外保温覆盖大跨度塑料大棚在徐淮地区番茄越冬生产上的实践.pdf

doi 10 19928 ki 1000 6346 2021 1031 外保温覆盖大跨度塑料大棚在徐淮地区番 茄越冬生产上的实践 王 君 1 李衍素 1 张爱民 2 孟 雷 2 张胜丰 3 于贤昌 1 1 中国农业科学院蔬菜花卉研究所 北京 100081 2 徐州市蔬菜研究所 江苏徐州 221004 3 徐州市丰硕 绿色农业科技有限公司 江苏徐州 221000 摘 要 外保温覆盖大跨度塑料大棚具有栽培空间大 土地利用率高 机械操作方便等优势 已逐渐成为设施蔬菜越冬生产 可选择的设施类型之一 在徐州地区建造外保温覆盖大跨度塑料大棚 与当地典型 60 cm 厚砖墙 混凝土砌砖 日光温室内 部环境温度进行比较 并进行了番茄越冬茬生产实践 结果发现 在 1 3 月非连续低温条件下 外保温覆盖大跨度塑料大 棚内部空气温度可以达到砖墙日光温室保温性能 气温维持在 10 左右 且番茄产量没有降低 初始建设成本与砖墙日光 温室非常接近 但土地利用率高达 84 0 较砖墙日光温室提高了 35 5 百分点 综上 外保温覆盖大跨度塑料大棚可以作为 徐淮地区果菜类蔬菜越冬生产的新型栽培设施大面积推广应用 关键词 外保温覆盖大跨度塑料大棚 番茄 越冬茬生产 气温 玉春和陈端生 1998 张传福和魏家凤 2015 其中越冬生产以日光温室为主 越冬生产过程中 若遇长期雾霾或阴雨天气 温室内光照强度弱 温 度低 会降低蔬菜产量和品质 采用辅助加温和人 工补光的措施可以改善温室内部温光环境 但会大 幅度增加设备以及运行成本 降低生产效益 近年来 大跨度塑料大棚因其具备栽培空间 大 土地利用效率高 机械操作方便 建造成本低 室内环境稳定等优势 周升 等 2016 方慧 等 2017 马玲 等 2020 在北京 山东寿光 辽宁 沈阳 陕西杨凌 宁夏中部等地区获得推广应用 被认为是果菜类蔬菜越冬生产可供选择的设施类型 之一 大跨度塑料大棚在北方多地已被成功应用 但不同地区 不同气候条件下的大棚结构参数略有 差别 本试验在徐州地区建造了东西跨度 22 0 m 的 外保温覆盖大跨度塑料大棚 以下简称塑料大棚 测定冬春季节设施内部气温变化 并与徐淮地区较 为普遍的 60 cm 厚砖墙 混凝土砌砖 日光温室温 度性能进行比较 探讨其在徐淮地区应用的可行 性 以期为徐淮地区引入结构简单 经济实用的新 型栽培设施 并在徐淮地区进行番茄越冬茬生产辐 王君 女 博士 助理研究员 专业方向 蔬菜栽培 E mail wangjun01 通信作者 Corresponding author 于贤昌 男 博士 教授 专业方 向 蔬菜栽培 E mail yuxianchang 收稿日期 2020 07 09 接受日期 2021 03 04 基金项目 国家现代农业产业技术体系建设专项 CARS 25 C 01 中国农业科学院科技创新工程项目 CAAS ASTIP IVFCAAS 农 业农村部园艺作物生物学与种质创制重点实验室项目 徐州市地处黄淮海平原 光热条件好 早春 气温回升快 秋季昼夜温差大 年平均气温 14 2 年最低温度通常出现在 12 月至翌年 2 月的深 冬季节 中国天气网 http cityintro 101190801 shtml 极端最低气温为 14 9 5 2 刘璎瑛 等 2003 但一般很少发生极端 低温天气 张传福和魏家凤 2015 有利于设施 园艺产业发展 截至 2016 年末 全市温室占地面 积 4 380 hm 2 大棚占地面积 2 955 万 hm 2 徐州市 统计局 http ebdb0 4ae7 4c28 b26e e5865d672b6c html 且近 年来设施蔬菜种植面积有不断扩大的趋势 蔬菜保 护地生产设施主要包括日光温室 包括砖墙式和土 墙式 塑料拱棚 包括钢架和竹木结构 等 齐 51 中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES 研究论文 2021 8 51 57 射推广提供参考 1 材料与方法 1 1 外保温覆盖大跨度塑料大棚结构参数 塑料大棚骨架采用热镀锌低碳钢材 东西单 弧拱型屋顶 东西跨度 22 0 m 开间 1 0 m 南北 长度 100 0 m 立柱间距 4 0 m 肩高 2 1 m 顶高 6 0 m 棚间距 3 0 m 塑料大棚顶部均采用防老化 防雾滴 0 12 mm 聚烯烃塑料薄膜覆盖 外保温被材 料为质量 1 2 kg m 2 的防水棉被 塑料大棚顶端 两侧和下端两侧有南北走向的通风口 图 1 建 造地点为江苏省徐州市贾汪 蔬菜 综合示范基地 117 37 E 34 41 N 1 2 试验设计 以同一基地内当地设施蔬菜越冬生产常用的 60 cm 厚砖墙日光温室作为对照 塑料大棚作为处 理 日光温室骨架采用无支柱镀锌花梁结构 北墙 墙体材料为混凝土砌砖 390 mm 190 mm 190 mm 墙体内侧有 1 cm 厚内粉 外侧有 1 cm 厚外 粉 墙体整体厚 60 cm 高 2 5 m 屋脊高 3 5 m 东西长度 85 0 m 南北跨度 12 0 m 前后间距 8 0 m 日光温室棚膜和保温被材料与塑料大棚一致 二者 均安装了定时控制的通风系统 每日通风时间为 9 30 15 00 塑料大棚在东西两侧有上通风口 和下通风口 下通风口最低 最高位置分别距离地 面 0 4 m 和 1 5 m 东西两侧上通风口宽度各为 1 3 m 上通风口最低 最高位置距地面的垂直高度分 别为 5 9 m 和 6 3 m 日光温室顶部通风口宽度 1 0 m 在试验期间 塑料大棚和日光温室均仅开启顶 部通风 根据天气情况 保温被揭放时间和通风时 间会略作调整 风口处覆盖 40 目的防虫网 番茄栽培品种为中果型的粉迪 栽培密度为 2 381 株 667 m 2 1 于 2019 年 12 月 20 日定植 2020 年 5月 15 日拉秧 栽培管理措施均一致 1 3 空气温湿度记录仪布置与温湿度测定 温湿度测定时间为 2020 年 1月 8日至 3月 31 日 室外放置 1台空气温湿度自动记录仪 RC 4HA C 江苏精创电气股份有限公司 精度 温度为 0 1 湿度为 3 RH 为方便比较日光温室和塑料 大棚的温湿度性能 选取设施内温湿度变化受外界 影响相对一致的地点安放空气温湿度自动记录仪 在日光温室内部距离前底角 6 5 m 距离东西墙体 各 28 0 m 处分别放置 1 台空气温湿度自动记录仪 图 2 A 在塑料大棚内部距离东西两侧底角 6 5 m 距离南侧立柱 50 0 m 南北长度正中间 分别 放置 1 台空气温湿度自动记录仪 图 2 B 此位 置测定结果既能反映不同设施的温湿度情况 也不 影响蔬菜正常生长 各温湿度记录仪探头距地面高 度均为 1 5 m 数据采集时间间隔为 15 min 取两 侧采集数据的平均值 为减小或避免太阳辐射对测 量准确性的影响 将记录仪外置传感器探头用铝箔 纸进行包裹 但保证底部能够正常通风 1 4 产量测定 按照商品果大小和颜色要求 定期对番茄成熟 果实进行采收 将拉秧前所有采收果实产量进行统 计 折算成每 667 m 2 产量 1 5 土地利用率 按照温室建筑面积与土地总面积的比值计算土 图 1 外保温覆盖大跨度塑料大棚结构示意图 下通风口 下通风口 上通风口 1 0 m 22 0 m 上通风口 东 南 西 北 保温被 保温被 52 中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES 研究论文 地利用率 周长吉和刘晨霞 2009 土地利用率 有效种植面积 m 2 土地总面积 m 2 100 1 6 建造成本 日光温室建造成本 包括温室骨架 压膜线 塑料薄膜 外保温被 内保温幕 防虫网和卷膜卷 被系统 土建和砖墙 用工费以及其他费用 周升 等 2016 塑料大棚建造成本主要包括骨架 卷 帘卷被系统 通风系统 土建 用工费及其他费用 1 7 数据处理 采用 Excel 2010 软件对试验数据进行整理并 作图 2 结果与分析 2 1 塑料大棚和日光温室内外气温极值和平均值 变化 塑料大棚日平均气温 日最低气温和日最高气 温与日光温室变化趋势基本一致 图 3 5 当外 图 3 日光温室和塑料大棚内外日平均气温 日平均温度 o 30 25 20 15 10 5 0 5 室外 日光温室 塑料大棚 2020 01 08 2020 01 12 2020 01 16 2020 01 20 2020 01 24 2020 01 28 2020 02 01 2020 02 05 2020 02 09 2020 02 13 2020 02 17 2020 02 21 2020 02 25 2020 02 29 2020 03 04 2020 03 08 2020 03 12 2020 03 16 2020 03 20 2020 03 24 2020 03 28 日期 年 月 日 图 2 日光温室和塑料大棚温湿度自动记录仪分布位置 6 5 m 6 5 m 100 m 50 m B 塑料大棚 温湿度记录仪 100 0 m 50 0 m 6 5 m 6 5 m 85 m 6 5 m 6 5 m 东 西 北 南 A 日光温室 28 m A日光温室 85 0 m 28 0 m 6 5 m 6 5 m 85 m 6 5 m 6 5 m 东 西 北 南 A 日光温室 28 m 东 南 西 北 B塑料大棚 温湿度记录仪 85 m 6 5 m 6 5 m 东 西 北 南 A 日光温室 28 m 53 中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES 研究论文 界日平均气温在 0 5 3 5 范围内变化时 塑料 大棚内日平均气温与日光温室之差维持在 0 5 范围内 当外界气温上升后 日光温室与塑料大棚 日平均气温差值大于 0 5 试验期间二者温差最 高达 5 0 图 3和表 1 1月日光温室和塑料大棚日最低气温均出现在 1月 18日 分别为 6 5 和 7 8 图 4和表 1 1 2 3 月日光温室平均日最低气温分别为 9 9 12 6 14 0 塑料大棚平均日最低气温分别为 10 0 12 1 13 0 说明在徐州地区 若不遭遇外界连 续低温的极端天气 深冬和早春季节塑料大棚能够 维持棚内最低气温在 10 左右 达到砖墙日光温 室的保温性能 塑料大棚日最高气温明显低于日光温室 图 5 和表 1 1 2 3月日光温室平均日最高气温分别 为 26 4 26 5 29 1 塑料大棚平均日最高气温 表 1 日光温室和塑料大棚内外气温变化 月份 日平均气温 日最低气温 日最高气温 室外 日光温室 塑料大棚 室外 日光温室 塑料大棚 室外 日光温室 塑料大棚 1 0 5 6 8 9 5 20 9 10 0 15 9 5 6 4 9 6 5 12 2 7 8 11 8 2 7 12 2 10 9 39 6 12 6 27 7 2 0 3 11 4 11 6 20 7 11 2 18 7 5 9 9 2 8 7 16 8 8 4 16 0 2 2 20 2 14 3 36 5 11 1 35 1 3 3 5 19 3 14 0 25 5 14 3 22 0 2 1 10 0 10 0 17 4 8 1 16 7 10 0 30 2 17 1 38 7 15 7 32 7 图 4 日光温室和塑料大棚内外日最低气温 室外 日光温室 塑料大棚 日最低气温 o 20 15 10 5 0 5 10 2020 01 08 2020 01 12 2020 01 16 2020 01 20 2020 01 24 2020 01 28 2020 02 01 2020 02 05 2020 02 09 2020 02 13 2020 02 17 2020 02 21 2020 02 25 2020 02 29 2020 03 04 2020 03 08 2020 03 12 2020 03 16 2020 03 20 2020 03 24 2020 03 28 日期 年 月 日 图 5 日光温室和塑料大棚内外日最高气温 2020 01 08 2020 01 12 2020 01 16 2020 01 20 2020 01 24 2020 01 28 2020 02 01 2020 02 05 2020 02 09 2020 02 13 2020 02 17 2020 02 21 2020 02 25 2020 02 29 2020 03 04 2020 03 08 2020 03 12 2020 03 16 2020 03 20 2020 03 24 2020 03 28 日期 年 月 日 日最高气温 o 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 室外 日光温室 塑料大棚 54 中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES 研究论文 分别为 21 3 24 0 24 0 2 2 典型天气下日光温室和塑料大棚内空气温湿 度日变化 从图 6 可以看出 日光温室和塑料大棚内部 气温变化趋势基本相同 从 15 00 开始设施内 气温整体上均呈下降趋势 一直持续到次日早上 8 30 多云天气日光温室和塑料大棚气温均在 12 00 左右达到峰值 晴天天气在 13 00 左右达 到峰值 塑料大棚由于通风口大于日光温室 晴 天内部峰值气温明显低于日光温室 因此在下午 覆盖保温被时塑料大棚内气温要低于日光温室 但 17 00 覆盖保温被后 日光温室和塑料大棚内气 温短时回升后出现持续的降温 2020 年 1月 12 日 17 00 24 00 日光温室气温略高于塑料大棚 0 4 1 8 而 0 00 8 30 日光温室气温低于 塑料大棚 1 5 2 1 试验地区空气相对湿度较高 图 7 夜间相 对湿度达到 80 以上 塑料大棚和日光温室内空 气相对湿度随时间变化趋势整体一致 设施在通风 过程中空气湿度出现下降 尤其是在晴天 而塑料 大棚内空气相对湿度明显高于日光温室 多云天 气二者差值在 6 7 15 6 百分点范围波动 晴天在 7 1 43 0 百分点范围波动 在白天二者差距被明 显拉大 其主要原因为白天日光温室内气温明显高 图 6 日光温室和塑料大棚在冬季典型天气下气温日变化 气温 40 35 30 25 20 15 10 5 0 5 0 00 2 00 4 00 6 00 8 00 10 00 12 00 14 00 16 00 18 00 20 00 22 00 0 00 2 00 4 00 6 00 8 00 10 00 12 00 14 00 16 00 18 00 20 00 22 00 时间 2020年1月12日 晴天 时间 2020年1月10日 多云 24 00 24 00 室外 日光温室 塑料大棚 图 7 日光温室和塑料大棚在冬季典型天气下空气相对湿度日变化 空气相对湿度 120 100 80 60 40 20 0 24 00 24 00 0 00 2 00 4 00 6 00 8 00 10 00 12 00 14 00 16 00 18 00 20 00 22 00 0 00 2 00 4 00 6 00 8 00 10 00 12 00 14 00 16 00 18 00 20 00 22 00 时间 2020年1月12日 晴天 时间 2020年1月10日 多云 室外 日光温室 塑料大棚 空气相对湿度 120 100 80 60 40 20 0 24 00 24 00 0 00 2 00 4 00 6 00 8 00 10 00 12 00 14 00 16 00 18 00 20 00 22 00 0 00 2 00 4 00 6 00 8 00 10 00 12 00 14 00 16 00 18 00 20 00 22 00 时间 2020年1月12日 晴天 时间 2020年1月10日 多云 室外 日光温室 塑料大棚 气温 40 35 30 25 20 15 10 5 0 5 0 00 2 00 4 00 6 00 8 00 10 00 12 00 14 00 16 00 18 00 20 00 22 00 0 00 2 00 4 00 6 00 8 00 10 00 12 00 14 00 16 00 18 00 20 00 22 00 时间 2020年1月12日 晴天 时间 2020年1月10日 多云 24 00 24 00 室外 日光温室 塑料大棚 55 中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES 研究论文 于塑料大棚 而通常温度升高会造成空气相对湿度 下降 2 3 番茄产量 截至 2020 年 5 月 15 日拉秧 塑料大棚和日 光温室番茄每 667 m 2 产量分别为 4 585 kg 和 4 545 kg 塑料大棚番茄产量并没有降低 2 4 土地利用率和建造成本 为防止前栋遮阴 日光温室前后栋间距为 8 0 m 土地利用率仅为 48 5 而塑料大棚的棚间距 仅为 3 0 m 土地利用率高达 84 0 较日光温室 增加了 35 5 百分点 塑料大棚初始建造成本为 194 3 元 m 2 对照 砖墙日光温室建造成本约为 200 元 m 2 两种类型 设施的初始建造成本比较接近 3 讨论 低温是制约设施果菜类蔬菜越冬生产的重要 瓶颈问题 蔬菜栽培时设施内最低气温不得小于 10 而塑料大棚通常不能达到该气温临界值 因此 多采用日光温室来保障越冬蔬菜生产 但鉴 于徐淮地区发生极端低温天气的情况较少 张传 福和魏家凤 2015 因此在大跨度塑料大棚基础 上 考虑加上外覆盖 探索该设施类型是否能够满 足徐州地区蔬菜的越冬生产 在本试验中 从测量 之日 2020 年 1月 8日起 至 3月 31 日共计 84 d 其中阴天和多云天气共占 31 0 阴天或多云天气 持续最长的时间为 4 d 测定期间外界日最低温度 在 5 9 10 0 范围变化 塑料大棚内最低气温基 本可以达到当地典型砖墙日光温室的保温性能 但 若遇极端低温或连续阴雨天气 设施蔬菜仍有处于 温光逆境的风险 需配备辅助加热设备以保证塑料 大棚蔬菜正常生产 在试验过程中 为方便对比和管理 日光温室 和塑料大棚揭开保温被和通风的时间是一致的 随 着外界气温升高 中午日光温室内部出现近 40 的短时高温 相同环境下塑料大棚内气温低于日光 温室的主要原因是塑料大棚顶部通风口宽 1 3 m 日光温室仅宽 1 0 m 塑料大棚通风面积和通风量 显著大于日光温室 另外 定时揭开保温被的措施 造成设施内早上揭开保温被后气温略有下降以及下 午覆盖保温被后气温略有回升 在今后实际操作 中应将定时控制改进为结合作物的温度需求 根据 设施内实时气温来调控通风系统和保温被覆盖 揭 开 以利于冬春季节最大程度利用太阳辐射能来提 高设施内气温 土壤导热系数受土壤质地 容重 含水量等因 素影响 范围在 0 75 2 35 W m 1 K 1 邓小茜 等 2013 北墙混凝土砌砖导热系数为 0 68 1 02 W m 1 K 1 墙体导热能力较土壤并没有优势 且墙 体较薄 蓄热能力也远不如土壤 南北走向大跨度 非对称塑料大棚内光照强度及光照均匀度均高于 日光温室 武莹和李建明 2019 而土壤热量主 要取决于太阳辐射量 邢述彦 2004 因此 白 天塑料大棚土壤贮存的热量会高于日光温室 这可 能是尽管塑料大棚的散热面大于日光温室 但没有 出现塑料大棚夜间气温显著低于日光温室的主要原 因 由于日光温室通风量小 晴天温室内气温明显 高于塑料大棚 覆盖保温被后的起始气温高 图 6 通常易引起当天晚上前半夜的温度会略高于塑料大 棚 但后半夜随着塑料大棚土壤中贮存的热量不断 释放 则出现后半夜气温略高于日光温室的情况 图 6 本试验中塑料大棚是南北走向 解决了前后设 施间遮阴的问题 极大地提高了土地利用率 增加 了生产效益 另外 塑料大棚内部空间开阔 方便 进行机械化作业 易实现农机与农艺相结合 便于 蔬菜生产标准化 集约化管理 4 结论 外保温覆盖大跨度塑料大棚保温性能良好 在 1 3 月非连续低温 且外界日最低温度在 5 9 以上时 能基本保证棚内气温维持在 10 左右 基本达到对照 60 cm 厚砖墙典型日光温室的保温效 果 且不会降低番茄产量 同时该塑料大棚还解决 了日光温室土地利用效率低 空间狭小不利于机械 化操作等问题 可降低人工成本 促进农民增收 在徐淮地区具有广阔的推广应用前景 参考文献 邓小茜 潘毅群 范蕊 黄治钟 2013 土壤源热泵系统长期性能 影响因素回归分析 建筑热能通风空调 32 4 1 6 方慧 杨其长 张义 程瑞锋 张芳 卢威 刘焕 2017 基于 CFD 的不同走向大跨度保温型温室温度场模拟 中国农业大 56 中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES 研究论文 Practice on Tomato Overwinter Production in External Thermal Insulation Large span Plastic Greenhouse in Xuhuai Region WANG Jun 1 LI Yansu 1 ZHANG Aimin 2 MENG Lei 2 ZHANG Shengfeng 3 YU Xianchang 1 1 Institute of Vegetables and Flowers Chinese Academy of Agricultural Sciences Beijing 100081 China 2 Xuzhou Institute of Vegetables Xuzhou 221004 Jiangsu China 3 Xuzhou Fengshuo Green Agriculture Technology Co Ltd Xuzhou 221000 Jiangsu China Abstract External thermal insulation large span plastic greenhouse has many advantages including large cultivation space high land utilization rate convenient in mechanical operation etc It has gradually become one of the selectable facilities for vegetable overwinter production An external thermal insulation large span plastic greenhouse was constructed in Xuzhou region It was compared with the internal environment temperature of local typical solar greenhouse of 60 cm thick brick wall concrete brickwork Then an overwinter tomato production practice was conducted Results showed that under discrete low temperature condition during January March the inside air temperature of the plastic greenhouse could reach the thermal insulation properties of the brick wall solar greenhouse The air temperature could be maintained around 10 yet the tomato yield was not reduced The initial construction cost of plastic greenhouse were very close to that of the local typical brick wall solar greenhouse while its land utilization rate could reach up to 84 0 35 5 percentage point higher than that of the brick wall solar greenhouse To sum up external thermal insulation large span plastic greenhouse can be widely popularized and applied as a new type cultivation facility in Xuhuai area for fruit vegetable overwinter production Keywords external thermal insulation large span plastic greenhouse tomato overwinter production air temperature 学学报 22 11 133 139 刘璎瑛 丁为民 张剑锋 2003 徐州地区日光温室保温性能的试 验研究 农机化研究 74 2 166 169 马玲 黄灵丹 王蓉 马荣 杨常新 杨冬艳 2020 宁夏中部干 旱带不同跨度双膜拱棚冬季温光环境测试分析 中国农学通 报 36 13 124 130 齐玉春 陈端生 1998 我国东部淮河以北地区节能型日光温室蔬 菜生产的气候分区 农业工程学报 14 增刊 42 47 武莹 李建明 2019 典型季节大跨度非对称塑料大棚内温光性能 分析 中国农业大学学报 24 10 125 135 邢述彦 2004 越冬期土壤温度场及其影响因素初探 太原理工大 学学报 35 2 134 136 140 张传福 魏家凤 2015 徐州市设施农业发展对策研究 江苏农机 化 4 36 39 周长吉 刘晨霞 2009 提高日光温室土地利用率的方法评析 中 国果菜 5 16 20 周升 张义 程瑞锋 杨其长 方慧 周波 卢威 张芳 2016 大跨度主动蓄能型温室温湿环境监测及节能保温性能评价 农业工程学报 32 6 218 225 本刊常用计量单位表示法 1 时间 用 d 天 h 小 时 min 分 s 秒 表示 2 面 积 用 km 2 平方千米 hm 2 公 顷 m 2 平方米 cm 2 平方厘米 表示 不用亩 可暂用 667 m 2 代替 3 质量 原为重量 用 g 克 kg 千 克 t 吨 表示 4 浓度 可用 表示质量分数和体积分数 质量浓度用 kg L 1 千克每升 g L 1 克每升 mg L 1 毫克每升 g L 1 微克每升 表示 ppm 并非单位符号 不能使用 可根据具体情况改写成质量分数 mg kg 1 体积分数 L L 1 或质量浓度 mg L 1 数值保持不变 5 组合单位 组合单位中不能插入其他信息 如 VC 含量 25 mg 100 g 鲜重 应为 VC 含量 250 mg kg 1 鲜样 质量 施肥量 140 kg N hm 2 应 为 施 N肥量 140 kg hm 2 组合单位书写错误 如 mg kg d 应写为 mg kg 1 d 1 57 中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES 研究论文