Ｍ型雙連棟塑料大棚溫光性能研究

賈聰 王傳清 李清明 王少杰 魏珉 宋剛

摘要：針對普通雙連棟塑料大棚抗風能力較弱、夏季降溫和冬季保溫性能較差等問題，設計出一種頂部和四周同時采取內保溫覆蓋的M型雙連棟塑料大棚。結果表明：與普通雙連棟大棚相比，7月份，M型大棚晝最高氣溫和晝平均氣溫分別降低0.7～1.1℃和0.5～0.9℃，平均光照強度增加6.2% ～7.0%;2—3月份，M型大棚比頂部和四周同時內保溫覆蓋的普通雙連棟大棚夜最低氣溫和平均氣溫分別提高0.8～1.0℃和0.7～0.8℃，比僅頂部采用內保溫覆蓋的普通雙連棟大棚夜最低氣溫和平均氣溫分別提高1.3～1.5℃和1.2～1.3℃，平均光照強度增加7.3% ～7.4%;且作物冠層高度東西跨度方向氣溫、光照分布更均勻。可見，M型雙連棟塑料大棚夏季降溫、冬季保溫效果更好，采光性能更優，作物冠層高度的光溫條件分布更均勻，更有利于作物生長。

關鍵詞：塑料大棚;M型雙連棟大棚;氣溫;光照強度;空間分布

中圖分類號：S625.1文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2021）12-0083-05

塑料大棚是我國保護栽培的主要設施類型[1]。近年來正由小型化逐漸向大跨度和連棟化發展[2-4]。與普通塑料大棚相比，連棟大棚具有土地利用率高、相對建造成本低、空間大、環境性能穩定、有利于機械化作業等優點[5-10]，但存在抗風能力較弱、夏季降溫和冬季采光保溫性能較差等問題，影響其推廣應用和種植效益[11-14]。針對上述問題，我們設計出一種多層覆蓋的M型塑料大棚，并對其溫光性能進行了系統觀測與分析，以期為塑料大棚結構與性能優化提供依據。

1 材料與方法

1.1 大棚結構

試驗用普通型和M型雙連棟塑料大棚（圖1）均為南北走向，由鍍鋅鋼管組裝而成，結構參數見表1。棚面覆蓋0.1mm厚PO膜作為透明覆蓋材料，棚內頂部安裝一層保溫被和一層塑料薄膜、四周安裝一層保溫被進行內保溫，內保溫系統僅在低溫季節的夜間使用。大棚兩側和天溝處縱向設置通風口，通過電動卷膜機械開閉。

1.2 溫光觀測方法

分別于2020年7月、2021年2—3月采用美國產HOBOU23-001型溫濕度（精度±0.2℃）/光照（精度±10lx）記錄儀對兩個大棚進行溫光性能觀測。觀測儀表分別安放在室外和大棚內長度方向的中間位置，跨度方向的由東向西1/12、3/12、5/12、7/12、9/12、11/12處，垂直方向的距地面0.1、1.5、3.0、4.5m處。每30min自動采集數據1次。

1.3 數據處理方法

采用MicrosoftExcel2016和CAD2014進行數據處理和作圖，大棚氣溫和光強空間分布采用相對標準偏差（RSD）衡量，RSD=（SD/Ti）×100%，其中SD為氣溫（光強）標準偏差，Ti為氣溫（光強）平均值。東部是指1/12、3/12測點，中部是指5/12、7/12測點，西部是指9/12、11/12測點。

2 結果與分析

2.1 不同結構大棚夏季降溫效果比較

2.1.1 晝間氣溫 7月13—31日對兩種類型連棟大棚內的氣溫狀況進行觀測，結果見表2。無論晴天還是陰天，M型、普通型大棚內晝最高氣溫和晝平均氣溫均高于室外，但M型大棚的均比普通型大棚的低，晴天時分別低1.1℃和0.9℃，陰天時分別低0.7℃和0.5℃。說明相比于普通型雙連棟大棚，M型雙連棟大棚具有更好的降溫效果。

2.1.2 晝間氣溫空間分布 由表3可見，東西跨度方向，M型和普通型雙連棟大棚晝平均氣溫都呈現東部>中部>西部的趨勢;垂直方向上，隨著高度增加氣溫逐漸升高。以距地面1.5m處的作物冠層氣溫進行計算，水平方向上，普通型和M型晝間相對標準偏差晴天分別為3.3%、3.0%，陰天分別為2.7%、2.4%;以距地面1.5、3.0、4.5m處的氣溫進行計算，垂直方向上，普通型和M型晝間相對標準偏差晴天分別為2.8%、2.5%，陰天分別為1.9%、1.6%。表明M型雙連棟大棚內氣溫的水平、垂直分布均較普通型均勻。

2.2 不同結構大棚冬季保溫效果比較

2.2.1 夜間氣溫 不同保溫條件兩種大棚冬季夜間氣溫比較（表4），M型大棚夜間同時采用頂部和四周保溫覆蓋，若普通型大棚也采用同樣的保溫覆蓋，晴天夜平均氣溫、夜最低氣溫前者比后者均高0.8℃，陰天則分別高0.7℃和1.0℃;若普通型大棚夜間僅采用頂部保溫覆蓋，晴天夜平均氣溫、夜最低氣溫M型大棚較普通型大棚高1.3℃和1.5℃，陰天分別高1.2℃和1.3℃。表明頂部和四周同時采取內保溫覆蓋的M型大棚冬季保溫性能較好。

2.2.2 夜間氣溫空間分布 由表5可見，東西跨度方向，夜間由于兩邊熱量的散失，表現為中部溫度高、兩側溫度低的特點，尤其在近地面高度更明顯;垂直方向上，隨著高度增加氣溫逐漸降低。以距地面0.1m處的氣溫進行計算，水平方向上，普通型和M型大棚晴天夜間氣溫相對標準偏差分別為2.8%、1.1%，陰天分別為4.0%、1.7%;以距地面0.1、1.5m處的氣溫進行計算，垂直方向上，普通型和M型大棚相對標準偏差晴天夜間分別為2.5%、1.2%，陰天夜間分別為4.0%、1.9%。可知，冬季無論晴天、陰天，M型雙連棟棚內夜間氣溫在水平和垂直空間分布更均勻。

2.3 不同結構雙連棟大棚光照特點

2.3.1 光照強度 不同季節兩種類型大棚內平均光照強度明顯低于室外，M型大棚的采光性能優于普通連棟大棚（表6）。夏季晴天，M型大棚內平均光照強度較普通型大棚高7.0%，陰天高6.2%;冬季晴天，M型大棚平均光照強度較普通型大棚高7.4%，陰天高7.3%。可見，相較于普通型雙連棟大棚，M型雙連棟大棚內的日平均光照強度更高，采光性能更好。

2.3.2 光照強度日變化 夏季和冬季晴天兩種大棚內的光強日變化曲線與室外基本一致，表現為先上升后下降的變化趨勢，且全天均明顯低于室外，但M 型棚明顯高于普通型棚（圖2）。8∶00—11∶00，夏季普通型和M型大棚內光強上升速率分別為16.6klx/h和26.9klx/h，冬季分別為14.9klx/h和18.0klx/h;14∶00—17∶00，夏季普通型與M型大棚內光強下降速率分別為19.5klx/h和28.0klx/h，冬季下降速率分別為16.6klx/h和18.5klx/h。表明M型棚的非對稱結構可快速提高棚內的光照強度，增加采光量，光照性能優于普通型大棚，采光性能好。

2.3.3 光照強度空間分布 由圖3可以看出，無論夏季還是冬季，普通型和M型大棚平均光強均呈現出兩側高、中間低的趨勢。對兩種類型大棚內平均光照強度的空間分布相對標準偏差進行計算，普通型和M 型大棚夏季分別為7.1% 和6.5%，冬季分別為14.5%和12.9%。表明M型棚東西方向的光照分布相對普通型棚更均勻，采光性能好。

3 結論

本研究對M型雙連棟大棚內夏、冬季氣溫和光照條件進行監測，并與普通型雙連棟棚進行比較分析，結論如下：

（1）與普通型雙連棟大棚相比，睛天夏季M型雙連棟大棚內的晝最高氣溫、晝平均氣溫降低1.1和0.9℃，冬季在頂部雙層保溫和雙側保溫條件下夜最低氣溫、夜平均氣溫均提高0.8℃，且作物冠層高度氣溫的水平分布更均勻，夏季有一定降溫效果，而冬季保溫效果更好。

（2）與普通型雙連棟大棚相比，M型雙連棟大棚7月份日平均光照強度增加6.2% ～7.0%，2—3月份增加7.3% ～7.4%，且作物冠層高度光照強度的水平分布的相對標準偏差均低于普通型棚。說明M型雙連棟棚的采光性能更好，且東西方向分布相對均勻，能為作物生長提供更好的光照條件。