河北省日光溫室現狀及改進措施

魏瑞江　王　鑫　狄政敏（河北省氣象科學研究所，河北石家莊 0500；河北省氣象與生態環境重點實驗室，河北石家莊0500；河北省農業技術推廣總站，河北石家莊 0500）

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河北省日光溫室現狀及改進措施

魏瑞江1，2王鑫1，2狄政敏3
（1河北省氣象科學研究所，河北石家莊 050021；2河北省氣象與生態環境重點實驗室，河北石家莊050021；3河北省農業技術推廣總站，河北石家莊 050021）

通過對河北省日光溫室的結構進行調查，闡述了河北省日光溫室結構現狀，指出部分日光溫室結構存在跨度過大、墻體厚度欠合理、溫室內地面下沉深度過深等問題，并針對河北省各地實際地理位置，計算出河北省由南向北合理的前屋面角為26.97°～32.47°，土墻日光溫室的墻體最小厚度為1.1～1.8 m，10 m跨度的下沉式日光溫室內地面適宜下沉深度最大為0.5～0.8 m。

魏瑞江，女，正研級高工，主要從事設施農業氣象災害及設施農業小氣候資源高效利用技術研究，E-mail：weirj6611@sina.com

河北省設施農業經過多年的發展，已經具有一定規模。截止到2014年末，河北省日光溫室面積達240 000 hm2，僅次于遼寧省和山東省，居全國第3位；蔬菜總產量近2 000萬t，為豐富人們菜籃子起到了巨大的作用。為充分了解河北省日光溫室現狀，筆者對河北省日光溫室的結構進行普查，以便找出其中存在的問題并進行改進，為優化日光溫室結構、保障設施農業可持續發展提供參考。

1 河北省日光溫室現狀

表1 河北省不同區域日光溫室結構參數

通過調查得到（表1），河北省日光溫室長度50～150 m，跨度6.3～18.0 m，脊高1.75～5.00 m，高跨比為0.2～0.5。墻體材料主要以土或磚為主，即土墻日光溫室和磚墻日光溫室（磚墻中另加保溫材料，如苯板等），還有少量的土、磚結合墻體或土、石頭結合墻體或秸稈墻體。日光溫室的后墻最厚處厚度為0.3～7.0 m，最薄處0.3～3.0 m；山墻最厚處厚度為0.3～6.5 m，最薄處0.3～5.0 m。日光溫室內地面與溫室外地面相比較，有下沉和不下沉2種，在下沉的溫室中下沉深度0.25～1.50 m。

根據2013～2015年對承德、廊坊、保定、石家莊、邢臺等地日光溫室內小氣候的觀測得出，承德市的石頭+土墻日光溫室內冬季最低氣溫在5 ℃以上，廊坊、石家莊等地的土墻日光溫室內冬季最低氣溫在5 ℃以上，冀中南磚墻日光溫室內冬季最低氣溫為0 ℃左右，可見磚墻日光溫室和磚+苯板墻體的日光溫室冬季不能滿足果菜類蔬菜生長，石頭+土墻日光溫室和土墻日光溫室一般年份冬季熱量能夠滿足果菜類蔬菜生長，但個別年份也會出現熱量不足狀況。

2 存在問題

2.1 部分日光溫室跨度過大

冀中南地區部分日光溫室跨度達16～18 m，高跨比有的僅0.2～0.3。雖然日光溫室跨度大土地利用率高，但在溫室高度和后屋面高度一定的情況下，溫室跨度越大采光面的角度越小，不利于白天采光增溫（劉志杰 等，2007；劉彥辰 等，2013；唐中祺 等，2014），同時散熱面增大，不利于保溫。根據實際觀測得出，11月至翌年3月在連續寡照天氣下，無論是大跨度日光溫室還是小跨度日光溫室，溫室內的氣溫不能滿足果菜類蔬菜生長發育需求，連續寡照持續時間越長，溫室內氣溫就越低（魏瑞江 等，2010）。如2015年11月4日至25日，河北省出現持續霧霾、陰雨（雪）等寡照天氣，冀中南43個縣（市）持續20多天無日照，9 m跨度日光溫室和12 m跨度日光溫室內的最低氣溫均降到0 ℃左右，果菜類蔬菜遭遇凍害。

2.2 日光溫室墻體厚度欠合理

機筑土墻日光溫室是河北省普遍存在的溫室類型，河北省土墻日光溫室有的墻體最厚處達6～7 m。日光溫室墻體的厚度決定了溫室的保溫效果，墻體過薄，溫室的保溫效果就差，墻體越厚，儲熱保溫效果越好，但當達到一定厚度后，厚度增加對溫室增溫的作用不大（楊建軍 等，2009；李建設等，2010）；而且日光溫室墻體過厚，土地利用率低。

2.3 日光溫室內地面下沉深度過深

目前河北省日光溫室內地面下沉深度為0.25～1.50 m。就日光溫室的保溫性來說，溫室內地面下沉深度越大，夜間溫室內的溫度波動越小，其土壤的保溫效果也越好，但白天溫室內接受太陽輻射時，隨著下沉深度的增大，溫室南部的陰影區面積也隨之增大，給溫室內土壤蓄熱及溫室南部蔬菜的生長帶來較大的不利影響（張峰 等，2008；王思倩，2012），而各地接受太陽輻射與其地理緯度、太陽高度角、太陽方位角、溫室前屋面角等因素有關，所以不同的區域溫室內適宜下沉深度是不同的（佟國紅 等，2010；李清明 等，2011；王思倩 等，2012；郭芬芬 等，2014）。

3 改進措施

3.1 合理設計溫室的高度和跨度

在日光溫室前屋面角一定的情況下，跨度越大，要求溫室的脊越高，但一般情況下，溫室不可能太高；在高度一定的情況下，跨度越大，前屋面角越小，從而影響溫室內采光。在溫室設計中，應保證冬至日（光照最弱時）日光溫室能獲得最大采光，即前屋面角應合理（魏曉明 等，2010）。根據魏曉明等（2010）的研究成果，得出河北省各地合理的前屋面角在26.97°～32.47°之間（表2）。在保證合理的前屋面角的情況下，當溫室的跨度分別為8、10、12 m時，日光溫室的脊高（H）也逐漸增大，在3.6～6.3 m之間（表2）。

表2 河北省各地日光溫室合理的前屋面角、不同跨度下的脊高和墻體最小厚度

3.2 合理規劃溫室的墻體厚度

日光溫室墻體厚度的確定應在滿足其承載能力的前提下，達到設計要求的保溫蓄熱能力，對于土墻而言，還應結合土質狀況。目前日光溫室墻體厚度設計所采用的方法主要為凍土層法和低限熱阻法（李明 等，2014）。凍土層法主要用于土墻的設計，其設計原則是使土墻體厚度不小于當地凍土層，且越厚越好（聶和民，1990；岳玲 等，2005），但該方法目前尚缺乏相應的理論依據。低限熱阻法要求墻體熱阻或熱惰性指標應不低于日光溫室結構（JB/T 10286—2001）與夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準（JGJ 134—2001）中規定的低限熱阻和熱惰性（柴立龍 等，2007；周長吉和丁小明，2008）。根據周長吉和丁小明（2008）、劉加平（2009）的研究成果，確定日光溫室圍護結構的低限熱阻值，按照低限熱阻法計算河北省各地土墻日光溫室墻體的最小厚度為1.1～1.8 m（表2）。

3.3 合理調整溫室內地面的下沉深度

研究表明，下沉深度所致的溫室內陰影率以不超過15%為宜（李霞 等，2011）。根據河北省各地地理緯度、前屋面角、太陽高度角、方位角等的不同及其隨時間的變化情況，得出當日光溫室內的跨度分別為8、10、12 m時，河北省11個市及最北端和最南端的縣所在地的日光溫室內最大下沉參考深度（表3）。以10 m跨度的下沉式日光溫室為例，河北省日光溫室內地面適宜下沉深度最大為0.5～0.8 m，就各縣來說，最北邊的圍場縣日光溫室內適宜最大下沉深度為0.5～0.6 m，最南端的大名縣則為0.7～0.8 m。另外，溫室內地面下沉深度還應考慮當地地下水位的高低和溫室外排水等因素，視具體情況而定。

表3 河北省日光溫室內最大下沉參考深度

4 結語

日光溫室為蔬菜反季節生產提供了小氣候環境，而日光溫室的結構合理與否關系著溫室內小氣候環境的優劣，關系著蔬菜能否正常生長發育。在溫室結構方面許多專家進行了多方面的研究，給出了日光溫室適宜的前屋面角、墻體厚度、溫室內地面下沉深度等的計算公式，但由于公式中涉及參數較多，且在前人的研究中少有給出針對河北不同區域日光溫室結構的適宜數值，不利于推廣。筆者針對河北省各地實際地理位置，計算出了不同區域、不同站點日光溫室適宜的前屋面角、墻體厚度、溫室內地面下沉深度等，得出河北省由南向北合理的前屋面角為26.97°～32.47°，土墻日光溫室的墻體最小厚度為1.1～1.8 m，10 m跨度的下沉式日光溫室內地面適宜下沉深度最大為0.5～0.8 m，為河北省日光溫室建造提供理論依據，減少盲目性和隨意性。

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收稿日期：2016-03-07；接受日期：2016-05-13

基金項目：公益性行業（氣象）科研專項（GYHY201306039），河北省現代農業產業技術體系蔬菜產業創新團隊建設項目