不同季節(jié)溫室內(nèi)溫度、濕度、太陽輻射等因子的量化關(guān)系,農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)科學(xué)論文

不同季節(jié)溫室內(nèi)溫度、濕度、太陽輻射等因子的量化關(guān)系,農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)科學(xué)論文0、引言由于日光溫室的相對(duì)封閉性，構(gòu)成了其獨(dú)特的小氣候環(huán)境。日光溫室小氣候包括溫室內(nèi)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(jìn)了溫室內(nèi)作物的生長發(fā)育。當(dāng)前對(duì)于日光溫室內(nèi)小氣候的研究比擬多，如溫室內(nèi)小氣候變化規(guī)律與模擬[1-4]、小氣候監(jiān)控與調(diào)控[5-9]、小氣候?qū)κ卟松L發(fā)育的影響[10-11]、溫室內(nèi)小氣候與外界的關(guān)系[12-15]等，這些研究為溫室內(nèi)小氣候有效利用奠定了基礎(chǔ)，但對(duì)于溫室內(nèi)小氣候各因子之間定量化的關(guān)系的研究還不多見。因而，本研究擬以歷年日光溫室內(nèi)小氣候監(jiān)測資料為基礎(chǔ)，研究不同季節(jié)溫室內(nèi)溫度、濕度、接遭到的太陽輻射等各因子之間的量化關(guān)系，以期為有效調(diào)控溫室內(nèi)小氣候環(huán)境各因子之間的平衡，促進(jìn)蔬菜強(qiáng)健生長提供科學(xué)根據(jù)。1、資料與方式方法日光溫室內(nèi)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(shí)間為20062018年，除2006年觀測時(shí)間從12月中旬開場，其他年份觀測時(shí)間均從10月開場，到第2年的5月結(jié)束，華而不實(shí)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(chǎn)的溫室小氣候監(jiān)測儀，觀測內(nèi)容包括：溫室內(nèi)的氣溫、空氣相對(duì)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?？諝鉁囟?、相對(duì)濕度觀測設(shè)1.5m高度，太陽輻射觀測設(shè)2.0m高度，每10min采集1次數(shù)據(jù)。從觀測資料中挑取逐日的日最高氣溫、日最小空氣相對(duì)濕度和接遭到的日最大太陽輻射，建立它們之間的量化關(guān)系，并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。2、結(jié)果與分析2.1溫度與輻射的關(guān)系2.1.1月內(nèi)相關(guān)性表1是日光溫室內(nèi)日最高氣溫與接遭到的日最大太陽輻射的相關(guān)系數(shù)。由表1可見，兩者在各月的相關(guān)性均通過了0.001水平檢驗(yàn)，華而不實(shí)12月、1月和2月相關(guān)系數(shù)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(nèi)的溫度，溫室通風(fēng)時(shí)間較短或很少通風(fēng)，溫室內(nèi)小氣候相對(duì)穩(wěn)定，各因子之間相關(guān)密切；秋季外界天氣漸漸變冷，溫室放風(fēng)時(shí)間減少，溫室內(nèi)小氣候也相對(duì)穩(wěn)定，各因子間相關(guān)性也較高；春季太陽輻射變化幅度較大，溫室通風(fēng)時(shí)間和通風(fēng)口的大小隨之而變，所以各因子間相關(guān)性較冬季和秋季低。2.1.2季內(nèi)相關(guān)性圖1是秋、冬、春季日光溫室內(nèi)日最高氣溫與接遭到的日最大太陽輻射的關(guān)系圖。由圖1可見，秋季和冬季日光溫室內(nèi)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(dá)了885W/m2，可見春季日光溫室內(nèi)的光環(huán)境好于秋季，好于冬季。在3個(gè)季節(jié)，在輻射較小時(shí)，溫室內(nèi)日最高氣溫隨著接遭到的太陽輻射的增加而增加，但當(dāng)輻射到達(dá)一定數(shù)量時(shí)，溫室內(nèi)的日最高氣溫不再上升，而趨于穩(wěn)定狀態(tài)。不同季節(jié)日光溫室內(nèi)日最高氣溫與接遭到的日最大太陽輻射的關(guān)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(nèi)日最高氣溫，x為日光溫室內(nèi)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(jù)式(1)~(3)得到，在秋季和春季，若要使溫室內(nèi)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(tǒng)計(jì)得到此種情況的知足率達(dá)95%?？梢?，秋季和春季日光溫室內(nèi)的溫光環(huán)境比擬充足。而在冬季，若要使溫室內(nèi)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(jīng)統(tǒng)計(jì)，溫室內(nèi)的日最高氣溫在20℃以上，同時(shí)所接遭到的日最大太陽輻射在250W/m2以上所占比例僅66%；當(dāng)溫室內(nèi)接遭到的日最大太陽輻射在250W/m2下面時(shí)，溫室內(nèi)日最低氣溫降到10℃下面的幾率為9%，可見冬季溫室內(nèi)溫光環(huán)境較差。在秋季、冬季、春季，當(dāng)溫室內(nèi)接遭到的日最大太陽輻射分別超過320、350、360W/m2時(shí)，溫室內(nèi)的日最高氣溫就有可能上升到35℃以上，因而應(yīng)及時(shí)放風(fēng)。2.2濕度與溫度的關(guān)系2.2.1月內(nèi)相關(guān)性表2是不同月份日光溫室內(nèi)空氣日最小相對(duì)濕度與日最高氣溫相關(guān)系數(shù)。由表2可見，兩者在各月的相關(guān)性均通過了0.001水平檢驗(yàn)，相關(guān)系數(shù)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(nèi)相關(guān)性圖2是秋、冬、春季日光溫室內(nèi)空氣日最小相對(duì)濕度與日最高氣溫的關(guān)系圖。由圖2可見，3個(gè)季節(jié)溫室內(nèi)日最小相對(duì)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(nèi)空氣日最小相對(duì)濕度呈下降的趨勢(shì)。在冬季，溫室內(nèi)日最高氣溫在20℃下面，同時(shí)日最小相對(duì)濕度在90%以上的比例占20%，可見冬季溫室內(nèi)低溫高濕的小氣候狀況不可忽視。而在秋季和春季，溫室內(nèi)日最小相對(duì)濕度在40%下面，同時(shí)溫度在35℃以上所占比例分別達(dá)13%和6%，可見秋季和春季溫室內(nèi)高溫低濕的小氣候是另一矛盾。在不同季節(jié)兩者相關(guān)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(nèi)空氣日最小相對(duì)濕度，x為日光溫室內(nèi)日最高氣溫。2.3濕度與輻射的關(guān)系2.3.1月內(nèi)相關(guān)性表3是不同月份日光溫室內(nèi)空氣日最小相對(duì)濕度與接遭到的日最大太陽輻射的相關(guān)系數(shù)。由表3可見，兩者在各月的相關(guān)性均通過了0.001水平檢驗(yàn)，兩者相關(guān)系數(shù)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(guān)最小。2.3.2季內(nèi)相關(guān)性圖3是秋冬春季日光溫室內(nèi)空氣日最小相對(duì)濕度與接遭到的日最大太陽輻射的關(guān)系圖。由圖3可見，隨著日最大太陽輻射的增加，溫室內(nèi)日最小相對(duì)濕度呈下降的趨勢(shì)，冬季兩者的相關(guān)性好于秋季和春季。兩者相關(guān)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(nèi)空氣日最小相對(duì)濕度，x為日光溫室內(nèi)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(dāng)溫室內(nèi)接遭到的日最大太陽輻射分別在100、100和250W/m2以上時(shí)，日光溫室內(nèi)的日最高氣溫可達(dá)20℃以上，此時(shí)溫室內(nèi)濕度一般在90%下面，光、溫、濕小氣候環(huán)境比擬利于黃瓜的生長。而在春季和秋季，溫室內(nèi)接遭到的日最大太陽輻射分別在400W/m2和500W/m2以上時(shí)，溫室內(nèi)日最小空氣相對(duì)濕度就有可能下降到40%下面。3、結(jié)論與討論〔1〕日光溫室內(nèi)日最高氣溫、空氣日最小相對(duì)濕度、接遭到的日最大太陽輻射三者均有較強(qiáng)的相關(guān)性，在冬季相關(guān)性好于秋季好于春季。由于冬季溫室內(nèi)相對(duì)封閉，小氣候環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定，而在秋、春季，尤其在春季，溫室放風(fēng)多，溫室內(nèi)小氣候與外界交換多?！?〕秋季和冬季日光溫室內(nèi)接遭到的日最大太陽輻射缺乏600W/m2，而春季則能到達(dá)885W/m2，春季日光溫室內(nèi)的光環(huán)境好于秋季，好于冬季。在秋季和春季，若要使溫室內(nèi)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(dāng)溫室內(nèi)接遭到的日最大太陽輻射在250W/m2下面時(shí)，溫室內(nèi)日最低氣溫降到10℃下面的幾率為9%，可見，冬季溫室內(nèi)溫光環(huán)境較差，加強(qiáng)溫室內(nèi)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(gè)季節(jié)溫室內(nèi)空氣日最小相對(duì)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(nèi)日最高氣溫在20℃下面，同時(shí)日最小相對(duì)濕度在90%以上的比例占20%，而在秋季和春季，溫室內(nèi)日最高氣溫在35℃以上，同時(shí)日最小相對(duì)濕度在40%下面所占比例分別為13%和6%。因而，冬季溫室內(nèi)的低溫高濕、秋季和春季溫室內(nèi)的高溫低濕小氣候狀況不可忽視。〔4〕在秋季、春季和冬季，當(dāng)溫室內(nèi)接遭到的日最大太陽輻射分別在100、100和250W/m2以上時(shí)，日光溫室內(nèi)的日最高氣溫可達(dá)20℃以上，此時(shí)溫室內(nèi)濕度在90%下面，光、溫、濕小氣候環(huán)境比擬利于黃瓜的生長，但在春季和秋季，溫室內(nèi)接遭到的日最大太陽輻射分別在400W/m2和500W/m2以上時(shí)，溫室內(nèi)日最小空氣相對(duì)濕度就有可能下降到40%下面，因而晴天時(shí)溫室內(nèi)對(duì)濕度的調(diào)控是一個(gè)難點(diǎn)。有效地調(diào)控溫室內(nèi)的溫度、濕度與輻射，關(guān)系著溫室內(nèi)蔬菜產(chǎn)量的高低?！?〕由于各地日光溫室構(gòu)造不同，管理水平不同、溫室內(nèi)種植的蔬菜種類不同，溫室內(nèi)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(xiàn)：[1]王倩,張海濤,劉旭,等.下沉式日光溫室內(nèi)溫光環(huán)境分析[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2020,34(1):37-42.[2]趙鴻,張強(qiáng),楊啟國,等.黃土高原半干旱雨養(yǎng)區(qū)日光溫室小氣候分析[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào),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(huán)境初探[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2020,23(7):178-185.[4]劉洪,郭文利,李慧君.北京地區(qū)日光溫室光環(huán)境模擬及分析[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào),2008,19(3):350-354.[5]梁居寶,杜克明,孫忠富.基于3G和VPN的溫室遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào),2018,27(29):139-144.[6]閻曉軍,王維瑞,梁建平.北京市設(shè)施農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用形式構(gòu)建[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),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(tǒng)增溫效應(yīng)試驗(yàn)研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2020,28(4):188-193.[8]魏瑞江,王西平,常桂榮,等