冬季香梨樹彩條布覆蓋棚的溫濕效應(yīng)分析

李燕枝，李新建，黃　健，李戰(zhàn)超，范金霞，吳新國

（1.新疆師范大學(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院,新疆　烏魯木齊830054；2.新疆維吾爾自治區(qū)農(nóng)業(yè)氣象臺，新疆　烏魯木齊830002；3.中國氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所，新疆　烏魯木齊830002；4.庫爾勒市氣象局，新疆　庫爾勒841000）

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冬季香梨樹彩條布覆蓋棚的溫濕效應(yīng)分析

李燕枝1，3，李新建2*，黃健3，李戰(zhàn)超2，范金霞4，吳新國4

（1.新疆師范大學(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院,新疆烏魯木齊830054；2.新疆維吾爾自治區(qū)農(nóng)業(yè)氣象臺，新疆烏魯木齊830002；3.中國氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所，新疆烏魯木齊830002；4.庫爾勒市氣象局，新疆庫爾勒841000）

摘要：為了探討冬季香梨園覆蓋棚內(nèi)外的溫、濕度變化規(guī)律，于2014—2015年庫爾勒市上戶鎮(zhèn)哈拉蘇村香梨園進(jìn)行小氣候觀測試驗，對2015年1月彩條布覆蓋棚內(nèi)部、外部氣溫、相對濕度的變化規(guī)律進(jìn)行分析。結(jié)果表明:彩條布覆蓋棚棚內(nèi)氣溫高于棚外，日最低氣溫出現(xiàn)在09:00，棚內(nèi)外氣溫變化主要受太陽輻射影響；棚內(nèi)外低于-15℃的天數(shù)均>15d，低于-20℃的平均時長為5h，最大持續(xù)時長為7h；棚內(nèi)日較差高于棚外，棚內(nèi)外氣溫日較差變化趨勢一致，棚內(nèi)外0.4m高度的降溫幅度分別為0.30℃/d（P=0.001）、0.23℃/d（P=0.006），棚內(nèi)外3m高度的降溫幅度分別為0.28℃/d（P=0.006）、0.23℃/d（P＜0.001）；棚內(nèi)日平均相對濕度高于棚外，在兩個高度下，棚內(nèi)外日平均相對濕度變化趨勢相似，隨著高度的增加日平均相對濕度逐漸減小，棚內(nèi)外月平均相對濕度>70%，除了棚內(nèi)3 m高度外，棚內(nèi)外的日平均相對濕度呈顯著的增濕趨勢。

關(guān)鍵詞：彩條布覆蓋棚；香梨樹；溫度；相對濕度

李燕枝，李新建，黃健，等.冬季香梨樹彩條布覆蓋棚的溫濕效應(yīng)分析[J].沙漠與綠洲氣象，2016，10（2）：89-94.

新疆是庫爾勒香梨的原產(chǎn)地，在庫爾勒、阿克蘇與吐魯番等地均有栽培。庫爾勒香梨因種植面積廣，果實品質(zhì)佳而享有盛譽(yù)。然而，全球氣候變化和極端天氣氣候事件的頻繁發(fā)生，對香梨樹的安全越冬具有重要的影響。據(jù)不完全統(tǒng)計，自2003年以來，新疆境內(nèi)果樹幾乎年年都遭受了嚴(yán)重的凍害，尤其是2008年1月16日庫爾勒地區(qū)氣溫驟降，導(dǎo)致不同樹齡果樹均遭受不同程度的凍害，影響了果實的產(chǎn)量與品質(zhì)[1-4]。

彩條布覆蓋棚是一種簡捷實用的保護(hù)性設(shè)施，具有防凍增溫的作用，當(dāng)今已逐步運(yùn)用于經(jīng)濟(jì)林果木。了解彩條布覆蓋棚內(nèi)溫度和相對濕度變化的特征對棚內(nèi)氣溫和空氣相對濕度的管理具有一定指導(dǎo)意義。目前，我國學(xué)者研究主要集中在對日光溫室和塑料大棚內(nèi)氣象因子變化特征分析[5-11]。楊艷超[5]等分析了山東萊蕪日光溫室內(nèi)的小氣候變化特征，揭示了冬春季該地區(qū)溫室內(nèi)氣溫的變化規(guī)律。高江林[6]、郜慶爐[7]通過在日光溫室內(nèi)的布點(diǎn)觀測，研究了氣溫、濕度、光照等小氣候要素的時空變化規(guī)律。吉中禮[8]于西北農(nóng)業(yè)大學(xué)蔬菜試驗站進(jìn)行試驗，分析塑料大棚內(nèi)溫度、濕度、風(fēng)速的時空分布特征，為調(diào)節(jié)大棚內(nèi)小氣候環(huán)境提供了依據(jù)。于盛楠[9]等在佳木斯城郊的農(nóng)戶進(jìn)行了大棚內(nèi)氣溫和濕度的觀測，分析了春季大棚內(nèi)溫度和濕度的變化特征。近年來，對庫爾勒香梨園的研究主要集中在凍害產(chǎn)生的原因與防凍措施，而對庫爾勒香梨園彩條布覆蓋棚的小氣候變化規(guī)律的研究報導(dǎo)相對較少。本文通過對2015年1月庫爾勒香梨園覆蓋棚的小氣候觀測資料，研究庫爾勒市哈拉蘇村梨園冬季1月棚內(nèi)外的溫度和相對濕度差異，分析了彩條布覆蓋棚內(nèi)外的溫度和相對濕度變化規(guī)律，為冬季香梨樹彩條布覆蓋防凍的推廣應(yīng)用提供了科學(xué)依據(jù)與參考。

1　材料與方法

1.1試驗區(qū)概況

哈拉蘇村梨園示范區(qū)，地處41°48＇25.4″N，85° 52＇4.5″E，海拔高度約918 m。該地屬于暖溫帶大陸性干旱氣候，其特點(diǎn)為：四季分明，降水稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，日照時間長，氣溫日較差大，晴天多，雨天少。最冷月1月的平均氣溫為-9.2～-7.4℃，極端最低氣溫-28.1℃，歷年日照時數(shù)可達(dá)2990 h，無霜期213 d左右，年降水量57.4 mm。主風(fēng)風(fēng)向為東北風(fēng)，土壤類型為荒漠風(fēng)沙土，1 m土層土壤質(zhì)地為砂礫至沙土。梨園樹齡15～20 a，梨樹株行距為4 m×5 m，梨樹行數(shù)平均長為80 m。

1.2試驗設(shè)計

在香梨示范園內(nèi)，用長90 m、寬10 m的彩條布對梨樹進(jìn)行單行覆蓋，用其中兩邊長為20～50 cm的彩條布對四周底部用土壤進(jìn)行掩埋，防止透風(fēng)，形成一個封閉的小氣候環(huán)境。在彩條布覆蓋棚內(nèi)部的中心位置選取健康的梨樹，由于儀器的限制，在距離地面0.4 m、3 m的梨樹上分別布設(shè)Hobo溫濕度記錄儀，同時在彩條布覆蓋棚外部距離地面0.4 m、3 m的梨樹上也分別布設(shè)Hobo溫濕度記錄儀。溫濕度記錄儀按照氣象部門儀器安裝設(shè)置要求，增加防輻射裝置。所有記錄儀按照統(tǒng)一時間設(shè)置啟動，記錄間隔時間均為30 min。

彩條布覆蓋棚內(nèi)外氣象數(shù)據(jù)觀測時間為2014 年12月23日至2015年3月8日，考慮到庫爾勒地區(qū)冬季最冷月為1月，因此選取2015年1月溫度和相對濕度的氣象資料進(jìn)行統(tǒng)計和對比分析。

2　結(jié)果與分析

2.1彩條布覆蓋棚內(nèi)外氣溫特征

2.1.1彩條布覆蓋棚內(nèi)外氣溫差異

彩條布覆蓋棚內(nèi)外樹體不同高度溫度變化特征見表1，棚內(nèi)溫度高于棚外，最冷時期出現(xiàn)在1月上旬，隨后氣溫緩慢上升，全天溫度高于夜間溫度（21: 00—09:00，北京時間）,極端最低溫度達(dá)到-22℃。棚內(nèi)0.4 m高度月平均溫度比棚外高1.3℃，棚內(nèi)3 m高度月平均溫度比棚外高1.4℃，棚內(nèi)0.4 m高度夜間平均溫度比棚外高1.2℃，棚內(nèi)3 m高度夜間平均溫度比棚外高0.6℃。1月上旬棚內(nèi)0.4 m高度日平均溫度比棚外高1.8℃，棚內(nèi)3 m高度比棚外高1.6℃，1月中旬0.4 m高度日平均溫度比棚外高1.1℃，棚內(nèi)3 m高度比棚外高1.8℃，1月下旬棚內(nèi)0.4 m高度日平均溫度比棚外高1.1℃，棚內(nèi)3 m高度比棚外高1.5℃。1月極端最低溫與夜間平均最低溫度一致，表明一天中的最低氣溫多出現(xiàn)在夜間，此時段出現(xiàn)日最低氣溫的可能性大。棚內(nèi)外距離地面3 m高度溫度高于距離地面0.4 m高度溫度。棚內(nèi)0.4 m高度的平均溫度比棚內(nèi)3 m高度的平均溫度低0.7℃，比夜間平均溫度高0.2℃；棚外0.4 m高度的平均溫度比棚外3 m高度的低0.6℃，比夜間平均溫度低0.4℃。通過檢驗分析發(fā)現(xiàn)，月平均溫度、月最低溫度與月極端最低溫均通過P＜0.001顯著性檢驗,棚內(nèi)溫度與棚外溫度有顯著差異，這說明彩條布覆蓋棚有利于溫度的增加，彩條布覆蓋棚內(nèi)氣溫的變化主要受太陽輻射的影響，白天太陽輻射較強(qiáng)，熱空氣上升，冷空氣下降，導(dǎo)致熱量交換頻繁，且彩條布吸收熱量而轉(zhuǎn)化為熱能。

表1　2015年1月彩條布覆蓋棚內(nèi)外樹體不同高度溫度比較（℃）

2.1.2彩條布覆蓋棚內(nèi)外低溫持續(xù)時間的比較

冬季低溫或溫度驟降對果樹凍害產(chǎn)生影響，除此之外，低溫持續(xù)的時間及其強(qiáng)度也是果樹越冬休眠期發(fā)生凍害的重要因素[12-13]。以氣象站溫度資料為依據(jù)調(diào)查結(jié)果顯示梨樹凍害的臨界溫度為-20～-22℃。分別對1月出現(xiàn)低于-15℃、-20℃氣溫出現(xiàn)的天數(shù)、平均持續(xù)時長、最大持續(xù)時長進(jìn)行了統(tǒng)計（表2）。

由表2可知，梨園覆蓋棚內(nèi)外最低溫度低于-20℃出現(xiàn)的天數(shù)分別為1 d、2 d，低于-15℃出現(xiàn)的天數(shù)均超過15 d，棚外0.4 m高度出現(xiàn)的天數(shù)高達(dá)19 d。低于-20℃棚內(nèi)平均持續(xù)時長為2.5 h，棚外平均持續(xù)時長為3.7 h，最大持續(xù)時長棚外0.4 m高度達(dá)到7 h，低于-15℃棚內(nèi)外平均持續(xù)時長均超過5 h，最大持續(xù)時長都為12 h。通過后期實地調(diào)查，梨園果樹遭受了較輕微的凍害，說明低溫持續(xù)時間對梨樹的凍害產(chǎn)生了影響。

表2　2015年1月彩條布覆蓋棚內(nèi)外不同高度低溫持續(xù)時間的比較

2.1.3彩條布覆蓋棚內(nèi)外溫度日較差的差異

彩條布覆蓋棚內(nèi)外日較差變化差異（圖1、圖2）。由圖1可知，在同一高度下，彩條布覆蓋棚內(nèi)日較差高于棚外，棚內(nèi)外日較差變化趨勢一致。棚內(nèi)外3 m高度日較差大于棚內(nèi)外0.4 m高度日較差，棚內(nèi)外日較差最大達(dá)26.2℃（1月2日，棚內(nèi)3 m），最小為2.4℃（1月18日，棚外0.4 m）。棚內(nèi)外日較差差值最大為7.5℃（1月19日，3 m），最小為-5.7℃（1月17日，3 m）。棚內(nèi)外0.4 m高度的日較差變幅較小，日較差差值在-0.6～4.6℃，日較差呈減小的趨勢。棚內(nèi)0.4 m高度降溫的速率為0.30℃/d（P= 0.001）,棚外0.4 m高度降溫的速率為0.23℃/d（P= 0.006）；而棚內(nèi)外3 m高度的日較差變幅較大,日較差差值在-5.7～7.5℃，棚內(nèi)3 m高度降溫的速率為0.28℃/d（P=0.006），棚外3 m高度降溫的速率為0.23℃/d（P＜0.001）。這主要是由于太陽輻射的影響，白天太陽輻射被樹體截獲后大部分轉(zhuǎn)化為熱能，溫度升高，而夜間溫度較低，則日較差大。在圖1中，1月中旬左右出現(xiàn)日較差迅速降低之后又呈上升階段，這與1月15日持續(xù)8 h降雪有關(guān)，降雪伴隨著氣溫降低，導(dǎo)致棚內(nèi)外溫度偏低，氣溫日較差差值較小，為1.6℃。

圖1　彩條布覆蓋棚內(nèi)外同一高度的日較差比較

圖2　彩條布覆蓋棚內(nèi)外不同高度日較差比較

由圖2可知，在兩個高度下，棚內(nèi)日較差變化幅度大于棚外，棚內(nèi)平均日較差為18.3℃，棚外平均日較差為15.2℃。棚內(nèi)日較差差值最高為6.8℃（1 月12日），最低為1.5℃（1月17日），棚外日較差差值最高為8.7℃（1月18日），最低為-0.2℃（1月14日）。這說明在相同的小氣候環(huán)境下，日較差隨著高度的升高而較大，主要原因是白天太陽輻射強(qiáng)，熱空氣上升，冷空氣下降，樹體上部溫度高于樹體下部溫度，夜間溫度偏低，則日較差較大。棚內(nèi)0.4 m高度和棚內(nèi)3 m高度在1月中下旬出現(xiàn)棚內(nèi)日較差最小且達(dá)到最小值，主要是由于出現(xiàn)降雪天氣，其后冰雪融化吸收熱量導(dǎo)致溫度偏低，彩條布覆蓋棚能夠阻擋棚外冷空氣的入侵，使不同高度的溫度相差不大，所以日較差較小。相反，棚內(nèi)0.4 m高度和棚內(nèi)3 m高度在1月中下旬出現(xiàn)棚外日較差較大且達(dá)到最大值，主要由于出現(xiàn)降雪天氣，冰雪消融須吸收熱量，雪水停留在梨樹上與地表上，導(dǎo)致溫度迅速下降，且離地面越近溫度越低，使不同高度的溫度相差太大，日較差也相應(yīng)的較大。

2.2彩條布覆蓋棚內(nèi)外日平均相對濕度

彩條布覆蓋棚內(nèi)外日平均相對濕度變化特征（圖3、圖4）。由圖3可知，在同一高度下，棚內(nèi)日平均相對濕度高于棚外，棚內(nèi)外月平均相對濕度高于70%，棚外日平均相對濕度高于74%，棚內(nèi)外日平均相對濕度最高達(dá)97.84%，最低為72.7%。棚內(nèi)外日平均相對濕度差值最高為19.57%，最低為-2.04%。1 月10日之前、21日之后棚內(nèi)外0.4 m高度的日平均相對濕度變化趨勢相反，同日期之間變化趨勢相同；1月14日之前、22日之后棚內(nèi)外3 m高度的日平均相對濕度變化趨勢相反，同日期之間變化趨勢相同，這與該期間降雪有關(guān)，降雪導(dǎo)致溫度偏低，則空氣水分含量增加，使相對濕度增大，棚內(nèi)外濕度相差小。

由圖4可知，在兩個高度下，棚內(nèi)外0.4 m高度日平均相對濕度分別高于棚內(nèi)外3 m高度日平均相對濕度，棚內(nèi)外日平均相對濕度變化趨勢相似，隨著高度的增加相對濕度逐漸減小，棚內(nèi)日平均相對濕度較棚外變化幅度大，棚外因空氣狀態(tài)相同，因此日平均相對濕度變化幅度較小。棚內(nèi)外月平均相對濕度高于70%，棚內(nèi)0.4 m高度的日平均相對濕度以0.27 % /d的傾向率呈顯著（P＜0.001）的增濕趨勢，棚內(nèi)3 m高度的日平均相對濕度以0.08 % /d的傾向率呈不顯著（P=0.075）增濕趨勢；而棚外日平均相對濕度高于74%，棚外0.4 m高度的日平均相對濕度以0.24 % /d的傾向率呈極顯著（P=0.007）的增濕趨勢，棚外3 m高度的日平均相對濕度以0.26 % / d的傾向率呈極顯著（P=0.006）的增濕趨勢。主要原因是棚內(nèi)相對密閉，透風(fēng)少，阻擋棚內(nèi)外空氣交換，水汽不易向外擴(kuò)散，使棚內(nèi)濕度較大。

3　結(jié)論

圖3　彩條布覆蓋棚內(nèi)外同一高度相對濕度日平均變化

圖4　彩條布覆蓋棚內(nèi)外不同高度相對濕度日平均變化

通過對2015年1月庫爾勒地區(qū)上戶鎮(zhèn)哈拉蘇村梨園彩條布覆蓋棚內(nèi)外溫、濕度差異分析表明：

（1）彩條布覆蓋棚內(nèi)溫度高于棚外，隨著高度的增加溫度逐漸上升，全天溫度高于夜間溫度（21: 00—09:00，北京時間），一天中最低氣溫出現(xiàn)在09: 00左右，極端最低溫度高達(dá)-22℃。棚內(nèi)不同高度月平均溫度比棚外高0.6～1.3℃，棚內(nèi)夜間平均溫度比棚外高0.6～1.2℃，棚內(nèi)平均最低溫度比棚外高0.6～1.8℃；1月上旬棚內(nèi)日平均溫度比棚外高1.6～1.8℃，1月中旬比棚外高1.1～1.8℃，1月下旬比棚外高1.1～1.5℃。

（2）最低溫度持續(xù)時間是果樹受凍的原因之一，彩條布覆蓋棚內(nèi)外低于-15℃均超過15 d，-15℃最大持續(xù)時長均為12 h，-20℃最大持續(xù)時長為7 h，表明低溫持續(xù)的時間對果樹凍害產(chǎn)生影響。

（3）彩條布覆蓋棚棚內(nèi)日較差高于棚外，棚內(nèi)外日較差變化趨勢一致，棚內(nèi)日較差差值大于棚外，棚內(nèi)外0.4 m高度日較差變幅較小，分別以0.30℃/d （P=0.001）、0.23℃/d（P=0.006）的傾向率呈極顯著的降溫趨勢，而棚內(nèi)外0.3 m高度日較差變幅較大，分別以0.28℃/d（P=0.006）、0.23℃/d（P＜0.001）的傾向率呈極顯著的降溫趨勢。

（4）彩條布覆蓋棚內(nèi)日平均相對濕度高于棚外，在兩個高度下，棚內(nèi)外日平均相對濕度變化趨勢相似，隨著高度的增加日平均相對濕度逐漸減小，棚內(nèi)外月平均相對濕度大于70%，除了棚內(nèi)3 m高度外，棚內(nèi)外其他高度的日平均相對濕度呈顯著的增濕趨勢。

4　討論

果樹受凍的原因是多方面引起，而低溫以及持續(xù)時間是香梨受凍的主要原因之一[12]，彩條布覆蓋棚棚內(nèi)低于-20℃最大時長為3.5 h，棚外高達(dá)7 h，且棚內(nèi)日平均相對濕度高于棚外，由此可見，彩條布覆蓋棚起到保溫增濕的作用，但在管理上應(yīng)預(yù)防低溫凍害和低溫高濕引起的病害。受太陽輻射的不均勻性和棚外氣象要素的影響，棚內(nèi)氣溫空間分布是不均勻的，本研究未考慮到不同天氣條件下棚內(nèi)外的溫、濕度分布差異，所以研究的內(nèi)容和廣度需要進(jìn)一步加深。

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EffectsofTemperature and Humidityon FragrantPearTrees Covered by Striped Cloth in W inter

LIYanzhi1，3，LIXinjian2，HUANG Jian3，LIZhanchao2，F(xiàn)AN Jinxia4，W U Xinguo4
（1.CollegeofGeographicalScienceand Tourism，Xinjiang NormalUniversity，Urumqi830054，China；2.Xinjiang Agricultureobservatory，Urumqi830002，China；3.InstituteofDesertMeteorology，China MeteorologicalAdministration，Urumqi830002，China；4.Korla MeteorologicalBureau，Korla841000，China）

AbstractTo discussthe change rules oftemperature and humidity ofpeartrees in field covered by striped cloth,a microclimate observation testhad been conducted on the Korla householdstown o'hara Sue village fragrant pear field during 2014-2015.The change rules of temperature and humidity ofinside and outside ofthe pear trees shed covered by striped cloth in January were analyzed. The results showed that the temperatures inside of the shed were higher than those outside,and the lowest temperature appeared at 9:00,the temperature outside ofthe shed was mainly influenced by solarradiation,and the numberofdaysbelow -15℃outside ofthe canopy were more than 15 d,the mean lasting hoursoflowerthan the below - 20℃was5 h,the longest duration was 7 h.The diurnal temperature range inside ofshed was higher than those outside, however,thediurnaltemperaturerangesinsideand outsideofshed had thesamechangetrends.The cooling ratesinside and outside shed at0.4 m high were 0.30℃/d（P=0.001）and 0.23℃/d（P= 0.006）,respectively.Meanwhile,the cooling rates inside and outside ofshed at3 m high were 0.27℃/d（P=0.006）and 0.23℃/d（P<0.001）.Theaveragerelativedailyhumidityinsideofshed was higherthan thatoutside,and they had the same change trends.The humidity decreased with an increasein high.Themean monthlyrelativehumidity insideand outsideofshed were allover70% , and therelativehumidityat0.4 m high showed an increasingtrend.

Key wordsshed covered bystriped cloth;fragrantpeartree;temperature;relativehumidity

中圖分類號：S161

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1002-0799（2016）02-0089-06

doi：10.3969/j.issn.1002-0799.2016.02.014

收稿日期：2015-07-13；修回日期：2015-10-22

基金項目：公益性行業(yè)（氣象）科研專項經(jīng)費(fèi)項目“風(fēng)沙災(zāi)害對綠洲農(nóng)業(yè)的影響與評估技術(shù)”（GYHY201106025）、科技興農(nóng)項目“彩條布覆蓋防御林果越冬凍害技術(shù)的中試與示范”。

作者簡介：李燕枝（1991-），女，碩士研究生，主要從事干旱區(qū)環(huán)境演變與農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害方面的研究。E-mail：281896341@qq.com

通訊作者：李新建（1965-），男，研究員，主要從事農(nóng)業(yè)氣象與生態(tài)方面的研究。E-mail：lxj@idm.cn