越冬茬设施黄瓜智能通风控温控湿研究

陈 晔

（沈阳市现代农业研发服务中心；沈阳市农业科学院，辽宁 沈阳 110034）

温室生产中，环境温度、湿度是影响作物生长发育的重要因素，是决定优质高产的关键环节之一。传统日光温室的通风控温、控湿仍然是由人工开闭风口操作完成，人工放风需要有人长期在设施中观察温度，每天都要占用2-3小时进行放风，人工浪费严重，并且温湿度难以做到精确控制，远未达到作物生长需要的最佳环境条件。多云多风异常天气，人员管理不及时，棚室温度会忽冷忽热，导致作物病害发生；雨天常因关风不及时，造成雨水进棚，损毁作物；因遗忘而忘记开风，导致温室出现高温、亚高温危害，影响作物产量和品质，有的甚至绝收。黄瓜是世界范围内需求量较大的蔬菜种类之一，随着种植管理技术和设施的不断发展，设施黄瓜的面积也在不断增加。因此，开展设施黄瓜智能通风控温控湿数学模型研究，解决设施黄瓜温室内温湿度调控等一系列难题，实现智能通风精准控温控湿操作，为设施黄瓜标准化栽培、产业规模化发展提供科技支撑，对实现设施黄瓜提质增效具有重要意义。

1.材料与方法

1.1 供试材料

1.1.1 通风设备

采用沈阳青联农业科技有限公司生产的MN127型通风器。该设备主要由电源、控制器、传感器和执行器四部分构成，单机可带动120米温室通风，适应各类温室结构现状、气候条件，产品性能稳定、质量可靠，数据采集精准、存储查看便捷。

1.1.2 试验棚室

在辽宁沈阳新民市大民屯镇平安堡村选择相邻传统混合钢架结构日光温室10个，长度从81-224米，宽度在7-8米，墙体厚度在3.7-6.3米，墙体高度在2-4米，使用年限为0-12年间。（基础数据见表1）

表1 目标棚室基础数据采集表

2 钢架 122° 54′ 27″ 42° 41′ 53″ 615 301 81.4 8 4.5 4.1 4 良好3 钢架 122°54′23″ 42°42′14″ 616 205 224 7.9 4 5.1 3 良好4 钢架 122° 54′ 53″ 42° 42′ 35″ 616 193 112 7.5 3.8 3.7 2 一般5 钢架 122° 54′ 53″ 42° 42′ 36″ 616 186 113 7.2 3.7 3.7 2 一般6 钢架 122° 55′ 11″ 42° 42′ 16″ 612 191 91.38.65 4.8 6.3 2.4 优质7 钢架 122° 55′ 52″ 42° 43′ 00″ 619 178 104.6 8 3.7 3.7 2.8 一般8 钢架 122° 54′ 25″ 42° 41′ 50″ 646 195 90 7.95 4.2 4.2 3.7 较差9 钢架 122° 55′ 12″ 42° 41′ 49″ 622 89 165 8 4.3 4.3 3.7 一般10 钢架 122° 55′ 11″ 42° 41′ 48″ 614 63 147 8.2 4.3 5.4 3.5 优质

1.1.3 供试作物

种植黄瓜（Cuculnis sativu L .）品种为奇美1号。

1.2 试验设计

1.2.1 技术路线

根据黄瓜产量、品质、收入记载，从观测数据中筛选出产量高、质量优、经济效益高的目标棚室，整理分析MN127型通风器测定并存储的温室小气候环境数据，探究科学放风调控对设施黄瓜产量、品质、效益的影响，总结出一天中的早晨、上午、中午、下午、傍晚五个时段最佳放风温度和变温时间，编制人工智能模拟环境控温最优数学模型。

1.2.2 设备安装

在定植越冬茬黄瓜前，目标棚室安装智能通风器。其中，目标棚室3安装两套通风设备，其余每棚室安装1套设备，每套设备配备温度传感器安装3个，传感器1为棚室主控温传感器，安装于棚室风口正下方，作物生长点上10公分位置。传感器2、3安装于近风口和远风口端各1个，其除可替代主控温传感器控温外，还可通过比较与主控温传感器所获温度差值，对提高或降低控温参数，提前或延后开风和关风时间进行分析比较。

1.2.3 栽培管理

各棚室统一栽培管理模式。

①整地施肥。结合整地，亩施充分腐熟优质有机肥3000kg，过磷酸钙100～150kg，饼肥200～300kg，草木灰50～100kg。深翻30cm，然后耙细整平，做畦，浇水保墒待定植。

②定植。2020年l0月20日播种，膜下5cm地温稳定在12℃后，于11月23日定植。

③前中期管理。定植后约15d，浇1次稀薄腐熟粪水，趁墒松土；四叶一心到盛果期及时搭架和吊（绑）蔓，保持土壤湿润，结合浇水隔两水追1次肥，结瓜盛期可隔1水追1次肥，开沟追施或穴施。

④后期管理。盛果期后，平均10d左右浇1次肥水，每隔7-10 d叶面喷施速乐硼1次。

2.结果与分析

2.1 最优棚室筛选

采用产量和口感来进行最优指标筛选，产量测量按照单果质量来评估，10个目标棚室每隔10米选取一目标点，采摘1颗黄瓜测量单果质量，1颗果实用于口感评价。选取目标点平均质量作为棚室果实质量。将每个棚室采集用于口感评价的果实切成均匀小块，每个棚室混合在一起，随机挑选20人试尝待评价样本，并给出相应评分，最优为10分，最低为1分，将20人平均评价作为样本最终口感评价指标。

使用距平百分率评估质量与口感，其表达公式为：

距平百分率=（实测值-均值）/均值

分别计算10个目标棚室质量距平百分率和口感距平百分率。将-100%至100%折算为-10分至10分质量评分和口感评分，并按照1：1比例综合计算综合评分，按照综合评分高低评价目标棚室优劣。（综合评分结果见表2）由表2可知：目标棚室6综合评分4.5最高，为最优棚室。

表2 目标棚室综合评分表

2.2 最优调控指标确定

选取目标棚室6作为最优调控目标棚室，以进一步探究调控指标的差异。同时选取目标棚室3/4/8进行调控指标对比分析。其中目标棚室6内有3个传感器，6-1、2、3传感器据地距离、距东山距离、距北墙距离分别为1.3米、1.36米、1.33米；31米、46米、62米；1米、0.95米、0.79米。将各棚室传感器在同一时期获取的温度数据进行独立样本t检验，检验其显著性见表3。并制作折线图。（见图1）

表3 优质调控对温度的影响（℃，X±s）

图1 传统混合钢架结构目标棚室每50分钟温度变化图

由表3和图1可知：目标棚室6与目标棚室4、目标棚室8存在极显著性性差异，这表明两种的调控指标差异较大，这与目标棚室综合评分吻合，目标棚室3和目标棚室4为此批次实验中最不好的两个调控指标。他们的差异主要体现在最优调控棚室6夜间温度明显低于目标棚室4和8，棚室6最低温度为9℃左右，而目标棚室8最低温11.0℃，目标棚室4最低温度8.6℃；这是由于最优调控的落帘时间在16点40分左右，起帘时间早，在7点20分至8点之间温度开始上升，而调控较差棚室在16点10分左右即开始闭棚，较优质棚室早30分钟左右，通过推迟落帘时间，延长光照，调整昼夜温差。起帘后，要及时调整，使温度不至于过快增长，要控制增长速度，在 8：00-9：00间温度在 10℃ -18℃。9：30分开始进入迅速升温阶段，控制棚室温度最高温度不宜超过30℃。10：30至13：30之间控制最高温度不要超过28℃，下午2：50至3：10适当关闭风口，提高开关风温度，保持热量。因此，越冬茬设施黄瓜调控指标应为：7：00-8：00，调温范围在 9.5-10.5℃；9：30-10：00，调温范围在 18-27℃；10：30-13：30，调温范围在 26-29℃；14：50-15：10，调温范围在20-24℃；16：20-16：40调温范围在 8-11℃。基于上述试验数据及分析，越冬茬设施黄瓜智能通风控温控湿最优数学模型参数应为：精控开风温度32℃，精控关风温度29℃；设置起点开风温度25℃，起点关风温度20℃；设置排潮温度27℃，排潮开风时间20秒。

3.结论

通过对传统日光温室越冬茬设施黄瓜智能通风精准控温控湿数学模型参数的研究，得到如下结论：越冬茬设施黄瓜智能通风控温控湿数学模型为：当棚室温度达到25℃时，执行器开始开风，开到起点位置停止；当温度上升到27℃时，执行器从起点位置开风20秒，开始排潮，当温度再次达到27℃时进行再次排潮，完成排潮后处理器处于待机状态；排潮后，当温度在20℃-32℃之间，风口处于起点位置待机；当温度高于32℃时从起点位置向最大位置开启放风；当温度低于29℃时，风口关小；当温度低于20℃，风口从起点位置向零点位置关小。