不同季節溫室內溫度、濕度、太陽輻射等因子的量化關系,農業基礎科學論文0、引言由于日光溫室的相對封閉性，構成了其獨特的小氣候環境。日光溫室小氣候包括溫室內的溫度、濕度、接遭到的太陽輻射等，各因子之間互相影響、互相制約，促進了溫室內作物的生長發育。當前對于日光溫室內小氣候的研究比擬多，如溫室內小氣候變化規律與模擬[1-4]、小氣候監控與調控[5-9]、小氣候對蔬菜生長發育的影響[10-11]、溫室內小氣候與外界的關系[12-15]等，這些研究為溫室內小氣候有效利用奠定了基礎，但對于溫室內小氣候各因子之間定量化的關系的研究還不多見。因而，本研究擬以歷年日光溫室內小氣候監測資料為基礎，研究不同季節溫室內溫度、濕度、接遭到的太陽輻射等各因子之間的量化關系，以期為有效調控溫室內小氣候環境各因子之間的平衡，促進蔬菜強健生長提供科學根據。1、資料與方式方法日光溫室內小氣候觀測資料來自于河北省高邑縣黃瓜日光溫室，日光溫室東西長32.0m，南北寬9.0m，脊高3.5m，后墻高2.8m，后墻和東、西墻為土墻，墻體厚1.5m。觀測時間為20062018年，除2006年觀測時間從12月中旬開場，其他年份觀測時間均從10月開場，到第2年的5月結束，華而不實2007年12月27日2008年5月31日由于儀器故障，資料缺測。觀測儀器采用北京雨根科技有限公司生產的溫室小氣候監測儀，觀測內容包括：溫室內的氣溫、空氣相對濕度、接遭到的太陽輻射等，其觀測精度分別為0.2℃、2%和3W/m2。空氣溫度、相對濕度觀測設1.5m高度，太陽輻射觀測設2.0m高度，每10min采集1次數據。從觀測資料中挑取逐日的日最高氣溫、日最小空氣相對濕度和接遭到的日最大太陽輻射，建立它們之間的量化關系，并進行顯著性檢驗。2、結果與分析2.1溫度與輻射的關系2.1.1月內相關性表1是日光溫室內日最高氣溫與接遭到的日最大太陽輻射的相關系數。由表1可見，兩者在各月的相關性均通過了0.001水平檢驗，華而不實12月、1月和2月相關系數最大，其次是在10月和11月，再其次是在3月和5月，在4月最小。由于冬季，室外溫度較低，為保證溫室內的溫度，溫室通風時間較短或很少通風，溫室內小氣候相對穩定，各因子之間相關密切；秋季外界天氣漸漸變冷，溫室放風時間減少，溫室內小氣候也相對穩定，各因子間相關性也較高；春季太陽輻射變化幅度較大，溫室通風時間和通風口的大小隨之而變，所以各因子間相關性較冬季和秋季低。2.1.2季內相關性圖1是秋、冬、春季日光溫室內日最高氣溫與接遭到的日最大太陽輻射的關系圖。由圖1可見，秋季和冬季日光溫室內接遭到的日最大太陽輻射缺乏600W/m2，冬季為573W/m2，秋季為599W/m2，而春季則到達了885W/m2，可見春季日光溫室內的光環境好于秋季，好于冬季。在3個季節，在輻射較小時，溫室內日最高氣溫隨著接遭到的太陽輻射的增加而增加，但當輻射到達一定數量時，溫室內的日最高氣溫不再上升，而趨于穩定狀態。不同季節日光溫室內日最高氣溫與接遭到的日最大太陽輻射的關系模型，見公式(1)~(3)。秋季：y=-610-5x2+0.0759x+13.243(R2=0.7447＞0.001)(1)冬季：y=-410-7x3+0.0003x2-0.0148x+11.983(R2=0.8268＞0.001)(2)春季：y=-410-5x2+0.0589x+14.577(R2=0.5680＞0.001)(3)式中：y為日光溫室內日最高氣溫，x為日光溫室內接遭到的日最大太陽輻射。由于黃瓜生育適宜溫度范圍為12~32℃，晴天上午28~30℃，下午為25~20℃[16]。根據式(1)~(3)得到，在秋季和春季，若要使溫室內溫度上升到20℃以上，所接遭到的日最大太陽輻射在100W/m2以上即可知足，通過資料統計得到此種情況的知足率達95%。可見，秋季和春季日光溫室內的溫光環境比擬充足。而在冬季，若要使溫室內溫度上升到20℃，所接遭到的日最大太陽輻射需要在250W/m2以上。經統計，溫室內的日最高氣溫在20℃以上，同時所接遭到的日最大太陽輻射在250W/m2以上所占比例僅66%；當溫室內接遭到的日最大太陽輻射在250W/m2下面時，溫室內日最低氣溫降到10℃下面的幾率為9%，可見冬季溫室內溫光環境較差。在秋季、冬季、春季，當溫室內接遭到的日最大太陽輻射分別超過320、350、360W/m2時，溫室內的日最高氣溫就有可能上升到35℃以上，因而應及時放風。2.2濕度與溫度的關系2.2.1月內相關性表2是不同月份日光溫室內空氣日最小相對濕度與日最高氣溫相關系數。由表2可見，兩者在各月的相關性均通過了0.001水平檢驗，相關系數最大的是在12月，其次是在1月和2月，再其次是在5月、11月、10月和3月，最小的是在4月。2.2.2季內相關性圖2是秋、冬、春季日光溫室內空氣日最小相對濕度與日最高氣溫的關系圖。由圖2可見，3個季節溫室內日最小相對濕度的最大值均為100%，冬季最小值在40%以上，春季和秋季則在25%以上，隨著日最高氣溫的增加，溫室內空氣日最小相對濕度呈下降的趨勢。在冬季，溫室內日最高氣溫在20℃下面，同時日最小相對濕度在90%以上的比例占20%，可見冬季溫室內低溫高濕的小氣候狀況不可忽視。而在秋季和春季，溫室內日最小相對濕度在40%下面，同時溫度在35℃以上所占比例分別達13%和6%，可見秋季和春季溫室內高溫低濕的小氣候是另一矛盾。在不同季節兩者相關模型，見公式(4)~(6)。秋季：y=-2.0847x+123.62(R2=0.5340＞0.001)(4)冬季：y=-1.5806x+114.81(R2=0.7778＞0.001)(5)春季：y=-2.0792x+126.83(R2=0.4721＞0.001)(6)式中：y為日光溫室內空氣日最小相對濕度，x為日光溫室內日最高氣溫。2.3濕度與輻射的關系2.3.1月內相關性表3是不同月份日光溫室內空氣日最小相對濕度與接遭到的日最大太陽輻射的相關系數。由表3可見，兩者在各月的相關性均通過了0.001水平檢驗，兩者相關系數最大的是在12月，其次是1月、2月、10月、3月、5月和11月，4月相關最小。2.3.2季內相關性圖3是秋冬春季日光溫室內空氣日最小相對濕度與接遭到的日最大太陽輻射的關系圖。由圖3可見，隨著日最大太陽輻射的增加，溫室內日最小相對濕度呈下降的趨勢，冬季兩者的相關性好于秋季和春季。兩者相關模型，見公式(7)~(9)。秋季：y=-0.1057x+95.795(R2=0.6254＞0.001)(7)冬季：y=-0.0971x+102.27(R2=0.8199＞0.001)(8)春季：y=-0.073x+96.691(R2=0.6075＞0.001)(9)式中：y為日光溫室內空氣日最小相對濕度，x為日光溫室內接遭到的日最大太陽輻射。由上述分析可知，在秋季、春季和冬季，當溫室內接遭到的日最大太陽輻射分別在100、100和250W/m2以上時，日光溫室內的日最高氣溫可達20℃以上，此時溫室內濕度一般在90%下面，光、溫、濕小氣候環境比擬利于黃瓜的生長。而在春季和秋季，溫室內接遭到的日最大太陽輻射分別在400W/m2和500W/m2以上時，溫室內日最小空氣相對濕度就有可能下降到40%下面。3、結論與討論〔1〕日光溫室內日最高氣溫、空氣日最小相對濕度、接遭到的日最大太陽輻射三者均有較強的相關性，在冬季相關性好于秋季好于春季。由于冬季溫室內相對封閉，小氣候環境相對穩定，而在秋、春季，尤其在春季，溫室放風多，溫室內小氣候與外界交換多。〔2〕秋季和冬季日光溫室內接遭到的日最大太陽輻射缺乏600W/m2，而春季則能到達885W/m2，春季日光溫室內的光環境好于秋季，好于冬季。在秋季和春季，若要使溫室內溫度上升到20℃以上，所接遭到的日最大太陽輻射在100W/m2以上即可知足，而在冬季則需要在250W/m2以上。當溫室內接遭到的日最大太陽輻射在250W/m2下面時，溫室內日最低氣溫降到10℃下面的幾率為9%，可見，冬季溫室內溫光環境較差，加強溫室內的保溫防寒尤為重要，尤其在陰雪寡照等天氣狀況下。〔3〕秋、冬、春3個季節溫室內空氣日最小相對濕度的最大值均為100%，最小值則不同，在冬季為40%以上，在春季和秋季則在25%以上。在冬季，溫室內日最高氣溫在20℃下面，同時日最小相對濕度在90%以上的比例占20%，而在秋季和春季，溫室內日最高氣溫在35℃以上，同時日最小相對濕度在40%下面所占比例分別為13%和6%。因而，冬季溫室內的低溫高濕、秋季和春季溫室內的高溫低濕小氣候狀況不可忽視。〔4〕在秋季、春季和冬季，當溫室內接遭到的日最大太陽輻射分別在100、100和250W/m2以上時，日光溫室內的日最高氣溫可達20℃以上，此時溫室內濕度在90%下面，光、溫、濕小氣候環境比擬利于黃瓜的生長，但在春季和秋季，溫室內接遭到的日最大太陽輻射分別在400W/m2和500W/m2以上時，溫室內日最小空氣相對濕度就有可能下降到40%下面，因而晴天時溫室內對濕度的調控是一個難點。有效地調控溫室內的溫度、濕度與輻射，關系著溫室內蔬菜產量的高低。〔5〕由于各地日光溫室構造不同，管理水平不同、溫室內種植的蔬菜種類不同，溫室內小氣候存在一定的差異，但本研究代表了本類型日光溫室的小氣候特性，具有一定的代表性。以下為參考文獻：[1]王倩,張海濤,劉旭,等.下沉式日光溫室內溫光環境分析[J].中國農業氣象,2020,34(1):37-42.[2]趙鴻,張強,楊啟國,等.黃土高原半干旱雨養區日光溫室小氣候分析[J].應用氣象學報,2007,18(5):627-634.[3]佟國紅,李保明,DavidM.Christopher,等.用CFD方式方法模擬日光溫室溫度環境初探[J].農業工程學報,2020,23(7):178-185.[4]劉洪,郭文利,李慧君.北京地區日光溫室光環境模擬及分析[J].應用氣象學報,2008,19(3):350-354.[5]梁居寶,杜克明,孫忠富.基于3G和VPN的溫室遠程監控系統的設計與實現[J].中國農學通報,2018,27(29):139-144.[6]閻曉軍,王維瑞,梁建平.北京市設施農業物聯網應用形式構建[J].農業工程學報,2020,28(4):149-154.[7]張義,楊其長,方慧.日光溫室水幕簾蓄放熱系統增溫效應試驗研究[J].農業工程學報,2020,28(4):188-193.[8]魏瑞江,王西平,常桂榮,等