揭/蓋保溫被時間對日光溫室氣溫的影響

杜海濤，石茗化，張艷艷，樂章燕，周 鵬，李敬海

(廊坊市氣象局，河北 廊坊 065000)

日光溫室由于能充分采光，可防寒保溫，又節(jié)省能源，有較好的經(jīng)濟收益[1]，是我國農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要途徑。而河北省廊坊市與北京和天津相連，溫室蔬菜生產(chǎn)有得天獨厚的市場，是全省重要的蔬菜生產(chǎn)基地。目前廊坊市現(xiàn)有設施農(nóng)業(yè)種植面積6.53萬hm2，主要有現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)、農(nóng)業(yè)龍頭企業(yè)和農(nóng)民合作社等形式，其中集中連片且設施種植面積6.67 hm2以上規(guī)模園區(qū)有92家。全市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)40個，其中省級現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)9個，保障了廊坊和京津地區(qū)市民“菜籃子”蔬菜有效供應，增加了農(nóng)民的經(jīng)濟收入。廊坊市的日光溫室生產(chǎn)主要集中在10月至次年5月，涉及冬春兩季，此時外界溫度較低，光照時間較少，對溫室保溫性能要求較高。而日光溫室的保溫性能主要取決于人為調控措施(如揭保溫被和蓋保溫被時間的早晚等)和溫室外氣溫的高低等[1]，適宜的揭、蓋保溫被時間對日光溫室內(nèi)果蔬生長及溫室的保溫效果影響很大。因此，研究揭、蓋保溫被時間對日光溫室溫度影響具有十分重要的意義。

國外的日光溫室研究對象主要集中在玻璃日光溫室或大型連棟日光溫室，因而對揭、蓋保溫被時間與溫度的關系研究較少。國內(nèi)學者在日光溫室小氣候變化特征、日光溫室溫度調控方面[2-8]研究較多，但在揭、蓋保溫被時間與溫度的關系方面研究較少。曹建國等[9]研究表明，晴天和少云天氣，塑料日光溫室一般揭苫時間為8：00-8：30，蓋苫時間為16：30-17：30 (保證室溫低于15℃前蓋苫)，在溫室外日平均氣溫不低于-5℃情況下，陰天也要適當揭苫。王英師等[10]分析了揭保溫被及蓋簾時間與日光溫室內(nèi)氣溫變化的關系。孫智輝等[11]利用安塞冬季日光溫室各旬平均揭開保溫被時間的數(shù)學模型和天氣預報，建立了揭保溫被農(nóng)用天氣預報指數(shù)。廖妍妮等[12]利用日角正弦值絕對值變化與溫室保溫簾揭蓋至日出時間差變化規(guī)律相似的特點，建立溫室大棚保溫簾揭蓋時間的預報模型。劉瓔瑛等[13]利用保溫簾揭蓋前后溫室能量平衡的變化及多元回歸方法確定揭蓋保溫簾時間的數(shù)學模型，得出晴天和陰天2種典型天氣的揭、蓋簾時間。由于日光溫室結構、環(huán)境溫度、光照時間、光照強度和保溫材質等因子的不同，揭蓋簾時間對溫度變化的影響也不盡相同。目前，未見關于河北省揭蓋簾時間對溫度變化影響的研究報道。為此，利用河北省廊坊市2017年1-4月2個不同日光溫室的連續(xù)觀測數(shù)據(jù)，分析揭蓋保溫被時間對溫室內(nèi)溫度影響，以期為生產(chǎn)應用提供借鑒參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 觀測植物 油桃和毛桃，油桃品種為華春，毛桃品種為春雪。

1.1.2 觀測數(shù)據(jù) 溫室內(nèi)氣象數(shù)據(jù)為2017年1-4月2個不同日光溫室內(nèi)的連續(xù)觀測數(shù)據(jù)，溫室外氣象數(shù)據(jù)采用離日光溫室就近的國家基本氣象站數(shù)據(jù)。

1.1.3 儀器 便攜式小氣候自動觀測儀，華夏神農(nóng)公司生產(chǎn)。

1.1.4 日光溫室

1) 永清縣日光溫室。廊坊市永清縣海澤田農(nóng)業(yè)示范園區(qū)內(nèi)，鋼架結構，東西走向，長70 m，寬10 m，脊高4.5 m，后墻厚度為5 m的土墻，最外層為磚墻，覆蓋材料為聚乙烯膜，保溫材料為棉被。

2) 廣陽區(qū)日光溫室。廊坊市廣陽區(qū)潤寶農(nóng)業(yè)示范園區(qū)內(nèi)，鋼架結構，東西走向，長70 m，寬10 m，脊高4.5 m，半地下下沉為1.3 m，后墻厚度為5 m的土墻，覆蓋材料為聚乙烯膜，保溫材料為棉被。

1.2 方法

1.2.1 溫室內(nèi)小氣候觀測時間的選擇 采用油桃和毛桃破除休眠后溫室內(nèi)小氣候溫度變化為觀測時間段。由于生育期時間的差異，2個溫室內(nèi)果樹破除休眠升溫后的時間不同，油桃開始升溫的時間為1月9日，不蓋保溫被時間為4月16日；毛桃開始升溫的時間為12月10日，不蓋保溫被時間為3月31日。故采用2017年1-4月溫室內(nèi)外氣溫變化數(shù)據(jù)進行分析，此時為日光溫室油桃和毛桃的生長旺季，采用2個地點觀測，分別在廊坊市永清縣海澤田農(nóng)業(yè)示范園區(qū)(觀測油桃)和廣陽區(qū)潤寶農(nóng)業(yè)示范園區(qū)(觀測毛桃)進行。

1.2.2 小氣候數(shù)據(jù)采集 溫室內(nèi)小氣候觀測采用便攜式小氣候自動觀測儀，根據(jù)設施農(nóng)業(yè)小氣候觀測規(guī)范 日光溫室和塑料大棚(QX/T 261-2015)[14]布設儀器，選在日光溫室內(nèi)東西長度的中間、南北跨度自南向北作物種植區(qū)2/3的位置。傳感器離地面1.5 m，觀測要素有氣溫、濕度、地溫和輻射。每3 min采集1次數(shù)據(jù)，傳輸方式為本地存儲和無線存儲。

1.2.3 天氣類型標準劃分 采用日照百分率劃分天氣類型，即日照百分率>60%為晴天，20%～60%為多云天，<20%為陰天。

1.2.4 連陰天及過早揭保溫被時間的確定

1) 連陰天。參照文獻[4]的研究結果，將持續(xù)3 d以上陰天確定為連陰天。試驗過程中，3月21日日照時數(shù)8.3 h，為晴天；3月22-24日日照時數(shù)為0，為連陰天。因此，選取3月22-24日分析連陰天揭保溫被后溫室內(nèi)溫度變化情況。

2) 不同天氣下過早揭保溫被時間的確定。在溫室的實際生產(chǎn)過程中，管理人員為確保揭保溫被時溫度上升，往往將揭保溫被時間推后[15]。試驗期內(nèi)揭保溫被后出現(xiàn)溫度下降的次數(shù)較少，毛桃溫室內(nèi)有10 d(2月16日、2月18-21日、3月20日、3月22-24日、3月26日)，油桃溫室內(nèi)有6 d(1月23-24日、1月28日、2月21日、2月27日、3月23日)。多云、陰天和晴天天氣下，毛桃溫室從10 d中選擇2月19-21日3 d進行分析；溫室油桃從6 d中選擇1月24日、1月28日和2月27日3 d進行分析。

2 結果與分析

2.1 不同天氣類型揭/蓋保溫被時間與溫室溫度的變化

2.1.1 晴天 從圖1A看出，毛桃和油桃2個溫室揭保溫被的時間總體呈波動式下降趨勢，即揭保溫被的時間越來越早；揭保溫被時溫室內(nèi)的溫度呈波動式上升趨勢。其中，毛桃溫室內(nèi)1月揭保溫被的平均時間和平均溫度分別為9：32和9.2℃，2月分別為8：18和10.4℃；3月分別為7：58和13.3℃；油桃溫室內(nèi)1月揭保溫被的平均時間和平均溫度分別為8：55和3.5℃，2月分別為8：19和7.5℃；3月分別為8：16和14.6℃，4月分別為8：00和14.7℃?？傮w看，毛桃溫室1月揭保溫被時的平均時間比油桃溫室偏晚。其中1月19-20日由于人為因素的影響，揭保溫被時間較其余晴天偏晚，為11：00左右。油桃溫室1月揭保溫被時的平均溫度較低，原因是1月8日休眠結束開始升溫，地溫偏低，消耗熱量較大，因而早上揭保溫被時溫室內(nèi)溫度偏低。

從圖1B看出，毛桃和油桃2個溫室蓋保溫被的時間總體呈波動式上升趨勢，即蓋保溫被的時間越來越晚；但蓋保溫被時溫室內(nèi)的溫度變化無規(guī)律性。其中，毛桃溫室內(nèi)1月蓋保溫被的平均時間和平均溫度分別為16：16和16.5℃，2月分別為16：42和18.1℃；3月分別為17：19和18.4℃。油桃溫室內(nèi)1月蓋保溫被的平均時間和平均溫度分別為16：12和14.8℃；2月分別為16：27和22.2℃；3月分別為17：06和20.3℃；4月分別為17：25和23.6℃。毛桃溫室內(nèi)蓋保溫被時的平均溫度呈上升趨勢，但油桃溫室內(nèi)的溫度變化無規(guī)律性。這與生產(chǎn)管理措施、溫室內(nèi)外溫度和生育期等因素有關。

圖1 晴天毛桃及油桃溫室揭/蓋保溫被時間與溫度的變化

Fig.1 Changes of temperature and time of peach and nectarine greenhouses of uncovered/covered insulation time of the heat preservation quilt in sunny days

2.1.2 多云天 從圖2A看出，毛桃和油桃2個溫室的揭保溫被時間總體呈波動式下降趨勢，即揭保溫被時間越來越早；揭保溫被時2個溫室內(nèi)的溫度變化不同，油桃溫室內(nèi)溫度呈波動式上升趨勢；毛桃溫室內(nèi)溫度變化無規(guī)律性，這是因為毛桃多云天數(shù)較少，為13 d，且生產(chǎn)管理措施等因素不同，因而每天揭保溫被時溫室內(nèi)的溫度變化趨勢無規(guī)律性。其中，毛桃溫室內(nèi)1月揭保溫被的平均時間和平均溫度分別為9：39和9.3℃，2月分別為9：05和10.8℃，3月分別為8：08和13.6℃。油桃溫室內(nèi)1月揭保溫被的平均時間和平均溫度分別為9：01和3.2℃，2月分別為8：27和8.3℃，3月分別為8：15和12.3℃，4月分別為7：48和15.7℃。

從圖2B看出，毛桃和油桃2個溫室蓋保溫被的時間總體呈波動式上升趨勢，即蓋保溫被的時間越來越晚。蓋保溫被時2個溫室內(nèi)的溫度變化不同，油桃呈波動式上升趨勢，毛桃與揭保溫被時的變化一致。毛桃溫室內(nèi)1月蓋保溫被的平均時間和平均溫度分別為15：26和17.7℃，2月分別為16：58和16.6℃，3月分別為17：49和18.5℃。油桃溫室內(nèi)1月蓋保溫被的平均時間和平均溫度分別為16：08和11.4℃，2月分別為16：27和19.9℃，3月分別為17：13和17.5℃，4月分別為17：18和21.0℃。

圖2 多云天毛桃及油桃溫室揭/蓋保溫被時間與溫度的變化

Fig.2 Changes of temperature and time of peach and nectarine greenhouses of uncovered/covered insulation time of the heat preservation quilt in cloudy days

毛桃溫室內(nèi)蓋保溫被時的平均溫度呈上升趨勢，油桃溫室內(nèi)的溫度變化則無規(guī)律性，與晴天下的溫度變化規(guī)律一致。這與生產(chǎn)管理措施等因素相關。

2.1.3 陰天 從圖3A看出，毛桃和油桃2個溫室揭保溫被的時間總體呈波動式下降趨勢，即時間越來越早；但2個溫室揭保溫被時的溫度變化存在差異，毛桃溫室內(nèi)的溫度變化無規(guī)律性，這是因為毛桃的多云天數(shù)較少，為11 d，且生產(chǎn)管理措施等因素不同所致；油桃溫室內(nèi)的溫度變化呈波動式上升趨勢。毛桃溫室內(nèi)1月揭保溫被的平均時間和平均溫度分別為9：55和9.2℃，2月分別為8：45和11.2℃，3月分別為7：35和13.0℃。油桃溫室內(nèi)1月揭保溫被的平均時間和平均溫度分別為9：04和5.0℃，2月分別為9：17和8.7℃，3月分別為7：53和9.6℃，4月分別為8：21和17.6℃。

從圖3B看出，毛桃和油桃2個溫室蓋保溫被時的時間呈波動式上升趨勢，即蓋保溫被時間越來越晚。毛桃溫室內(nèi)1月蓋保溫被的平均時間和平均溫度分別為15：21和12.8℃，2月分別為16：15和13.5℃，3月分別為17：39和13.9℃。油桃溫室內(nèi)1月蓋保溫被的平均時間和平均溫度分別為15：50和14.7℃，2月分別為15：54和14.9℃，3月分別為17：04和16.4℃，4月分別為17：05和19.8℃。由于生產(chǎn)管理措施、生育期及溫室內(nèi)外溫度等因素的影響，揭蓋保溫被時間和溫度不同，但總體變化趨勢一致，揭保溫被時間隨著季節(jié)變化越來越早，蓋保溫被時間越來越晚。蓋保溫被時溫室內(nèi)的平均溫度總體呈上升趨勢。

2.2 連陰天揭/蓋保溫被時間對溫室氣溫的影響

從圖4看出，2017年3月22-24日連陰天毛桃和油桃溫室內(nèi)的溫度變化趨勢。

2.2.1 毛桃溫室 3月22日溫室外的最高溫度14.9℃，最低溫度5.1℃；溫室內(nèi)的最高溫度27.1℃，最低溫度13℃。揭保溫被的時間為7：57，此時溫室內(nèi)的溫度為14.0℃；蓋保溫被的時間為18：24，此時溫室內(nèi)的溫度為16.6℃。3月23日溫室外的最高溫度為11.7℃，最低溫度為6.2℃；溫室內(nèi)的最高溫度為17.6℃，最低溫度為11.5℃。揭保溫被的時間為7：00，此時溫室內(nèi)的溫度為11.5℃；蓋保溫被的時間為17：09，此時溫室內(nèi)的溫度為13.9℃。3月24日溫室外的最高溫度為8℃，最低溫度為1.9℃；溫室內(nèi)的最高溫度為13.7℃，最低溫度為10.5℃。揭保溫被的時間為8：24，此時溫室內(nèi)的溫度為11.4℃；蓋保溫被的時間為17：24，此時溫室內(nèi)的溫度為10.6℃。溫室內(nèi)連續(xù)3 d的最高溫度下降，24日溫室內(nèi)的最高溫度僅13.7℃，白天溫室內(nèi)的溫度不能滿足毛桃果實著色期對溫度要求；最低溫度基本維持在10℃以上，夜間溫室內(nèi)溫度基本能達到毛桃果實著色期對溫度的要求。表明，3月23日和24日應推遲揭保溫被的時間和提早覆蓋保溫被時間。

圖3 陰天毛桃及油桃溫室揭/蓋保溫被時間與溫度的變化

Fig.3 Changes of temperature and time of peach and nectarine greenhouses of uncovered/covered insulation time of the heat preservation quilt in overcast days

圖4 連陰天毛桃及油桃溫室揭保溫被后溫度的變化

Fig.4 Changes of temperature of peach and nectarine greenhouses of uncovered insulation time of the heat preservation quilt in overcast days

2.2.2 油桃溫室 3月22日油桃溫室外的最高溫度為15.4℃，最低溫度為3.9℃；溫室內(nèi)的最高溫度為23.5℃，最低溫度為11.4℃。揭保溫被的時間為8：09，此時溫室內(nèi)的溫度為13.3℃；蓋保溫被的時間為17：03，此時溫室內(nèi)的溫度為16.4℃。23日溫室外的最高溫度為10.2℃，最低溫度為6.9℃；溫室內(nèi)的最高溫度為15.7℃，最低溫度為12.6℃；揭保溫被的時間為7：18，此時溫室內(nèi)的溫度為13.6℃；蓋保溫被的時間為17：06，此時溫度為13.5℃。24日溫室外的最高溫度為8.0℃，最低溫度為2.0℃；溫室內(nèi)最高溫度為13℃，最低溫度為9.8℃。揭保溫被的時間為8：27，此時溫室內(nèi)的溫度為10.4℃；蓋保溫被的時間為17：15，此時溫室內(nèi)的溫度為9.9℃?？梢?，3月22日和23日溫室揭保溫被時間均過早，揭保溫被后溫度均出現(xiàn)短暫下降，24日揭保溫被后，溫度一直呈緩慢下降趨勢，1：00時溫度慢慢回升，3：00時溫度又開始下降，但變化都比較緩慢，基本維持在10℃左右，后半夜溫室內(nèi)的溫度均能滿足溫室油桃膨大期生長的要求，但白天溫室內(nèi)的的溫度達不到油桃桃膨大期對溫度的要求。表明，3月23日和24日應推遲揭保溫被的時間和提早覆蓋保溫被時間。在生產(chǎn)過程中若預報有連陰天時，應關注溫室內(nèi)外溫度的變化，并結合作物生育期的適宜溫度指標，及時調整揭、蓋保溫被的時間。

2.3 不同天氣類型過早揭保溫被對溫室氣溫的影響

從圖5看出，多云天、晴天和陰天毛桃溫室(2月19-21日)和油桃溫室(1月24日、2月27日和1月28日)過早揭保溫被后的溫度變化。

2.3.1 毛桃溫室 2月19日為多云天氣，日照時數(shù)為4.0 h，溫室外最高溫度14.4℃，最低溫度為-0.7℃；溫室內(nèi)最高溫度為23.2℃，最低溫度為10.4℃。揭保溫被的時間為7:45，此時溫室內(nèi)溫度為11.2℃；蓋保溫被的時間為16：57，此時溫室內(nèi)溫度為16.2℃。2月20日為晴天，日照時數(shù)為9.4 h，溫室外最高氣溫為7.6℃，最低溫度為-2.2℃；溫室內(nèi)最高溫度為22.3℃，最低溫度為10℃。揭保溫被的時間為7：45，此時溫室內(nèi)溫度為10.2℃?？梢姡冶乇缓鬁囟瘸氏陆第厔?，持續(xù)0.5 h，溫度下降0.2℃，蓋保溫被的時間為17：18，此時溫室內(nèi)溫度為15.4℃。2月21日為陰天，日照時數(shù)為0 h，最高氣溫為1.2℃，最低氣溫為-3.1℃；溫室內(nèi)最高溫度為12.1℃，最低溫度為5.5℃。揭保溫被的時間為7：48，此時溫室內(nèi)溫度為10.2℃，溫度下降至5.5℃，直至10：00時才開始回升；覆蓋保溫被時間為16：48，此時溫室內(nèi)溫度為7.6℃。溫室毛桃2月中旬處于果實膨大期，最低適宜生長溫度為8～15℃，晴天和多云時溫度能滿足其生長的要求，但21日外界溫度下降，7：48揭保溫被，時間偏早，應推遲至10：00時之后進行，覆蓋保溫被時間較晚，溫度偏低，不能滿足溫室毛桃生長對溫度的要求。

2.3.2 油桃溫室 1月24日為多云天氣，日照時數(shù)為4.9 h，溫室外最高溫度為3.6℃，最低溫度為-11.9℃；溫室內(nèi)最高溫度為23.5℃，最低溫度為2℃。揭保溫被時間為8：27，此時溫室內(nèi)溫度為2.5℃，揭保溫被后溫度呈下降趨勢，直至9：00溫度才開始回升，9：21時才回升至5℃。覆蓋保溫被時間為16：15，此時溫室內(nèi)溫度為13.7℃。1月28日為陰天，日照時數(shù)為0，溫室外最高溫度為3.4℃，最低溫度為-3.8℃；溫室內(nèi)最高溫度為14.8℃，最低溫度為5℃。揭保溫被時間為9：24，此時溫室內(nèi)溫度為5.6℃，揭保溫被后溫度一直呈下降趨勢，10：30時才開始回升，直至11：30才回升至揭開時的溫度，覆蓋保溫被時間為15：39，此時溫室內(nèi)溫度為12.2℃；2月27日為晴天，日照時數(shù)為8.3 h，溫室外最高溫度17.1℃，最低溫度為-1.0℃；溫室內(nèi)最高溫度為26℃，溫室內(nèi)最低溫度為9.9℃。揭保溫被時間為8：12，此時溫室內(nèi)溫度為10.7℃，溫度僅出現(xiàn)短暫的降溫，覆蓋保溫被時間為16：57，此時溫室內(nèi)溫度24.1℃。1月24日溫室油桃處于萌芽后期，適宜溫度為10～24℃，24日夜間溫度不能滿足其生育期要求，應推遲揭保溫被時間，提早覆蓋保溫被時間，1月28日處于開花期，夜間溫度滿足桃開花期生長要求，但白天溫度對其開花不利；2月27日溫室油桃剛開始結果，溫度基本能滿足油桃的生長。

圖5 多云天、陰天和晴天毛桃及油桃溫室過早揭保溫被后溫度的變化

Fig.5 Changes of temperature of peach and nectarine greenhouses of uncovered insulation time of the heat preservation quilt in cloudy, overcast and sunny weather

3 結論與討論

研究結果表明，由于生產(chǎn)管理措施、生育期、溫室內(nèi)外溫度等因素影響，揭、蓋保溫被時間不同，但總體變化趨勢一致。揭保溫被時間隨著季節(jié)的變化越來越早，蓋保溫被時間則越來越晚；連陰天時，從第2天之后應推遲揭保溫被時間，提早覆蓋保溫被時間，第3天后揭保溫被時間應推遲到10：00之后；1月晴天和多云天揭保溫被時間過早，白天不能滿足溫室桃生長對溫度的要求， 2月晴天和多云天揭保溫被時間過早，基本能滿足溫室桃生長對溫度的要求，但陰天揭保溫被過早，基本不能滿足其對溫度需求。因此，應根據(jù)溫室桃所處的具體生育期對溫度的要求確定揭蓋保溫被時間，溫室內(nèi)外溫度，隨著季節(jié)和天氣的變化，應適當調整揭、蓋保溫被的時間。

研究僅對一個生長季的小氣候進行觀測，其結果存在一定的局限性，應繼續(xù)累計觀測研究，定量確定揭、蓋保溫被的時間，保障溫室果蔬的健壯生長。