日光温室斜坡式南墙对室内温光条件和黄瓜生长发育的影响

王广印，郭卫丽，陈碧华，王胜楠，沈 军(河南科技学院 园艺园林学院，河南新乡 453003)

日光温室斜坡式南墙对室内温光条件和黄瓜生长发育的影响

王广印，郭卫丽，陈碧华，王胜楠，沈 军
(河南科技学院 园艺园林学院，河南新乡 453003)

为了进一步优化下沉式日光温室结构，采用斜坡式南墙日光温室与直立式南墙日光温室对照试验的方法，研究斜坡式南墙对日光温室室内温光条件和黄瓜生长发育的影响。结果表明，在冬季阴、晴天2种天气条件下，处理温室比对照温室气温和地温提高，特别是晴天更明显有利于气温和地温的提高。在晴天条件下，处理温室内日平均气温、最低气温和最高气温比对照温室分别提高1.63 ℃、0.93 ℃和2.58 ℃，而在阴天条件下，处理温室内日平均气温、最低气温和最高气温分别比对照温室仅提高0.27 ℃、0.24 ℃和0.15 ℃。在晴天条件下，处理温室内0、5、10 cm深处最高地温比对照温室分别提高3.59 ℃、2.90 ℃和1.33 ℃，最低地温也比对照温室分别高0.88 ℃、1.07 ℃和1.34 ℃，平均地温比对照温室分别提高1.71 ℃、1.80 ℃和1.34 ℃。斜坡式南墙日光温室可以缩短南立墙在地面的太阳阴影宽度，增强了温室南部区域的光照强度；在晴天测量时段内，处理温室平均光照度比对照温室增加达40.25%。斜坡式南墙日光温室黄瓜植株的净光合速率、气孔导度、胞间CO2摩尔分数和蒸腾速率也均高于对照温室，其中比对照净光合速率最大值提高13.88%。斜坡式南墙日光温室温光性能的提高，也促进了越冬茬黄瓜前期的生长发育，其中处理温室内黄瓜结果数比对照温室提高达40.00%。综上，斜坡式南墙日光温室能改善室内的温光条件，更有利于越冬茬黄瓜的生长发育。

下沉式日光温室；斜坡式南墙；越冬茬黄瓜；温度；光照；光合参数

下沉式日光温室是中国自主创新的一种温室结构类型，其是把日光温室内地面向下挖一定的深度，在温室南侧形成直立面(南立面)，利用地温的稳定性，使保温性能比非下沉式日光温室提高，而且室内可操作空间增大[1-3]。下沉式日光温室因其建造技术简单，造价较低，且具有较好的吸热和蓄热能力，成为中国北方地区冬季进行喜温蔬菜生产的主要日光温室类型，在生产中发挥着重要作用[3-14]。虽然与非下沉式日光温室相比，下沉式日光温室南侧的边际区域明显缩小，显现出下沉式日光温室的优越性[15]，但在生产应用中，发现此类日光温室因下沉地面，使得直立式南墙遮阴面增大，温室南部区域温光条件较差，并且随着下沉深度的增加，造成的阴影区面积也随之增大，对室内土壤蓄热及蔬菜生长的不利影响也越大[3,11,16-20]。

日光温室的下沉深度不仅影响室内太阳能得热，也影响温室的散热，从而影响室内的温度环境[19]。目前，北方地区应用的下沉式日光温室下挖深度大都在0.8～1.2 m，最大甚至达1.8～2.0 m。下挖太深，不仅前排蔬菜的采光不良，而且室内湿度较大，更容易引起蔬菜病害的发生[8]。据张峰等[3]以12:00南墙阴影最短的时刻计算，1.45 m下沉深度温室下沉壁面产生的阴影占室内地面总面积的21.55%。而对于整个日光温室来说, 温室自身的骨架、柱子及后屋面等在室内产生的阴影其阴影率占15%左右, 加上下沉壁面的阴影，正午时刻的室内阴影率高达36.55%，这对室内采光造成较大的不利影响。

目前，学者对下沉式日光温室结构的研究主要涉及温室墙体厚度[1,2,21]、墙体高度[22]、墙体材料[2,21,23-25]、下沉深度[1,3,26]、跨度[27]、高跨比[28]、棚型[29]等结构改良与优化方面，而对下沉式日光温室南墙遮阴问题的研究报道极少，只有下沉深度[3,27]、把操作走道前移至南墙下[8, 11,16, 30]、南墙内侧填埋泡沫板[15]等研究稍有涉及遮阴缺陷的改良问题。例如，通过将走道设置于南侧和把种植区北移至北墙根的办法可以在一定程度减少南墙遮光的不利影响[11]。目前，山东寿光地区应用的半地下式日光温室把入口和走廊移至前方，下挖壁面在温室前部产生的阴影大部分分布在走廊上[31]。刘旭等[15]研究结果表明，在温室南墙内侧填埋泡沫板有利于增加室内土壤耕层的温度。

国内有关斜坡式南墙日光温室结构鲜见报道，只有刘桂芝等[9]提到把坑式日光温室底角前铲成30°的斜坡，可保证“冬至”前后的充足光照。当前，对直立南墙下沉式日光温室的温光性能研究报道较多[1,12,31-36]，而对斜坡式南墙下沉日光温室性能测定及研究未见相关报道。因此，本试验以越冬茬黄瓜(CucumissativusL.)为材料，比较斜坡式南墙日光温室和直立式南墙日光温室(即常规下沉式日光温室)的温光条件，明确其对黄瓜生长发育的影响，旨在为下沉式日光温室南墙改造、结构优化及冬季喜温蔬菜的生产提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 供试日光温室 试验于2015年10月至2016年1月在河南省新乡市卫辉市(35°41′N， 114°07′E)唐庄镇西代村卫辉市通达果蔬有限公司园区进行。

试验选取前后排相邻两栋规格大小完全一致的下沉式日光温室，其属土墙钢竹混合式结构温室，东西走向，屋面朝向为正南，温室长80 m，跨度11 m，脊高5.0 m，下沉深度1.2 m。前屋面为琴弦式结构，半拱圆型，覆盖0.08 mm厚的PE膜。后屋面为水泥板加泥土保温层，仰角为40°，水平投影为0.8 m。后墙为机打梯形土墙，后墙高3.8 m，后墙基部宽5 m，上部宽2.5 m。山墙基部宽1.5 m，上部宽1 m。棉毛毡保温被厚2 cm，采用电动卷苫机进行覆盖。人行道位于温室后部。前后两排日光温室间距为6 m。

试验日光温室内种植越冬茬黄瓜品种为‘津优10号’，于2015-10-04育苗，11月9日定植。南北畦向，高畦(垄)栽培，膜下暗沟灌水。黄瓜栽培大行距为80 cm，小行距为40 cm，株距30 cm。两栋试验日光温室均同样进行常规栽培管理。

1.1.2 日光温室南立墙改造为斜坡式南墙 如图1所示，把前排的常规下沉式日光温室设为试验处理日光温室，具体改造方法是将温室前屋面底角向前平移1.3 m，即把原每间温室的钢管拱杆(每间1根)和每条垫杆(竹竿)加长并前移，再增加6～8 道东西琴弦钢拉丝，并将原来垂直的南立墙削为40°的斜坡形式，东西山墙也稍做相应的延伸，温室其他结构参数基本不变，室内使用面积也不变。试验对照日光温室为后排的常规下沉式日光温室，不作任何温室结构变化处理，即称为直立式南墙日光温室。

图1 下沉日光温室南立墙改为斜坡式南墙示意图(单位：m)Fig.1 Schematic diagram of sloping south wall instead of vertical south wall in sunk solar greenhouse (Unit:m)

1.1.3 测试仪器与设备 试验测定主要使用ZDS-10型数字式照度计、WH33-WQG-16型曲管地温表、气温表、Li-6400便携式光合作用测定仪(美国产)、游标卡尺(精度0.01 mm)、钢卷尺(精度0.5 mm)等。

1.2 测定方法

如图2，在越冬茬黄瓜生长前期，首先分别在各试验日光温室东西方向中心、东山墙以西20 m和西山墙以东20 m处南北纵向的横截面内选取南、中、北3个位点，其南部位点距南墙1.6 m，北部位点距北墙2.0 m，中部位点为温室中心。然后在9个位点分别安装1套0、5、10 cm曲管地温表。同时在9个位点植株上部(距温室地面0.8～1.0 m)处安装气温表1支。另外，选在9个位点植株上部(距地面0.8～1.0 m)处测量各点的光照强度。

选取2016-01-09(典型阴天)和2016-01-14(典型晴天)，在当天正常揭盖保温被和开启通风口的管理条件下，观测、记录各试验日光温室内气温、地温和光照强度变化数据。人工每间隔1 h 同时测量、记录1次试验日光温室内各位点的气温和地温，24 h连续观测，并于白天测量不同时刻(根据天气和温室揭盖管理)的光照强度。1月14日同时测定各试验日光温室南墙阴影宽度的变化。

在1月9日、1月14日和1月24日，同步分别用钢卷尺测定各试验日光温室内黄瓜株高，用游标卡尺测定茎粗(第4节节间)，统计植株叶片数和结果情况。1月24日(典型晴天)同步用Li-6400便携式光合作用测定仪分别测定处理和对照日光温室内黄瓜植株的光合参数。这些测定与统计均是在9个测定点周围随机选取黄瓜植株10棵，挂牌定株进行测定。

特别需要说明的是2015年11月至2016年2月，当地持续多日的雾霾阴(雪)天气对日光温室蔬菜生产影响较大。此段日光温室管理基本上是阴天低温时10:00-11:00揭棚，16:00后盖棚；晴天9:30揭棚，16:00后盖棚。遇到阴天可推迟揭棚，提早盖棚。一般13:30左右室内气温超过30 ℃时开启通风口约1 h，阴天时即缩短通风时间或者暂时不通风。

1.3 数据统计与分析

采用Microsoft excel 2007和Sigma Plot 12.5软件处理数据并作图。

图2 试验日光温室温光测定点平面分布示意图(单位:m)Fig.2 Schematic diagram of temperature and light test distribution in solar greenhouse(Unit:m)

2 结果与分析

2.1 斜坡式南墙对日光温室内温度的影响

2.1.1 冬季处理温室和对照温室内气温的日变化 从图3-A可以看出，在冬季阴天条件下，处理温室和对照温室内气温从9:00继续上升，至15:00才分别达到最大值13.50 ℃和13.35 ℃，此后气温逐渐下降。可见，处理温室和对照温室阴天时的温度差异不大，处理温室比对照温室最高气温仅提高0.15 ℃，最低气温提高0.24 ℃，说明阴天时的温室气温总体偏低。

从图3-B可以看出，在冬季晴天条件下，处理温室和对照温室内气温从9:00继续上升，至13:00即已分别达到最大值32 ℃和29.42 ℃，此后温室气温开始缓慢下降。可见，晴天时处理温室和对照温室的温度差异加大，处理温室比对照温室最高气温提高2.58 ℃，最低气温提高0.93 ℃，说明晴天时的温室气温总体较高。

比较阴、晴天条件下处理温室和对照温室的温度变化，可见晴天比阴天较早达到最高气温(13:00)，变化幅度较大。若把晴天与阴天比较，处理温室和对照温室最高气温晴天比阴天分别提高18.5 ℃和16.07 ℃。

另外，由测定数据统计可知，在阴天条件下，处理温室内日平均气温为11.22 ℃，而对照温室内日平均气温为10.96 ℃，处理温室内日平均气温比对照温室仅提高0.27 ℃。而在晴天条件下，处理温室内日平均气温为18.18 ℃，对照温室内日平均气温为16.55 ℃，处理温室内日平均气温比对照温室提高1.63 ℃。若把晴天与阴天再比较，处理温室和对照温室晴天比阴天平均气温分别提高6.96 ℃和5.59 ℃。

综上可见，晴天条件下处理温室更有利于室内气温的升高。

2.1.2 冬季阴、晴天条件下处理温室和对照温室内地温的日变化 从图4可以看出，在阴天条件下，处理温室和对照温室的地温变化(图4-A、图4-B)是从9:00持续缓慢升高，不同深度处的地温达到各自最大值后又开始缓慢下降。0 cm深处地温随时间的推移变化幅度较大，而5 cm和10 cm深处地温则随时间的推移变化幅度不大。总体上由地表至土壤深处，地温呈现逐渐升高的趋势，白天地温高于夜间地温。

根据测定计算，把试验温室阴天的地温作比较，处理温室内0、5、10 cm深处最高地温比对照温室分别提高0.75 ℃、0.95 ℃和1.20 ℃，最低地温比对照温室也分别提高0.47 ℃、0.93 ℃和0.93 ℃，平均地温比对照温室分别提高0.61 ℃、0.95 ℃和1.06 ℃。可见，处理温室的最高温度、最低地温和平均地温也都高于对照温室。

从图4可以看出，在晴天条件下，处理温室和对照温室内地温的变化趋势(图4-C、图4-D)与阴天条件下地温日变化趋势(图4-A、图4-B)大致相似。但晴天条件下，温室内地温日变化幅度更加明显，且白天浅层地温高于深层地温。根据测定计算，处理温室(图4-C)内0、5、10 cm深处最高地温比对照温室(图4-D)分别高3.59 ℃、2.90 ℃和1.33 ℃，最低地温也比对照温室分别高0.88 ℃、1.07 ℃和1.34 ℃，平均地温比对照温室分别高1.71 ℃、1.80 ℃和1.34 ℃。

1月9日为阴天，11:30揭开保温被，16:00覆盖保温被 Jan.9 was cloudy, opened the thermal insulation at 11:30, covered by insulation at 16:00。1月14日为晴天，8:00揭开保温被，16:30覆盖保温被，12:00-14:00进行小通风Jan.14 was sunny, opened the insulation at 8:00, ventilated it at 12:00 to 14:00 , covered at 16:30。以下图4、图5和图6相同 Same as in Figure 4, Figure 5 and Figure 6.

图3阴、晴天条件下处理温室和对照温室内气温的日变化
Fig.3Dailychangeofairtemperatureintreatmentandcontrolgreenhouseundersunnyorcloudycondition

图4 阴、晴天条件下处理温室和对照温室内地温的日变化Fig.4 Daily change of soil temperature in treatment and control greenhouse under sunny or cloudy condition

综上，在晴天条件下，处理温室比对照温室更有利于温室内地温的升高。

2.2 斜坡式南墙对日光温室内光照的影响

2.2.1 处理温室和对照温室内的光照比较 从图5可以看出，无论是晴天还是阴天，处理温室内的光照度均高于对照温室。在阴天12:00至16:00测定，处理温室内平均光照比对照温室增高20.43%。在晴天12:00至16:00，处理温室内平均光照度比对照温室增高40.25%。可见，处理温室可以有效增加室内的光照度，特别是晴天增光效果更明显。

2.2.2 处理温室和对照温室内南墙阴影宽度的变化 从图6可以看出，在冬季晴天条件下，无论是处理日光温室还是对照日光温室，南墙下太阳阴影始终存在。但对照日光温室比处理日光温室的阴影宽，平均宽0.595 m。可见，斜坡式南墙日光温室可以减小南墙在地面的太阳阴影，增强室内特别是南部区域的光照度。

图5 阴、晴天条件下日光温室内的光照变化Fig.5 Light changes of solar greenhouse under sunny or cloudy condition

图6 晴天条件下处理温室和对照温室南墙阴影宽度的变化Fig.6 Changes of shadow width of south wall of treatment and control greenhouse under sunny condition

2.3 斜坡式南墙对日光温室内黄瓜生长发育的影响

由表1可以看出，在3次测定期，处理温室内黄瓜株高、茎粗、叶片数、结果数均比对照温室有所增加，且处理温室和对照温室北部区位点黄瓜植株生长快于南部区位点。随着生长时间的推移，黄瓜植株不断增高，茎粗稍有增加，叶片数和结果数增加。至1月24日，处理温室黄瓜株高比对照温室增加达40.3%，平均比对照增粗9.18%，叶片数增加达33.51%，提高结果量达40.00%。说明由于处理温室温光条件的改善，黄瓜植株生长速度加快。

表1 斜坡式南墙对日光温室内黄瓜生长发育的影响Table 1 Effect of sloping south wall on growth and development of cucumber in greenhouse

2.4 斜坡式南墙对日光温室内黄瓜光合参数的影响

由表2可以看出，在4个测试时间点，处理温室内黄瓜的净光合速率高于对照温室。11:30净光合速率达最大值，处理温室黄瓜植株净光合速率最大值比对照增高13.88%。在4个测定时间点，温室黄瓜叶片气孔导度9:30最低，11:30达到最大值。处理温室黄瓜叶片气孔导度均高于对照温室，平均高达34.75%。从9:30至11:30，黄瓜叶片胞间CO2摩尔分数逐渐下降到最低值，但下午叶片胞间CO2摩尔分数又有所上升。测定结果显示，处理温室内黄瓜叶片胞间CO2摩尔分数比对照温室略高，平均高出6.63%。在同一日的不同测定时间点，处理温室的黄瓜叶片蒸腾速率均高于对照温室。在4个测定时间点，13:30蒸腾速率达到最大值，处理温室黄瓜叶片蒸腾速率最大值比对照温室高14.02%。

表2 斜坡式南墙对日光温室内黄瓜光合参数的影响Table 2 Effect of sloping south wall on photosynthetic parameter of cucumber in greenhouse

3 讨论与结论

光是日光温室内气候环境中的主导因子，它决定着日光温室内的光照度、温度、湿度等诸因子的状况甚至温室的整体环境状况[37-38]，从而决定着温室中蔬菜的生长发育以及经济产量[37]。进入温室的太阳能量增加有助于提高室内温度环境[38]。随着太阳辐射的增强而日光温室内气温升高，两者之间呈现极显著的正相关关系[39]。

目前，生产上应用的下沉式日光温室南墙均为直立式，冬季日光温室南墙的遮阴面比较大，温度偏低，使得靠近南墙区域的蔬菜长势减弱。把日光温室直立式南墙改为40°斜坡式南墙，在冬季阴、晴天2种天气条件下，斜坡式南墙日光温室比对照温室气温和地温提高，特别是晴天日变化幅度大，更有利于斜坡式南墙日光温室内气温和地温的升高。

本试验表明，在晴天条件下，斜坡式南墙日光温室内日平均气温、最高气温和最低气温比对照温室分别提高1.63 ℃、2.58 ℃和0.93 ℃，而在阴天条件下，斜坡式南墙日光温室内日平均气温、最高气温和最低气温分别比对照温室只提高0.27 ℃、0.15 ℃和0.24 ℃。在晴天条件下，斜坡式南墙日光温室内0、5、10 cm深处最高地温比对照温室分别高3.59 ℃、2.90 ℃和1.33 ℃，最低地温也比对照温室分别高0.88 ℃、1.07 ℃和1.34 ℃，平均地温比对照温室分别高1.71 ℃、1.8 ℃和1.34 ℃。本试验日光温室内温度的变化规律与王倩等[35]、袁静等[36]、赵丽玲等[39]的研究结果大致相同。

本试验结果表明，斜坡式南墙日光温室可以有效减小南墙在地面的太阳阴影宽度，增强温室内特别是南部区域的光照强度，且晴天比阴天增光效果更显著。在晴天测量时段内，斜坡式南墙日光温室平均光照度比对照温室增加达40.25%。

斜坡式南墙日光温室温光性能的提高，促进了黄瓜前期的生长发育。处理温室内黄瓜株高、茎粗、叶片数、结果数均高于对照温室，其中黄瓜株高比对照增加达40.3%，茎粗增粗9.18%，叶片数增加达33.51%，结果量提高达40.00%。同时，斜坡式南墙日光温室内黄瓜植株的净光合速率、气孔导度、胞间CO2的摩尔分数和蒸腾速率也均高于对照温室，其中净光合速率最大值增高13.88%，气孔导度平均高达34.75%，胞间CO2摩尔分数平均高6.63%，蒸腾速率最大值高14.02%。

综上所述，斜坡式南墙日光温室能改善日光温室内的温光条件，更有利于日光温室越冬茬黄瓜前期的生长发育。针对近年来北方冬季持续阴雾(霾)天气增多的情况[40]，斜坡式南墙下沉式日光温室的应用更有实践意义。

本试验只是选择典型阴、晴天气[35，39,41-42]条件下比较2种日光温室内的温光及黄瓜生长发育状况，证实斜坡式南墙日光温室的优越性，而针对较长时间或一个生产季节的测定与效果还有待进一步研究。

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EffectsofSlopingSouthWallinSolarGreenhouseonIndoorTemperature,LightConditions,GrowthandDevelopmentinCucumber

WANG Guangyin, GUO Weili, CHEN Bihua, WANG Shengnan and SHEN Jun
(Henan Institute of Science and Technology, Xinxiang Henan 453003,China)

In order to further optimize structure of the sunk solar-greenhouse, the effect of sloping south wall on growth and development in cucumber,indoor temperature and light condition was investigated by using the method of sloping south wall and vertical south wall(control) in solar greenhouse.The results showed that the air and soil temperatures of the sloping wall treatment were higher than that of control under sunny or cloudy conditions in winter,especially the sunny days were more significant for improving the air and soil temperatures.Taking sunny condition as an example, the daily average , minimum and maximum air temperatures under sloping wall treatment was 1.63 ℃, 0.93 ℃ and 2.58 ℃ higher than that of control respectively, while under cloudy condition, the daily average,minimum and maximum air temperature of the treatment was 0.27 ℃, 0.24 ℃ and 0.15 ℃ higher than that of control respectively.Under sunny condition, the maximum soil temperature at 0, 5, 10 cm depths of the treatment increased by 3.59 ℃, 2.90 ℃ and 1.33 ℃ than that of control, and the minimum soil temperature of the treatment increased by 0.88 ℃、1.07 ℃ and 1.34 ℃, the average soil temperature of the treatment increased by 1.71 ℃, 1.80 ℃ and 1.34 ℃.The sloping south wall solar greenhouse could effectively shorten the sun shadow width length of the south wall on the ground, it greatly enhanced the light intensity of the southern region in greenhouse, the average light intensity increased to 40.25% under sunny conditions.The photosynthesis character of cucumber in the sloping south wall solar greenhouse was higher than that of control in net photosynthesis rate, stomatal conductance, intercellular CO2molality fraction and transpiration rate.Compared with control, the maximum net photosynthetic rate increased 13.88%.The improvement of temperature and light performance in treatment of greenhouse promoted the early growth and development in cucumber, and the production of cucumber in treatment increased to 40.00%.In summary, the sloping south wall solar greenhouse could improve the temperature and light conditions of indoor greenhouse, and more conducive for the growth and development of over-winter cucumber.

Sunk solar-greenhouse;Slope south wall;Over-winter cucumber;Temperature;Light;Photosynthetic index

2017-03-20

2017-04-10

Henan Provincial Construction Project for Bulk Vegetable Industry Technology System (No.S2010-01-G04); the Key Project of Science and Technology of Henan Province(No.112102110023).

WANG Guangyin, male,professor,master supervisor.Research area：vegetable cultivation,physiology and ecology.E-mail：530791243@qq.com

潘学燕ResponsibleeditorPANXueyan)

日期：2017-12-21

网络出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20171221.1650.026.html

2017-03-20

2017-04-10

河南省大宗蔬菜产业技术体系建设项目(S2010-01-G04)；河南省科技攻关重点项目(112102110023)。

王广印，男，教授，硕士生导师，研究方向为蔬菜栽培生理生态。E-mail：530791243@qq.com

S625.1；S642.2

A

1004-1389(2017)12-1828-10