沙漠区域不同墙体日光温室光温性能分析

许红军李彦荣崔拥民蒋卫杰洽特合孜尔旦乃比江

（1新疆农业大学林学与园艺学院，新疆乌鲁木齐 830052；2新疆沙田农业综合开发有限公司，新疆和田 848000）

新疆属于干旱荒漠区，有效耕地面积少，设施园艺产业对农村发展、农民增收做出了重要贡献，推动了设施农业向沙漠、戈壁发展。新疆和田市于2014年在吉亚乡北段沙漠腹地规划建设了面积0.67万hm2（10万亩）、以设施农业为主的“团结新村”（茹克雅，2015）。此后，“和谐新村”、“和融新村”、“和安新村”等多个以沙漠设施农业为主的农业园区陆续建设完成，新疆非耕地设施农业初具规模。然而，新疆沙漠区域居民以少数民族为主，缺乏对温室结构、内部环境因子和外界特殊气候条件的认知，难以有效利用日光温室进行蔬菜生产，达不到较高的经济效益，阻碍了当地农民蔬菜设施农业生产的积极性。

日光温室的光温环境直接影响着作物的生长与发育，通过测试温室内部的温光环境可为作物合理生产、管理提供依据（陈端生，1994；陈青云和汪政富，1996），也是评价不同区域内不同墙体材料、结构的温室性能的主要方法之一（李明等，2014）。近年来，我国多名学者对于不同温室类型、墙体材料等进行了光温环境测试，并不断改进温室结构类型（王倩 等，2013；张勇和邹志荣，2013；赵雪 等，2013；金鲜华 等，2015；张洁 等，2016；王昭 等，2017；朱超 等，2017）。通过对黄淮海、河西走廊、宁夏非耕地、新疆等特殊气候条件下的温室温光环境的测试分析，为当地作物生产管理提供了参考（孙治强和王吉庆，1997；马彩雯等，2010；宋羽 等，2013；高艳明 等，2014；祁光斌 等，2016）。

日光温室的光温环境除受结构、材料、管理等影响外，与温室所在地域的气候条件关系密切（魏瑞江和孙忠富，2014）。新疆和田沙漠温室区域属于新疆塔西南缘冬春设施蔬菜产区（王浩 等，2014），地处塔里木盆地南缘，干旱少雨，昼夜温差较大，造成温室内部温度变化差异大，其光温环境具有一定的特殊性。本试验对处于这一特殊环境条件下的两种日光温室的晴天、阴天光温环境进行测试分析，以期为新疆和田地区温室作物生产和温室建设等提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验温室

测试温室位于新疆和田县吉亚乡沙漠腹地（79.84°E，37.37°N），分别为传统砖墙温室和组装式温室（图1）。温室跨度均为9 m，砖墙温室后墙高3.2 m，材料为37 cm黏土砖墙+10 cm保温板；组装式温室为全钢骨架，后墙高3.6 m，外部及后墙覆盖10 cm厚太空棉。组装式温室由北京佳华泰科技有限公司建设，砖墙温室由当地自主建设。测试期间两栋温室内均种植草莓，采用基质-沙混合栽培，灌溉方式为滴灌，保温被一般在11：00前后揭开，19：00前后关闭。两栋温室间隔约1 km，塑料膜均为当年更换，理论上老化程度一致。

图1 沙漠组装式日光温室

1.2 测试仪器

PDE-KI数据记录仪包括温湿度传感器、土壤温度传感器及光照传感器，由哈尔滨物格电子技术有限公司生产。温度测量范围：-30～70 ℃，准确度±0.5 ℃，分辨率0.1 ℃；湿度测量范围：0～100%，准确度±3%，分辨率1%；光照强度测量范围：0～200 000 lx，准确度±3%。

1.3 试验方法

分别选取两种温室中间位置，将温度、湿度、光照传感器布置在距地面1.5 m处；土壤温度记录仪插入地面30 cm深处。采用PDE-KI数据记录仪监测2018年1～3月温室内部、外部的环境变化，测定间隔时间为10 min，选择最冷月份典型天气进行数据分析。

试验数据分析处理及图表绘制均采用Origin 2017软件（注：文中使用的时间均为北京时间。新疆地域辽阔，测试地点与北京存在2 h左右时差，正午时刻在14：00前后）。

2 结果与分析

2.1 不同温室内外气温变化规律

由图2可知，晴天、阴天条件下温室内外气温变化趋势基本一致，呈现出昼夜温差大、升温快、降温也快的特点，但不同温室日最低温度存在差异。组装式温室的气温较砖墙温室高，白天差异较为明显，夜间差异不大。晴天条件下，组装式温室最低气温为7.4 ℃，砖墙温室为5.7 ℃，此时室外气温为-11.9 ℃，温室内外温差分别为19.3 ℃与17.6 ℃；打开保温被后，室内温度迅速上升，15： 10达到最高值，组装式温室最高气温可达39.8℃，砖墙温室为36.6 ℃，此时室外气温为17.8 ℃；组装式温室平均气温为18.2 ℃，比砖墙温室高3.1℃。阴天条件下温室气温较晴天波动小，组装式温室最低气温为8.1 ℃，砖墙温室为7.4 ℃；组装式温室全天的气温均高于砖墙温室。

2.2 不同温室空气湿度变化规律

图2 不同温室气温日变化趋势

由图3可知，组装式温室的相对湿度在晴天、阴天条件下均高于砖墙温室。晴天条件下，组装式温室全天平均湿度为73.80%，砖墙温室为66.17%。阴天条件下，由于室内、外气温比晴天低，造成温室内部相对湿度均较晴天高，组装式温室和砖墙温室的平均湿度分别为87.23%、78.57%。由于测试温室所处位置为沙漠区域，室外空气干燥，即便是温室内温度波动剧烈、昼夜温差较大，空气中水汽压越来越接近其饱和水汽压力值，但并未达到饱和状态，试验期间温室内部很少出现“结露”的现象。

2.3 不同温室光照强度变化规律

由图4可知，温室内部光照强度与外界光照强度变化趋势一致，但明显低于室外光照强度。晴天条件下，温室内部可接受到光照的时间为8 h左右，光照强度最大值出现在14：30，组装式温室为34 744 lx，砖墙温室为33 663 lx，此时室外光照强度为58 030 lx；组装式温室平均光照强度为20 071 lx，砖墙温室为21 303 lx，略高于组装式温室。阴天条件下，温室内部光照强度较低，温室见光时间为6 h左右，组装式温室与砖墙温室的平均光照强度分别为8 864 lx和10 016 lx。晴天、阴天条件下组装式温室的光照强度都略低于砖墙温室，但差距不明显。

图3 不同温室空气湿度日变化趋势

图4 不同温室光照强度日变化趋势

温室内部光照强度受光照直射、散射与薄膜老化程度的影响，本试验中晴天条件下组装式温室与砖墙温室的平均透光率分别为51.2%与54.9%，阴天条件下分别为31.0%与36.2%。砖墙温室与组装式温室内部光照强度基本一致，说明进入温室内部的太阳辐射一致，在管理方式一致的情况下温室内部温湿度变化只与温室墙体有关。

2.4 不同温室土壤温度变化规律

由图5可知，晴天、阴天条件下温室内部30 cm深度的地温变化均不明显，土壤温度变化较气温滞后。晴天条件下，组装式温室土壤温度全天均保持在15 ℃以上，平均土壤温度为15.3 ℃，而砖墙温室土壤温度较组装式温室偏低，平均土壤温度为13.7 ℃。阴天条件下，组装式温室与砖墙温室的平均土壤温度分别为15.5 ℃和13.9 ℃，略高于晴天。由于新疆和田沙漠区域的特殊气候环境，绝大多数天气为晴天，阴雨天气极少，再加上温室下部为沙漠沙，具有较强的热惰性，造成阴天条件下温室内部30 cm深度处的土壤温度较晴天略高。

图5 不同温室30 cm深度土壤温度日变化趋势

3 讨论

无加温条件下，光照是温室内部的唯一热量来源。通常情况下，温室内部光照强度越大，温室内部温度越高（陈端生，1994）。然而，本试验中砖墙温室内部光照强度略高于组装式温室，但气温、土壤温度均是组装式温室较高。分析原因：是由两栋温室不同的墙体材料造成的。组装式温室墙体材料为表面深色的太空棉，吸热、保温能力都优于砖墙材料，但是不具备蓄热能力，致使组装式温室内部温度上升较快，但无法有效蓄积，导致白天温室内部气温高于砖墙温室。然而，夜间组装式温室内部气温也高于砖墙温室，这与“蓄热能力强的材料夜间温度较高”的理论不一致（佟国红和Christopher，2009）。笔者认为，砖墙温室能够将蓄积的热量释放回温室，但是砖墙温室的保温能力较组装式温室差，造成砖墙温室夜间温度较组装式温室略低。两种温室墙体的蓄放热特性需要进一步研究。

在空气湿度方面，砖墙温室则优于组装式温室。砖作为一种建筑材料来讲，具有一定的吸湿性（许红军，2013），太空棉则不具备此种特性，造成砖墙温室在温度较组装式温室低的情况下，相对湿度也较组装式温室低。

4 结论

本文以新疆和田沙漠腹地特殊区域内的组装式温室与砖墙温室为测试对象，比较了两种日光温室在最冷月的内部环境变化情况。得出如下结论：

① 沙漠非耕地区域具有较好的光照条件，绝大多数时候为晴天，阴雨天气极少，光照强度大；日光温室内部光照强度亦大，可接受光照时间长，适宜设施农业发展。

② 组装式温室的密闭性和保温效果较好，气温、土壤温度、相对湿度均高于砖墙温室。综合来看，组装式温室在新疆和田地区具有较强优势，可广泛应用于南疆非耕地区域。