魏雯婷 李元波 章婉奇 申天瑤 彭夢霜

摘 要 對“西藏綠之源”蔬菜大棚2021年6月13—28日的微氣象要素：棚內(nèi)的溫度、土壤溫度、平均濕度、CO2濃度及光亮度資料進(jìn)行分析。結(jié)果表明，蔬菜大棚內(nèi)的這些氣候要素有明顯的晝夜變化特征，且日差值較大。同時，外界氣候變化對蔬菜大棚內(nèi)的溫度有一定程度的影響。近50年來長沙市年降水量呈增加趨勢，極端天氣增多，因此建立蔬菜大棚，調(diào)節(jié)棚內(nèi)微氣候，并采用有效的措施，對農(nóng)作物生產(chǎn)量的提高有重要的作用。

關(guān)鍵詞 蔬菜大棚;微氣候;變化特征;湖南省長沙市

中圖分類號：S626;S126 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2022.02.004

長沙市地處湖南省東北部之湘江下游，屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤區(qū)，氣候溫和、雨量充沛、熱量充足、四季分明，無霜期長達(dá)270 d，喜涼蔬菜露地栽培可安全越冬。同時，長沙市占據(jù)華中腹地，扼南北要沖，交通便利，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，是華中地區(qū)主要的中心城市及經(jīng)濟(jì)中心之一。蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展的資源和區(qū)位優(yōu)勢明顯，一直以來都是湖南省蔬菜生產(chǎn)的優(yōu)勢區(qū)域。

蔬菜大棚的微氣候環(huán)境是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)，受眾多因素和條件的制約，大棚內(nèi)物質(zhì)與能量的傳輸、太陽輻射的透射與分布特征、作物生長過程中的能量交換及土壤熱量傳導(dǎo)等都會對大棚內(nèi)環(huán)境造成一定的影響。大棚的生產(chǎn)效率除生物學(xué)本身的遺傳因素外，主要取決于大棚的氣候環(huán)境，因此研究蔬菜大棚的微氣候環(huán)境有著重要的現(xiàn)實意義。張巍針對長期陰天、大雪天氣進(jìn)行了研究，找出了蔬菜大棚面對長期陰天、大雪天氣相應(yīng)的對策[1]。近10年來長沙6月平均總降水量最多，易出現(xiàn)暴雨、雷暴等災(zāi)害性天氣。通過對6月內(nèi)蔬菜大棚的氣候環(huán)境、長沙市天氣進(jìn)行研究，分析蔬菜大棚內(nèi)的氣象變化規(guī)律。

1 材料與方法

1.1 時間地點

試驗地點位于長沙市靖港鎮(zhèn)眾興社區(qū)龍?zhí)两M的西藏綠之源大棚。選取2021年6月13—28日的微氣象要素。

1.2 試驗材料及數(shù)據(jù)來源

大棚屬于玻璃溫室且有控制室，總面積2 470 m2。

大棚內(nèi)小氣候數(shù)據(jù)采用的是北京奧托數(shù)據(jù)采集器，使用物聯(lián)網(wǎng)溫室環(huán)境控制系統(tǒng)，每10 min記錄一個平均值，包括室內(nèi)平均溫度、平均濕度、光亮度、CO2濃度及土壤溫度。氣象數(shù)據(jù)來自長沙區(qū)域自動站數(shù)據(jù)庫。

1.3 數(shù)據(jù)分析方法

采用常規(guī)數(shù)理統(tǒng)計方法，對蔬菜大棚內(nèi)的微氣象變化情況進(jìn)行計算與分析。

1.4 試驗設(shè)計及目的

6月為長沙市近10年來平均降水量最多的月份，且易出現(xiàn)短時暴雨，通過采集器每10 min記錄一個平均值，算出各個要素每小時、每日的平均值，從而分析蔬菜大棚內(nèi)的氣象變化規(guī)律及大棚的氣象效應(yīng)，建設(shè)農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)體系和農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害防御體系。

2 結(jié)果與分析

2.1 棚內(nèi)微氣候時間變化特征

2.1.1 棚內(nèi)溫度及土壤溫度

對棚內(nèi)溫度、土壤溫度進(jìn)行日變化分析。如圖1所示，棚內(nèi)溫度與土壤溫度有著明顯的晝夜變化，6：00—14：00逐漸增加，而14：00至次日5：00逐漸減小。其中在14：00，棚內(nèi)溫度與土壤溫度皆達(dá)到最高，此時棚內(nèi)溫度及土壤溫度分別為34.2 ℃、34.7 ℃;在5：00兩者溫度皆達(dá)到最低，此時的棚內(nèi)溫度和土壤溫度分別為25.6 ℃、25.7 ℃，棚內(nèi)溫度、土壤溫度最大日溫差分別達(dá)8.6 ℃、9.0 ℃。整體上1 d內(nèi)土壤溫度比棚內(nèi)溫度略高一些，且兩者成正相關(guān)，但值相差不大。POLLEY指出溫度升高對農(nóng)作物光合作用影響很大，處于高溫條件下的農(nóng)作物，光合作用受阻，甚至中斷或終止作物的正常生育過程[2]。因此，通過蔬菜大棚內(nèi)溫度的分析，從而進(jìn)行有效的控溫對農(nóng)作物的生產(chǎn)有很好的作用。

2.1.2 濕度與CO2濃度

對蔬菜大棚內(nèi)濕度及CO2濃度進(jìn)行日變化分析，如圖2?？梢钥闯雠飪?nèi)濕度和CO2同樣有明顯的晝夜變化，白天呈下降趨勢，夜間呈正常增長趨勢。其中棚內(nèi)相對濕度在13：00達(dá)到最低，為60.3%;在5：00時達(dá)到最高，達(dá)到91.7%。CO2濃度的最低值為308.1 mg·L-1，出現(xiàn)在14：00;而最高值為434.3 mg·L-1，出現(xiàn)在6：00。從上可以看出蔬菜大棚內(nèi)的平均濕度與棚內(nèi)CO2濃度呈正相關(guān)，但同時這2者與棚內(nèi)溫度及土壤溫度成負(fù)相關(guān)。PENG等指出CO2濃度升高可以促進(jìn)光合作用，進(jìn)而增加生物量的生產(chǎn)[3]。濕度影響農(nóng)作物的蒸騰作用和光合作用，而且濕度的有效控制對病原微生物的繁殖也有抑制作用[4]。

溫度會影響植物的蒸騰作用，進(jìn)而影響植物的光合速率。且溫度、CO2濃度、濕度3者相互相關(guān)、相互影響，因此對其進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，利于植物的生長發(fā)育。

2.1.3 光亮度

蔬菜大棚內(nèi)的光亮度有明顯的日變化，如圖3所示。6：00起光亮度呈逐漸增加趨勢，在13：00達(dá)到最高，為10.7 cd·m-2;14：00—19：00光亮度逐步減小，且14：00—15：00降幅較大，下降了3.3 cd·m-2。而在20：00至次日5：00棚內(nèi)光亮度為0 cd·m-2。其中11：00—14：00時，平均總光亮度為41.0 cd·m-2，占整體的51.4%，說明此時段棚內(nèi)的光發(fā)光率最強(qiáng)。董春山指出光照時間對提高初級生產(chǎn)力有著顯著的影響，且光照也是影響植物水分、氮素吸收及代謝的因素之一[5]。光照是植物進(jìn)行光合作用的必要條件，針對植物的生長狀況，對作物需求光的程度進(jìn)行光亮度調(diào)節(jié)，可以促進(jìn)農(nóng)作物的光合作用。

2.2 各要素日變化特征

棚內(nèi)的溫度及土壤溫度的日變化同樣呈正相關(guān)，且2者差距不大，見圖4。在6月17日溫度下降明顯，在6月17—18日棚內(nèi)溫度及土壤溫度的日平均溫度分別相差7.4 ℃、7.1 ℃，6月24日后2者溫度有明顯升高，在6月25日棚內(nèi)溫度及土壤溫度分別達(dá)到這段時間的最高值，分別為34.4 ℃、34.1 ℃。光亮度的日變化有一定波動幅度，這段時間在6月18日最低，為0.7 cd·m-2，在6月25日最高，為5.8 cd·m-2。棚內(nèi)的濕度及CO2濃度的日變化呈正相關(guān)，6月16日棚內(nèi)的相對濕度最低，為62.9%，在24日達(dá)到最高，為93.9%。棚內(nèi)CO2濃度在6月28日達(dá)到最低值232.9 mg·L-1，在6月23日達(dá)到最高值486.7 mg·L-1。

2.3 棚內(nèi)外對比

2.3.1 溫度對比

選取距西藏綠之源望城基地較近的站點望城區(qū)站，利用望城區(qū)站氣溫與蔬菜大棚內(nèi)的溫度做對比，同時對大棚內(nèi)的氣溫不做任何調(diào)控，從而分析棚內(nèi)外的氣溫特點，如圖5，6月13—28日外界平均氣溫為28.4 ℃，蔬菜大棚內(nèi)的平均溫度為29.3 ℃，兩者相差0.9 ℃，在6月17日棚內(nèi)外溫度有明顯的下降。從日最高溫度看，棚內(nèi)大部分時期高于棚外，在6月19—21日棚內(nèi)溫度高于棚外。而對于日最低溫度，除6月18—21日棚外溫度明顯低于棚內(nèi)溫度，其他時段棚內(nèi)與棚外差別不大。棚內(nèi)溫度的日極差值較棚外略大，說明棚內(nèi)的溫度波動較棚外較大。并且在6月17日晚至23日，長沙市有一次降溫降水過程，棚內(nèi)外溫度均有明顯的下降，說明外界氣候?qū)Υ笈飪?nèi)的溫度仍有一定程度的影響。但棚內(nèi)平均溫度、最低溫度、最高溫度均高于外界，表明大棚有很好的保溫效果。

2.3.2 濕度對比

對望城區(qū)站相對濕度與蔬菜大棚內(nèi)的相對濕度做對比，如圖6。棚外與棚內(nèi)6月13—28日平均相對濕度分別為75.8%、79.4%，整體看棚內(nèi)的相對濕度較棚外略高。在6月21—26日棚內(nèi)相對濕度明顯大于棚外相對濕度，此時段在棚外的相對濕度均小于80%，而棚內(nèi)的相對濕度基本小于80%，棚外相對濕度在6月24日最低，為66.5%，而棚內(nèi)在6月24日為93.9%，說明大棚有很好的增濕效果。

2.4 近年長沙市氣候分析

利用望城坡站、馬坡嶺站、寧鄉(xiāng)站、瀏陽站的地面觀測資料，分析1970—2019年長沙市年平均降水量年際變化特征，如圖7所示。這50年來長沙市年平均降水量呈增加趨勢，氣候傾向率為1.825 mm/10年，并且平均年降水量為1 462.4 mm。50年內(nèi)年降水量正負(fù)距平交替出現(xiàn)，1970—1988年以負(fù)距平為主，1989—2006年以正距平為主，2006—2019年波動較大。前25年（1970—1994年）比后25年（1995—2019年）平均年降水量少65.3 mm。同時，最少年降水量達(dá)993.8 mm，出現(xiàn)在2011年;最多年降水量達(dá)1 877.5 mm，出現(xiàn)在2012年，兩者極差為883.7 mm。說明長沙市年平均降水量呈增多趨勢，且波動幅度較大。

政府間氣候變化專門委員會（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）第六次評估報告中指出至少到21世紀(jì)中葉，全球地表溫度將繼續(xù)升高，氣候變化的許多特征直接取決于全球升溫的水平，預(yù)計在未來幾十年里，所有地區(qū)的氣候變化都將加劇，且極端高溫天氣發(fā)生的強(qiáng)度和頻率都在迅速增加。氣候的變化對農(nóng)作物的生產(chǎn)有著很大的影響，說明蔬菜大棚建立的必要性。同時，針對不同天氣變化采取有效的措施，會很好地提高農(nóng)作物的產(chǎn)量。魏鏞頻指出日光溫室內(nèi)小拱棚能改變蔬菜生長環(huán)境，提高拱棚內(nèi)溫度，進(jìn)而提高出苗率、縮短育苗時間及有利于培育健壯蔬菜苗[6]。陰雨天過后，溫度急劇上升，此時應(yīng)將大棚打開，促進(jìn)大棚內(nèi)空氣流通，防止蔬菜因溫度過高枯萎[7]。遮陽網(wǎng)在晴天的遮光降溫效果明顯好于陰雨天氣[8]。

3 討論與結(jié)論

1）蔬菜大棚內(nèi)的微氣候有明顯的晝夜變化特征，且棚內(nèi)溫度、濕度、CO2濃度及光照度日差值較大。棚內(nèi)溫度與土壤溫度呈正相關(guān)，同時這兩者又與棚內(nèi)平均濕度、CO2濃度呈負(fù)相關(guān)。棚內(nèi)溫度、土壤溫度、棚內(nèi)平均濕度、CO2濃度及光亮度這些要素均在13：00—14：00、5：00—6：00時出現(xiàn)一天內(nèi)的極值。

2）外界氣候變化對蔬菜大棚內(nèi)的溫度有一定程度的影響。當(dāng)外界出現(xiàn)降溫降雨時，棚內(nèi)的溫度、土壤溫度也有一定程度的下降，但蔬菜大棚有很好的保溫效果。在陰雨天，蔬菜大棚能很好地提供光照，而在外界相對濕度較小時，大棚能提供較好的濕度條件供農(nóng)作物正常生長。

3）在極端天氣增多的背景下，長沙市每年降水量呈增多趨勢，短時暴雨、極端高溫天氣對農(nóng)作物的生產(chǎn)有著很大的影響。蔬菜大棚的建立，針對不同天氣變化對棚內(nèi)的微氣候進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)，同時做出有效的措施，如搭建小拱棚、蓋膜、通風(fēng)及開溝排水防漬等，對提高農(nóng)作物的產(chǎn)量有著重要的作用。

4）由于此次數(shù)據(jù)不足，對蔬菜大棚內(nèi)的微氣象分析及冬季大棚對農(nóng)作物的影響力，都有待進(jìn)一步分析研究。

參考文獻(xiàn)：

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[5] 董春山.淺談關(guān)照對植物的影響[J].商品與質(zhì)量：學(xué)術(shù)觀察，2013（12）：36.

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[7] 馬鴻梁.設(shè)施大棚蔬菜栽培技術(shù)[J].熱帶農(nóng)業(yè)工程，2019，43（1）：38-40.

[8] 汪波，劉建，李波，等.夏季遮陽網(wǎng)覆蓋對塑料薄膜大棚小氣候的影響[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（10）：479-483.

（責(zé)任編輯：張春雨）