南方地區圓拱形和鋸齒形大棚內溫度四季差別探究＊

張應超，羅 健，伏廣農，劉士哲（華南農業大學無土栽培技術研究室，廣州 510642）

利用溫室大棚進行蔬菜生產，保障蔬菜的不間斷供應。在南方地區，特別是在炎熱的夏季，除了考慮抗風、遮雨的性能外，通過高效節能的方式降低大棚內的溫度是大棚在設計和建造時必須考慮的問題[1]。

鋸齒形大棚因其頂部的結構樣式呈鋸齒狀而得名。降低大棚內溫度的方式有遮陽降溫、水簾蒸發降溫、空調降溫和自然通風降溫等[2]。水簾蒸發降溫和空調降溫的運行成本高昂，普及程度低，較為常用的是自然通風降溫和遮陽降溫。在炎熱的夏季，當大棚內的空氣受熱后，熱空氣上升到棚頂，圓拱形大棚由于棚頂是封閉的，所以棚內熱空氣不能及時排出，從而導致棚內溫度較高。鋸齒形大棚內的熱空氣上升到棚頂后，在鋸齒口沿著棚頂瓦面與棚外溫度相對較低的空氣進行熱交換，從而促進棚內空氣流動，使棚內達到自然降溫的目的[3]。

在炎熱的夏季，當大棚內的熱空氣不能及時地排出棚外時，棚內的溫度會急劇上升，當棚內的溫度高于蔬菜正常生長的最高溫度時，就會對蔬菜生長產生不利的影響。為了解大棚結構對大棚內溫度的影響，選擇三種結構的塑料大棚，從2019 年5 月11 日～2020 年5 月16 日，利用溫濕度自動記錄器監測、記錄并保存棚內的溫度。

材料與方法

監測地點和供監測塑料大棚結構

監測地點位于北緯113°78′，東經23°43′，在廣州市增城區小樓鎮約場村廣州綠垠農業科技發展有限公司無公害水培蔬菜生產基地內。選擇用于監測的三個大棚的編號、外觀以及參數分別如圖1 和表1 所示：

圖1 被監測塑料大棚的外形結構示意圖

表1 被監測塑料大棚的建造參數/m

監測時間和方法

監測時間為2019年5月11日～2020年5月16日。在選定的三個連棟大棚內，分別利用溫濕度自動記錄器在大棚中心，離地2.5 m處中間位置每隔半小時讀一次棚內的溫度，并記錄。在試驗過程中大棚內均種植了各種葉菜類蔬菜。

監測結果

塑料大棚結構對大棚內平均溫度的影響

“平均氣溫”作為指示空氣溫度的重要指標之一，被廣泛應用。在農學領域，許多關于植物生長過程中的水土資源模型、土壤侵蝕模型都利用到了日平均溫度[4]。日平均溫度的計算方法有多種，有極值平均法，四次平均法（北京時間2:00，8:00，14:00 和20:00）和8 次平均法等。不同計算方法得到的平均值的數值是不同的，唐國利[5]的研究表明，極值平均溫度和四時平均溫度的數值無顯著差異。日平均氣溫準確的數值是將溫度曲線積分后獲得的[6]。

塑料大棚結構對大棚內日平均溫度的影響

在本次監測中，日平均氣溫的計算方法為48 次平均值。在監測期間內，三種大棚內每天的日平均溫度分別如圖2～ 圖14 所示。

圖2 三種棚內2019 年5 月每天的日平均溫度

圖3 三種棚內2019 年6 月每天的日平均溫度

圖4 三種棚內2019 年7 月每天的日平均溫度

圖5 三種棚內2019 年8 月每天的日平均溫度

圖6 三種棚內2019 年9 月每天的日平均溫度

圖7 三種棚內2019 年10 月每天的日平均溫度

圖8 三種棚內2019 年11 月每天的日平均溫度

圖9 三種棚內2019 年12 月每天的日平均溫度

圖10 三種棚內2020 年1 月每天的日平均溫度

圖11 三種棚內2020 年2 月每天的日平均溫度

圖12 三種棚內2020 年3 月每天的日平均溫度

圖13 三種棚內2020 年4 月每天的日平均溫度

圖14 三種棚內2020 年5 月每天的日平均溫度

監測期間內，三種類型塑料大棚內日平均溫度的差值如表2 所示。從表2 可以得知，除了在10 月份，B 棚內日平均溫度有2 天低于A 棚的日平均溫度、有3 天低于C 棚的日平均溫度外，在監測的其他時間內，B 棚內的日平均溫度均高于A 棚和C 棚內的日平均溫度，這是因為棚內的空氣吸收熱量后，形成大量密度降低的熱空氣，B 棚棚頂的圓拱形結構導致棚內大量的熱空氣無法排出，從而使B 棚內的溫度升高；A 棚和C 棚中的熱空氣上升到鋸齒口時會與棚外溫度較低的冷空氣進行氣體交換，所以，A 棚和C 棚內的整體日平均溫度比B 棚內的整體日平均溫度低。

表2 監測期間三種類型大棚內日平均溫度的差值

塑料大棚結構對大棚內月平均溫度的影響

在本次監測中，月平均溫度為日平均溫度的算術平均值。三個大棚內每月的月平均溫度如圖15 所示；從圖15 可知，在監測期間內，A 棚（鋸齒形大棚）和C 棚（鋸齒形大棚）的月平均溫度均比B 棚（圓拱形大棚）的月平均溫度低。其中，A 棚比B 棚月平均溫度低0.2～1.5 ℃，C 棚比B棚月平均溫度低0.6～1.6℃。

圖15 三種類型大棚監測期間內每月棚內的月平均溫度

塑料大棚結構對大棚內月最高溫度的影響

在監測期間內，三個大棚內的月最高溫度如圖16 所示，從圖16 可知，三個大棚中，B 棚的月最高溫度均高于A 棚和C 棚的月最高溫度。其中B 棚的月最高溫度比A 棚的月最高溫度高0.5～7.8℃，比C 棚的月最高溫度高1.7～7.3℃。三個大棚內的月最高溫度都高于氣象臺發布的月最高溫度。A 棚、B 棚和C 棚的月最高溫度分別比氣象臺發布的月最高溫度高6～11.3℃、8.3～16.6℃和4.8～10.6℃。

圖16 三種類型大棚內每月最高溫與氣溫月最高溫

表3 監測期間三種類型大棚內每月的最低溫度/℃

結論

圓拱形大棚內的最高溫要高于鋸齒形大棚內的最高溫，B 棚的最高溫比A 棚、C 棚的最高溫分別高7.8℃、7.3℃。圓拱形大棚內的月平均溫度比鋸齒形大棚內的月平均溫度高，B 棚內月平均溫度比A 棚和C 棚內月平均溫度高0.2～1.5℃和0.6～1.6 ℃。在監測的371 天內，B 棚內日平均溫度高于A 棚和C 棚內日平均溫度的天數為369 天和368 天。

在南方夏季高溫季節，傳統的圓拱形塑料大棚的溫度要比鋸齒形大棚的溫度更高，且通風透氣性差，給水培蔬菜生產帶來了極為不利的影響，通過大棚結構的改進，由傳統的圓拱形改為鋸齒形結構，并適當提供大棚肩高，可加大幅度地降低棚內溫度，同時也有利于夏季通風換氣，為水培蔬菜的生長提供一個相對較好的生長條件，這是目前為什么在南方地區廣為使用鋸齒形大棚的根本原因，今后在南方夏季高溫季節的大棚結構設計上建議在這方面進行適當的改進。