北墙铺设反光薄膜对日光温室北部光环境的影响.pdf
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1、北墙铺设反光薄膜对日光温室北部光环境的影响刘志康 李楠洋河北工程大学,河北 邯郸 0 5 6 0 3 8摘要:日光温室是我国北方应用广泛的一种园艺设施,其独特的北墙结构和兼具保温和蓄热的功能,使蔬菜在北方地区能够实现反季节生产。但是温室内南北光环境分布不均匀,北部区域的光环境相对南部较弱,对作物生产有一定的影响。为此,比较了不同的墙体覆盖材料对温室北部区域的光环境影响。结果显示,在北墙铺设聚酯镀铝膜之后,温室北部区域的光照度相较传统砖墙平均增加5.4 k l x,辐照度提高2 5%2 8%,与北墙的距离越近,聚酯镀铝膜所反射的北部区域光谱能量值相对传统砖墙也随之增高,最大为3 1%。依托于现有
2、日光温室结构,北墙铺设反光薄膜可以作为平衡温室南北光环境的有效途径。关键词:日光温室;反光薄膜;光环境中图分类号:S 1 2 6 D O I:1 0.3 9 6 9/j.i s s n.2 0 9 7-0 6 5 X.2 0 2 3.1 1.0 3 80 引言日光温室为我国特有的温室结构,是我国北方应用广泛的一种园艺设施,在我国农业种植业扮演着重要的角色1。但是温室内南北光环境分布不均匀,北部光照相对南部较弱,一定程度上影响作物生产2。许多学者通过研究发现,在北墙铺设反光薄膜可以有效改善温室整体光环境,提高作物产量3-5。L i u等6通过将温室左右两侧铺设反光薄膜进行光分布研究,发现铺设反光
3、薄膜后能提高植株冠层光分布的均匀性。以上实验均聚焦在单一作物层面,对反光薄膜如何调控温室北部区域光环境进行量化分析,还有待进一步研究。本试验通过对比不同材质的覆盖材料的参数,选用了一种具有高反射率的聚酯镀铝膜,在光学平台测得聚酯镀铝膜的光学特性。通过在日光温室内进行光环境试验,对覆盖材料在温室的可行性进行了评价。1 材料与方法反光薄膜是一种表面涂层为逆反射材料的覆盖结构。一般情况下,根据反射单元的结构,将反光薄膜划分为玻璃微珠型和微棱镜型7-8。通过对比市面上常见的几种反光薄膜,最终选取聚酯镀铝膜作为墙体覆盖材料。聚酯镀铝膜表面具有较好的阻隔性能,提高了薄膜的反射率,同时价格低廉,便于大面积推
4、广(表1)。表1 反光薄膜材料参数对比序号材质平均反射率(%)涂层结构造价(元/m2)1树脂材料3 0玻璃微珠型0.62铝板8 7玻璃微珠型7.53铝塑复合材料9 0微棱镜型0.94聚碳酸酯9 0微棱镜型1.15聚酯镀铝膜9 5微棱镜型0.71.1 测定材料特性当光投射到物体表面时,其中一部分能量被物体表面吸收,另一部分能量被物体表面反射,剩余部分能量穿透物体9。其中,反射能量在总能量中的占比用反射率表示:=1 5 0 03 0 0G()d1 5 0 03 0 0G()d1 0 0%(1)式中,G()为物体反射后的光辐射,W/(m2n m);G()为达到物体表面的光辐射,W/(m2n m)。在
5、光学平台上对不同入射角度下聚酯镀铝膜的反射率进行测定,结果如图1所示,当入射角为3 0 时,在植物可以响应的可见光波段(3 0 08 0 0 n m)1 0上聚酯镀铝膜的平均反射率为9 5%,用于光热转换的近红外 光波段(8 0 01 5 0 0 n m)上 平 均 反 射 率 为8 3%。随着入射角度变大反射率逐渐下降,当入射角为6 0 时,聚酯镀铝膜在可见光波段的平均反射率为7 5%,近红外光波段平均反射率为6 0%。这说明,聚酯镀铝膜在不同角度都具有较高的反射率,可以作为北墙覆盖材料用来进行日光温室北部补光。421数字农业与智能农机 第1 1期2 0 2 3年1 1月图1 不同角度的入射
6、光线下聚酯镀铝膜的反射率对比1.2 试验地点确定了聚酯镀铝膜的光学特性后,开展聚酯镀铝膜调控温室北部光环境的试验。试验于2 0 2 2-1 2-2 4至2 0 2 3-1 2-2 8北京市顺义区大孙各庄镇试验基地(4 0 1 3 N,1 1 6 6 5 E)内进行。日光温室为东西走向,长4 5 m,跨度6.8 m,北墙高2.3 m。温室后墙为砖墙结构。在温室内截取两个东西方向长度8 m的区域作为试验区和对照区,试验区北墙表面悬挂聚酯镀铝膜(东西长6 m,高1.5 m,距离地面高度0.3 m),对照区北墙不作处理,除 墙体表面的 覆盖结构外,其 他 参 数 保 持一致。试验区和对照区内种植的作物
7、均为草莓,品种为明晶,定植日期为2 0 2 2-1 1-1 5。试验期间,温室内正常进行农事操作。1.3 试验仪器与测点布置试验中使用的测量仪器型号、测量范围、误差参数如表2所示。表2 试验仪器参数试验仪器型号测量范围误差分光谱辐射仪(W/m2)HY-Z G 102 0 0 0 5光谱仪A v a S o l a r-3 2 5 02 5 0 0 n m0.1 W/(m2n m)照度计(l x)UT 3 8 3 B T01 9 9 9 0 01 0 0气象站(m/s)F T-X YQ X11 5 0(0.3+0.0 3)V 在试验区东西方向的中心点处分别取距离北墙1.5 m、2 m和2.5 m
8、 3个测点。对照区测点位置与试验区保持一致,在室外布置一个测点E O用以测量室外数据(图2)。图2 温室试验测点布置试验期间,对试验区、对照区和室外的测点数据进行采集,包括光强、辐照度和光谱。试验以9 0 0-1 6 0 0作为一个试验周期,数据采集间隔为1 h。2 结果与分析2.1 聚酯镀铝膜对温室内光照度的影响通过对比试验区和对照区的光照度变化曲线(图3)发现,9 0 0-1 0 0 0时间段内二者差异较小,1 0 0 0时试验区的光照度增幅开始明显高于对照区,并在1 2 0 0时两者光照度差距达到最大,此时试验区比对照区光照度提高1 6.5 k l x,随后开始下降。对比全天的光强数据发
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