冬季不同天气条件下塑料大棚内小气候变化分析

朱进，彭玉全，李文静，范方华

(长江大学园艺园林学院，湖北 荆州 434025,湿地生态与农业利用教育部工程研究中心(长江大学),湖北 荆州 434025)

近20年来，园艺作物生产稳定发展，以蔬菜产业为主的设施农业在我国农业生产中占有重要地位，设施蔬菜对蔬菜产业发展的引领和示范作用也日益凸现[1,2]。在深入推进农业供给侧结构性改革的背景下，设施蔬菜的发展前景仍被看好[3]。设施蔬菜是利用工程技术手段，通过控制蔬菜栽培环境，生产高品质、高产量反季节蔬菜的一种现代农业种植方式，也是发展现代农业的重要举措[4,5]。南方地区主要利用塑料大棚(简称大棚)进行冬季蔬菜栽培，丰富元旦、春节期间的蔬菜市场，从而取得较好的经济效益[6，7]。利用大棚种植蔬菜的关键技术是光照强度、温度和湿度等环境条件的调节控制。但大棚内光照强度、温度和湿度在不同月份、不同地区和不同天气条件下变化较大，了解其变化规律对冬季蔬菜高产稳产具有重要意义。为此，笔者以大棚外环境为棚外对照，研究了冬季不同天气条件下大棚内北、中、南3个位置的光照强度、温度和湿度的变化情况，旨在为冬季大棚蔬菜栽培环境调控提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验地点位于湖北省荆州市荆州区李埠镇白荷村。大棚长50m、宽8m、高2.5m，呈南北走向。种植作物为冬季莴笋。

1.2 试验方法

试验时间分别为2017年12月19日(晴天)、12月27日(阴天)及12月28日(雨天)。采用单因素完全随机设计，棚内外共设置4个观测点，在大棚内从北到南取北、中、南3个中间的点(南点、北点分别距棚内南、北棚门各5m处、中点为棚中央处)，以距大棚北部5m棚外对照处的观测点为棚外对照，4个观测点位于同一条直线上。采用MODEL ZDS-10光照度计、DT-8892温湿度仪测定4个观测点一天中的8:00、10:00、12:00、14:00、16:00、18:00的光照强度、温度和湿度，各重复3次。测定时仪器离地面高度为1m。试验数据用SAS 9.1软件进行统计分析，差异显著比较采用邓肯式新复极差法。

2 结果与分析

2.1 不同天气条件下大棚内不同位置光照强度的变化

由表1可知，从早到晚除雨天8:00大棚内北、中、南3个观测点的光照强度与棚外对照无显著差异外，不同天气条件下大棚内3个观测点的光照强度均显著低于棚外对照。除晴天8:00和雨天12:00、14:00外，不同天气条件下从早到晚大棚内3个观测点的光照强度差异均不显著。不同天气条件下大棚内3个观测点的光照强度从8:00到18:00变化趋势均为先升高后降低，在12:00达到最大值，与棚外对照的光照强度变化趋势一致。从早到晚，晴天大棚内3个观测点的光照强度均远远高于阴天和雨天。

表1 不同天气条件下大棚内不同位置光照强度的变化

注：表中不同小写字母表示观测点间在P<0.05水平上差异显著；CK表示棚外对照，下同。

2.2 不同天气条件下大棚内不同位置温度变化

由表2可知，除晴天12:00和雨天18:00外，不同天气条件下从早到晚大棚内3个观测点的温度均显著高于棚外对照。除晴天8:00、阴天16:00和雨天12:00外，不同天气条件下从早到晚大棚内3个观测点的温度差异均不显著。此外，不同天气条件下大棚内3个观测点的温度从8:00到18:00的变化趋势均是先升高后降低，与棚外对照的温度变化趋势一致。但晴天和雨天大棚内3个观测点的温度在14:00达到最大值，与棚外对照一致，而阴天大棚内3个观测点的温度在12:00达到最大值，也与棚外对照一致。晴天大棚内3个观测点的温度在8:00和18:00比阴天和雨天低1～5℃，但晴天从10:00到16:00大棚内3个观测点的温度比阴天和雨天高2～8℃。

2.3 不同天气条件下大棚内不同位置湿度变化

由表3可知，晴天16:00大棚内北点以及18:00大棚内3个观测点的湿度均显著高于棚外对照，其他时间点大棚内3个观测点的湿度与棚外对照无显著差异。阴天除8:00和14:00大棚内北点的湿度与棚外对照无显著差异外，其他时间点大棚内3个观测点的湿度均显著高于棚外对照。雨天大棚内相应观测点在以下时间点的湿度与棚外对照无显著差异：8:00大棚内北点和中点；10:00大棚内中点和南点；12:00大棚内北点，其他时间点大棚内3个观测点的湿度均显著高于棚外对照。不同天气条件下大棚内3个观测点的湿度从8:00到18:00的变化趋势均是先降低后升高，与棚外对照的湿度变化趋势一致。晴天大棚内3个观测点的湿度均在14:00达到最小值，与棚外对照一致。阴天大棚内南点的湿度在12:00达到最小值，与棚外对照一致，而大棚内北点和中点的湿度在14:00达到最小值,比棚外对照迟2h。雨天大棚内3个观测点的湿度在10:00达到最小值,比棚外对照早4h。从早到晚，晴天大棚内3个观测点的湿度远远低于阴天和雨天。

表2 不同天气条件下大棚内不同位置温度的变化

表3 不同天气条件下大棚内不同位置湿度的变化

3 讨论与结论

从早到晚除雨天8:00外，不同天气条件下大棚内光照强度均显著低于棚外对照，这是因为自然光透过塑料薄膜才能进入大棚内，由于塑料薄膜吸收和反射而降低了透光率[8]。除晴天8:00和雨天12:00、14:00外，不同天气条件下大棚内3个观测点的光照强度从早到晚在各个观测时间点无显著差异，表明大棚内从北到南光照分布较均匀。这是因为大棚呈南北朝向，太阳从升起到日落整个过程都能保证大棚光照均匀[9,10]。不同天气条件下大棚内光照强度均为先升高后降低，且均在12:00达到最大值，与棚外对照一致。这与前人对大棚内光照强度变化研究的结果类似[11,12]。晴天大棚内3个观测点的光照强度远远高于阴天和雨天，这是因为晴天光照强，而阴天和雨天光照较弱，导致晴天进入大棚内的光照比阴天和雨天多。

从早到晚除晴天12:00和雨天18:00外，不同天气条件下大棚内温度均显著高于棚外对照，这是因为塑料薄膜可以让短波辐射透射进大棚内，又能阻止大棚内长波辐射透射出去，且大棚为半封闭空间，内外空气交换弱，从而使蓄积热量不易损失[8]。从早到晚除晴天8:00、阴天16:00和雨天12:00外，不同天气条件下大棚内3个观测点的温度均无显著差异，表明大棚内从北到南温度较均匀。这是因为白天大棚内热量的来源主要是太阳辐射，而大棚内从北到南光照均匀，导致了大棚内从北到南的温度也较均匀[13]。不同天气条件下大棚内温度从早到晚先升高后降低，与棚外对照一致。阴天棚内3个观测点的温度均在12:00达到最大值，与棚外对照一致。而晴天和雨天大棚内3个观测点与棚外对照的温度均在14:00达到最大值，比阴天推迟2h。这与前人对大棚内温度日变化研究的结果类似[14]。晴天大棚内的温度在早晨和傍晚比雨天和阴天低，这是因为晴天早晨和傍晚棚外对照的温度比阴天和雨天低，而不同天气条件下夜晚均未关闭棚门，导致早晨和傍晚大棚内温度与棚外对照仅相差0～2℃。晴天大棚内的温度在10:00到16:00比阴天和雨天高，是因为晴天光照较强，大棚内温度迅速升高，而阴天和雨天光照较弱，大棚内温度升高较慢。

晴天除16:00大棚内北点的湿度显著高于棚外对照和18:00大棚内3个观测点的湿度均显著高于棚外对照外，其他时间点大棚内3个观测点的湿度与棚外对照无显著差异，是因为晴天正午前后大棚内温度较高，导致湿度较低，因而与棚外对照差异不显著。阴天和雨天大棚内湿度均显著高于棚外对照，是因为阴天和雨天棚外对照的湿度很高，大棚内温度较低且为半封闭空间，不易排湿。不同天气条件下在8:00和18:00大棚内湿度偏高，是因为早晨和傍晚大棚内气温较低所致。从早到晚，不同天气条件下大棚内湿度先降低后升高，与棚外对照一致。这与前人对大棚内相对湿度日变化研究的结果类似[15,16]。由于晴天大棚内温度较高，而阴天和雨天大棚内温度较低，导致晴天大棚内3个观测点的湿度比阴天和雨天低。

总之，除个别时间点外，不同天气条件下从早到晚大棚内3个观测点的光照强度均显著低于棚外对照，温度均显著高于棚外对照。晴天除16:00和18:00外，大棚内3个观测点的湿度与棚外对照均无显著差异，而阴天和雨天从早到晚除个别时间点外，棚内3个观测点的湿度均显著高于棚外对照。不同天气条件下大棚内从北到南光照强度、温度和湿度都比较均匀，光照强度和温度的变化趋势均为先升高后降低，而湿度的变化趋势正好相反。此外，晴天大棚内光照强度比阴天和雨天高，而湿度比阴天和雨天低。