春季塑料大棚内气温和相对湿度变化特征

来源:用户上传      作者:赵玮 石茗化 张艳艳 乐章燕

　　摘要： 以河北省廊坊市葡萄塑料大棚为研究对象，收集2016年春季大棚内外气温和相对湿度数据，研究分析不同天气类型和采取不同农事活动时塑料大棚内外温湿度的变化规律。结果表明：（1）塑料大棚内白天气温呈单峰型变化趋势，14点左右达到最高值，最高值出现时间早于棚外，06：00前后达到最低值，基本与棚外同步。（2）晴天时塑料大棚内最高温度超过40.0 ℃，日夜关闭风口时棚内外温差是白天开风口、夜间闭风口时的3.4倍;（3）3月下旬、4月中下旬及5月夜间棚内存在逆温现象;（4）在日夜关闭风口情况下，棚内相对湿度呈现双谷型变化，12点前后会有个小高峰出现;（5）在白天开风口、夜间闭风口情况下，棚内相对湿度仅为日夜关闭风口时的1/5左右;（6）在日夜关闭风口情况下，棚内除草松土能够降低棚内气温和相对湿度，使夜间棚内相对湿度达到饱和的时间缩短，其降湿作用至少持续3 d;（7）浇水可降低棚内气温，同时使相对湿度明显升高，在日夜关闭风口情况下浇水的影响可持续3 d;在白天开风口、夜间关闭风口的情况下浇水的影响仅能维持1 d。
　　关键词： 春季;葡萄;塑料大棚;气温;相对湿度;逆温
　　中图分类号： S625.5+1  文献标志码： A
　　文章编号：1002-1302（2020）05-0205-05
　　  河北省廊坊市塑料大棚葡萄的萌芽及新梢生长期正值春季，不仅受到早春低温的影响，还面临着春末高温的危害，塑料大棚内气象条件较日光温室更难以掌控。陈丹等诸位专家对不同季节、不同类型塑料大棚内小气候变化规律、小气候条件评价等进行了研究[1-6]。符国槐等对塑料大棚内温湿度的预测等开展了一系列研究[7-9]。于盛楠等研究了不同天气背景下春季塑料大棚内小气候变化特征[10-12]。林瑞坤等研究了春季塑料大棚内土壤温度日变化特征及其对棚内气温的响应[13]。刘可群等的研究表明，在高温条件下，葡萄植株会受到损伤[14-19]。大多专家的研究重点在于室内气象要素的变化，而关于日常农事活动对棚内温湿度的影响研究还较少。
　　本研究利用数理统计方法，分析春季塑料大棚内、外（以下简称棚内、外）温湿度的变化规律，并详细分析典型天气条件下开闭风口、浇水、松土等农事活动对棚内气温和相对湿度的影响规律，旨在通过分析春季棚内温湿度变化规律以及农事活动对温湿度的影响效应，为春季棚内温湿度调控提供科学依据。
　　1 材料与方法
　　1.1 试验材料
　　以2016年河北省廊坊市永清县新苑阳光农业园区葡萄塑料大棚为试验对象。塑料大棚为南北走向，长为40 m，宽为8 m，脊高为2.8 m，边高为1.8 m，钢构拱棚，塑料膜为聚乙烯膜;南北留门，东西两侧各有1个宽1 m的通风口。种植作物为葡萄，品种为夏黑，土质为黄沙土。
　　塑料大棚内安装DZN1型农田小气候观测仪，外部安装DZZ6型自动气象站。
　　1.2 试验方法
　　试验于2016年3月23日至5月16日进行，观测设备位于塑料大棚中心距地面1 m处，每天观测时间为24 h，将测定间隔时间设置为1 h，在重要农事活动期间将测定时间设置为10 min。主要监测空气温度、相对湿度、地温等气象要素。塑料大棚采用日常管理模式，试验初期采取日夜关闭风口模式，试验中后期采取白天打开风口、夜间关闭风口模式。
　　按照地面气象观测规范[20]，对采集的气温、日照数据进行统计，剔除异常值，观测项目均以北京时间20时为日界，共计获得55 d逐小时气温、相对湿度观测数据，其中晴天39 d，多云天11 d，阴雨天5 d。
　　2 结果与分析
　　2.1 棚内温度变化规律
　　由图1可知，棚内气温具有明显的日变化规律，白天棚内气温呈单峰型变化趋势，棚内温度高于棚外温度，棚内温度于14：00左右达到最高值，棚内外温差13 ℃左右，较棚外最高气温出现时间早1～2 h。夜间气温降低，06：00点前后达到最低值。
　　 从棚内外夜间最小温度差（图2）可以看出，棚内外温度差并非全为正值，3月下旬、4月中下旬以及5月夜间会出现棚内温度低于棚外的现象，本研究称之为逆温现象;随着春季气温的逐渐升高，在日夜均关闭风口的情况下，逆温现象在3月29日消失，4月13日开始采取日间开风口，夜间关闭风口管理模式后，逆温现象再次出现，进入5月中旬，在阴雨天气下白天温度较低时，逆温现象不存在，夜间风口关闭，棚内空气对流小，导致产生了逆温现象，此结论与陈丹等专家的研究成果[1，11]一致。
　　 由图3可知，日夜关闭风口期间（所用的数据为3月22日20：00至4月13日19：59的数据），棚内增温迅速，棚内最高温度达到49.2 ℃，棚内外气温差较大，最大气温差为26.4 ℃，平均气温差为 7.4 ℃。白天开风口，夜间闭风口期间（所用数据为4月13日20：00至5月16日19：59的数据），棚内外温差较日夜闭风口时明显降低，最大温气差为 21.8 ℃，平均氣温差为2.2 ℃，不到日夜闭风口时的1/3。
　　 由图4可知，4月13日14：00塑料大棚开始采取白天开风口、夜间关闭风口的管理模式，由于开风口瞬间选择在午间棚内最高气温出现的时间段，因此开风口的瞬间降温效果十分明显，14：00、15：00棚内气温相差14.6 ℃。
　　 由图5可知，3月24日（晴天）08：00开展喷水工作，在3月23—24日进行数据分析。3月23、24日均为晴天，棚外最高气温基本相同，棚内最高气温为44.0、36.9 ℃，相差7.1 ℃，说明喷水会起到控制棚室内气温的作用。
　　 4月11日（多云）09：00开展除草松土工作。由图6可知，除草松土后棚内气温出现了明显的下降，棚内外温差从15.4 ℃降至5.7 ℃，呈现明显双峰型变化趋势，午间波峰被波谷取代。 　　2.2 棚内相对湿度变化规律
　　图7为晴天日夜关闭风口（16个样本）和白天开风口、夜间关风口（22个样本）等2种情况下棚内小时平均相对湿度变化曲线。由图7可知，在日夜关闭风口条件下，棚内夜间相对湿度升高，白天降低，于15：00达到最低值;白天相对湿度呈现双谷型变化趋势，12：00前后会有个小高峰出现。在日夜关闭风口时棚内相对湿度一直保持在较高的水平，夜间棚内相对湿度基本处在饱和的状态，平均最低相对湿度89.1%。在白天开风口、夜间关风口的情况下棚内相对湿度均较关闭风口时低，夜间达到饱和的时间较短，白天平均最低相对湿度18.4%，仅为日夜关闭风口时的1/5左右。
　　 由图8可知，4月10日（日夜闭风口）09：00—17：00棚内相对湿度在100%以下，最低相对湿度为80%，10日傍晚到11日清晨（日夜闭风口）相对湿度达到饱和的时间为15 h;11日除草松土后棚内相对湿度一直保持在较低的水平，最低相对湿度为29%，夜间相对湿度达到饱和的时间仅维持4 h，12日和13日白天相对湿度最低值均保持在较低的水平。13日14：00开始开风口，因此14：00之后的相对湿度不在本节分析范围内。除草松土具有明显的降湿作用，其作用至少持续3 d以上。
　　 由图9、图10可以看出，3月24日（日夜闭风口）和4月16日（白天开风口、夜间关闭风口）浇水后棚内相对湿度明显升高，在日夜关闭风口情况下浇水，全天棚内相对湿度基本达到饱和，最低相对湿度达90%以上;浇水对棚内相对湿度的影响可持续3 d;白天开风口、夜间关闭风口情况下浇水，棚内最低相对湿度是前日（15号阴天未浇水）的2.4倍，浇水对棚内相对湿度的影响时间较短，不会影响到次日的相对湿度最小值。
　　3 讨论与结论
　　春季气候多变，使作物生长面临着更多的考验，大棚生产虽能保护作物免受自然灾害，但也会带来新的问题，例如空气流动较小、温度过高和湿度过高等。
　　为确保春芽的发芽率，本试验中的葡萄塑料大棚采取开风口管理的时间较晚，导致棚内出现了多次超过40 ℃的高温。高温高湿和强光照是造成日灼的主要因素[21]，在塑料大棚葡萄萌芽期，为保证较高的发芽率，防止风抽干花芽，一般采取关闭风口的做法，导致晴天时棚内易产生高温高湿现象。
　　由于开展试验的地区春季晴天多，阴雨天气少，因此本研究多对晴天开展分析，而阴雨和多云天分析得较少;由于夜间云量不进行观测，无法对夜间逆温现象进行更详细分析。
　　通过对春季葡萄塑料大棚内外气温和相对湿度进行对比分析发现，棚内温度和相对湿度均具有明显的日变化规律，温度日高夜低，相对湿度与之相反。晴天棚内外温度差较大，最大值超过26 ℃。夜间棚内存在逆温现象，该现象在春季呈现“出现—消失—出现”的规律，且在早春日夜关闭风口期间最为明显。进入5月中旬后在阴雨天气下，白天温度较低时，逆温现象不存在。晴天夜间逆温时间较多云和阴天持续时间长。
　　在白天开风口、夜间关闭风口的情况下棚内相对湿度均较日夜关闭风口时要低，夜间达到饱和的时间较短，白天平均最低相对湿度为18.4%，仅为关闭风口时的1/5左右。棚内除草松土能够降低棚内气温和相对湿度，使夜间棚内相对湿度达到饱和的时间缩短，其降湿作用至少持续3 d。浇水可降低棚内气温，同时使相对湿度明显升高，在日夜关闭风口情况下浇水的影响可持续3 d;在白天开风口、夜间关闭风口的情况下浇水对相对湿度的影响时间较短。
　　综合来看，开风口和除草松土等农事活动能够降低棚室温度和相对湿度，浇水能够降低棚内气温，增加棚内相对湿度，可用不同农事活动来科学调控早春棚内温湿度，以保证葡萄有适宜的生长环境，提高品质。
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　　收 稿日期：2019-03-07
　　基金项目：河北省气象局面上项目（编号：18ky27）;河北省廊坊市科技局项目（编号：2018013029）。
　　作者简介：赵 玮（1988—），男，甘肃庆阳人，工程师，主要从事农业气象研究。E-mail：holyatm@163.com。
　　通信作者：石茗化，硕士，工程师，主要从事农业气象研究。E-mail：375855571@qq.com。
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