春秋分日保溫被頂卷對(duì)南北向大棚內(nèi)光照影響的模擬_范藝然.pdf

中 國 農(nóng) 業(yè) 氣 象 第 42 卷 676 中國農(nóng)業(yè)氣象 Chinese Journal of Agrometeorology 2021 年 doi 10 3969 j issn 1000 6362 2021 08 005 范藝然 劉煥 閆征南 等 春秋分日保溫被頂卷對(duì)南北向大棚內(nèi)光照影響的模擬 J 中國農(nóng)業(yè)氣象 2021 42 8 676 685 春秋分日保溫被頂卷對(duì)南北向大棚內(nèi)光照影響的模擬 范藝然 劉 煥 閆征南 李曉野 楊延杰 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院 青島 266109 摘要 選取跨度為 12m 高 4 2m 的塑料大棚 研究模擬計(jì)算春秋分時(shí)一日內(nèi)不同時(shí)間段保溫被遮光陰影帶 在棚內(nèi)東西向的移動(dòng)位置和距離 模擬保溫被頂卷對(duì)大棚內(nèi)東西向不同位置光合有效輻射日總量 DLI 分 布的影響 并對(duì)棚內(nèi)遮光情況進(jìn)行實(shí)測計(jì)算 分析棚內(nèi)東西向 DLI 分布規(guī)律 模擬計(jì)算結(jié)果表明 大棚內(nèi)東 西向中點(diǎn)位置的 DLI 最小 為 10 91mol m 2 d 1 自中點(diǎn)處向東西各 1m 范圍內(nèi)為棚內(nèi) DLI 低值區(qū)域 由 10 91mol m 2 d 1 變?yōu)?12 20mol m 2 d 1 上升了 11 8 向東西兩側(cè)距離中點(diǎn)越遠(yuǎn) DLI 值越大 最大值為 13 70mol m 2 d 1 位于棚兩側(cè)邊緣 距中點(diǎn) 6m 處 實(shí)測結(jié)果表明 大棚內(nèi) DLI 值也表現(xiàn)為東西向中點(diǎn)位置 最小 為 7 31mol m 2 d 1 自中點(diǎn)處向東西各 1m 范圍內(nèi)為棚內(nèi) DLI 低值區(qū)域 由 7 31mol m 2 d 1 變?yōu)?7 56mol m 2 d 1 上升了 3 4 向東西兩側(cè)距離中點(diǎn)越遠(yuǎn) DLI 值越大 最大值為 12 70mol m 2 d 1 位于大 棚兩側(cè)邊緣 距中點(diǎn) 6m 處 DLI 的實(shí)測值與模擬計(jì)算值變化規(guī)律基本一致 均表現(xiàn)為在大棚內(nèi)中點(diǎn)位置最 小 沿大棚中點(diǎn)向東西兩側(cè)各逐漸增加 且在光環(huán)境較差的季節(jié) 中間區(qū)域的 DLI 值過低會(huì)限制喜光作物的 正常生長 關(guān)鍵詞 保溫被頂卷 塑料大棚 遮光陰影 光合有效輻射日總量 DLI 光分區(qū)模擬 Simulation of Influences of Thermal Insulation Quilt Top Roll on the Light Environment in the North South Greenhouse on Equinox Day FAN Yi ran LIU Huan YAN Zheng nan LI Xiao ye YANG Yan jie College of Horticulture Qingdao Agricultural University Qingdao 266109 China Abstract In order to figure out the influences of thermal insulation quilt on the light environment in different positions in the greenhouse the light distributions in different positions from east to west in the greenhouse were analyzed The simulation and actual measurement were conducted in the Spring and Autumn Equinox Day in this study Shading from direct sunlight in greenhouse was studied through converting the three dimensional solar altitude angle into two dimensional angle Moreover the movement position and distance of the shading zone from east to west were calculated in the Spring and Autumn Equinox Day The distribution of daily light integral DLI was simulated in the greenhouse in different positions The simulated greenhouse span was 12m the ridge height was 4 2m and the length was 60m The steel arch above the ground was 16m long the radius was 0 35m and the diameter was 0 7m after the insulation was rolled up Ethylene vinyl acetate EVA film with actual light transmittance at 65 was used in the greenhouse The light intensity of different positions in the top roll of insulation quilt in greenhouse was measured and the DLI was calculated The measured value was compared with the simulated value The distribution of DLI at different positions in the east west direction and the light distribution in 收稿日期 2020 12 01 基金項(xiàng)目 山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目 2019GNC20208 山東省 2018 年度農(nóng)業(yè)重大應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目 6682218040 山東省農(nóng)業(yè)科技園區(qū)產(chǎn)業(yè)提升工程項(xiàng)目計(jì)劃 2019YQ018 通訊作者 楊延杰 教授 博士 研究方向?yàn)槭卟嗽耘嗌砼c設(shè)施園藝 E mail yangyanjie72 第一作者聯(lián)系方式 范藝然 E mail 2087817740 第 4 期 范藝然等 春秋分日保溫被頂卷對(duì)南北向大棚內(nèi)光照影響的模擬 677 the greenhouse were analyzed The results based on the model showed that the DLI at the middle point in east west direction of greenhouse was the smallest which was 10 91mol m 2 d 1 The DLI was lower within 1m from the middle point to east west which increased by 11 8 from 10 91mol m 2 d 1 to 12 20mol m 2 d 1 DLI increased with the increased distance from the middle to the east west and the maximum value was 13 70mol m 2 d 1 which was 6m away from the middle point the edge of the greenhouse The measured results showed that the DLI in the greenhouse was also the smallest at the middle point of the east west direction which was 7 31mol m 2 d 1 The DLI was also lower within 1m from the middle point to east west which increased by 3 4 from 7 31mol m 2 d 1 to 7 56mol m 2 d 1 Similar trends were observed in the measured results and the maximum value was 12 70mol m 2 d 1 The variation law of DLI in measured values was consistent with the simulated values which were the smallest in the middle point of greenhouse and DLI increased with the increased distance from the middle to the east west The DLI changed slightly in different positions from east to west in the greenhouse However this does not affect the accuracy of the simulation trend The simulation values were consistent with the measured values In conclusion DLI in the middle region will restrict the growth of photophilic crops in the season with poor light environment thus leading to light stress on the growth of vegetables and other light loving crops in the greenhouse Key words Top roll of insulation quilt Plastic greenhouses Shading shadows Daily light integral Light distribution model 塑料大棚是設(shè)施園藝?yán)飸?yīng)用面積最大 適應(yīng)地 區(qū)最廣 造價(jià)最低的設(shè)施形式 1 其造價(jià)低和建成 快等優(yōu)點(diǎn)能滿足蔬菜提早或延遲栽培等種植需求 近年來新型建棚材料的研發(fā)及推廣使用 使塑料大 棚得到了較快發(fā)展 2 東西走向塑料大棚的保溫覆 蓋物對(duì)棚內(nèi)遮光環(huán)境影響與日光溫室相類似 保溫 被卷起時(shí)長期存放在溫室大棚頂部 影響到溫室大 棚后屋面和后墻的采光和溫度 3 但對(duì)于棚內(nèi)作物 生長區(qū)無光照影響 而南北走向塑料大棚無后坡和 后屋面 在春秋冬季生產(chǎn)中 保溫被在白天卷起后 滯留在棚室頂部 會(huì)遮擋部分太陽直射光進(jìn)入棚 內(nèi) 所形成的遮光體在棚室內(nèi)形成移動(dòng)的遮光陰影 帶 4 影響了大棚內(nèi)作物光環(huán)境 雖有專家學(xué)者提 出了該問題 但目前針對(duì)該現(xiàn)象在棚內(nèi)產(chǎn)生的遮光 影響還未進(jìn)行深入研究 董曉星等 5 試驗(yàn)表明白天 大棚頂卷被在棚內(nèi)存在一條 2 0 3 5m 寬的移動(dòng)陰 影帶 而受太陽運(yùn)行規(guī)律和太陽高度角的變化影響 陰影帶位置及寬度隨時(shí)間和季節(jié)的變化而變化 為 深入探究保溫被遮光陰影帶在棚內(nèi)產(chǎn)生的直射光遮 光影響 本研究選取塑料大棚內(nèi)部中點(diǎn)處做豎向截 面 通過探究春秋分時(shí)太陽視運(yùn)動(dòng)軌跡 6 將三維 太陽高度角轉(zhuǎn)化成二維平面角度 模擬春 秋 分 時(shí)不同時(shí)間段保溫被遮光陰影帶在棚內(nèi)東西向的移 動(dòng)軌跡和距離 并探究計(jì)算方法 模擬保溫被頂卷 大棚內(nèi)東西向不同位置光合有效輻射日總量 DLI 值 并實(shí)際測量計(jì)算 分析棚內(nèi)東西向光照分布情 況 7 旨在為研究棚內(nèi)保溫被頂卷產(chǎn)生的遮光影響 提供理論指導(dǎo) 1 材料與方法 1 1 模擬大棚選型及保溫被 模擬大棚跨度 W 12m 脊高 H 4 2m 長 度為 60m 地面以上鋼拱架長 16m 保溫被卷起后 半徑 R 0 35m 直徑 D 0 7m 大棚棚膜選用 乙烯 醋酸乙烯 EVA 薄膜 實(shí)際棚內(nèi)透光率為 65 8 保溫被從東西兩側(cè)分別卷起后放至在塑料 大棚頂部 1 2 保溫被遮光陰影帶移動(dòng)位置模擬計(jì)算方法 本研究主要探討太陽直射光遮光影響 將其視 作理想化數(shù)學(xué)模型 研究利用 Sketch up 軟件進(jìn)行模 擬 通過該軟件畫出塑料大棚及頂卷保溫被三維結(jié) 構(gòu)模型 并以棚西側(cè)長度方向中點(diǎn) O 為原點(diǎn) 沿大 棚跨度方向?yàn)?X 軸 沿大棚長度方向?yàn)?Z 軸 大棚 豎直方向?yàn)?Y 軸 建立坐標(biāo)系 9 其中 P 為塑料大 棚棚內(nèi)中心點(diǎn) 為定性分析保溫被頂卷產(chǎn)生的遮光 陰影帶在棚內(nèi)東西向不同位置移動(dòng)距離 研究棚內(nèi) 東西向不同位置光照分布 將三維太陽高度角轉(zhuǎn)化 為二維角度 研究棚內(nèi)沿 X 軸跨度方向的保溫被陰 影帶移動(dòng)軌跡 具體可參見圖 1 中 國 農(nóng) 業(yè) 氣 象 第 42 卷 678 圖 1 保溫被頂卷移動(dòng)陰影帶示意圖 Fig 1 Schematic diagram of moving shadow band of the thermal insulation quilt roll 1 3 東西向不同位置光合有效輻射日總量 DLI 模擬計(jì)算方法 光合有效輻射日總量 DLI mol m 2 d 1 是 植物在一天中用于光合作用的光積累量 是光照強(qiáng) 度 PPFD 和每日光照時(shí)間的乘積 10 DLI 可以較 為完整地表示植物光合作用的程度和持續(xù)時(shí)間 為 探究植物對(duì)光的響應(yīng)機(jī)制提供較為完善的參數(shù) 11 而研究該遮光陰影對(duì)棚內(nèi)作物的光環(huán)境影響可通過 計(jì)算 DLI 在棚內(nèi)分布情況來完成 其中研究光照對(duì) 植物的影響時(shí)一般將光照強(qiáng)度用光合光量子通量密 度 PPFD mol m 2 s 1 表示 12 因春分和秋分 太陽運(yùn)動(dòng)軌跡均為二分二至 保溫被遮光陰影帶在 棚內(nèi)移動(dòng)軌跡可近似看為相同 在棚內(nèi)產(chǎn)生的遮光 影響相近 因此選擇其中一個(gè)節(jié)氣春分日進(jìn)行 DLI 的模擬計(jì)算 查閱春分日一天內(nèi)不同時(shí)間外界光照強(qiáng)度數(shù)值 每隔 0 5h 記錄一次 其中 3 5 月為春季 13 再 根據(jù)實(shí)際大棚的棚膜透光率 14 可近似得到一天內(nèi) 不同時(shí)間棚內(nèi)光照強(qiáng)度值 為進(jìn)一步研究在保溫被 遮光陰影帶的影響下棚內(nèi)不同位置的 DLI 變化 根 據(jù)不同時(shí)段保溫被遮光陰影帶所在位置 結(jié)合各時(shí) 段棚內(nèi)光照強(qiáng)度數(shù)值 根據(jù)式 1 結(jié)合 Excel 2019 分析計(jì)算保溫被頂卷時(shí)棚內(nèi)東西方向不同位置的 DLI 值 不考慮棚內(nèi)散射光影響 即可探究棚內(nèi)東西 向光照分布情況 模擬計(jì)算位點(diǎn)見圖 2 DLI 計(jì)算式 為 10 t2 t1 DLI PPFDdt 1 式中 DLI為光合有效輻射日總量 mol m 2 d 1 PPFD 為光合光量子通量密度 即光照強(qiáng)度 mol m 2 s 1 t 為計(jì)算時(shí)間 取 6 30 17 00 1 4 實(shí)測計(jì)算棚內(nèi)東西向不同位置 DLI 值 于 2020 年 11 月 3 日晴天時(shí)于山東省青島市即 墨農(nóng)業(yè)高新區(qū)馬路對(duì)面農(nóng)戶大棚進(jìn)行實(shí)地測量 測 量時(shí)間為 9 00 15 00 每隔 0 5h 測量一次 此階 段內(nèi)保溫被卷至大棚頂部 實(shí)測大棚為南北走向 跨度為 12 0m 長度為 60 0m 脊高為 3 5m 實(shí)測棚 兩個(gè)卷被卷起后之間還存在一個(gè)保溫被固定區(qū)域 保溫被卷起后整體寬度為 1 7m 棚內(nèi)種植作物為青 椒 冠層高度為 1 0m 光照強(qiáng)度測量位置為 以距 棚北面墻延長方向 30m 左右處測量 并選取塑料大 棚東西向中間位置高 1m 處 P1 點(diǎn)為原點(diǎn) 分別向東 西兩側(cè)延伸測量 橫向每隔 1m 設(shè)一個(gè)測量點(diǎn) 以植 株冠層高度 1m 為測量高度 共計(jì) 13 個(gè)測量位點(diǎn) 圖 2 選用的光照強(qiáng)度測量儀器為照度計(jì) 其型號(hào) 為 JTG01 光譜范圍為 0 1 100000lx 為方便計(jì)算 DLI 數(shù)值 將照度計(jì)的單位 lx 轉(zhuǎn)化為 PPFD 的單位 mol m 2 s 1 根據(jù)式 1 及 Excel 2019 進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì) 算和分析 研究并計(jì)算實(shí)測棚內(nèi)東西向不同位點(diǎn) DLI 分布情況 圖 2 實(shí)測和計(jì)算棚內(nèi) DLI 值 光合有效輻射日總量 的點(diǎn) 位分布 Fig 2 Distrbution of the some points at which measured and calculated DLI daily light integral values in the greenhouse 注 為光照強(qiáng)度測點(diǎn) P1 為中點(diǎn) Note is light intensity measuring points P1 is the midpoint 2 結(jié)果與分析 2 1 保溫被頂卷遮光陰影帶移動(dòng)位置計(jì)算 2 1 1 不同時(shí)刻太陽高度角計(jì)算 1 春秋分日不同時(shí)刻太陽高度角計(jì)算 不同時(shí)刻太陽高度角 as 為 15 Sinas sin sin cos cos cos 2 15 t 12 3 式中 as 為太陽高度實(shí)際值 為太陽赤 第 4 期 范藝然等 春秋分日保溫被頂卷對(duì)南北向大棚內(nèi)光照影響的模擬 679 緯值 春秋分時(shí)太陽赤緯值為 0 為測點(diǎn)緯度 本研究地為青島地區(qū) 測點(diǎn)緯度取值為 35 58 為太陽時(shí)角 其隨時(shí)間變化而變化 t 為計(jì)算 時(shí)刻 2 太陽高度角在立面的投影角度 計(jì)算 將太陽直射光照在保溫被上產(chǎn)生的三維移動(dòng)遮 光陰影體進(jìn)行豎向截面 視作二維數(shù)學(xué)模型 求出 不同時(shí)間太陽高度角在立面的投影角度 圖 3 為春 秋分日太陽高度角及在坐標(biāo)系中的投影角 其中圖 3a 為不同節(jié)氣太陽視運(yùn)動(dòng)圖 16 春秋分時(shí)為二分二 至 太陽從正東方升起 正西方落下 17 為春秋 分時(shí)期正午太陽高度角 圖 3b 為春秋分除正午以外 不同時(shí)刻太陽高度角 as 示意圖 18 圖 3c 為春秋分 不同時(shí)刻太陽高度角投影角度 圖 3d 為太陽高度 角投影角度 照在南北向塑料大棚內(nèi)示意圖 根據(jù) 春秋分日正午太陽高度角 不同時(shí)刻太陽高度角 as 建立數(shù)學(xué)模型 即可計(jì)算出太陽高度角投影角 度 2 2 1 sin 1 tan 90 sin as 4 式中 為太陽高度角投影角度 其數(shù)值隨時(shí)間 變化而變化 as 為太陽高度角實(shí)際值 隨時(shí)間變 化而變化 為當(dāng)天正午太陽高度角 其中 as 均根據(jù)式 2 計(jì)算得出 2 1 2 不同時(shí)刻遮光陰影帶總寬度計(jì)算 本模型探討太陽直射光遮光影響 將太陽直射 光視為平行光線 保溫被頂卷在地面產(chǎn)生的陰影總 長度 L 視為太陽光線與頂部保溫被相切時(shí)產(chǎn)生的總 距離 圖 4 隨不同時(shí)刻太陽高度角的變化而變化 其計(jì)算式為 2R LD sin 5 式中 L 為不同時(shí)刻保溫被遮光陰影帶總寬度 m R 為保溫被半徑 0 35m D 為保溫被直徑 0 7m 為太陽高度角投影值 隨時(shí)間變化而 變化 2 1 3 遮光陰影帶在棚內(nèi)移動(dòng)位置計(jì)算 保溫被移動(dòng)遮光陰影帶在棚內(nèi)移動(dòng)位置可分為 五個(gè)階段 圖 5 第一階段為保溫被陰影從西邊剛 進(jìn)入棚內(nèi)地面時(shí)刻 第二階段為上午時(shí)分 t 12 00 保溫被部分陰影在棚內(nèi)位置 第三階段為上午時(shí)分 t12 00 保溫被陰影在棚內(nèi)位置 由 圖 1 中定義 以塑料大棚西側(cè)長度方向中點(diǎn) O 為原 點(diǎn) 以跨度方向?yàn)?x 軸 以大棚脊高方向?yàn)?y 軸 建立坐標(biāo)系 確定保溫被遮光陰影帶在棚內(nèi)東西向 移動(dòng)位置 第一階段 計(jì)算保溫被陰影帶進(jìn)入棚內(nèi)地面的 時(shí)刻 t 如圖 5a 所示 保溫被陰影帶剛進(jìn)入棚內(nèi)地面時(shí) 太陽直射光與保溫被切線正好經(jīng)過坐標(biāo)原點(diǎn) 求出 此時(shí)的太陽高度角投影值 根據(jù)式 4 反推此時(shí) a 上午陰影從西邊剛進(jìn)入棚內(nèi) The time when the shadow zone come in greenhouse from west before noon b 上午保溫被 部分陰影進(jìn)入棚內(nèi) The time when the partly shadow zone come in greenhouse before noon c 上午保溫被陰影全部進(jìn)入棚內(nèi) The time when the whole shadow zone come in greenhouse before noon d 正午 At noon e 下午保溫被陰影全部在棚內(nèi) The time when the whole shadow zone is in greenhouse after noon f 下午保溫被陰影移出大棚地面 The time when the whole shadow zone move out greenhouse from east after noon 圖 5 春秋分日特殊時(shí)刻保溫被頂卷在棚內(nèi)形成的遮光陰影帶位置 Fig 5 Position of the shaded shadow zone of the thermal insulation quilt roll at north south direction greenhouse s cover at special time on equinoctial day 第 4 期 范藝然等 春秋分日保溫被頂卷對(duì)南北向大棚內(nèi)光照影響的模擬 681 的太陽高度角實(shí)際值 as 再根據(jù)式 2 3 即可 反推計(jì)算時(shí)刻 t 求出保溫被陰影進(jìn)入棚底角的時(shí)刻 T1 W L tan 2 6 整理式 5 式 6 可求出此時(shí)的太陽高度角 投影值 即 2 W D sin Tsin 1R 2 7 式中 T 為大棚脊高 H 4 2m 加上保溫被半徑 長度 R 0 35m 即 4 55m 為不同時(shí)刻太陽高度 角投影值 W 為大棚跨度 12m L 為保溫被 遮光陰影帶總寬度 m 隨時(shí)間變化而變化 D 為 保溫被直徑 0 7m 其中 T W D R 數(shù)值僅為本 模型參數(shù)值 可根據(jù)大棚參數(shù)的變化而變化 第二階段 計(jì)算保溫被部分陰影帶在棚內(nèi) t 12 00 時(shí)的位置 當(dāng)保溫被遮光陰影部分在棚內(nèi)時(shí) 設(shè)遮光陰影 位置為 0 到 X 1 如圖 5b 所示 則 1 1T1 XW L 2tan2 8 由式 8 和式 5 整理可得 1 WD T R X 2tansin 9 故此時(shí)遮光陰影位置為 0 WD T 2tan R sin 第三階段 計(jì)算保溫被全部陰影在棚內(nèi)時(shí) 當(dāng) t12 00 保溫被陰 影完全在棚內(nèi)時(shí)的位置 設(shè)此時(shí)的遮光陰影位置為 X 1 到 X 1 L 具體情 況如圖 5e 所示 則 1 WL T X L 2tan 180 13 由式 13 式 5 整理可得 1 WD R T X 2 sin tan 180 14 故下午時(shí)分 t 12 00 保溫被陰影完全在棚內(nèi) 時(shí)位置為 WD R T 2 sin tan 180 WD R T 2 sin tan 180 當(dāng)遮光陰影逐漸從棚東側(cè)離開時(shí) 圖 5f X 1 計(jì)算方式不變 陰影位置為 X 1 到大棚東側(cè)邊緣處 即 WD R T 12 2 sin tan 180 2 2 棚內(nèi)東西向不同位置的光合有效輻射日總量 2 2 1 模擬結(jié)果 根據(jù)式 2 式 14 可計(jì)算不同時(shí)刻陰影帶 所在位置及持續(xù)時(shí)間 再通過式 1 計(jì)算棚內(nèi)東西 向不同位置的光合有效輻射日總量 DLI 值 結(jié)果見 圖 6 為清楚看出大棚跨度方向 DLI 值變化情況 以跨度方向中點(diǎn) 圖 2 中點(diǎn) P1 為坐標(biāo)原點(diǎn)分析 DLI 值分布情況 由圖 6 可見 由于受遮光陰影帶 影響 春分日大棚內(nèi)跨度方向中點(diǎn)位置上獲得的 DLI 值最小 為 10 91mol m 2 d 1 沿中點(diǎn)分別向東 西兩側(cè) DLI 值逐漸加大 最大值位于距離棚內(nèi)中點(diǎn) 東西兩側(cè)各 6m 處 可達(dá)到 13 70mol m 2 d 1 其中 自中點(diǎn)向東西向第 1 個(gè)測點(diǎn)變化幅度最大 由 10 91mol m 2 d 1 變?yōu)?12 20mol m 2 d 1 上升了 11 8 自中點(diǎn)東西向 1 5m 范圍內(nèi)各點(diǎn)之間光含 中 國 農(nóng) 業(yè) 氣 象 第 42 卷 682 有效輻射日總量變化幅度較小 由 12 20mol m 2 d 1 變?yōu)?12 70mol m 2 d 1 僅上升了 4 1 自中點(diǎn)東 西向第 5 第 6 個(gè)點(diǎn)變化幅度較大 遮光陰影帶在棚內(nèi)中點(diǎn)處持續(xù)時(shí)間最長 且此 處在正午時(shí)分光照最強(qiáng)時(shí)產(chǎn)生遮光陰影 故棚內(nèi)中 點(diǎn)向東西兩側(cè)各 0 1m 范圍為一日內(nèi)累積 DLI 值最 低區(qū) 而中點(diǎn)向東西兩側(cè)各 1 5m 范圍內(nèi) DLI 值相 對(duì)較高 一日內(nèi)變化幅度較小 因?yàn)樵谠摲秶鷥?nèi)保 溫被遮光陰影持續(xù)時(shí)間較 0 1m 處短 且該區(qū)域遮 光陰影帶移動(dòng)較均勻 中點(diǎn)向東西兩側(cè)各 5 6m 范 圍為 DLI 最高區(qū)域 因?yàn)檎诠怅幱皫г谌粘龊蠛团R 近日落時(shí)進(jìn)入該區(qū)域 而此時(shí)棚內(nèi)的光照強(qiáng)度原本 就低 因此對(duì)全天累積 DIL 值影響不大 圖 6 春分時(shí)期棚內(nèi)不同位置 DLI 模擬值 Fig 6 Simulated DLI values at different positions in the greenhouse on spring equinox day 2 2 2 模擬結(jié)果與實(shí)測值對(duì)比 圖 7 為實(shí)測棚內(nèi) DLI 值分布 由圖可知 由于 受遮光陰影帶的影響 實(shí)測值同樣表現(xiàn)為中點(diǎn)位置 DLI 值最小 為 7 31mol m 2 d 1 總體分布趨勢也是 自中點(diǎn)向東西兩側(cè) DLI 值逐漸加大 最大值位于距 離棚內(nèi)中點(diǎn)東西兩側(cè)各 6m 處 可達(dá)到 12 70mol m 2 d 1 實(shí)測值走向趨勢與模擬值吻合 但不同位置的變化幅度有差別 與模擬值相比 中 點(diǎn)至東西兩側(cè)第 1 個(gè)測點(diǎn)的 DLI 值變化幅度較小 由 7 31mol m 2 d 1 變?yōu)?7 56mol m 2 d 1 上升了 3 4 中點(diǎn)至西側(cè) 1 5m 和東側(cè) 1 4m 范圍內(nèi)各點(diǎn) 之間變化幅度較大 其中變幅最大的區(qū)域?yàn)橹悬c(diǎn)東 側(cè)第 2 第 3 點(diǎn)之間 由 8 60mol m 2 d 1 變?yōu)?11 45mol m 2 d 1 上升了 33 1 實(shí)測值與模擬值在不同區(qū)域 DLI 值變化幅度有 差異 主要是因?yàn)閷?shí)測時(shí)棚內(nèi)中點(diǎn)處有作物遮擋影 響 導(dǎo)致中點(diǎn)至東西向第 1 個(gè)測點(diǎn)間 DLI 值變化幅 度不大 且實(shí)測時(shí)棚內(nèi)有散射光遮光影響 19 及外 界日照陰云的變化等因素導(dǎo)致棚內(nèi)中點(diǎn)西側(cè) 1 5m 和東側(cè) 1 4m 處各點(diǎn)間 DLI 值變化幅度較大且分布 不均勻 圖 7 實(shí)測棚內(nèi)不同位置 DLI 變化值 Fig 7 Measured DLI values at different positions in the greenhouse 2 2 3 棚內(nèi)東西向水平空間光照分析 由圖 6 圖 7 可知 無論是實(shí)測值還是模擬值 DLI 均在東西水平方向上存在條帶狀差異 根據(jù)崔佳 維等研究 11 可知 一般喜光植物苗期 DLI 值不小于 10mol m 2 d 1 因此 將棚內(nèi)弱光區(qū)定為 DLI 10mol m 2 d 1 區(qū)域 將適宜光區(qū)定為 DLI 在 10 12 5mol m 2 d 1 區(qū)域 將強(qiáng)光區(qū)定為 DLI 12 5mol m 2 d 1 區(qū)域 由模擬值數(shù)據(jù)可知 模擬的 DLI 值均在 10mol m 2 d 1 以上 無弱光區(qū) 中點(diǎn)至 東西兩側(cè)各 0 3m 區(qū)域?yàn)榕飪?nèi)適光區(qū) 占棚內(nèi)種植 區(qū)域的 50 中點(diǎn)至東西兩側(cè)各 3 6m 區(qū)域?yàn)榕飪?nèi) 強(qiáng)光區(qū) 亦占棚內(nèi)種植區(qū)域的 50 可見 在模擬 值中無弱光區(qū) 且強(qiáng)光區(qū)和適光區(qū)各占一半 由實(shí) 測棚內(nèi)數(shù)據(jù)可知 中點(diǎn)至東西兩側(cè)各 0 3m 區(qū)域?yàn)?弱光區(qū) 占棚內(nèi)種植區(qū)域的 50 中點(diǎn)至東西兩側(cè) 各 3 6m 區(qū)域?yàn)榕飪?nèi)適光區(qū) 占棚內(nèi)種植區(qū)域的 50 因此 實(shí)測中無強(qiáng)光區(qū) 適光區(qū)和弱光區(qū)各占 一半 隨著季節(jié)變化 棚內(nèi)光區(qū)的劃分也會(huì)發(fā)生變化 如夏季和春夏交替時(shí)分棚內(nèi) DLI 值整體較高 而此 時(shí)棚內(nèi)中點(diǎn)位置的 DLI 值雖較其他位置偏低 但仍 第 4 期 范藝然等 春秋分日保溫被頂卷對(duì)南北向大棚內(nèi)光照影響的模擬 683 處于適光區(qū)或強(qiáng)光區(qū) 并不影響作物生長 實(shí)測時(shí) 間棚內(nèi)溫度較低 棚內(nèi)光照強(qiáng)度普遍偏低 導(dǎo)致無 強(qiáng)光區(qū) 且實(shí)際測量時(shí)棚內(nèi)有散射光遮光影響 會(huì) 降低實(shí)際棚內(nèi)光照強(qiáng)度 19 同時(shí) 因測量儀器自身 誤差及外界日照陰云的變化影響 致使大棚中點(diǎn)至 東西方向 DLI 實(shí)測值不完全對(duì)稱 3 結(jié)論與討論 3 1 結(jié)論 1 探究棚內(nèi)直射光遮光影響 建立春秋分日 保溫被頂卷遮光陰影帶的移動(dòng)位置計(jì)算方法 可得 知不同時(shí)間遮光陰影帶在大棚跨度方向上的移動(dòng)位 置及距離 2 在該保溫被頂卷大棚內(nèi) DLI 的模擬值和實(shí) 測值變化趨勢一致 均在沿大棚跨度方向中點(diǎn)處為 最小 自中點(diǎn)處向東西各 1m 范圍內(nèi)為最低區(qū)域 且 DLI 值沿大棚中點(diǎn)處向東西兩側(cè)逐漸增加 最大值位 于大棚東西向邊緣處 3 DLI 值最低的區(qū)域會(huì)在寒冷季節(jié)處于作物生 長弱光區(qū) 但隨著季節(jié)變化 該弱光區(qū)也會(huì)變?yōu)檫m 光區(qū)或強(qiáng)光區(qū) 如夏季和春夏交替時(shí)分棚內(nèi) DLI 值 整體較高 而此時(shí)棚內(nèi)中點(diǎn)位置的 DLI 雖較其他位 置偏低 但仍處于適光區(qū)或強(qiáng)光區(qū) 并不影響作物 生長 3 2 討論 為研究保溫被頂卷在棚內(nèi)產(chǎn)生的直射光遮光陰 影影響 模擬計(jì)算一日內(nèi)不同時(shí)間段保溫被遮光陰 影帶在棚內(nèi)東西向的移動(dòng)位置和距離 計(jì)算大棚內(nèi) 東西向不同位置 DLI 值分布 并進(jìn)行實(shí)測對(duì)比 模 擬選擇春秋分日進(jìn)行 原因?yàn)?太陽運(yùn)行軌跡 在春分和 秋分時(shí) 均處于二分二至 可以模擬計(jì)算出遮光陰影帶 移動(dòng)位置軌跡 且這兩天內(nèi)陰影帶在棚內(nèi)移動(dòng)軌跡一 致 因此選擇其中一個(gè)節(jié)氣進(jìn)行實(shí)際測量即可 遮光陰 影帶在春冬季節(jié)遮光影響最嚴(yán)重 偏向夏季時(shí)棚內(nèi)光照 強(qiáng)度大 即使有遮光陰影帶的區(qū)域仍為強(qiáng)光或適光區(qū) 并不影響棚內(nèi)作物的生長 因此 選擇春秋分日進(jìn)行模 擬具有代表性 無需對(duì)全生長期進(jìn)行觀測和模擬 前人建模時(shí)均將模擬和實(shí)測時(shí)間設(shè)定為同一時(shí) 段 擬合后僅能證明其在模擬時(shí)段內(nèi)具有適用性 而本研究將實(shí)測時(shí)段與模擬時(shí)段分開 探究模擬適 用性 結(jié)果表明 實(shí)測值與模擬值的 DLI 整體變化 趨勢一致 均在沿大棚跨度方向中點(diǎn)處為最小 從 中點(diǎn)處向東西兩側(cè)逐漸增加 最大值位于大棚東西 側(cè)邊緣處 因此 即使在季節(jié)日期不同的情況下 模擬值變化趨勢仍與實(shí)測值吻合 說明該模擬適用 范圍和時(shí)間段較廣 但本模擬仍具有一定局限性 模擬值在棚內(nèi)不 同區(qū)域 DLI 值的變化幅度與實(shí)測值有差別 如在實(shí) 測值中 棚內(nèi)中點(diǎn)至東西向第 1 個(gè)點(diǎn)處 DLI 變化幅 度較小 而模擬值變幅卻較大 是因?yàn)槟M未考慮 棚內(nèi)作物遮擋問題 而實(shí)測棚內(nèi)中點(diǎn)處種植作物 會(huì)影響整體測量準(zhǔn)確度 導(dǎo)致中點(diǎn)至東西向第 1 個(gè) 測點(diǎn)間 DLI 值變幅不大 中點(diǎn)至東西兩側(cè) 1 5m 范 圍內(nèi)各點(diǎn)之間實(shí)測值變化幅度較大 而模擬值變化 幅度較小 是因?yàn)閷?shí)測棚內(nèi)有散射光遮光影響 19 及外界日照陰云的變化等因素影響 實(shí)際生產(chǎn)中 棚頂部兩側(cè)卷被之間還有一個(gè)保溫被平鋪的固定區(qū) 域 該區(qū)域的存在還會(huì)導(dǎo)致遮光陰影帶的增加 為使 DLI 最小區(qū)域在全年均能滿足棚內(nèi)作物正 常生長 可改變作物種植制度 在該區(qū)域種植陰性 作物 如多數(shù)綠葉菜和蔥蒜類蔬菜 20 亦可在棚內(nèi) 中部設(shè) 2 3m 寬度人行過道 以避開弱光區(qū) 為降 低保溫被頂卷對(duì)棚內(nèi) DLI 的影響 生產(chǎn)上可選用厚 度較低的保溫被 21 并適當(dāng)縮短保溫被卷起后中間 固定區(qū)域的大小 或改變?cè)猩暇硐落伿骄砗煼绞?探索一種新型卷被模式 4 參考文獻(xiàn) References 1 周長吉 周博士考察拾零 七十五 大跨度保溫塑料大棚 的實(shí)踐與創(chuàng)新 上 J 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 2017 37 34 20 27 Zhou C J Note of Dr Zhou 75 practice and innovation of with large span plastic greenhouse external thermal insulation J Agricultural Engineering Technology 2017 37 34 20 27 in Chinese 2 付玉芳 張亞紅 馮雪 等 兩種新型大跨度塑料大棚環(huán)境 性能對(duì)比分析 J 北方園藝 2020 10 55 63 Fu Y F Zang Y H Feng X et al Comparative analysis of environmental performance and effects of two kinds of plastic greenhouses J Northern Horticulture 2020 10 55 63 in Chinese 3 佟國紅 David M Christopher 李天來 等 日光溫室保溫被 卷放位置對(duì)溫度環(huán)境的影響 J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 2010 26 10 253 258 Tong G H Christopher D M Li T L et al Influence of thermal blanket position on solar greenhouse temperature 中 國 農(nóng) 業(yè) 氣 象 第 42 卷 684 distributions J Transactions of the CSAE 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