不同季节温室内温度、湿度、太阳辐射等因子的量化关系

　　0、 引言

　　由于日光温室的相对封闭性，形成了其独特的小气候环境。日光温室小气候包括温室内的温度、湿度、接受到的太阳辐射等，各因子之间相互影响、相互制约，促进了温室内作物的生长发育。目前对于日光温室内小气候的研究比较多，如温室内小气候变化规律与模拟[1-4]、小气候监控与调控[5-9]、小气候对蔬菜生长发育的影响[10-11]、温室内小气候与外界的关系[12-15]等，这些研究为温室内小气候有效利用奠定了基础，但对于温室内小气候各因子之间定量化的关系的研究还不多见。

　　因此，本研究拟以历年日光温室内小气候监测资料为基础，研究不同季节温室内温度、湿度、接受到的太阳辐射等各因子之间的量化关系，以期为有效调控温室内小气候环境各因子之间的平衡，促进蔬菜健壮生长提供科学依据。

　　1、 资料与方法

　　日光温室内小气候观测资料来自于河北省高邑县黄瓜日光温室，日光温室东西长32.0 m，南北宽9.0 m，脊高3.5 m，后墙高2.8 m，后墙和东、西墙为土墙，墙体厚1.5m。观测时间为2006—2010年，除2006年观测时间从12月中旬开始，其他年份观测时间均从10月开始，到第 2 年的 5 月结束，其中 2007 年 12 月 27 日—2008 年 5 月 31 日由于仪器故障，资料缺测。

　　观测仪器采用北京雨根科技有限公司生产的温室小气候监测仪，观测内容包括：温室内的气温、空气相对湿度、接受到的太阳辐射等，其观测精度分别为±0.2℃、±2%和±3 W/m2。空气温度、相对湿度观测设1.5 m 高度，太阳辐射观测设 2.0 m 高度，每 10 min 采集1 次数据。

　　从观测资料中挑取逐日的日最高气温、日最小空气相对湿度和接受到的日最大太阳辐射，建立它们之间的量化关系，并进行显著性检验。

　　2、 结果与分析

　　2.1 温度与辐射的关系

　　2.1.1 月内相关性 表 1 是日光温室内日最高气温与接受到的日最大太阳辐射的相关系数。由表1可见，两者在各月的相关性均通过了0.001水平检验，其中12月、1月和2月相关系数最大，其次是在10月和11月，再其次是在3月和5月，在4月最小。因为冬季，室外温度较低，为保证温室内的温度，温室通风时间较短或很少通风，温室内小气候相对稳定，各因子之间相关密切；秋季外界天气渐渐变冷，温室放风时间减少，温室内小气候也相对稳定，各因子间相关性也较高；春季太阳辐射变化幅度较大，温室通风时间和通风口的大小随之而变，所以各因子间相关性较冬季和秋季低。

　　2.1.2 季内相关性 图 1 是秋、冬、春季日光温室内日最高气温与接受到的日最大太阳辐射的关系图。由图1可见，秋季和冬季日光温室内接受到的日最大太阳辐射不足600 W/m2，冬季为573 W/m2，秋季为599 W/m2，而春季则达到了885 W/m2，可见春季日光温室内的光环境好于秋季，好于冬季。在3个季节，在辐射较小时，温室内日最高气温随着接受到的太阳辐射的增加而增加，但当辐射达到一定数量时，温室内的日最高气温不再上升，而趋于稳定状态。不同季节日光温室内日最高气温与接受到的日最大太阳辐射的关系模型，见公式(1)~(3)。

　　秋季：y=-6×10- 5x2+ 0.0759x + 13.243(R2=0.7447＞α0.001) ………………………………………………… (1)冬 季 ：y=- 4 × 10- 7x3+ 0.0003x2- 0.0148x + 11.983(R2=0.8268＞α0.001) ………………………………… (2)春季：y=-4×10- 5x2+ 0.0589x + 14.577(R2=0.5680＞α0.001) ………………………………………………… (3)式中：y为日光温室内日最高气温，x为日光温室内接受到的日最大太阳辐射。

　　因为黄瓜生育适宜温度范围为12~32℃，晴天上午28~30℃，下午为25~20℃[16]。根据式(1)~(3)得到，在秋季和春季，若要使温室内温度上升到20℃以上，所接受到的日最大太阳辐射在100 W/m2以上即可满足，通过资料统计得到此种情况的满足率达95%。可见，秋季和春季日光温室内的温光环境比较充足。而在冬季，若要使温室内温度上升到20℃，所接受到的日最大太阳辐射需要在250 W/m2以上。经统计，温室内的日最高气温在20℃以上，同时所接受到的日最大太阳辐射在250 W/m2以上所占比例仅66%；当温室内接受到的日最大太阳辐射在250 W/m2以下时，温室内日最低气温降到10℃以下的几率为9%，可见冬季温室内温光环境较差。

　　在秋季、冬季、春季，当温室内接受到的日最大太阳辐射分别超过 320、350、360 W/m2时，温室内的日最高气温就有可能上升到 35℃以上，因此应及时放风。

　　2.2 湿度与温度的关系2.2.1 月内相关性 表 2 是不同月份日光温室内空气日最小相对湿度与日最高气温相关系数。由表2可见，两者在各月的相关性均通过了0.001水平检验，相关系数最大的是在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 季内相关性 图 2 是秋、冬、春季日光温室内空气日最小相对湿度与日最高气温的关系图。由图2可见，3 个季节温室内日最小相对湿度的最大值均为100%，冬季最小值在 40%以上，春季和秋季则在 25%以上，随着日最高气温的增加，温室内空气日最小相对湿度呈下降的趋势。在冬季，温室内日最高气温在20℃以下，同时日最小相对湿度在90%以上的比例占20%，可见冬季温室内低温高湿的小气候状况不可忽视。而在秋季和春季，温室内日最小相对湿度在40%以下，同时温度在 35℃以上所占比例分别达 13%和6%，可见秋季和春季温室内高温低湿的小气候是另一矛盾。在不同季节两者相关模型，见公式(4)~(6)。

　　秋季：y=-2.0847x+123.62(R2=0.5340＞α0.001) … (4)冬季：y=-1.5806x+114.81(R2=0.7778＞α0.001) … (5)春季：y=-2.0792x+126.83(R2=0.4721＞α0.001) … (6)式中：y为日光温室内空气日最小相对湿度，x为日光温室内日最高气温。

　　2.3 湿度与辐射的关系2.3.1 月内相关性 表 3 是不同月份日光温室内空气日最小相对湿度与接受到的日最大太阳辐射的相关系数。由表3可见，两者在各月的相关性均通过了0.001水平检验，两者相关系数最大的是在12月，其次是1月、2月、10月、3月、5月和11月，4月相关最小。

　　2.3.2 季内相关性 图 3 是秋冬春季日光温室内空气日最小相对湿度与接受到的日最大太阳辐射的关系图。

　　由图3可见，随着日最大太阳辐射的增加，温室内日最小相对湿度呈下降的趋势，冬季两者的相关性好于秋季和春季。两者相关模型，见公式(7)~(9)。

　　秋季：y=-0.1057x+95.795(R2=0.6254＞α0.001) … (7)冬季：y=-0.0971x+102.27(R2=0.8199＞α0.001) … (8)春季：y=-0.073x+96.691(R2=0.6075＞α0.001) … (9)式中：y为日光温室内空气日最小相对湿度，x为日光温室内接受到的日最大太阳辐射。

　　由上述分析可知，在秋季、春季和冬季，当温室内接受到的日最大太阳辐射分别在100、100和250 W/m2以上时，日光温室内的日最高气温可达20℃以上，此时温室内湿度一般在90%以下，光、温、湿小气候环境比较利于黄瓜的生长。而在春季和秋季，温室内接受到的日最大太阳辐射分别在400 W/m2和500 W/m2以上时，温室内日最小空气相对湿度就有可能下降到40%以下。

　　3、 结论与讨论

　　（1）日光温室内日最高气温、空气日最小相对湿度、接受到的日最大太阳辐射三者均有较强的相关性，在冬季相关性好于秋季好于春季。因为冬季温室内相对封闭，小气候环境相对稳定，而在秋、春季，尤其在春季，温室放风多，温室内小气候与外界交换多。

　　（2）秋季和冬季日光温室内接受到的日最大太阳辐射不足600 W/m2，而春季则能达到885 W/m2，春季日光温室内的光环境好于秋季，好于冬季。在秋季和春季，若要使温室内温度上升到20℃以上，所接受到的日最大太阳辐射在100 W/m2以上即可满足，而在冬季则需要在250 W/m2以上。当温室内接受到的日最大太阳辐射在250 W/m2以下时，温室内日最低气温降到10℃以下的几率为9%，可见，冬季温室内温光环境较差，加强温室内的保温防寒尤为重要，尤其在阴雪寡照等天气状况下。

　　（3）秋、冬、春3个季节温室内空气日最小相对湿度的最大值均为100%，最小值则不同，在冬季为40%以上，在春季和秋季则在25%以上。在冬季，温室内日最高气温在20℃以下，同时日最小相对湿度在90%以上的比例占20%，而在秋季和春季，温室内日最高气温在35℃以上，同时日最小相对湿度在40%以下所占比例分别为13%和6%。因此，冬季温室内的低温高湿、秋季和春季温室内的高温低湿小气候状况不可忽视。

　　（4）在秋季、春季和冬季，当温室内接受到的日最大太阳辐射分别在100、100和250 W/m2以上时，日光温室内的日最高气温可达20℃以上，此时温室内湿度在90%以下，光、温、湿小气候环境比较利于黄瓜的生长，但在春季和秋季，温室内接受到的日最大太阳辐射分别在400 W/m2和500 W/m2以上时，温室内日最小空气相对湿度就有可能下降到40%以下，因此晴天时温室内对湿度的调控是一个难点。有效地调控温室内的温度、湿度与辐射，关系着温室内蔬菜产量的高低。

　　（5）由于各地日光温室结构不同，管理水平不同、温室内种植的蔬菜种类不同，温室内小气候存在一定的差异，但本研究代表了本类型日光温室的小气候特性，具有一定的代表性。

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