不同天气条件下山西日光温室内温度特征分析

2016-11-04李海涛王志伟

科技与创新 2016年18期

李海涛　王志伟

摘要：选取2013年冬季12月至翌年2月时段，运用WatchDog B102纽扣式温度记录仪，连续观测、记录天镇、榆次和运城的6座日光温室内部不同空间（北、中、南）、不同层次（0.5 m、1 m和1.5 m）下的气温，在统计、分析气温数据的基础上，深入分析、研究了温室内外气温变化的相关性、温室内气温在时间和空间尺度上的变化。研究结果表明，在不同的天气条件下，温室内外的温度日变化趋势比较一致。晴天时，温室内外温度的差异最大，昙天次之，阴天最小。运用数理统计方法分析可知，在不同的天气条件下，温室内部、外部的日平均气温、最高气温和最低气温都具有显著的相关性，相关性都通过了0.01的显著性检验。另外，温室内气温从北到南依次递减，从上到下依次递减。这个结果为农户合理安排蔬菜种植提供了参考。

关键词：温度；天气类型；日光温室；大棚

中图分类号：S625 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.18.017

目前，关于日光温室的研究多集中在温室结构性能、建筑材料、采光、保暖、供热、通风、平衡施肥、节水灌溉和病虫害防治等方面。对日光温室内温度环境的研究也时有报道，孙治强等曾研究过黄淮改良型日光温室内不同部位气温的日变化情况；刘克长等曾研究了日光温室温度分布及其变化；魏瑞江等曾研究对连阴天气塑料日光温室内外温度的关系和调控；周绪元等曾研究过晴转阴天气日光温室内气温的日变化；邹志荣等曾分析日光温室的温度变化和热量状态；李志伟等以温度为主控参数对日光温室综合环境控制系统进行了研究。但是，对日光温室内气温特点及其随时间而变化的规律和空间变化规律的统计、研究报道则相对比较少。

1 试验设计和研究方法

1.1 试验设计

调研了山西主要设施农业种植区域，考虑到气候、种植分布等因素，将运城（盐湖区）、晋中（榆次区）和大同（天镇）3个地点作为主观测点，它们分别代表了我省北部、中部和南部的气候特征，选择了当地具有代表性或示范性的温室大棚（土墙和砖墙各一座）作为不同类型日光温室小气候资源的普查点。总体来看，所选择的观测地点代表性强，可以反映山西设施农业生产的实际情况。6座大棚的基本情况如表1所示。

在日光温室中央剖面处，在1.5 m和0.5 m处安装6台WatchDog B102纽扣式温度记录仪（仪器型号：3621WD，测量范围：-20～70 ℃，精确度：0.1 ℃，产地：美国）来测量大棚内的温度变化，数据采集时间间隔10 min。本试验的时间范围为2013-12-01—2014-02-28，温室内通风、灌水、施肥和喷药等生产管理要严格按照园艺场的操作方法和程序进行。

天气类型分为晴天（日照时数大于8 h）、昙天（日照时数大于3 h，小于等于8 h）和阴雨天（日照时数小于3 h）。

1.2 研究方法

观测资料是用Microsoft Excel 2000软件集成的，运用数理统计方法，分析温室内外平均气温、最高气温、最低气温和平均相对湿度的相关性，采用回归分析法建立相应的回归方程。

2 结果与分析

2.1 室内气温变化及其与外界气温的关系

2.1.1 温室内气温变化

山西天镇、榆次和运城6座大棚内的最高气温和最低气温会随着外界气温的变化而变化。2013-12—2014-02，整体上呈逐渐下降的趋势，2月中旬后有回升的趋势。天镇、榆次和运城的土墙的最高气温分别介于7.6～39.6 ℃、15.8～41.5 ℃、17.2～47.5 ℃之间，而天镇、榆次和运城的砖墙的最高气温分别介于7.1～33.9 ℃、8.1～39.4 ℃、10.0～42.8 ℃之间。可以看出，这三个地区的土墙最高气温要高于砖墙。榆次大棚的最高气温高于天镇，天镇高于运城。

天镇、榆次和运城土墙的最低气温分别介于7.9～13.5 ℃、5.0～13.6 ℃、4.6～13.7 ℃之间，而天镇、榆次和运城砖墙的最低气温分别介于3.4～9.9 ℃、-1.5～13.8 ℃、2.4～14.1 ℃之间。由此可以看出，这三个地区土墙的最低气温要高于砖墙。同时，运城土墙高于榆次，榆次高于天镇；运城砖墙高于榆次，榆次高于天镇。另外，榆次砖墙大棚在1月中下旬出现0 ℃以下的气温，且持续5 d以上，直接导致温室内蔬菜受冻死亡。这说明，该温室是不能保证大棚蔬菜正常越冬的。

天镇、榆次和运城土墙的平均气温分别介于6.3～20.6 ℃、9.4～22.5 ℃、9.9～23.8 ℃之间，而天镇、榆次和运城砖墙的平均气温分别介于4.7～22.7 ℃、-1.2～22.2 ℃、6.0～20.3 ℃之间。由此可以看出，这三个地区土墙的平均温度要高于砖墙。统计这六座温室2013-12—2014-02的积温，得到天镇、榆次和运城土墙，天镇、榆次和运城砖墙的积温分别为1 285.6 ℃、1 249.5 ℃、1 045.7 ℃、998.9 ℃、918.7 ℃、858.9 ℃。温度资源从大到小依次为，运城土、运城砖、榆次土、榆次砖、天镇土和天镇砖。天镇、榆次和运城的土墙、砖墙大棚内最高气温和最低气温变化如图1所示。

内最高气温（左）和最低气温（右）变化

2.1.2 温室内外气温的相关性分析

运用数理统计的方法分析冬季的晴天、昙天和阴天温室内外的日平均气温、日平均最高气温、平均最低气温的相关性。结果表明，它们都通过了信度为0.01的显著性相关检验。这说明，温室内外气温的关系显著，同时，还建立了相应的一元回归方程，具体如表2所示。

2.1.3 温室的增温效果比较

对于增温效果来说，不论是土墙，还是砖墙，天镇好于榆次，榆次好于运城。天镇土墙的温度比榆次高4 ℃多，比运城高8 ℃。对于砖墙来说，天镇砖墙的温度比榆次高近1 ℃，比运城高5 ℃。总体来说，土墙增温效果好于砖墙，增温幅度差值在5～8 ℃之间。6座日光温室增温效果如表3所示。

2.2 室内气温时间尺度变化

图2表明，在不同天气条件下，6个试验点日光温室内逐日气温变化规律基本一致，即不论是晴天、阴天，还是昙天，6个温室内的气温都是在凌晨8点左右出现最低值。在清晨揭开不透明覆盖物后，日光温室气温迅速升高，到下午13：00—14：00之间出现最高值，之后缓慢下降，15：00以后下降速度加快，盖不明覆盖物后气温下降速度又变换，直至次日揭开不透明覆盖物之前降到最低。夜间气温下降的数值不仅取决于天气条件，还取决于保温措施。晴天下，A（土）、B（土）、C（土）、A（砖）、B（砖）和C（砖）的最高气温分别在14：00达到最大，气温分别为29.6 ℃、26.1 ℃、31.6 ℃、30.1 ℃、40.1 ℃和36.7 ℃。由此可以看出，土墙的最高气温高于砖墙，同时，运城的增高幅度大于榆次，榆次大于天镇。昙天的情况与晴天类似，但是，最高气温值小于晴天。阴天的情况有所不同。阴天下，温室内的最高气温一般在11：00—12：00之间出现，最高值远低于晴天。统计2013-12—2014-02不同天气条件下的气温变化规律时发现，逐日气温变化规律与图3所示内容相同。

2.3 室内气温空间尺度变化

图3表明，日光温室内气温在水平方向上分布不均匀，且与天气和时间有关。在东西方向上，受山墙和太阳角度的影响，晴天，上午西部气温略高于东部，下午东部气温略高于西部；阴天，东西部气温差不明显。对于土墙而言，在南北方向上，晴天，在1.5 m的高度处，北部气温高于中部，中部高于南部；0.5 m处的气温空间规律与1.5 m处相同。对于1.5 m处的气温，不论北、中、南，都高于0.5 m处。昙天，在1.5 m的高度处，北部和中部的气温比较接近，都高于南部；在0.5 m的高度处，中部大于北部，北部大于南部。同样，1.5 m高度处的气温高于0.5 m处。阴天，北、中、南的气温非常接近，且依然是1.5 m高度处气温高于0.5 m处。这说明，在同一高度，气温从北到南依次递减，上层气温要高于下层。对于砖墙而言，在垂直方向上，上层的气温要高于下层。但是，在南北方向上，气温由北向南逐渐升高。

3 结论和讨论

关于温室内部和外部的气温变化相关性分析，相关人员都是从内部和外部温度的相关性分析入手，建立回归方程研究，而本文的研究则区分了天气条件，即分为晴天、昙天和阴天来对应研究。这样，研究对象更加细化，研究结果更加准确。得到了不同天气条件下内部和外部关系情况，结果显示关系非常显著，都通过了0.01的显著性检验。

对室内时间逐日变化规律的研究，不仅印证了学者们对温室内逐日变化的认识，还初步分析了温室内气温的最高、最低值及其与日照时数的关系。经过研究认为，日照时数决定了温室内部气温的高低。该研究结果与学者们之前的研究结果一致。

在研究室内空间逐日变化的规律时，分析了土墙和砖墙2种类型的墙体在日光温室下的气温空间变化特征。结果显

示，土墙和砖墙的空间特征正好相反。这是因为土墙的保温性能好，因此，北部靠土墙的部分气温最高；而砖墙保温性能差，南面能够晒着太阳的部分气温最高，这与之前别人的研究不一样。

关于不同类型日光温室的研究，选择了山西北部、中部和南部3个地区6座温室进行比较，不仅进行了空间上的比较，还进行了不同日光温室类型的比较，结果更加全面和定量化。

根据本文的研究认为，土墙温室比砖墙的增温效果好，保温性能也好。因此，特提出2点建议：①山西应该大力推广土墙日光温室的建造，而不应该推广砖墙。②从气温的空间分布来说，土墙的温度资源分布为北高南低，所以，应该最大限度地利用日光温室内部北部的空间，将人行道路留在温室南面，而不是北面。这样，可以极大地利用北面的日光资源，从而提高资源的利用率。

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