壽光日照變化特征及對溫室生產(chǎn)影響分析

王曉立　宋欣　張娜等

摘要

利用山東壽光1961～2013年逐月日照資料，采用線性傾向分析、MK突變檢驗(yàn)、Molet小波分析法分析了壽光日照變化特征及其對日光溫室生產(chǎn)的影響。結(jié)果表明，53年壽光市年、季日照時(shí)數(shù)呈顯著減少趨勢，年與秋季在20世紀(jì)90年代發(fā)生突變，冬春季在80年代發(fā)生突變，年、季日照時(shí)數(shù)存在著明顯的年際與年代際尺度的周期性變化；日照時(shí)數(shù)的減少及連陰天日數(shù)的增加造成日光溫室作物減產(chǎn)，應(yīng)采取有效措施提高溫室的光照強(qiáng)度及光照時(shí)間促進(jìn)作物生長。

關(guān)鍵詞 日照變化；日光溫室；影響

中圖分類號 S162.5+5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2015）15-177-03

1989年素有“菜鄉(xiāng)”之稱的壽光創(chuàng)建了四季栽培蔬菜的園藝設(shè)施——壽光日光溫室，日光溫室的出現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了喜溫作物周年露地生產(chǎn)的需要。日光溫室蔬菜生產(chǎn)的影響因素除了取決于溫室本身的結(jié)構(gòu)和建造標(biāo)準(zhǔn)外，還取決于外界天氣條件和人為控制[1-2]。目前，關(guān)于外界溫濕度變化對日光溫室的影響，許多學(xué)者已經(jīng)做了深入研究[3-6]，而研究外界光照條件對溫室生產(chǎn)造成影響的研究很少，如崔建云研究了外部環(huán)境氣象條件對日光溫室氣象條件的影響[4]；趙統(tǒng)利等探討了晴天、多云、雨天及雪天4種不同類型天氣條件下日光溫室內(nèi)外部溫度、光照強(qiáng)度等主要環(huán)境因子的日變化規(guī)律及其內(nèi)在關(guān)系[6]。筆者在此對壽光1961～2013年日照資料進(jìn)行整理與分析，找出日照時(shí)數(shù)變化規(guī)律及其對日光溫室生產(chǎn)的影響，為合理利用光照條件進(jìn)行日光溫室生產(chǎn)提供有意義的參考。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

壽光地處魯北平原東部（36°53′ N、118°44′ E），總面積2 180 km2，東、西、南三面與山東半島大陸相連，北臨渤海，海岸線長56 km，壽光耕地面積90 000 hm2，而蔬菜種植面積達(dá)76 666 hm2，年產(chǎn)量50億kg以上。屬暖溫帶半濕潤季風(fēng)區(qū)大陸性氣候，四季分明，春秋短暫，冬夏較長。春季干燥多風(fēng)，多春旱，夏季降水集中，偶有夏旱，秋季溫和涼爽，冬季寒冷。年平均氣溫12.9 ℃，年平均降水量593.8 mm，全年日照總時(shí)數(shù)2 503.4 h，占可照時(shí)數(shù)的57%。

1.2 資料與方法

資料來源于壽光氣象觀測站1961～2013年逐月日照時(shí)數(shù)。對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，采用線性傾向法分析53年來壽光日照變化特征，利用MK突變檢驗(yàn)和Molet小波分析法來分析日照時(shí)數(shù)的突變特征和周期變化特征。四季劃分標(biāo)準(zhǔn)為春季（3～5月）、夏季（6～8月）、秋季（9～11月）、冬季（12月～次年2月）。因夏季為作物的露地生產(chǎn)期，在此分析春秋冬三季節(jié)日照時(shí)數(shù)變化對溫室作物的影響。

2 日照時(shí)數(shù)變化特征分析

2.1 年際變化特征

由圖1可知，1961～2013年壽光年日照時(shí)數(shù)呈明顯減少趨勢，氣候傾向率為-68.85 h/10a（通過了α=0.001的顯著性檢驗(yàn)），氣候平均值為2 503.4 h/a；從5年滑動(dòng)平均看，1968～1974、1978～1991、1996～2001年5年滑動(dòng)平均值均為正值，日照時(shí)數(shù)較大，其余年份的5年滑動(dòng)平均值呈正負(fù)交叉，以負(fù)為主；1968年日照時(shí)數(shù)達(dá)最大，為2 827.4 h，2011年日照時(shí)數(shù)最低，為2 146.3 h。

圖1 1961～2013年壽光年日照時(shí)數(shù)變化

從53年來壽光年、季日照時(shí)數(shù)的年代變化與氣候傾向率（表1）可看出，壽光日照時(shí)數(shù)年代際變化明顯， 20世紀(jì)60～70年代春秋季日照增加，冬季減少39.9 h/10a，70～80年代均呈減少趨勢，80～90年代春秋季減少明顯，冬季日照時(shí)數(shù)變化幅度小，90年代～2010年春季日照時(shí)數(shù)上升9.9 h/10a，其他年代下降，2011～2013年較上年代日照時(shí)數(shù)均增加。從年代際變化分析，秋冬季日照時(shí)數(shù)的減小對年日照時(shí)數(shù)減少貢獻(xiàn)最大。

2.2 季節(jié)變化特征

由圖2可見，1961～2013年壽光春、秋、冬季變化趨勢與年變化趨勢一致，呈下降趨勢，氣候傾向率分別為-9.25、-15.35、-15.78 h/10a，均通過了α=0.001的檢驗(yàn)；日照時(shí)數(shù)減少幅度為冬季>秋季>春季，分別占全年減少時(shí)數(shù)的23.0%、22.0%、13.0%；春季平均日照時(shí)數(shù)最多，為721.2 h，秋季次之，為597.3 h，冬季最少，為521.3 h。

圖2 1961～2013年壽光春季（a）、秋季（b）和冬季（c）日照時(shí)數(shù)變化

2.3 突變特征分析

從圖3可看出，1961～2013年壽光年日照時(shí)數(shù)的UF曲線與UB曲線超出臨界線，表示日照時(shí)數(shù)下降顯著，且通過了α=0.05的顯著性檢驗(yàn)，2條曲線在臨界線內(nèi)存在明顯交點(diǎn)，確定日照時(shí)數(shù)在1990年發(fā)生突變；春季與冬季UF曲線呈下降趨勢，且UF與UB曲線在1980年前后有多個(gè)交叉點(diǎn)，從UF曲線呈明顯下降趨勢知，春季與冬季的突變分別發(fā)生在1982和1984年；秋季UF和UB曲線均超出臨界線，表明日照時(shí)數(shù)明顯下降，UF和UB曲線在臨界線內(nèi)有明顯交點(diǎn)，確定1992年發(fā)生突變。

2.4 周期性分析

由圖4可知，1961～2013年壽光年、季日照時(shí)數(shù)變化存在明顯的年代與年際尺度的周期性變化。在53年的時(shí)間變化尺度上年日照時(shí)數(shù)在20世紀(jì)90年代之前為偏多期，90年代后為偏少期，存在21～24年的年際周期性震蕩，同時(shí)存在6和12年的周期性震蕩，其中12年的周期性中在1965～1977、1989～2001年期間信號比較強(qiáng)，出現(xiàn)閉合中心；6年的周期性中在1983～1989和2005年以后信號比較強(qiáng)，出現(xiàn)閉合中心。春季日照時(shí)數(shù)主要存在6～9年的周期性，周期是全時(shí)域的，信號比較強(qiáng)。秋季日照時(shí)數(shù)存在6和9年的周期震蕩，在1991年后，6年的周期是全時(shí)域的；在1972～1990年期間9年的周期性明顯，出現(xiàn)閉合中心，有2個(gè)偏多期與偏少期。冬季日照時(shí)數(shù)存在6年尺度的年際周期和15～18年尺度的年代際周期，6年的周期是全時(shí)域的，信號比較強(qiáng)，長年代出現(xiàn)閉合中心，有2個(gè)偏多期與偏少期，即1978～1985、1994～2000年為偏多期，1970～1977、1986～1993年為偏少期。

3 日照時(shí)數(shù)變化對日光溫室生產(chǎn)的影響及對策建議

3.1 日照時(shí)數(shù)變化對日光溫室生產(chǎn)的影響

自日光溫室大規(guī)模發(fā)展以來，春季日照時(shí)數(shù)呈上升趨勢，2011～2013年較20世紀(jì)90年代平均上升46.4 h，此時(shí)段日照時(shí)數(shù)的變化對日光溫室生產(chǎn)有利；2001～2010年秋、冬季較20世紀(jì)90年代分別減少18.7、29.7 h，日光溫室生產(chǎn)中最需光照時(shí)段是冬季，而冬季是晝長較短的時(shí)期，因此日照時(shí)數(shù)的減少影響溫室內(nèi)的光強(qiáng)和溫度，導(dǎo)致溫室內(nèi)作物生長初期，種子發(fā)芽延遲、埋土?xí)r間過長、死苗現(xiàn)象嚴(yán)重，且抗病蟲害能力下降；長果期、作物光合作用下降，影響作物品質(zhì)，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益明顯下降[7]。53年來壽光年及各季的日照時(shí)數(shù)呈顯著減少趨勢，對日光溫室作物生長極為不利。

從日光溫室發(fā)展前后壽光連陰天變化情況（圖5）可知，20世紀(jì)90年代前，連陰天日數(shù)以0.7 d/a的速度在減少，平均每年連陰天數(shù)為3.9 d，90年代后，連陰天日數(shù)以1.3 d/a的速度在增加，90年代后平均每年連陰天數(shù)為5.6 d。1991年12月、1994年11月、1998年2月、2000年10月、2001年12月、2003年10月、2006年1月、2007年10月、2008年1月、2009年11月、2010年2月、2011年11～12月是連陰天日數(shù)比較多的月份，連陰時(shí)間長達(dá)6～8 d，且連陰天主要發(fā)生在9月～次年2月。連陰天影響溫室的采光升溫，溫室內(nèi)作物因氣溫較低、濕度較大而遭受低溫凍害、病害，嚴(yán)重影響了作物的正常生長，造成減產(chǎn)。

3.2 對策與建議

3.2.1

提高日光溫室的光照強(qiáng)度。日光溫室的前坡面盡量采用無滴膜，并保持它的清潔度；在溫室內(nèi)部后墻上懸掛反光幕[8]。

3.2.2

延長日光溫室的光照時(shí)間。盡量讓作物花果期避開日光多寡期；連陰天時(shí)采用人工光源增加光照；降雪天盡量在中午卷起草簾1～2 m高，讓溫室內(nèi)作物充分接收散射光1～2 h；溫室頂部的積雪要及時(shí)清掃，防止大雪壓壞棚膜和棚架，并及時(shí)清掃溫室周圍的積雪，以增加溫室的光照時(shí)間[9]。

3.2.3

加強(qiáng)久陰驟晴時(shí)的卷簾防護(hù)措施。連陰天持續(xù)多日突然放晴時(shí)，應(yīng)逐漸卷簾讓溫室內(nèi)緩慢升溫，恢復(fù)根系吸收能力后再把草簾全部拉開，避免天氣驟冷驟熱造成傷害[9]。

3.2.4

合理選擇作物種植品種。受日照時(shí)數(shù)減小和連陰天增多趨勢的影響，日光溫室內(nèi)種植的作物應(yīng)以短日照作物為主[5]。根據(jù)日照時(shí)數(shù)的周期性變化，在不同的年代調(diào)整溫室內(nèi)種植作物的品種。

4 結(jié)論

（1）1961～2013年壽光年與春、秋、冬季日照時(shí)數(shù)均呈顯著減少趨勢，氣候傾向率分別為-68.85、-9.25、-15.35、-15.78 h/10a，各季日照時(shí)數(shù)減少幅度為冬季>秋季>春季。年、春季、秋季、冬季日照時(shí)數(shù)分別在1990、1982、1992、1984年發(fā)生突變。年、季日照時(shí)數(shù)存在明顯的年際與年代際周期性震蕩。

（2）日照時(shí)數(shù)的減小、連陰天的增加嚴(yán)重影響了溫室的采光升溫、降低作物的光合作用及作物品質(zhì)，為提高日光溫室的光照強(qiáng)度及光照時(shí)間，溫室前坡面采用無滴膜，盡量保持其清潔度，溫室后墻上張掛反光幕，連陰天時(shí)采用人工光照源等措施。

參考文獻(xiàn)

[1]

陳端生.中國節(jié)能型日光溫室建筑與環(huán)境研究進(jìn)展[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，1994，10（1）：123-127.