黄语燕 王涛 郑鸿艺 康育鑫 李传辉 钟陈声 陈永快

摘要：薄膜温室是福建地区广泛使用的一种智能温室，温室内的环境能够影响植物的生长发育，特别是夏季高温是南方地区种植的主要障碍之一。在设计温湿度自动采集系统的基础上，以福州1个薄膜温室为例，分析其在使用过程中的温湿度情况。通过1年多的数据采集，结果表明，温室内月平均温度最高值出现在7月，为30.97 ℃，最低值出现在2月，为18.20 ℃。温室内月平均湿度为62.3%～77.98%，月份间没有规律。夏季高温是福建地区薄膜温室种植的主要障碍，温室内夏季日气温最高值一般出现在13：00左右，夏季室内日气温最低值出现在夜间，并對夏季典型条件下的温度情况进行分析。冬季薄膜温室能达到一定的保温效果，但是夜间室内湿度可达80%左右。夏季开启湿帘、风机能够使温室内温度骤降、湿度骤升。试验结果不仅能为福建地区温室的合理选择和温室内环境因子的调控提供参考，而且可为作物的种植茬口安排提供依据。

关键词：薄膜温室;温湿度采集;湿热;分析

中图分类号： S625.5+1 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2019）23-0264-05

近年来，我国设施园艺发展迅速，截至2017年，设施园艺面积达370万hm2，居世界首位[1]。设施大棚为作物生长提供了良好的温湿度环境，了解温室在实际使用过程中的温湿度参数，可以为作物的生长提供最佳管理策略，对促进温室作物的高产、稳产具有重要的意义。

目前，科研人员为了测试温室的性能，大多数是通过试验或模拟的方法对温室内的小气候环境进行分析，对温室在实际使用过程中进行环境记录分析的研究还比较少，而且对北方日光温室进行环境分析的研究多，对南方智能温室进行分析的研究少。如，刘彦辰等分析了陕西关中地区3种不同跨度日光温室的光温环境[2];王倩等对河南省下沉式日光温室内温光环境作了了分析[3];祁光斌等对河西走廊GN-N10B型石墙钢架日光温室温光环境进行了分析[4];刘琮琮对新疆阿拉尔市3种日光温室进行环境性能测定[5];杨艳超建立了山东省日光温室小气候模型[6];柳芳等建立了天津市二代节能型日光温室内部温湿度预测模型[7];佟国红等利用计算流体动力学（CFD）方法模拟了日光温室的温度情况[8]。

本研究以福建地区使用较多的薄膜智能温室作为研究对象，通过1年多的温湿度数据实时采集、可视化显示、数据保存等方式详细记录了温室在使用过程中的温湿度环境。不仅能为福建地区温室的合理选择和温室内环境因子的调控提供参考，而且可为作物的种植茬口安排提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验地点位于福建省福州市，位于5°15′～26°39′N，118°08′～120°31′E，属典型的亚热带季风气候，夏长冬短，温暖湿润，阳光充足，雨量充沛，年平均日照时数为 1 700～1 980 h;年平均气温为20～25 ℃，最冷月1—2月，平均气温达6～10 ℃;最热月7—8月，平均气温为33～37 ℃[9]。试验温室为福州市晋安区埔垱村海峡农业现代示范园内1个薄膜智能温室，采用热浸镀锌骨架作主体，PEP薄膜覆盖，温室长43.5 m，宽25 m，檐高4.5 m，顶高6.5 m，温室拱跨距为9.6 m。温室内设有内遮阳系统、外风机、顶开窗、湿帘等设备。这种新型的复合塑料温室，充分弥补了日光温室不利于在夏秋季种植、单体棚不能越冬的不足，棚内空间大，是南方地区设施栽培最理想的塑料大棚。本温室内设有营养液膜技术（NFT）栽培系统，常年种植水培蔬菜。

1.2 温湿度采集系统的设计与实现

为了实时获取温室内外的温湿度数据，使数据能够实时显示、自动保存、远程观测等。本研究设计了温室温湿度自动采集系统，可以采集温室内外的温湿度，具有远程观测、数据实时显示、数据保存与下载等功能。温湿度采集系统结构如图1所示，温湿度传感器实时采集的数据，通过通用分组无线服务技术（GPRS）传输模块，经Modbus协议传输到数据采集与监视控制（SCADA）系统主机上，并通过网络实现远程监控。

温湿度采集采用百叶箱型温湿度传感器，RS485输出，测量精度为±0.5 ℃。无线数据传输单元（GPRS DTU）采用F2114 GPRS IP MODEM，它是1种物联网无线数据终端，利用公用GPRS网络为用户提供无线长距离数据传输功能。该产品采用高性能的工业级32位通信处理器和工业级无线模块，以嵌入式实时操作系统为软件支撑平台，同时提供RS232和RS485（或RS422）接口，可直接连接串口设备，实现数据的透明传输功能;低功耗设计，最低功耗下电流小于1mA;提供5路I/O（输入/输出），可实现数字量输入输出、脉冲输出、模拟量输入、脉冲计数等功能。数据采集与监视控制（supervisory control and data acquisition，简称SCADA）系统，即数据采集与监视控制系统，可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等功能[10-11]。

由图2可知2017年8月16日14：45，温室内温度为 36.5 ℃，室内湿度为54.8%，室外温度为43.8 ℃，室外湿度为36.5%。系统曲线图下方说明栏能自动计算选定时间（X轴）范围内温度及湿度（Y轴）的最大值、最小值、平均值、方差、标准差等。系统数据采集间隔可自行设置。

1.3 数据采集与处理

室内温湿度传感器安装在温室中部，室外温湿度传感器安装在温室外空旷、无遮挡的位置。月平均温度、湿度由数据采集系统界面直接设置后取得，相关趋势图由系统导出成Excel数据格式后，再用Excel软件绘制而成。

2 结果与分析

2.1 温室温度情况分析

2.1.1 1整年月平均温度分析 为体现不同月份温度的差异，取2016年10月至2017年9月1整年的数据为研究对象，得出1—12月温室内、外月平均温度及温差。从表1中可以看出：温室内月平均温度最高为30.97 ℃（7月份），最低为18.20 ℃（2月份）;夏季6—8月温室内、外月平均温差（月平均内温-月平均外温）分别为1.4、-0.99、-0.67 ℃;冬季12月至次年2月室内外温差分别为 2.40、3.11 、4.36 ℃。温室大体上能达到夏季降温、冬季保温的效果。

2.1.2 夏季温室内外温度变化情况分析 福建地区夏季（6—8月）高温是种植的主要障碍之一，研究夏季温室内的温度变化情况意义重大。通过观察夏季温室内温度变化情况，可知温室内夏季日气温最高值一般出现在13：00左右。在温室正常运行中，极端高温条件下室内日温度最高可达 45.24 ℃（室外温度最高为43.05 ℃，出现在2017年7月27日）。夏季室内日气温最低值出现在夜间，这段时间内室内温度基本保持恒定且接近室外温度。

2.1.2.1 夏季晴天条件下温度的变化情况 以2017年7月26日為例，由图3可知，在夏季晴天天气条件下，白天室内温度接近室外温度，夜间室内温度比室外温度高0～2 ℃。这是由于07：00时打开了顶开窗、侧窗、湿帘及风机，可降低室内温度，可是晴天太阳辐射较大，室内温度只能接近室外温度，很难比室外温度低。夜间打开了顶开窗、侧窗，未开启湿帘及风机，室内通风程度低于室外，故夜间室内温度比室外略高一点。06：00—07：30间，室内温度有1个骤升和骤降的过程，是由于晴天天气时06：00的太阳辐射已经较大，湿帘、风机还未开启，故室内温度上升较快，07：00时湿帘及风机开启，故温度骤降。因此，在晴天条件下，为了室内温度不至于过高，最好在06：00开启风机和湿帘降温。

2.1.2.2 夏季多云天气条件下温度的日变化情况 以2017年7月22日为例，由图4可知，在夏季多云天气条件下，白天室内温度一般比室外温度低1～7 ℃，夜间室内温度接近室外温度。这是由于在多云天气条件下，白天打开了顶开窗、侧窗、湿帘及风机。在多云天气条件下，太阳辐射小，白天室内温度可略低于室外温度。

2.1.2.3 夏季阴雨天温度的变化情况 以2017年7月31日为例，由图5可知，夏季阴雨天气室内温度接近室外温度，白天室内温度一般比室外温度高0～2 ℃。这是由于阴雨天气白天未开启顶开窗和湿帘，温室相对处于一个比较密闭的环境中，室内温度比室外温度稍高一点。

2.1.2.4 夏季高温闷棚条件下温度的变化情况 高温闷棚使温室密闭并利用太阳的高温，使温室内的温度尽量达到最高，以达到消除病菌、杀灭虫卵、清除杂草的目的。温室一般每种植1～2年需高温闷棚1次。夏季高温时节是闲茬闷棚、预防和防治病虫害发生的好时机。温室于2018年6月22—26日进行高温闷棚。有图6可知，室内日温度最高为43～61 ℃，比室外温度高11～23 ℃。经过连续几天的高温闷棚，大部分的病菌和虫卵可被杀死。

2.1.3 冬季日温度变化规律 通过观察冬季室内温度变化情况，可知冬季温室能达到一定的保温效果。以2017年1月15日为例，如图7所示，本温室正常使用时，白天温室内温度一般比室外高1～4 ℃，室内温度最高出现在12：00—13：00左右，室内温度最高值比室外温度多4 ℃左右。日气温最低值出现在19：00—07：00，这段时间温度值基本保持恒定，室内温度一般比室外温度高0～1 ℃。

2.2 温室湿度情况分析

2.2.1 1整年月平均湿度情况分析 为体现不同月份湿度的差异，取2016年10月至2017年9月1整年温室内、外湿度数据为研究对象，得出1—12月温室内、外月平均湿度及湿度差。如表2所示，温室内月平均湿度在62.30%～78.38%区间内变化，月份间没有变化规律。由于温室内配备了湿帘和风机，可以起到调整湿度大小的作用，使湿度能够保持在植物生长的极限范围内。

2.2.2 冬季湿度日变化规律 通过观察冬季湿度的变化规律可知，温室内湿度变化较平稳。如图8所示，以2017年1月23日多云天气为例，温室内夜间湿度达80%左右，白天室内湿度基本上比室外湿度低。这是由于夜间室内相对较密闭，故室内湿度较大并且稳定在80%左右，白天室内温度比室外高，故室内湿度比室外低。

2.3 夏季开启湿帘、风机对室内温湿度的影响

选择1个多云天气，观察湿帘、风机对温室内温、湿度的影响。以2017年8月12日为例（图9），06：30—08：30随着室外温度的升高，室内还没有开启湿帘、风机等降温设备，室内温度逐渐升高，室内湿度逐渐降低。08：30开启湿帘和风机后，温室内温度骤降，在0.5 h左右室内温度骤降结束，室内温度降低到1个较稳定的值，一般比室外温度低1～5 ℃。同时，湿度骤升，在0.5 h内湿度骤升结束，温室内、外湿度差趋于稳定，室内湿度一般比室外湿度高20%～35%。在 18：00 关闭湿帘和风机，温室内温度骤升，室内湿度骤降，在 1 h 后，室内温、湿度和室外温、湿度接近，并趋于稳定状态。

3 结论与建议

通过1年多的数据采集，结果表明：（1）温室内月平均温度最高值出现在7月，为30.97 ℃，最低值出现在2月，为 18.20 ℃。温室内月平均湿度为62.3%～78.38%，月份间没有规律。（2）薄膜温室的热湿环境大多数情况下能够适宜植物的生长，但是仍然存在夏季白天温度偏高的问题。试验温室内夏季月平均气温为28.67～30.97 ℃，日气温最高值一般出现在13：00左右，最低值出现在19：00—06：30，这段时间内室内温度基本保持恒定且接近室外温度。（3）在夏季晴天天气条件下，白天室内温度接近室外温度，夜间室内温度比室外温度高0～2 ℃。在夏季多云天气条件下，白天室内温度一般比室外温度低1～7 ℃，夜间室内温度接近室外温度。夏季阴雨天气室内温度接近室外温度，夜间室内温度一般比室外温度高0～2 ℃。在夏季高温闷棚情况下，室内温度最高为 43～61 ℃，比室外温度高11～23 ℃。（4）夏季开启湿帘和风机，能够使温室内温度骤降，在0.5 h左右温室内温度骤降结束，室内温度降低到一个较稳定的值，一般比室外温度低 1～5 ℃。同时，湿度骤升，在0.5 h左右湿度骤升结束，温室内、外湿度差趋于稳定，室内湿度一般比室外湿度高20%～35%。（5）冬季温室内湿度变化较平稳。以2017年1月23日多云天气为例，温室内夜间湿度达80%左右，白天室内湿度基本上比室外湿度低。

综上所述，笔者建议薄膜智能温室大体上能达到夏季降温、冬季保温的效果，但是仍存在夏季高温的问题。因此，福建薄膜智能温室仍要选用耐热的品种，并以选用湿帘和风机搭配来起到降温排湿的效果。

参考文献：

[1]新华社. 我国设施园艺面积达370萬公顷居世界首位[EB/OL]. （2017-08-21）[2018-11-30]. http：//www.xinhuanet.com//2017-08/21/c_1121517077.htm.

[2]刘彦辰，邹志荣，胡晓辉，等. 陕西关中地区不同跨度日光温室光温环境分析[J]. 西北农林科技大学学报（自然科学版），2013，41（2）：108-116.

[3]王 倩，张海涛，刘 旭，等. 下沉式日光温室内温光环境分析[J]. 中国农业气象，2013，34（1）：37-42.

[4]祁光斌，颉建明，郁继华，等. 河西走廊GN-N10B型石墙钢架日光温室温光环境分析[J]. 甘肃农业大学学报，2016，51（1）：84-89.

[5]刘琮琮. 阿拉尔市三种日光温室的环境性能测定分析[D]. 新疆：塔里木大学，2016.

[6]杨艳超. 山东省日光温室小气候条件模拟研究[D]. 南京：南京信息工程大学，2009.

[7]柳 芳，王 铁，刘淑梅. 天津市二代节能型日光温室内部温湿度预测模型——以西青为例[J]. 中国农业气象，2009，30（增刊1）：86-89.

[8]佟国红，李保明，Christopher D M，等. 用CFD方法模拟日光温室温度环境初探[J]. 农业工程学报，2007，23（7）：178-185.

[9]百度百科. 福州[EB/OL]. （2018-12-18）[2018-12-22]. https：//baike.baidu.com/item/%E7%A6%8F%E5%B7%9E/165311.

[10]冯 波. 变电站SCADA系统数据库的设计与开发[D]. 济南：山东大学，2013.

[11]杨丽丽，吴春辉，张大卫，等. 基于聚类分析的农业SCADA服务器预警阈值提取方法[J]. 农业工程学报，2017，33（增刊1）：293-299.

收稿日期：2019-01-30

基金项目：福建省农业科学院科技创新团队（编号：STIT2017-2-12）;福建省农业科学院数字农业科技服务团队（编号：kjfw22）;福建省农业科学院院管A类项目（编号：A2017-36）;福建省农业科学院一般项目（编号：A2018-1）;福建省农业科学院三农业一融合项目（编号：A2017-33）;福建省农业科学院自由探索项目（编号：AA2018-26、ZYTS2019029）。

作者简介：黄语燕（1987—），女，福建福州人，硕士，研究实习员，主要从事农业电气化与自动化研究。E-mail：644621043@qq.com。

通信作者：陈永快，硕士，助理，主要从事设施农业研究。E-mail：86467897@qq.com。