施种植中大部分为西瓜、甜瓜等瓜类作物，但室内平均光照超出了很多叶菜类饱和点，所以要根据不同的栽培品种优化覆盖材料及采取合理遮阳措施。如20目白色防虫网平均遮光率20%，银灰色防虫网遮光率为30%，灰色防虫网遮光率达40%[8]，在海南地区可选择较深颜色。其次，可加设遮阳网，遮光降温。虽然防虫网的数目越高防虫效果更好，但是通风率就会越差，因此通常叶菜类作物常以20目左右的防虫网覆盖为最好的材料[8]。

表2　3种温室室内外光照强度的最大值、最小值及平均值(12h/d)

3结论

1)3种设施室内的温度场受室外温度影响，在中午12∶00-14∶00时达最高，且防虫网棚室内外温差较小；防雨大棚棚内温度比棚外平均高3.7℃，试验期间棚内最高温度达43.9℃；圆拱形薄膜温室室内外最高温差达到6.0℃。由于海南高温天气持续时间长，且中午常出现极端高温现象，3种常用设施类型在高温时段仍需采用遮阳降温，同时辅以通风等相关降温措施，避免室内积温过高。

2)采用防虫网覆盖的防虫网棚湿度最高，其他两种温室室内相对湿度均低于室外。试验期间，由于未种植作物，温室内部相对湿度较为适宜，但是由于海南气候较湿热，在实际的生产中相对湿度会更高，因此需要考虑除湿，防止结露，并采用合理的灌溉制度。

3)不同的覆盖材料影响透光率，防虫网棚的透光率明显高于膜覆盖的防雨大棚，圆拱形薄膜温室透光率最小。设施内的光照强度可满足大多数作物的生长发育需求，但是应当根据不同的栽培品种配套相应的覆盖材料和遮阳措施。

综上，海南地区的设施栽培应当根据栽培类型、作物品种和热带气候特点选择合理的设施类型。在不考虑防暴雨要求的情况下，防虫网棚能更好地适应高温的环境；当种植蔬菜等对暴雨敏感的作物时，可优先选用防雨大棚，同时应增设一定的遮阳措施。圆拱型温室在使用过程中可综合防雨大棚和防虫网棚的优点，加大四周和屋顶的通风面积，改善室内高温的环境。同时，也可以看出：湿度和光照对海南地区的设施生产影响不大，可作为次要因素考虑。

参考文献：

[1]曹兵，李劲松，陈光明，等. 海南设施园艺现状与发展前景分析[J].农业工程学报,2005,21(增刊)：225-226.

[2]陈冠铭，曹兵，杨小锋，等. 温室棚架材料与结构在海南的利用与发展[J].农业工程技术：温室园艺, 2007(1):21-22.

[3]陈召. 海南设施农业发展特点[J].农机科技推广,2010(9):43-51.

[4]杨小锋，李劲松，杨沐，等. 台风“康森”对海南三亚设施农业的危害调查与分析[J].农业工程技术：温室园艺，2011(2):20-21.

[5]邹志荣，邵孝侯.设施农业环境工程学[M].北京:中国农业出版社,2008:54-57.

[6]胡燕.华东型连栋塑料温室夏季遮阳网降温试验研究[D].杭州：浙江大学，2003

[7]徐坚，刘辉，黄承贤，等.不同目数防虫网覆盖栽培小白菜效果试验[J].浙江农业科学，1999(4):179-182.

[8]郑智.防虫网覆盖的作用及技术[J].上海蔬菜,2008(5):60-61.

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

文章编号：1003-188X(2016)01-0227-05

中图分类号：S625.1

文献标识码：A

作者简介：庞真真(1983-)，女，广西博白人，讲师，博士，(E-mail)luckypzz@163.com。通讯作者：刘建(1982-)，男，四川安县人，讲师，硕士，(E-mail)liujian0623@qq.com。

基金项目：海南大学青年基金项目(qnjj1214)；海南省自然科学基金项目(20153058)

收稿日期：2015-04-03