陕西杨凌不同透明覆盖材料温室内外太阳辐射特性分析

张淑娟,高予尘，刘 典，杨振超

( 西北农林科技大学 园艺学院，农业部西北设施园艺工程重点实验室，陕西 杨凌 712100)

光是影响园艺植物光合作用的重要生态因子[1]，其对温室环境中的作物产量及品质有重要的影响。光合有效辐射(Photosynthetically Active Radiation，PAR)是指波长范围为400～700 nm能为植被进行光合作用的那部分太阳辐射[2]。研究温室内外太阳总辐射量变化规律及温室太阳辐射利用效率对于促进提高温室生产具有显著意义，同时为如何改善作物生长环境提供了理论依据。目前，关于温室采光结构、光照时空变化规律作物群体内光照分布、光环境模拟等的研究较为深入，但对温室内太阳辐射利用效率变化规律、净辐射变化规律等的相关研究报道较少[3～5]。

笔者试验分析了温室内外太阳总辐射量的变化规律，温室内太阳总辐射和净辐射的相关性，以及不同材料使用时对温室内太阳辐射利用效率及总辐射与净辐射相关性的影响，以期为日光温室的结构优化和环境控制提供理论依据。通过实际的研究与讨论，对于西北地区光合有效辐射在不同季节的典型时节(春分)前后典型天气(晴天与阴天)到达地面光谱的特性，在不同的覆盖材料下，实际使用时对于温室内部光合有效辐射的强度有何影响，为进一步分析PAR的变化条件作出基础贡献。为合理进行温室的覆盖来料提供参考，为我国设施农业的发展与建设提供一份坚实的理论依据。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

实验地点为陕西杨凌西北农林科技大学南校区园艺学院三种模型温室，温室结构参数完全相同，覆盖材料不同，分别是EVA塑料薄膜、聚碳酸酯板和浮法玻璃。太阳辐射光谱测量仪器为光谱分析仪PS-300型。

1.2 试验方法

实验于2015年春分前后典型阴天日，典型晴天日，对西北农林科技大学园艺学院闲置模型温室内外太阳辐射光谱现场测定。

实验当天，根据当地气象台的日出时间预报提前半小时到达，组装并调试仪器，设置测量记录时间为半小时一轮，自日出至日落，每轮由每小时的整点和半时开始，间隔5 min，按先后顺序测量EVA塑料薄膜大棚内部、空地、聚碳酸酯板模型温室内部、浮法玻璃模型温室内部的PAR值加以记录。

1.3 取样方法与测定项目

利用光谱分析仪PS-300型， 安装其配套软件SpectraWiz Spectrometer OS v5.0(c)2011，将Temperature compensation(温度补偿)选项勾选，以便减少温度对于所得数据的影响(事实证明在太阳辐射光谱很低的时候，如日出日落，此选项是否勾选的数值相差在5～6倍左右)。在View设置中，将Starting Wavelength(起始波长)设置为300，Wavelength Increment(波长增量)设置为1，Ending Wavelength(终止波长)设置为1 000，即测定波长300 nm到1 000 nm的光谱数据，间隔为1 nm。

调试完毕后，将光谱分析仪仪器置于各个测定点的固定位置中，避免不断移动测定点而导致的结构遮光，影响实验结果与分析。

1.4 试验数据处理与分析

使用Microsoft Excel 2007软件和DPS7.05统计软件进行处理与分析，并用Microsoft Excel 2007软件进行制表与制图。

2 试验结果与分析

2.1 室外太阳辐射光谱特性

由图1和图2可以看出，春分室外典型晴天与阴天太阳总辐射量的变化趋势基本相同，在中午13:00-14:30达到最大值。太阳总辐射量晴天较阴天大，总辐射差值Q总值差为1.26E+04μmol m-2s-1，平均值差值Q平均值差为5.05E+02μmol m-2s-1。春分室外典型晴天与阴天PAR变化趋势基本相同，PAR晴天较阴天大，总辐射差值Q总值差为4.13E+03μmol m-2s-1，平均值差值Q平均值差为1.65E+02μmol m-2s-1。

图1 2015年春分室外典型晴天日光谱变化

图2 2015年春分室外典型阴天日光谱变化

2.2 不同材料覆盖下温室内、外太阳辐射日光谱分析

春分典型晴天与阴天时，不同材料覆盖下温室内太阳辐射日光谱统计表见表1，具体情况分析如下：

EVA塑料薄膜温室内太阳总辐射总值较室外少,太阳辐射量变化趋势和室外基本相同，在中午14:00左右达到最大值。晴天时，EVA内太阳能总辐射利用率为EVA总辐射为QEVA总与室外总辐射Q室外总的比值，其大小为63.85%。PAR辐射利用率为66.26%。阴天时EVA内太阳能总辐射利用率和PAR辐射利用率分别为81.25%和76.81%。

聚碳酸酯板温室内太阳总辐射总值较室外少,太阳辐射量变化趋势和室外基本相同。晴天时，聚碳酸酯板温室内太阳能总辐射利用率为总辐射Q聚碳酸酯总与室外总辐射Q室外总的比值，其大小为38.34%。PAR辐射利用率为聚碳酸酯板温室内PAR总值Q聚碳酸酯PAR与室外PAR总值Q室外PAR的比值，其大小为43.34%。阴天时聚碳酸酯板温室内太阳能总辐射利用率和PAR辐射利用率分别为49.18%和48.5%。

浮法玻璃温室内太阳总辐射总值较室外小。晴天时，浮法玻璃温室内太阳能总辐射利用率为总辐射Q浮法玻璃总与室外总辐射Q室外总的比值，其大小为67.41%。PAR辐射利用率为浮法玻璃温室内PAR总值Q浮法玻璃PAR与室外PAR总值Q室外PAR的比值，其大小为69.77%。阴天时浮法玻璃温室内太阳能总辐射利用率和PAR辐射利用率分别为60.55%和65.35%。

表1 2015年春分不同材料覆盖下温室内外太阳辐射日光谱分析

3 讨论与结论

杨凌区春分时不同材料覆盖下，云层对于温室内PAR及总辐射的影响较大，在典型阴天日的情况下一般只为典型晴天日的50%左右。通过统计杨凌区春分时不同材料覆盖下温室内外太阳辐射光谱特性， 晴天时，EVA塑料薄膜大棚、聚碳酸酯温室和浮法玻璃温室内的PAR透光性分别为76.88%、43.3%和69.77%。阴天时，EVA塑料薄膜大棚、聚碳酸酯温室和浮法玻璃温室内的PAR透光性分别为76.81%、49.18%和53.83%。由此得出，杨凌区EVA塑料薄膜大棚的PAR透光性最高，浮法玻璃温室次之，聚碳酸酯温室较差。