基于通风技术的日光温室空气湿度管理

2017-04-23王蕊杨小龙马健须晖孙周平李天来

农业工程技术·温室园艺 2016年9期

王蕊+杨小龙+马健+须晖+孙周平+李天来

物生长环境的空气湿度与作物叶片的气孔开闭、温室病害发生有着密切的关系，尤其是在封闭或半封闭的温室栽培中，空气湿度对作物的影响尤为重要。在荷兰的温室环境调控中，番茄栽培温室大约投入能源的20%用于湿度管理，玫瑰花栽培温室大约投入能源的30%用于湿度管理，因此湿度管理在整个温室管理的能量消耗所占比重较大。在温室空气湿度管理中，通风是一种简单实用的技术，在生产中得到广泛应用。本文结合日光温室空气湿度的形成及特点，温室空气湿度与作物生长发育及病害发生的关系，阐述了基于通风技术的温室空气湿度管理方法，以期为实际温室生产提供一定的指导。

温室空气湿度的形成及特点

温室内的空气湿度是由于在设施密闭情况下，土壤水分和植物体内水分蒸发形成的（图1）。空气湿度通常用绝对湿度和相对湿度来表示，绝对湿度是指单位体积内水汽的含量（g/m3）。相对湿度是指在一定湿度条件下，空气中水汽压与该温度下饱和水汽压之比（%）。设施内作物生长势强，代谢旺盛，作物叶面积指数高，通过蒸腾作用释放出大量水蒸气，在密闭情况下会使温室内水蒸气快速达到饱和，因此设施内空气相对湿度要高于露地栽培[1]。

高湿是园艺设施环境的突出特点。园艺设施内的空间相对较小，冬春季时，为了保温，设施内很少通风，因此室内空气相对湿度经常达到100%。此外，日光温室内湿度还存在分布不均匀的问题，这与设施大小、室内温度分布、栽培作物种类及调控措施都有很大关系。一般情况下，温度较低的部位，相对湿度会比较高，当局部温度低于露点温度时，就会产生结露现象，通常表现为温室低温区域的植株表面、高秆作物植株顶端、植物果实和花序上结露[1-3]。春秋季时，外界日光照射较强，空气干燥时设施内容易形成低湿环境。长时间处于低湿环境中，作物容易出现叶片变小的趋势。预防低湿主要有2种方式，一种是通过雾化加湿设备进行加湿，使用时应避免作物被沾湿，但该设备需要一定费用；另外一种是利用作物本身的蒸腾作用蒸发出的水，保持湿度。收获期的番茄植株蒸腾量约是设施内饱和水蒸气量的5倍。因此保持温室通风口的密闭性，减少水蒸气的蒸散，可以增加温室内的湿度。换气时，尽量减少外界干燥空气的直接进入，并依据温室的内外温度差、风速、风向等因素时刻调整通风口的开度大小，保持室内的湿度。

若作物突然处于湿度很低的环境（低于10%～20%）下，而其蒸腾量还继续增加，这样

就会破坏植物体内的水分平衡，使其叶片气孔瞬间关闭，造成作物萎蔫。管理的方法是避免通风换气口突然开闭；降低温室温度；延长通风口从打开到全开的时间。室内使用加湿设备和遮阳网时要连续使用，着重管理湿度。

空气湿度与作物生长发育及病害发生的关系

空气水分除了影响作物的氣孔开闭和叶片的蒸腾作用外，还直接影响作物的生长发育情况[2]。不同蔬菜种类、品种以及蔬菜不同生育时期对湿度要求不尽相同。一定温度条件下，作物生长发育都存在最适宜的空气湿度，一般情况下，大多数蔬菜作物生长发育适宜的空气相对湿度为55%～85%（表1）[1]。若温室内的空气湿度过低，作物的蒸腾速率就会相对提高，作物失水也会相应增加。如果土壤水分充足、根系吸水正常，就可以维持作物体内的水分平衡，对作物生长发育影响不大。反之则会造成叶片气孔开度减小，蒸腾速率下降，直接影响作物光合性能及植物体内水分的吸收、运输，严重时，植株会失水萎蔫甚至导致叶片干枯。空气湿度过低还会影响细胞伸长，阻碍细胞分裂，导致植株叶片过小、过厚，机械组织增多，开花坐果率低，果实膨大速度慢。空气湿度过高则会抑制作物蒸腾作用，影响作物对水分和养料的吸收，还会导致番茄、黄瓜等蔬菜叶片缺钙、缺镁，造成叶片失绿、光合性能下降，影响蔬菜产量和品质[2]。

空气湿度过大或结露会引发多种病害，果实或叶片长时间结露是温室内番茄灰霉病发生的主要原因。黄瓜的霜霉病、疫病，番茄的灰霉病、叶霉病，甜椒的菌核病、花叶病，草莓的芽枯病等均与温室高湿度显著相关（表2）[4]。由于温室内湿度过大，病害较易发生。冬春季时，日出后温室的温度会急剧上升，如果温室内果实或叶片的温度升高速度低于温室内温度的升高速度，果实或叶片表面就会出现结露现象，这也是收获前温室内发生灰霉病的主要原因。例如，温室内温度为22℃，相对湿度为85%时，温室内的露点温度就是19.4℃。当实际果实的温度比环境温度低2.6℃时，就会发生结露现象。因此在日出3～4 h内就应该使温室温度缓慢上升，在1 h内，温室内温度若能上升2～3℃，就能避免果实或叶片结露。冬季日落后，外界温度急剧下降，但由于此时作物温度降低速度低于气温，即使室内湿度较高，作物发生结露或病害的几率也是比较小的[2-3]。

温室空气湿度的保持与控制

温室空气湿度的管理应从调控作物气孔开度、预防病虫害入手，适宜的空气湿度有利于作物气孔的正常开闭，促进作物光合作用，并且可以避免病虫害的爆发，从而提高产量，表3为温室实际生产中推荐使用的温湿度范围值。温室空气湿度的调控包括适宜空气湿度的保持（即避免急剧的变化）和湿度的控制（降湿和增湿）[3，5-6]。

（1）外界气流突然变化会导致植物气孔关闭，而再次打开气孔需要耗费几个小时。因此在进行湿度调控时，应避免室内空气湿度的急剧变化。冬季通风时，干冷空气突然进入温室，温室内饱和差会急剧上升，导致叶片气孔关闭，从而降低植物光合作用，因此温室在通风换气时要注意通风口的开放幅度和开放速度，使温室缓慢达到适宜湿度并保持在稳定状态。

（2）降低温室空气湿度主要是为了减少作物表面结露，最终目的是抑制病害的发生、调节作物的生长发育。降低温室空气湿度的措施主要有被动降湿和主动降湿2种，被动降湿措施有改良灌水、控制灌水量、地膜覆盖、有机物料地面覆盖、减小密闭温室的昼夜温差、降低夜间温室作物栽培场的相对湿度、增加温室内温度等；主动降湿的措施有温室内外气体交换、加温降湿、除湿机降湿等。

（3）有些情况下温室内需要加湿以满足作物的生长要求，比如新扦插的作物、新嫁接的苗都需要高湿环境。最常见的加湿方法为喷雾加湿，其原理是在高压作用下将水雾化成直径极小的颗粒飘在空气中并迅速蒸发，从而提高空气湿度；在生产中也可以通过地面灌水增湿，在干旱地区高温季节，可通过少量多次灌溉促进地表蒸发从而达到增湿目的。

通风技术在温室空气湿度调控中的应用

设施内高湿是密闭所致，通风换气是调节温室内湿度环境的有效方法，通过通风换气，引入湿度相对较低的空气对室内空气湿度能起到稀释作用。通风降湿的措施主要有自然通风降湿、强制通风降湿和强制气体流动降湿3种[3]：①自然通風降湿就是打开通风口让气体依靠温室内外温差或气压差自然流动交换降湿，通过调节风口大小、时间和位置，达到降低室内湿度的目的。这种降湿方法简单有效果，在生产中应用广泛。但由于通风量不易掌握，而且室内湿度并不均匀，因此在寒冷季节放风量不可过大。②有条件时，可采用强制通风，通过风机功率和通风时间计算出通风量，便于精准控制，通过排风扇进行的温室通风降湿耗能较多，但效果较好。③强制气体流动降湿是通过风扇使温室内气体流动，降低作物表面沾湿，从而避免病害的发生。

在日光温室的实际生产管理中，通常采用自然通风方式调整温室内的温湿度、二氧化碳含量及风速，包括前屋面底角通风（图2）和顶部通风（图3）等。在生产中主要采用人工扒缝、卷膜器以及电动齿轮齿条开窗通风等方式[7-8]。本课题组研发的适用于日光温室的顶部通风装置具有安装方便、操作简单、省工省时等特点，通过绳子带动薄膜移动，进而实现顶部带状通风口的打开与关闭，通风口大小可以任意调节，适用于各种不同类型的薄膜温室。该装置主要由放风器、传动轴、驱动线和定滑轮等组成[9]。①放风器是整套装置的动力输出部分，固定在温室侧墙第四、五骨架之间，动力输出轴与传动轴连接，通过拉动铁链实现顶部通风口的开启与关闭，15 s就能完成放风操作，显著减少了开闭通风口的时间和劳动强度。②传动轴主要起到传送动力的作用，一般采用镀锌管。传动轴每隔一段距离会通过轴套与骨架焊接，一般每隔一排骨架焊接一个轴套。轴套可采用镀锌管、钢筋圈或轴承，安装时尽量满足传动轴的同心性，使传动轴在同一条直线上，保证动力均匀输出和整套装置的稳定运行。③驱动绳固定在传动轴上，通过两个方向的运动实现风口的开启与关闭。一般采用5～6 mm粗的耐老化尼龙绳作为驱动线，每隔两排骨架设一驱动线。安装时保证通风口处于关闭状态，先将驱动线的一端缠绕在传动轴上，然后拉直并与焊接在顶部薄膜中的绳子固定，穿过定滑轮，将绳子的另一端也缠在传动轴上。④定滑轮可以使驱动绳自由通过，固定在压膜线上（通风口的下方），位置在距焊接于顶部薄膜内绳子20 cm处。进一步的试验表明该日光温室顶部通风系统通风效果良好，在晴天和阴天除湿效果明显（图4、图5）[10]。在此基础上开发出的基于温度、雨量传感器的日光温室顶部智能通风系统已投入应用，更加节时省力（图3）；本实验室研发的新型滑盖式节能日光温室采用顶部和前屋面底角通风窗自动控制通风，对温室温湿度等环境因素实现更加灵活高效的管理[11]（图6）。

总结

基于通风技术的温室空气湿度环境调控总结如下：

调控原理

从调控作物气孔开度以及预防病害角度入手，调控室内湿度，使作物叶片的气孔张开，促进作物进行光合作用，从而防控病害的发生，提高园艺作物的产量和品质。

调控方法

①打开温室换气口，应避免通风气流过大，造成植物叶片气孔关闭；②日出前3～4 h，温室内气温上升速度应控制在2～3℃/h，以防止产生结露现象，从而减弱病害的发生和传播。

调控要点

①安装时，日光温室顶部通风系统的传动轴应最大限度的靠近温室骨架上弦，以减小磨擦，保证系统正常运行，顶部薄膜要尽量拉紧。手动通风时，要匀速打开通风口，保证放风器内部的轴承受力均匀，延长其使用寿命；②通风时要时刻注意风向、风速、雨量、温度、通风口或通风窗开度大小等，下雨前要紧闭通风口，以免积水。要避免气流过大，造成植物叶片气孔关闭，应结合温室综合环境因子进行基于通风技术的温室空气湿度管理；③自然通风包括室外风速、室内外温差和温室的通风口3个主要因素，通风口设置的合理与否直接影响温室自然通风的能力和效果，是日光温室设计中应该重点考虑和关注的要点[12]。

参考文献

[1] 张福墁.设施园艺学[M].2版.北京：中国农业大学出版社，2010.

[2] 李式军，郭世荣.设施园艺学[M].北京：中国农业出版社，2011.

[3] 李天来.日光温室蔬菜栽培理论与实践[M].北京：中国农业出版社，2013.

[4] 周长吉.现代温室工程[M].2版.北京：化学工业出版社，2009.

[5] 王昊，李亚灵.园艺设施内空气湿度调控的研究进展及除湿方法[J].江西农业学报，2008（10）：50-54.

[6] 胡艳清，孙号茗，田树良.园艺设施内的湿度调控研究[J].农业科技与装备，2012（09）：35-37.

[7] 程秀花，毛罕平，伍德林.温室自然通风研究进展[J].安徽农业科学， 2009（08）：3803-3805.

[8] 曹新伟，史慧锋，肖林刚，等.日光温室电动齿轮齿条开窗通风系统设计[J].农业工程技术（温室园艺），2016，36（10）：46-47.

[9] 马健，须晖，李天来.日光温室顶部通风装置[J].新农业，2009（08）：56-57.

[10] 谢迪，须晖，李天来，等.顶部通风对日光温室内温湿度的影响[J].江苏农业科学，2010（06）：573-575.

[11] 孙周平，黄文永，李天来，等.彩钢板保温装配式节能日光温室的温光性能[J].农业工程学报，2013，29（19）：159-167.