香菇菌柱培養(yǎng)期溫濕度預(yù)報模型研究

王陽　焦敏　胡春麗　劉東明　王婉昭　金鑫

摘要 ? ?本文以遼寧省清原縣清原鎮(zhèn)新立屯村香菇生產(chǎn)基地為平臺，在成熟香菇生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過調(diào)研和深入生產(chǎn)場進行實地對比觀測等方法，對香菇菌柱培養(yǎng)期（12月至翌年4月）的氣象預(yù)報模式指標和氣象服務(wù)需求進行了研究。結(jié)果表明，棚內(nèi)溫度始終是靠近適宜溫度上限，棚內(nèi)濕度始終是靠近適宜濕度下限;從菌棚內(nèi)外溫濕度晝夜變化情況看，兩者有同步變化特征，棚內(nèi)氣溫及相對濕度實況值與棚內(nèi)預(yù)報值相關(guān)性較好，檢驗效果極顯著（P<0.01）;應(yīng)用棚內(nèi)溫度預(yù)測模型，預(yù)報棚內(nèi)最高溫度和最低溫度檢驗效果均極顯著（P<0.01），不同天氣類型預(yù)測值得絕對誤差均<1 ℃，預(yù)報效果較好，其中多云天氣最高溫度和最低氣溫預(yù)報值平均絕對誤差、平均相對誤差均大于晴天及陰雨天。

關(guān)鍵詞 ? ?香菇;菌柱培養(yǎng);溫度;濕度;預(yù)報模型

中圖分類號 ? ?S165;S646.12 ? ? ? ?文獻標識碼 ? ?A

文章編號 ? 1007-5739（2020）16-0045-04

由于食用菌的生長發(fā)育與氣候條件有著極為密切的關(guān)系，在整個菌絲體生長和子實體形成過程中對溫度、水分（濕度）、光照和空氣等都有一定要求[1-2]，其中溫度是食用菌生長發(fā)育最重要的環(huán)境因子之一[3]。

香菇有很多品種，從氣象條件方面分類，有低溫性香菇和高溫性香菇。所謂低溫性香菇，是適宜在低溫條件下生長、在夏季高溫階段開始休眠、待氣溫降低以后于秋季再次開始生長的香菇，具有生育期長、產(chǎn)量高、品質(zhì)好的特性，清原縣現(xiàn)有低溫性品種有0912號、808號、早豐8號，每棒年產(chǎn)香菇2～3 kg。高溫性香菇生育期短，適宜在溫度較高條件下生長，每棒年產(chǎn)香菇2 kg左右，品種有937號，其優(yōu)點是在生育期不足的情況下，可以作為補救措施增加菇農(nóng)的經(jīng)濟效益。低溫性香菇菌棒培養(yǎng)期多在冬季進行，每年11月開始備料，并進行原料加工;12月至翌年1月生產(chǎn)菌柱，包括裝袋、消毒、接菌和進入暖棚集中培養(yǎng)發(fā)菌;翌年5月初前后，在外界氣溫不低于3 ℃時出培養(yǎng)棚，進入出菇冷棚轉(zhuǎn)入商品菇生產(chǎn)期。高溫性香菇品種菌柱生產(chǎn)時間可稍晚，在早春進行，并在高溫季節(jié)出菇。一般根據(jù)生產(chǎn)準備情況選擇香菇品種，如條件具備，大多農(nóng)戶愿意種植低溫性香菇品種。因此，香菇菌柱生產(chǎn)都在冬季進行。

從香菇冬季生產(chǎn)看，原料準備一般不受氣象條件限制。在原料加工期因為大都在戶外作業(yè)，為易于操作，通常喜天氣晴暖;裝袋消毒和接菌基本在棚內(nèi)進行，與氣象條件關(guān)系也不大。接完菌的菌柱轉(zhuǎn)入培養(yǎng)菌絲的暖棚后，開始與氣象條件有密切關(guān)系，此時暖棚內(nèi)溫度必須滿足菌絲生長的范圍要求，溫度過高菌絲會燒壞，過低菌絲會凍死;除溫度外，棚內(nèi)濕度條件對香菇生育期也有一定影響[4]。

本文對香菇第一生產(chǎn)階段即冬季菌柱培養(yǎng)期的溫、濕度預(yù)報模型進行了研究，以期為香菇前期生產(chǎn)的氣象服務(wù)工作提供參考。

1 ? ?研究區(qū)域與方法

1.1 ? ?研究區(qū)域概況

本研究以清原縣清原鎮(zhèn)新立屯村香菇生產(chǎn)基地為試驗區(qū)。該研究區(qū)屬溫帶季風(fēng)型大陸性氣候，四季分明，毗鄰清原縣氣象觀測臺站，年平均溫度5.9 ℃，最冷月平均氣溫-14.6 ℃，最熱月平均氣溫23.1 ℃，年降水量773.6 mm，年平均相對濕度70%，年日照時數(shù)2 403 h，年平均風(fēng)速1.8 m/s，主導(dǎo)風(fēng)向為西南偏西風(fēng)（WSW）。主要設(shè)施農(nóng)業(yè)為香菇，香菇生育期主要分為2個階段，即菌柱培養(yǎng)期和出菇期。菌柱培養(yǎng)期溫度范圍為4～13 ℃，適宜溫度為9～10 ℃;空氣濕度范圍為40%～80%，適宜濕度為60%。菌棒內(nèi)控制溫度指標為3～20 ℃。

1.2 ? ?數(shù)據(jù)資料

為具體了解冬季香菇菌柱培養(yǎng)期暖棚內(nèi)外溫、濕度情況并探討棚內(nèi)溫、濕度預(yù)報方法，為深化針對香菇生產(chǎn)的氣象服務(wù)問題做準備，在菌柱培養(yǎng)期后期（3—4月），選擇氣象溫濕自計觀測儀器對暖棚內(nèi)溫、濕情況進行試驗性24 h連續(xù)對比觀測，觀測從3月18日開始，至5月4日菌柱出棚為止，歷時48 d。

培養(yǎng)菌棒的暖棚結(jié)構(gòu)：一般是鋼架結(jié)構(gòu)，高約4 m，寬8 m，全封閉式;棚頂和周圍內(nèi)側(cè)是防老化的厚塑料，外側(cè)覆蓋防寒被，棚頂和四周有通風(fēng)口，棚的一頭為進入門（有防寒被隔層）;棚內(nèi)地面鋪有厚塑料，即整個大棚都有防寒設(shè)施包裹[5]。

1.3 ? ?統(tǒng)計分析

應(yīng)用常規(guī)統(tǒng)計學(xué)方法，對試驗數(shù)據(jù)整理計算平均數(shù)。在Excel程序支持下，運用線性回歸方法分析棚內(nèi)溫度變化規(guī)律，并計算溫度變化速率。溫度變化速率可由一元線性方程y（t）=ax+b計算，式中，y為溫度變化率（℃/h）、a和b為常數(shù)、x為溫度、t為時間。

對原始數(shù)據(jù)進行歸一化處理，將觀測數(shù)據(jù)按照云量≤3成、4～7成、≥8成分為3個天氣類型，并規(guī)定云量≥8成為陰天、4～7成為多云天、≤3成為晴天。應(yīng)用Excel軟件繪制陰天、多云天和晴天圖形，在圖形中確定棚內(nèi)溫度日變化的拐點。以拐點為界分段建立溫度時間變化線性方程，計算溫度變化速率。在Excel軟件支撐下建立棚內(nèi)溫度變化預(yù)報模型，并檢驗預(yù)報結(jié)果。

2 ? ?結(jié)果與分析

2.1 ? ?香菇暖棚溫濕度日變化特征

在初春季節(jié)，即3—4月，香菇菌棒菌絲生長最快，接近轉(zhuǎn)色至子菇開始形成的時期，此時外界白天氣溫已基本穩(wěn)定在0 ℃以上，最高時能升至15 ℃以上，如控制不當，棚內(nèi)氣溫很容易超出指標的控制范圍，所以溫度控制十分關(guān)鍵。經(jīng)平行觀測數(shù)據(jù)觀察，棚內(nèi)溫度在人為控制條件下，能始終控制在安全指標（20 ℃）以內(nèi)（圖1），但始終是靠近上限;濕度方面，只要菌棒內(nèi)部水分適宜、棚內(nèi)濕度最低不低于40%即可，測定結(jié)果顯示，棚內(nèi)空氣濕度始終在40%左右（圖2），顯得偏低。說明在溫度方面要注意高溫問題，在濕度方面要注意低濕問題。

從溫度晝夜變化情形看，溫度最低值平均出現(xiàn)在6：00前后，最高值出現(xiàn)在17：00前后;相對濕度最高值出現(xiàn)在8：00—12：00，最低值出現(xiàn)在14：00—15：00。

2.2 ? ?不同天氣類型條件下暖棚溫度變化情況

統(tǒng)計結(jié)果顯示，不同天氣類型條件下，暖棚內(nèi)溫度日變化總體情況是晴天波動最明顯（圖3），其次是陰雨天氣，多云天相對穩(wěn)定。最低溫出現(xiàn)在6：00前后，最高溫出現(xiàn)在15：00前后，較外界約晚1 h。

從日較差統(tǒng)計結(jié)果看，棚內(nèi)晴天日較差最大，為1.9～5.9 ℃;其次為多云天氣，日較差為2.4～5.5 ℃;陰雨天日較差最小，為1.0～4.0 ℃（圖4）。

2.3 ? ?對比觀測資料在預(yù)報模式化建設(shè)中的應(yīng)用

經(jīng)計算得出，縣站和暖棚3—4月間溫度關(guān)系式：

Y=18.350 8+0.112 2X

式中，Y為暖棚內(nèi)溫度（℃），X為本站溫度（℃）。二者的相關(guān)系數(shù)為0.93，回歸檢驗F=18.9， f1=1， f2=24，F(xiàn)〆=7.82，檢驗效果極顯著（P<0.01）（圖5）。

棚內(nèi)氣溫預(yù)報與棚內(nèi)實際氣溫絕對誤差為0～0.3 ℃，相對誤差≤1.6%（表1）。

空氣濕度線性回歸方程：

Y=37.218 4+0.039 67X

式中，Y為暖棚內(nèi)空氣相對濕度（%），X為本站濕度（%）。二者的相關(guān)系數(shù)為0.75，〆=0.01，r〆=0.515，亦屬極顯著。方差分析F=12.47， f1=1， f2=24，F(xiàn)〆=7.82，F(xiàn)>F〆，檢驗效果極顯著（P<0.01）（圖6）。

分析結(jié)果說明，用本站溫、濕度預(yù)報暖棚溫、濕度的方法是可行的。

2.4 ? ?食用菌溫室大棚空氣溫、濕度預(yù)報服務(wù)業(yè)務(wù)模型

根據(jù)上述結(jié)果，結(jié)合工作實際，嘗試建立了溫室大棚溫、濕度預(yù)報業(yè)務(wù)模型。用本站溫、濕度預(yù)報結(jié)果，通過預(yù)報模型計算大棚內(nèi)溫、濕度，再結(jié)合適宜指標范圍編輯提示性的建議。整個過程是一個程序化的自動處理過程（表2）。

為實現(xiàn)香菇大棚溫、濕度預(yù)報業(yè)務(wù)化問題，將上述研究結(jié)果納入到了本站鄉(xiāng)鎮(zhèn)預(yù)報業(yè)務(wù)工作平臺。通過本站預(yù)報結(jié)果即可直接得出大棚預(yù)報服務(wù)產(chǎn)品所需要的結(jié)論和建議（圖7），進而達到業(yè)務(wù)化的目的。從香菇生產(chǎn)的實際需要情況來看，最好是有短臨預(yù)報和中短期溫度預(yù)報。從氣象部門數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品中可以獲取10 d以內(nèi)的溫度預(yù)報資料，通過模式化可以訂正出10 d以內(nèi)的溫度預(yù)報，按照此思路，在鄉(xiāng)鎮(zhèn)預(yù)報業(yè)務(wù)平臺中增加了關(guān)于香菇大棚溫度方面的預(yù)報內(nèi)容。

2.5 ? ?香菇暖棚不同天氣類型溫度預(yù)報模型的研究

分析結(jié)果表明，晴天、多云天、陰雨天棚內(nèi)最高溫度和最低溫度檢驗效果均極顯著（p<0.01）（表3）。不同天氣類型溫度預(yù)報回歸效果如圖8所示。

應(yīng)用棚內(nèi)溫度預(yù)測模型，設(shè)計不同天氣類型暖棚溫度預(yù)報模式的業(yè)務(wù)化計算程序（圖9）不同天氣類型棚內(nèi)最高溫度預(yù)報檢驗效果極顯著（P<0.01），其中多云天氣最高氣溫預(yù)報值平均絕對誤差和平均相對誤差大于晴天及陰雨天，晴天、多云天、陰雨天絕對誤差平均值分別為0.3、0.5、0.2 ℃（表4），預(yù)測值絕對誤差均<1 ℃，相對誤差平均值分別為1.2%、2.5%、1.0%，預(yù)報效果較好。

不同天氣類型棚內(nèi)最低溫度預(yù)報檢驗效果也極顯著（P<0.01），其中多云天氣最低氣溫預(yù)報值平均絕對誤差和平均相對誤差均大于晴天及陰雨天，晴天、多云天、陰雨天絕對誤差平均值分別為0.3、0.5、0.4 ℃（表5），預(yù)測值絕對誤差均<1 ℃，相對誤差平均值分別為2.2%、3.2%、2.8%，預(yù)報效果較好。因此，推斷不同天氣類型下，用本站溫度預(yù)報暖棚溫度的方法是可行的。

3 ? ?結(jié)論與討論

3.1 ? ?預(yù)報預(yù)警服務(wù)

溫度預(yù)報服務(wù)方面，菌棒生產(chǎn)期跨越整個冬季，即12月初開始接菌、翌年5月初出棚，由寒冬轉(zhuǎn)入暖春，冬季天氣變化大，對香菇生產(chǎn)是一個嚴峻的考驗。據(jù)了解，冬季菌棒生產(chǎn)期香菇種植戶對天氣預(yù)報非常依賴，嚴寒季節(jié)需保溫;隨著氣候變暖，需預(yù)防高溫。因此，需要氣象部門根據(jù)香菇生產(chǎn)實際情況和所處的時期及時提供寒潮、高溫等預(yù)報預(yù)警服務(wù)。

香菇冬季生產(chǎn)需要的氣象服務(wù)有常規(guī)天氣預(yù)報服務(wù)和災(zāi)害性天氣預(yù)報預(yù)警服務(wù)。常規(guī)天氣預(yù)報指每天發(fā)布的24～48 h天氣預(yù)報中、長期預(yù)報服務(wù)。災(zāi)害性天氣預(yù)報預(yù)警服務(wù)以寒潮、大風(fēng)、暴雨、暴雪、高溫等災(zāi)害性天氣預(yù)報預(yù)警為主，預(yù)警服務(wù)最好提前數(shù)小時發(fā)布。否則，因人力組織不及時而失去預(yù)警意義。

3.2 ? ?監(jiān)測方面需求

目前，所有香菇種植戶都沒有自動監(jiān)測、實景監(jiān)控設(shè)備，氣象儀器都是市場上的簡易設(shè)備。最好配置棚內(nèi)自動站氣象監(jiān)控設(shè)備，有室內(nèi)電子顯示屏或報警裝置。

3.3 ? ?氣象服務(wù)產(chǎn)品形式和內(nèi)容

香菇生產(chǎn)氣象服務(wù)產(chǎn)品重點是周報、旬報，其內(nèi)容應(yīng)含天氣過程、溫度、天氣具體預(yù)報及對香菇生產(chǎn)可能產(chǎn)生的主要影響等。最有效的服務(wù)方式是發(fā)送手機短信和應(yīng)用大喇叭進行廣播，其他服務(wù)方式作為輔助措施。主要體現(xiàn)在及時、可靠。

3.4 ? ?冬季菌棒培養(yǎng)期的管理中需要注意的問題

菌棚內(nèi)每個位置的溫、濕度應(yīng)該是均一的，但在實際生產(chǎn)中并不均衡。一般棚邊部位溫度低、中間部位溫度高、門口部位受生產(chǎn)活動影響溫度不穩(wěn)定。另外，因受地溫影響，菌垛上層溫度高于底層溫度。這些因素均會導(dǎo)致菌柱生長不均衡。濕度也存在同樣的問題。因棚內(nèi)各點溫、濕度的不同，會導(dǎo)致菌棒的發(fā)菌質(zhì)量存在差異，同時會增加成本和工作量及管理上的復(fù)雜性[6]。

3.5 ? ?研究結(jié)論

暖棚內(nèi)溫濕度日變化很小，與外界差別較大，棚內(nèi)溫度始終是靠近適宜溫度上限、濕度始終靠近適宜濕度下限。說明在控溫和控濕方面要注意高溫、低濕問題。

從菌棚內(nèi)外溫濕度晝夜變化情況看，兩者有同步變化特征。棚內(nèi)氣溫及相對濕度實況值與棚內(nèi)預(yù)報值相關(guān)性較好，檢驗效果極顯著（P<0.01）。

應(yīng)用棚內(nèi)溫度預(yù)測模型，預(yù)報棚內(nèi)最高溫度和最低溫度檢驗效果的極顯著（P<0.01），不同天氣類型預(yù)測值的絕對誤差均<1 ℃，預(yù)報效果較好。其中，多云天氣最高氣溫和最低氣溫預(yù)報值平均絕對誤差和平均相對誤差均大于晴天及陰雨天。因此，在不同天氣類型下用本站溫度預(yù)報暖棚溫度的方法是可行的[7-8]。

4 ? ?參考文獻

[1] 李亞敏，商慶芳，田豐存，等.我國設(shè)施的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].北方園藝，2008（3）：90-92.

[2] 楊雪.五大措施推動我國設(shè)施農(nóng)業(yè)科學(xué)發(fā)展[J].中國農(nóng)機化導(dǎo)報，2009（11）：30.

[3] 張國林，宗英飛，王吉宏.遼西日光溫室溫度變化規(guī)律及溫度預(yù)測模型[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2013，29（23）：117-122.

[4] 崔莉敏，吳佳麗，張曉慶.棚栽香菇綜合氣候適應(yīng)性和致災(zāi)臨界指標分析[J].吉林農(nóng)業(yè)，2019（3）：74.

[5] 王陽，遲貴富，王賀然，等.大棚香菇栽培技術(shù)[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2016（4）：91.

[6] 阮錫章，劉葉高.山區(qū)熱量資源在食用菌生產(chǎn)中的應(yīng)用研究[J].中國農(nóng)業(yè)氣象，2000（1）：33-37.

[7] 黃巖彬.淺談食用菌生產(chǎn)的氣象災(zāi)害與氣象服務(wù)[C]//中國菌物學(xué)會.首屆海峽兩岸食（藥）用菌學(xué)術(shù)研討會論文集.中國菌物學(xué)會，2005：3.

[8] 丁國芬.香菇栽培與氣象條件的關(guān)系[J].河南氣象，1999（2）：3-5.