设施微气象分析

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1、設施微氣象環境與降溫措施分析申雍中興大學土壤環境科學系前言設施栽培原是溫帶地區為因應生長環境中低溫的逆境，所開發出之可防寒、加溫的生產技術，近年來更配合環境自動控制技術的發展，可以提高並控制所栽植作物的品質，因此成為溫帶地區一種重要的園藝作物生產技術。台灣地區處於亞熱帶地區，雖然低溫並非最重要的生產限制因子，但是因台灣地處大陸和海洋的交界處且地形複雜，春季的梅雨、夏季的颱風和熱雷雨、冬季的寒流、高濕和日夜溫差小的海洋性氣候、以及普遍存在的酸雨和空污、…等不良微氣象環境的影響，造成作物生長不良和品質劣化，因此仍希望

2、利用設施栽培以達穩定生產及提高品質的目的。唯由於夏季日射強烈時，設施內作物會遭受非常嚴重的熱逆境，因此設施栽培在台灣地區尚未被普遍採用。目前台灣地區設施栽培所使用的結構物可分為兩大類，（一）以保溫或防雨為目的的簡易塑膠棚和紗網棚，（二）具有降低設施內氣溫能力的較精密溫室。第一類型的設施又可再細分為人可入內操作的水平棚架或高架隧道，和人不能入內操作的直接覆蓋或低架隧道等細類，此類型設施的結構強度並不足以承受強風的破壞，且沒有調控設施內微氣象環境的能力。第二類型的設施通常配有通風窗和遮陰網，有些設施甚至配有抽風扇、水

3、牆、噴霧等降溫設備，因此具有調降設施內氣溫的能力，此類設施的結構強度可承受較強的風壓力，但因所需硬體設備的投資大，且所用之降溫措施多以降低氣溫為目標，常常犧牲對日射、溼度、…等其它重要環境因子的利用與控制，因而僅適用於少數幾種高經濟價值的作物，例如好陰喜濕的蘭花。本文以下將說明這些設施內的微氣象環境和對作物生長的影響，並分析幾種紆解設施內作物熱逆境方法的優缺點，以供作為未來開發和引進設施降溫措施時的參考。設施內微氣象環境由於有一層設施覆蓋物的存在，因此設施與露地栽培之作物微氣象環境有很明顯的差異（表一）。由於受到

4、樑柱遮光和被覆物對日射的反射與吸收的影響，設施內的日射量較露地為低。一般而言，設施內床面平均日射量僅及露地的80%，若被覆物上的灰塵太多、或被覆材料已老化，設施內床面平均日射量甚至會降低至露地的50%以下（表二）。設施中樑柱的遮光作用和被覆材料的反光作用，則會造成設施內床面日射量呈現分佈不均的現象（圖一）。設施中東西向主樑所產生的陰影，只會隨季節才有較大的位移。因此設施的棟方位以南北向為佳，可減少東西方向粗樑產生之陰影對作物生育不利的影響。簡易塑膠棚溫室雖然沒有粗的主樑，但若以連棟方式結合，棟與棟間也會產生強烈的

5、陰影帶，因此最好也是以南北為棟方位呈東西向結合的方式為佳，可減少栽培床面光量分佈的不均一。日射中包含紫外光、可見光、和近紅外光三部份（圖二），作物光合作用可利用的可見光的能量不及全部日射能量的一半，佔日射總能量50%以上的近紅外光並不能被作物的光合作用所利用，但卻會轉成熱能使設施內的溫度升高。對目前設施常用被覆材料所做日射穿透品質指數的測定顯示，這些被覆材料對阻隔日射中近紅外光穿透的能力遜於對可見光的阻隔（表二），加以這些被覆材料多有阻擋長波轄射穿透的特性?因此設施內累積有大量無用的熱能，此乃由於目前所用被覆材料

6、多由溫帶地區國家所引入，材質的特性係依能保溫和減少加溫所需能源之目的而發展有關。熱帶和亞熱帶地區適用的被覆材料應盡量減少無用之近紅外光的進入，並增加長波輻射的穿透率，才能降低設施內的熱負荷。由於被覆材料的阻擋，設施外的風通常不易直接吹入，而設施內由自然對流所造成的空氣流動也不很強，因此設施內外空氣的交換性很差，導致設施內入射日射所累積的熱量不易釋出，因此設施內的氣溫會較零地高，在沒有降溫措施的簡易隧道式設施中，與露地的溫差在中午過後通常可達15°C以上；即使在高架網室內，四週尼龍網的阻風效應仍將導致設施內通風不良

7、，晴天時設施內氣溫仍可較露地高出5°C以上。研究指出目前設施內的高溫雖還不致於直接影響葉片光合作用的捕光色素系統，但會引發葉片氣孔開度減小，使得光合作用的效率因CO?的進入受阻而降低，再加上高溫下呼吸作用的過度消耗，將導致葉片淨光合成量和植株產量的降低。夜間由於被覆材料的防風效果和對長波轄射的阻隔作用，設施內的溫度會略高於露地；若被覆材料的長波輻射穿透率高，則可能因減少了感熱的向下輸送反而略高於露地。白天設施內由於氣溫升高，因此設施內的相對溼度顯著下降，尤其在午後相對濕度可降至70%以下（圖三）。高溫低濕的環境不

8、僅使得由葉片蒸散和土壤蒸發釋出的水氣量大增，因而土壤深處的水分和鹽分也經由毛細作用向上移動，在土表富集而形成鹽害；土壤溫度升高，也將使得土壤有機質分解加快，土壤理化性質劣變程度也隨之加強。由於設施內外通風不良，白天由葉片蒸散和土壤蒸發釋出的水氣無法順利排除，因此設施內的水氣含量高，夜間溫度下降後，設施內的相對溼度則會升至100%，結露的情形非常明顯。適合作物生長的溼度環境