第三章设施热环境及其调控

2. 地表附近温度及其变化
地表附近温度随地理纬度、海拔高度、地形以及时间 的不同有很大差异。
纬度增加，太阳辐射量降低，因而地表温度降低，一 般纬度增加1°，平均温度降低0.5℃-0.9℃（1月份为0.7℃ ， 6月份为0.3℃ ）
海拔升高，太阳辐射增强，但大气层变薄，大气逆辐 射 下 降， 因 而 温 度下降 ， 海 拔 每 升 高100m， 气温下降 0.5℃左右。
加温热量Qr
蒸腾蒸发Qvl 地呼中吸Q传b 热Qs
温室的热平衡方程
Qg+Qm+Qr+Qb = Qc+Qs+Qv+Qi+Qp+Qf
1. 设施内地温的变化特点
设施内白天气温一般高于地温，而夜间地温一般 高于气温，地温比较稳定，变化滞后于气温。
–日最高地温出现在14时左右。 –随着土层深度的增加，日最高地温出现的时间逐渐延后
透明材料主围护覆盖层单独使用时的热贯流率
覆盖材料 单层玻璃
热贯流率 W/(m2∙℃)
6.4
覆盖材料 单层聚乙烯(PE)薄膜
热贯流率 W/(m2∙℃)
6.8
双层玻璃
4.0
单层聚乙烯(PE)保温膜
6.6
单层聚碳酸酯(PC)板
6.3
双层聚乙烯(PE)薄膜
4.4
6mm聚碳酸酯(PC)双层中空板
4.2
单层聚氯乙烯(PVC)薄膜
16mm聚碳酸酯(PC)三层中空板
2.9
单层乙烯-醋酸乙烯(PO)复合膜
6.6
单层玻璃纤维增强聚酯(FRP)板 6.3
双层乙烯-醋酸乙烯(PO)复合膜
4.2
单层玻璃纤维增强丙烯(FRA)板 6.3
双层充气聚乙烯(PE)膜
4.3
单层丙烯树脂(有机玻璃 MMA)板 6.3
双层充气聚氯乙烯(PVC)膜
4.1
温室内番茄叶温与周围气温的差异（单位：℃）
3. 设施内温度的变化特征
（1）气温的季节变化：
北方地区，保护地设施内气温存在着明显的四季变化。 按照气象学以季平均气温≤10℃、旬平均最高气温≤17℃、 旬平均最低气温≥4℃作为冬季指标；以季平均气温≥22℃、 旬平均最高气温≥28℃、旬平均最低气温≥ 15℃作为夏季 指标，则日光温室内的冬季天数可比露地缩短3-5个月，夏 天延长2-3个月，春秋季也可延长20-30天；而大棚冬季只比 露地缩短50天左右，春秋只比露地增加20天左右。
保护地类型 玻璃温室 玻璃温室 塑料大棚 塑料大棚
覆盖形式 单层 双层 单层 双层
R（次/h） 1.5 1.0 2.0 1.1
换气失热量还与室外风速有关，风速增大时换气量增
大，所以应注意防风。由于通风时必有一部分水汽流向室 外，所以通风换气有潜热失热。
(3)土壤传导失热：包括土壤的上下层之间及土壤的横
• 距地表5cm深处的日最高地温出现在15时左右 • 距地表10cm深处的日最高地温出现在17时左右 • 距地表20cm深处的日最高地温出现在18时左右 • 距地表20cm以下深层土壤温度的日变化很小
作物栽培区，由于有作物的遮荫作用，地温相对较低， 日照不足的地区，冬季和早春季节温室地温一般偏低， 这也是一些情况下温室内要设置地下加热系统的原因之一。
பைடு நூலகம்
日光温室内热的收支平衡示意图
第二节 温度的生物学效应
一、作物的生理三基点温度
温度是园艺作物设施栽培的首要环境条件，它影响作物 体内的一切生理变化，每一种作物的生长发育，对温度 都有一定的要求，都有温度“三基点”，即最低温度、 最适温度、最高温度。 –最适温度下，作物生长发育迅速 –最低和最高温度下，作物停止生长，但能存活 –最低和最高温度外，作物就会受到危害甚至死亡。
（1）不同作物、生长期对环境温度的要求：
叶菜类较耐低温，果菜类不耐低温； 种子发芽阶段最适温度较高，幼苗阶段最适温度较发芽 阶段低，开花结果阶段要求温度较高。
温度T
40
30
发芽期
营养生长期
20
营养生长后期
生殖生长期
幼苗期
10
0 生长时期
（2）地温对作物的影响
大多数作物以根区温度17~23℃时生长旺盛，最适地温 范围为15~20 ℃。地温对作物生长发育的影响表现在影响作 物对水分和养分的吸收等上面。
6.6
8mm聚碳酸酯(PC)双层中空板
4.0
单层聚氯乙烯(PVC)保温膜
6.5
10mm聚碳酸酯(PC)双层中空板 3.6
双层聚氯乙烯(PVC)薄膜
4.2
16mm聚碳酸酯(PC)双层中空板 3.3 单层乙烯-醋酸乙烯(EVA)复合膜 6.7
10mm聚碳酸酯(PC)三层中空板 3.3 双层乙烯-醋酸乙烯(EVA)复合膜 4.3
单层聚酯(PET)片材
6.3 双层充气乙烯-醋酸乙烯(EVA)复合膜 4.2
(2)通风换气放热：包括由设施的自然通风或强制通风、建
筑材料裂缝、覆盖物破损、门窗缝隙等渠道进行的热量散失。 温室内通风换气热量损失量包括显热失热和潜热失热。
显热失热的表达式为：
Qv=R·V·F(tr -t0)
式中
tr—— 室内气温，℃；
二、作物的温周期现象
自然界的温度有昼夜周期变化，作物由于白天制造的 养料积累后，供给夜间细胞伸长和新细胞的形成。所以作 物一般在夜间生长比较快，这种因温度的昼夜变化影响到 作物生长反应的情况叫温周期现象。
温度的节律性变化对作物的生长发育是不可缺少的， 对作物发芽、生长、开花、结果、产量及品质均起着重要 作用。
1、温周期对作物的影响
(1)温周期促进种子萌发
对大多数作物，在周期性的变温作用下种子发芽率提高，主要原因 是降温作用能增加氧在细胞中的溶解度，改善萌芽透气性，温度交替变 化可提高细胞的透性。
(2)温周期影响果菜的花芽分化
花芽分化和结实要求夜温比日温低一些，如果夜温高，则花芽分化 延迟，花也容易脱落。
向热传递，土壤垂直方向上的传导失热，可用土壤传热 方程表示:
Qf Ksj Asj (ti to )
j
式中 ti、 to—— 室内与室外气温，℃； Asj ——温室地面各分区面积，m2； Ksj——地面各分区传热系数，W/(m2·℃)。
10m Ksj=0.24
10m Ksj=0.12
Ksj=0.06
地温偏低：增加水的粘滞性和降低作物根系细胞膜的透性，影响根 系对水的吸收，从而影响作物叶片的气孔阻力，限制植物的光合作用。
地温偏低直接影响微生物的活动：如干扰细菌的固氮、氮素转换活 动。间接影响作物对土壤养分的吸收和利用。
地温影响土传病害的繁殖：地温高，根系呼吸作用加强，造成根系 衰老，易发生番茄、茄子的青枯病、凋萎病；地温低易发生番茄的根腐 病。
（2）气温的日变化： 冬季和春季不加温温室最高与最低气温出现的时间略 迟于露地，但室内日温差要显著大于露地。
无加温温室内温度的日变化 θi: 室内气温 θ0: 室外气温
（3） 设施内“逆温”现象
通常温室内温度都高于外界，但在无多重覆盖的塑料拱 棚或玻璃温室中，日落后的降温速度往往比露地快，如再 遇冷空气入侵，特别是有较大北风后的第一个晴朗微风夜 晚，温室大棚夜晚通过覆盖物向外辐射放热更加剧烈。同 时室内得不到热量补充，常常出现温室内气温反而低于室 外1-2℃的逆温现象。
1、高畦栽培，覆盖地膜。
对于冬季移栽的番茄、茄子、辣椒等幼苗， 栽前应将棚内的 土壤起垄并培成高畦，然后覆盖地膜。这样做既可降低地下水位 ，减缓晚间热量的散失，又可保温、保墒。需要注意的是，地膜 四周一定要盖严，以防冷空气侵入。
2、棚内套棚，多层覆盖。
蔬菜幼苗移栽成活后，要在大棚内增设拱棚，进行多层覆盖 ，这样做能够有效地提高棚内温度。
耐寒蔬菜
适温 （℃） 20～30
15～20
半耐寒蔬菜
17～20
喜温蔬菜
20～30
耐热蔬菜
25～35
最高 （℃）
35
30
30
35
40
最低 （℃）
-10
-5
-2
10
15
蔬菜举例
黄花菜、石刁柏、茭白 等
菠菜、大葱、大蒜等
根菜类、白菜类、蚕豆、 豌豆、莴苣、洋葱等
茄果类、黄瓜、菜豆
冬瓜、南瓜、西瓜、豇 豆等
t0 ——室外气温，℃；
F—— 空气定压质量比热容，1.3kJ/(m2 ·h ·℃)； R —— 每小时换气次数； V —— 设施的体积或容积，m3。
换气失热量与换气次数有关，因此缝隙大小不同，其传 热差异很大，下表是设施在密闭不透风时，仅因结构不严 引起的每小时的换气次数。
每小时换气次数（密闭时）
气温日较差是气温在一天中最高与最低值之差，它表明 气温在一天中的变化幅度。气温一般中午最高，日出前降到 最低。一般纬度越高，日较差小；夏季日较差大，冬季小； 晴天大，阴天小；海拔越高，日较差越小。
3. 温室热支出的各种途径
(1)贯流放热：通过覆盖材料或围护材料以热传导的方式向 外的散热。这种贯流传热是几种传热方式同时发生的，它 的传热过程主要分为三个过程：
2. 设施内温度的空间分布
设施内温度的空间分布是不均匀的，受到太阳辐 射的不均匀性、采暖系统和降温系统的设备布置位 置和室外气象等多种因素的影响。
一般白天温室上部温度高于下部，中部高于四周， 日光温室夜间北侧高于南侧
保护设施面积越小，低温区比例越大，分布也越 不均匀。
设施加热系统的布置会影响温度的空间分布， 散热器附近温度高于其他区域。
作物的基点温度与其原产地密切相关，原产热带 的作物，开始生长的基点温度为18℃；原产温带的 一般在10 ℃ 开始生长；原产亚热带的一般15~16 ℃
开始生长 。
根据作物对温度的不同要求，可以将作物分为： — 耐寒性作物； — 半耐寒性作物； — 不耐寒性作物。