春秋棚西瓜生產(chǎn)環(huán)境溫度變化規(guī)律監(jiān)測及災害預警分析初探

劉立娟，周成賢，蔣金成，焦玉英，陳文釗，劉 慧，焦麗燕

（1.北京市延慶區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，北京 102100；2.北京市延慶區(qū)種植業(yè)服務中心，北京 102100)

近年來，隨著種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，北京市延慶區(qū)春秋棚西瓜生產(chǎn)面積逐年增加，已成為當?shù)剞r(nóng)民增收的重要途徑。但在實際生產(chǎn)過程中，春秋棚內(nèi)小氣候受外界天氣的影響，往往存在棚室溫度變化劇烈等問題，繼而影響西瓜的生長。近年來，有不少學者對棚室小氣候特征及預警開展了相關研究，例如，分析不同天氣狀況（即晴、多云、陰）棚內(nèi)小氣候日變化和季節(jié)變化規(guī)律，進行棚內(nèi)溫度預報和災害天氣預警等，但在北京市還沒有系統(tǒng)開展相關研究工作。本研究針對延慶區(qū)春秋棚溫度變化情況進行系統(tǒng)監(jiān)測和分析，以期為降低溫度變化對西瓜生產(chǎn)造成的風險和有效控制春秋棚西瓜生產(chǎn)溫度提供參考依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗時間與地點

試驗于2019—2020年連續(xù)2年在3個春秋棚西瓜生產(chǎn)基地進行，詳見表1。試驗大棚均為鍍鋅管組裝式結(jié)構(gòu)，南北向，跨度8 m，長度50 m，棚高2.8 m。田間常規(guī)管理。

表1 試驗時間、地點和內(nèi)容

1.2 試驗儀器

棚內(nèi)溫度監(jiān)測儀器采用Apresys USB Temperature Data Logger: 179-DT Mode，其工作溫度為-40～80 ℃，精度為±0.5 ℃，記錄頻率可設1 min～24 h，內(nèi)存可記錄32 000條。

1.3 試驗方法

1.3.1 棚內(nèi)溫度日變化監(jiān)測

在2019、2020年進行2年3點4組數(shù)據(jù)測定。在每個基地選取1個代表棚室，分別在棚室內(nèi)距北門10、25、40 m，地面以上1.3 m處懸掛1個溫度監(jiān)測儀，每棚共設3個。監(jiān)測方法設為自00：00起每2 h記錄1次溫度，每天12次，記錄項目包括日均溫度、最高溫度、最低溫度、晝夜溫差等。

1.3.2 棚內(nèi)溫度月變化監(jiān)測

在1.3.1監(jiān)測數(shù)據(jù)的基礎上，以月為單位計算出每月的月均溫度、月最高、月最低、晝夜溫差等。

1.3.3 棚內(nèi)不同位置溫度監(jiān)測

2019年8月25日—9月25日在北京八達嶺老齊西瓜專業(yè)合作社生產(chǎn)基地測定春秋棚內(nèi)不同位置日均溫度。棚內(nèi)布設3行3列9個點，每個點設上、中、下3個高度，分別距地面180、90、10 cm，共計懸掛2 7個溫度記錄儀，監(jiān)測方法設為自00：00起每2 h記錄1次溫度，每天12次。具體設點方法：南北向3行為棚室東西跨度正中間（距棚兩邊4 m）設1行，其東、西兩側(cè)距棚邊2 m各設1行；東西向3縱列分別距北門10、25、40 m，行列交匯點共9個。

1.3.4 棚內(nèi)外最低溫度相關性試驗

選取2019、2020年4月16日—5月18日棚內(nèi)最低溫度＜5 ℃的日期，收集當日天氣預報最低溫度與監(jiān)測最低溫度數(shù)據(jù)，并剔除特異值，共篩選出11組對應數(shù)據(jù)，通過以天氣預報最低溫度為橫坐標，以棚內(nèi)監(jiān)測到的最低溫度數(shù)據(jù)為縱坐標，繪制散點圖，通過回歸分析得出模擬方程。室外氣溫采用國家氣象數(shù)據(jù)（延慶天氣預報溫度），通常生產(chǎn)者通過該數(shù)據(jù)來預測溫度并管理大棚西瓜生產(chǎn)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析與作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 春秋棚內(nèi)溫度日變化規(guī)律

從圖1中可以看出，在晴、多云、陰3種天氣條件下，棚內(nèi)平均氣溫日變化趨勢基本一致，早晚低、中午高，上午經(jīng)歷一次快速升溫過程，下午經(jīng)歷一次快速降溫過程，夜間降溫平緩，一般12：00—14：00棚內(nèi)平均氣溫達到最高，04：00—06：00最低。晴天溫度日變化較為劇烈，晝夜溫差33.78 ℃，比多云、陰天分別高出6.81 ℃和12.84 ℃。棚內(nèi)最高溫度晴天＞多云＞陰天，分別為44.93、41.35、38.92 ℃，棚內(nèi)最低溫度陰天＞多云＞晴天，分別為17.99、14.38、11.15 ℃。06：00—10：00棚內(nèi)氣溫迅速上升，升溫幅度晴天＞多云＞陰天，分別為5.2、4.2、3.2 ℃/h，16：00—20：00溫度迅速下降，下降幅度仍為晴天＞多云＞陰天，分別為4.6、3.7、2.9 ℃/h。

圖1 春秋棚內(nèi)氣溫日變化曲線（4—10月）

2.2 春秋棚內(nèi)溫度月變化規(guī)律

2.2.1 春秋棚內(nèi)溫度月變化趨勢

春秋棚內(nèi)氣溫隨著季節(jié)氣溫的變化而相應變化。通過圖2得出，春秋棚內(nèi)平均氣溫在4—7月隨著外部氣溫的升高而升高，7月最高，8月開始下降，9、10月隨著外部氣溫的下降而降低；春秋棚發(fā)揮出很好的增溫保溫效果，棚內(nèi)平均氣溫比棚外天氣預報平均溫度高出5.34 ℃，尤其4月中下旬和5月棚內(nèi)氣溫分別平均提高8.47 ℃和6.66 ℃。但也監(jiān)測到4月中下旬和10月中上旬棚內(nèi)最低溫度有＜0 ℃的情況，最高溫度除10月份外其余月份都有超過40 ℃的情況，所以生產(chǎn)中還需及時監(jiān)測棚室溫度，并進行風口調(diào)控及采取升降溫措施，避免棚室溫度過低或過高影響西瓜正常生長。

2.2.2 春秋棚內(nèi)溫度月變化詳情

4月中旬西瓜定植后，棚內(nèi)平均氣溫為20.42 ℃，棚內(nèi)外平均溫度之差為8.47 ℃，棚內(nèi)晝夜溫差最大達到42.53 ℃（圖2）。5月氣溫逐漸升高并趨于平穩(wěn)，雖然日均溫度已達到25 ℃，達到西瓜生產(chǎn)最適溫度下限，但是夜溫仍低于15 ℃。6月外界氣溫繼續(xù)升高，棚內(nèi)平均氣溫為27.11 ℃，棚外日均溫為23.63 ℃，棚內(nèi)晝夜溫差為27.59 ℃；6月棚內(nèi)日最低溫度平均為15.2 ℃，但上中旬棚內(nèi)最低溫度仍低于15 ℃，下旬最低溫度才穩(wěn)定通過15 ℃。7月是延慶最為炎熱的月份，棚內(nèi)平均氣溫最高，為28.56 ℃，晝夜溫差最小，為25.35 ℃，棚內(nèi)日最高溫度平均為43.9 ℃。8月棚內(nèi)平均氣溫僅次于7月，為28.11 ℃，棚內(nèi)日最高溫度平均為45.2 ℃。7月至8月中上旬延慶西瓜春秋棚風口一般處于全量打開狀態(tài)，棚內(nèi)最高溫度仍有持續(xù)超過40 ℃以上的情況。9月棚內(nèi)平均氣溫為23.58 ℃，棚外日均溫度為19.07 ℃，棚內(nèi)日最低溫度平均為11.72 ℃，低于15 ℃，棚內(nèi)晝夜溫差為31.68 ℃。10月上中旬棚內(nèi)平均氣溫為15.35 ℃，棚外日均溫度為10.97 ℃，日最低溫度平均為1.8 ℃，棚內(nèi)晝夜溫差為34.67 ℃。

圖2 春秋棚內(nèi)氣溫月變化曲線

2.3 春秋棚內(nèi)不同位置溫度變化情況

從表2可知，8月25日—9月25日棚內(nèi)不同高度的溫度變化明顯，上部、中部比下部平均溫度分別高出1.54、1.25 ℃。棚室東西向正中位置比兩邊平均溫度高出0.36 ℃。

表2 春秋棚內(nèi)不同高度以及90 cm高度棚中間與棚邊溫度情況 ℃

2.4 春秋棚內(nèi)外日最低溫的相關性分析

由圖3可得，春秋棚外日均最低溫度即天氣預報日均最低溫度往往高于生產(chǎn)中棚室內(nèi)監(jiān)測到的日均最低溫度，4月溫差較大，7月溫差較小，這可能是延慶地區(qū)農(nóng)業(yè)設施的立地條件和外部環(huán)境的特殊性造成的差異。如果只根據(jù)天氣預報來采取溫控措施，尤其是在延慶4月中下旬至5月上中旬常出現(xiàn)降溫、倒春寒天氣，可能存在因增、保溫不及時而導致西瓜遭受低溫危害的風險。

圖3 春秋棚內(nèi)外日平均最低溫度季節(jié)變化

對篩選出的11組棚內(nèi)外最低溫度數(shù)據(jù)進行回歸分析，得出模擬方程（圖4）＝1.046 7-4.403 7，＝0.789 3，且通過α＝0.01顯著性水平檢驗，＝0.000 258＜。說明棚室內(nèi)日最低溫度和天氣預報日最低溫度有一定相關性。

通過一元回歸方程（圖4）建立低溫預警指標：最低溫度≤8.99 ℃時，棚室內(nèi)最低溫度≤5 ℃，有發(fā)生冷害風險；當天氣預報最低溫度≤4.21 ℃時，棚室內(nèi)最低溫度≤0 ℃，有發(fā)生凍害風險。

圖4 春秋棚內(nèi)外最低平均溫度的回歸方程

3 結(jié)論與討論

本試驗中在晴、多云、陰3種天氣下，春秋棚內(nèi)日溫度變化趨勢基本一致，但晴天溫度日變化較為劇烈。正常情況下，建議選擇在08：30—09：30開放通風口，16：30—17：30關閉通風口。在放風過程中，要隨時關注天氣的變化，防止天氣突然變化時風口開關不及時而影響到棚內(nèi)西瓜生長。

春秋棚內(nèi)平均氣溫4—7月隨著外部氣溫的升高而升高，7月最高，8月開始下降，9、10月隨著外部氣溫的下降而降低。春秋棚發(fā)揮出很好的增溫保溫效果，棚內(nèi)日均溫比天氣預報平均溫度偏高，但也有棚內(nèi)最低溫度＜0 ℃和最高溫度＞40 ℃的情況，所以生產(chǎn)中還需及時監(jiān)測棚室內(nèi)溫度，并進行風口調(diào)控及采取升降溫措施，避免棚室內(nèi)溫度過低或過高影響西瓜正常生長。4月中下旬和5月上旬，需根據(jù)外界氣溫變化情況采取保溫、升溫措施，保障春秋棚苗期西瓜安全；5月下旬、6月上旬注意通過調(diào)節(jié)風口來控制夜溫，保證西瓜的授粉坐果率，利于西瓜膨大成熟；7月初至8月上中旬，根據(jù)情況采取相應降溫措施來緩解高溫帶來的不利影響；8月下旬開始小關風口，以保夜溫。

棚室內(nèi)不同高度的溫度變化明顯，上部（180 cm）、中部（90 cm）溫度比下部（10 cm）分別高出1.54、1.25 ℃；棚室中間位置（距棚邊4 m）比兩邊（距棚邊2 m）溫度平均高出0.36 ℃。早春4月，外部溫度較低，棚內(nèi)外溫差較大，棚內(nèi)上與下、中間與兩邊溫差會更大，而7月棚室全量放風時溫差會相應減弱。不同位置溫度差異會導致同期定植西瓜成熟期的差異，因此規(guī)模化生產(chǎn)要在安排供應時間和數(shù)量時考慮這一因素。

利用棚室內(nèi)最低溫度和天氣預報最低溫度的相關性，確定天氣預報最低溫度預警指標：天氣預報最低溫度≤8.99 ℃時，棚室內(nèi)最低溫度≤5 ℃，易發(fā)生冷害風險；當天氣預報最低溫度≤4.21 ℃時，棚室內(nèi)最低溫度≤0 ℃，易發(fā)生凍害風險。