南方地区圆拱形和锯齿形大棚内温度四季差别探究＊

张应超，罗 健，伏广农，刘士哲（华南农业大学无土栽培技术研究室，广州 510642）

利用温室大棚进行蔬菜生产，保障蔬菜的不间断供应。在南方地区，特别是在炎热的夏季，除了考虑抗风、遮雨的性能外，通过高效节能的方式降低大棚内的温度是大棚在设计和建造时必须考虑的问题[1]。

锯齿形大棚因其顶部的结构样式呈锯齿状而得名。降低大棚内温度的方式有遮阳降温、水帘蒸发降温、空调降温和自然通风降温等[2]。水帘蒸发降温和空调降温的运行成本高昂，普及程度低，较为常用的是自然通风降温和遮阳降温。在炎热的夏季，当大棚内的空气受热后，热空气上升到棚顶，圆拱形大棚由于棚顶是封闭的，所以棚内热空气不能及时排出，从而导致棚内温度较高。锯齿形大棚内的热空气上升到棚顶后，在锯齿口沿着棚顶瓦面与棚外温度相对较低的空气进行热交换，从而促进棚内空气流动，使棚内达到自然降温的目的[3]。

在炎热的夏季，当大棚内的热空气不能及时地排出棚外时，棚内的温度会急剧上升，当棚内的温度高于蔬菜正常生长的最高温度时，就会对蔬菜生长产生不利的影响。为了解大棚结构对大棚内温度的影响，选择三种结构的塑料大棚，从2019 年5 月11 日～2020 年5 月16 日，利用温湿度自动记录器监测、记录并保存棚内的温度。

材料与方法

监测地点和供监测塑料大棚结构

监测地点位于北纬113°78′，东经23°43′，在广州市增城区小楼镇约场村广州绿垠农业科技发展有限公司无公害水培蔬菜生产基地内。选择用于监测的三个大棚的编号、外观以及参数分别如图1 和表1 所示：

图1 被监测塑料大棚的外形结构示意图

表1 被监测塑料大棚的建造参数/m

监测时间和方法

监测时间为2019年5月11日～2020年5月16日。在选定的三个连栋大棚内，分别利用温湿度自动记录器在大棚中心，离地2.5 m处中间位置每隔半小时读一次棚内的温度，并记录。在试验过程中大棚内均种植了各种叶菜类蔬菜。

监测结果

塑料大棚结构对大棚内平均温度的影响

“平均气温”作为指示空气温度的重要指标之一，被广泛应用。在农学领域，许多关于植物生长过程中的水土资源模型、土壤侵蚀模型都利用到了日平均温度[4]。日平均温度的计算方法有多种，有极值平均法，四次平均法（北京时间2:00，8:00，14:00 和20:00）和8 次平均法等。不同计算方法得到的平均值的数值是不同的，唐国利[5]的研究表明，极值平均温度和四时平均温度的数值无显著差异。日平均气温准确的数值是将温度曲线积分后获得的[6]。

塑料大棚结构对大棚内日平均温度的影响

在本次监测中，日平均气温的计算方法为48 次平均值。在监测期间内，三种大棚内每天的日平均温度分别如图2～ 图14 所示。

图2 三种棚内2019 年5 月每天的日平均温度

图3 三种棚内2019 年6 月每天的日平均温度

图4 三种棚内2019 年7 月每天的日平均温度

图5 三种棚内2019 年8 月每天的日平均温度

图6 三种棚内2019 年9 月每天的日平均温度

图7 三种棚内2019 年10 月每天的日平均温度

图8 三种棚内2019 年11 月每天的日平均温度

图9 三种棚内2019 年12 月每天的日平均温度

图10 三种棚内2020 年1 月每天的日平均温度

图11 三种棚内2020 年2 月每天的日平均温度

图12 三种棚内2020 年3 月每天的日平均温度

图13 三种棚内2020 年4 月每天的日平均温度

图14 三种棚内2020 年5 月每天的日平均温度

监测期间内，三种类型塑料大棚内日平均温度的差值如表2 所示。从表2 可以得知，除了在10 月份，B 棚内日平均温度有2 天低于A 棚的日平均温度、有3 天低于C 棚的日平均温度外，在监测的其他时间内，B 棚内的日平均温度均高于A 棚和C 棚内的日平均温度，这是因为棚内的空气吸收热量后，形成大量密度降低的热空气，B 棚棚顶的圆拱形结构导致棚内大量的热空气无法排出，从而使B 棚内的温度升高；A 棚和C 棚中的热空气上升到锯齿口时会与棚外温度较低的冷空气进行气体交换，所以，A 棚和C 棚内的整体日平均温度比B 棚内的整体日平均温度低。

表2 监测期间三种类型大棚内日平均温度的差值

塑料大棚结构对大棚内月平均温度的影响

在本次监测中，月平均温度为日平均温度的算术平均值。三个大棚内每月的月平均温度如图15 所示；从图15 可知，在监测期间内，A 棚（锯齿形大棚）和C 棚（锯齿形大棚）的月平均温度均比B 棚（圆拱形大棚）的月平均温度低。其中，A 棚比B 棚月平均温度低0.2～1.5 ℃，C 棚比B棚月平均温度低0.6～1.6℃。

图15 三种类型大棚监测期间内每月棚内的月平均温度

塑料大棚结构对大棚内月最高温度的影响

在监测期间内，三个大棚内的月最高温度如图16 所示，从图16 可知，三个大棚中，B 棚的月最高温度均高于A 棚和C 棚的月最高温度。其中B 棚的月最高温度比A 棚的月最高温度高0.5～7.8℃，比C 棚的月最高温度高1.7～7.3℃。三个大棚内的月最高温度都高于气象台发布的月最高温度。A 棚、B 棚和C 棚的月最高温度分别比气象台发布的月最高温度高6～11.3℃、8.3～16.6℃和4.8～10.6℃。

图16 三种类型大棚内每月最高温与气温月最高温

表3 监测期间三种类型大棚内每月的最低温度/℃

结论

圆拱形大棚内的最高温要高于锯齿形大棚内的最高温，B 棚的最高温比A 棚、C 棚的最高温分别高7.8℃、7.3℃。圆拱形大棚内的月平均温度比锯齿形大棚内的月平均温度高，B 棚内月平均温度比A 棚和C 棚内月平均温度高0.2～1.5℃和0.6～1.6 ℃。在监测的371 天内，B 棚内日平均温度高于A 棚和C 棚内日平均温度的天数为369 天和368 天。

在南方夏季高温季节，传统的圆拱形塑料大棚的温度要比锯齿形大棚的温度更高，且通风透气性差，给水培蔬菜生产带来了极为不利的影响，通过大棚结构的改进，由传统的圆拱形改为锯齿形结构，并适当提供大棚肩高，可加大幅度地降低棚内温度，同时也有利于夏季通风换气，为水培蔬菜的生长提供一个相对较好的生长条件，这是目前为什么在南方地区广为使用锯齿形大棚的根本原因，今后在南方夏季高温季节的大棚结构设计上建议在这方面进行适当的改进。