大同市棗樹設(shè)施栽培最低溫度研究

趙 洋，韓 佳，郜慧萍，徐 瑢，周青華，邢金香，于吉祥，李 華

(1.太原師范學(xué)院地理科學(xué)學(xué)院，山西 晉中 030619；2.山西省林業(yè)科學(xué)研究院，山西 太原 030012)

近年來，國內(nèi)關(guān)于日光溫室的研究較為普遍，曹晏飛和張國祥等論述了日光溫室技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢，李亞迪主持設(shè)計了我國北方日光溫室智能監(jiān)控系統(tǒng)，熱沙來提等指出了日光溫室內(nèi)黃瓜的主要病蟲害類型并有針對性地提出了其防治方法。大同市設(shè)施農(nóng)業(yè)起步于20世紀(jì)80年代末期，目前已逐步走向?qū)I(yè)化、區(qū)域化和規(guī)范化。邢金香、于吉祥和趙雨明等先后對山西省高寒區(qū)棗樹設(shè)施栽培技術(shù)進(jìn)行了試驗研究，并提出了較為可行的實施方案，對大同市棗樹設(shè)施栽培的試驗開展與推廣實施具有較強的理論指導(dǎo)作用。筆者針對大同市棗樹設(shè)施栽培的最低溫度進(jìn)行了研究，以期為山西省高緯度地區(qū)乃至我國相似氣候區(qū)的棗樹設(shè)施栽培提供理論借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2014年10月1日至2015年9月31日在大同市南郊區(qū)古店鎮(zhèn)山西省林業(yè)科學(xué)研究院高寒區(qū)試驗基地進(jìn)行。該地區(qū)四季分明，冬長夏短，無霜期約150.9 d，年平均降水量394.6 mm.

1.2 研究方法

棚內(nèi)外溫濕度和土壤溫度采用河北奧爾諾電子科技有限公司生產(chǎn)的“大氣溫濕度傳感器和記錄儀”和“土壤溫度傳感器和記錄儀”進(jìn)行測定和記錄，每小時記錄1次。以月為周期，在月末進(jìn)行1次數(shù)據(jù)采集，將采集到的數(shù)據(jù)通過Excel進(jìn)行整理。大氣溫濕度傳感器和記錄儀安置于距地面1.5 m處；土壤溫度傳感器安置于地下30 cm處，記錄儀則安置于地表。

筆者采用的統(tǒng)計方法有Pearson簡單相關(guān)系數(shù)分析和逐步回歸分析2種。

1) Pearson簡單相關(guān)系數(shù)(Pearson Correlation Coefficient)。用于衡量定距變量間的線性關(guān)系，計算公式為：

2) 逐步回歸分析。將全部自變量按其對y的作用大小、顯著程度由大到小逐個引入回歸方程，而對y作用不顯著的自變量可能始終不被引入回歸方程。在對不同天氣條件下大同市日光溫室內(nèi)最低氣溫進(jìn)行模擬過程中，并不是所有的自變量都與因變量有顯著關(guān)系，需要從眾多可能有關(guān)的自變量中挑選出對日光溫室內(nèi)最低氣溫有顯著影響的部分自變量。

2 結(jié)果與分析

2.1 室外天氣的分布情況

天空狀況是以天空云量多少和陽光強弱來決定的，根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀笈_播報和實際觀測研究將天氣狀況劃分為晴天、多云和陰天3種，其判定標(biāo)準(zhǔn)見表1.

2.1.1 室外天氣狀況

2014年10月至2015年9月室外天氣狀況見表2.

由表2可以看出，2014年10月至2015年9月室外天氣類型分配如下：晴天占總天數(shù)的49.86%，陰天占總天數(shù)的12.05%，多云占總天數(shù)的38.08%.其中，2014年12月份晴天最多，達(dá)到25 d；2015年6月最少，只有4 d.2015年6月份多云天最多，達(dá)到20 d；2015年2月最少，為4 d.2015年9月份陰天最多，達(dá)到10 d；而2014年11月和12月均沒有陰天出現(xiàn)。

2.1.2 室外各季度天氣狀況

由表2可以統(tǒng)計出這段時間室外各季度天氣狀況，見第13頁表3.

表2 室外天氣狀況統(tǒng)計

從表3可以看出，在2014年10月至2015年9月的晴天中，2015年第一季度晴天數(shù)最多，有64 d，占當(dāng)年所有晴天總數(shù)的35.16%，占全年天氣總數(shù)的17.53%；2015年第三季度晴天數(shù)最少，只有28 d，比2015年第一季度少36 d.在多云天氣中，2015年第二季度多云天數(shù)最多，為48 d，占當(dāng)年所有多云天總數(shù)的34.53%，占全年天氣總數(shù)的13.15%；2015年第一季度多云天最少，只有21 d，不足2015年第二季度的一半。在陰天中，2015年第三季度陰天數(shù)雖僅有21 d，卻是全年最多，占當(dāng)年所有陰天總數(shù)的47.73%，占全年天氣總數(shù)的5.75%；2014年第四季度陰天數(shù)最少，僅有4 d，不到第三季度的1/4.

表3 室外各季度天氣狀況

2.2 日光溫室最低氣溫與外界氣溫關(guān)系

2014年10月至2015年9月日光溫室最低氣溫與外界最低氣溫的變化見圖1.

由圖1可以看出，試驗區(qū)2014年10月至2015年9月日光溫室大棚內(nèi)外平均最低溫差值最大為2015年5月3日的18.3 ℃，差值最小為2015年4月22日的0.1 ℃.在2014年11月2日到2015年3月12日期間，大棚內(nèi)外最低溫度普遍低于0 ℃，應(yīng)采取措施預(yù)防低溫冷害的發(fā)生。2015年3月后大棚內(nèi)溫度逐步回升，到5月已基本穩(wěn)定。但由于大棚內(nèi)外溫度回升的速度不同，5月份是大棚內(nèi)外溫差最大的一段時期。之后氣溫迅速上升，大棚內(nèi)外溫差逐漸減少。

圖1 日光溫室內(nèi)外溫度變化

2.3 不同天氣條件對日光溫室最低氣溫的影響

試驗區(qū)不同天氣條件下日光溫室內(nèi)外的最低溫差見表4.

表4 不同天氣條件下日光溫室內(nèi)外最低溫差 ℃

光照是影響日光溫室溫度的重要因素，在無光照或短光照條件下，大棚內(nèi)氣溫變化會對作物產(chǎn)生不利的影響。由表4可以看出，在晴天條件下(總云量低于1.9)，日光大棚在12月室內(nèi)平均氣溫達(dá)到最低值，為-12.3 ℃；室外平均氣溫1月份達(dá)到最低值，為-17.3 ℃(低于-15 ℃)，需采取相應(yīng)的防范措施以預(yù)防低溫冷害；室內(nèi)外溫差最大的月份出現(xiàn)在10月，為11.6 ℃.在多云天氣條件下，室內(nèi)外溫差最大的月份同樣出現(xiàn)在10月，而最冷的12月和1月溫差不大。在陰天條件下，室內(nèi)外溫差最大的月份仍出現(xiàn)在10月，最冷的12月和1月溫差也不大。

2.4 日光溫室內(nèi)外最低氣溫相關(guān)性分析

溫室是一個相對密閉的環(huán)境，但室內(nèi)溫度仍會受到室外氣溫的影響，對兩者進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果見表5.

表5 不同天氣條件下日光溫室內(nèi)外氣溫相關(guān)性分析

由表5可以看出，溫室內(nèi)外氣溫相關(guān)性夜間大于白天。這主要是因為白晝太陽輻射強，溫室內(nèi)的溫度迅速上升，受室外溫度影響小，所以室內(nèi)外氣溫相關(guān)性較小；夜間溫室以對流和輻射等方式向室外傳輸白天所儲的熱能，但傳送的熱能又受室外溫度的影響，因而室溫內(nèi)外氣溫的相關(guān)性較大。在夜間，不同天氣類型條件下溫室內(nèi)外氣溫相關(guān)性表現(xiàn)為晴天>多云>陰天，與魏渠成等認(rèn)為溫室內(nèi)氣溫呈“單峰”型日變化規(guī)律的研究結(jié)論相同。但白天溫室內(nèi)外氣溫相關(guān)性研究，與楊黎黎陰天>多云>晴天的結(jié)論不同，其原因尚待考證。

2.5 日光溫室內(nèi)最低氣溫逐步回歸分析

2.5.1 逐步回歸模型自變量的選取

日光溫室的地面和墻體是熱量的儲存體，白天太陽輻射會提升室內(nèi)溫度，夜晚儲存在土壤中的熱量以長波方式補償溫室所散失的熱量。根據(jù)因子間的相關(guān)系數(shù)選取變量預(yù)測溫室內(nèi)最低氣溫，不同天氣條件下室內(nèi)最低氣溫逐步回歸選取因子見表6.

表6 不同天氣條件下室內(nèi)最低氣溫逐步回歸選取因子

2.5.2 逐步回歸模型的建立

不同天氣條件下棗樹設(shè)施栽培所采取的措施不同，溫室內(nèi)外氣象因子間的相關(guān)關(guān)系也不同。為提高模型的精確性，依據(jù)2014年10月1日至2015年9月31日的試驗數(shù)據(jù)，運用逐步回歸法分別建立3種天氣類型的日光溫室內(nèi)最低氣溫逐日預(yù)測模型。

1) 晴天條件下日光溫室內(nèi)最低氣溫逐日預(yù)測方程為：

y=-2.391+0.039x1+0.341x2-0.014x3+
0.084x4-0.005x5-0.008x6-0.014x7-
0.031x8+0.085x9-0.371x10+1.016x11.

式中：x1——晴天室外最高溫度，℃；

x2——晴天室外最低溫度，℃；

x3——晴天室內(nèi)最高溫度，℃；

x4——晴天室內(nèi)最高濕度，%；

x5——晴天室內(nèi)平均濕度，%；

x6——晴天室外最低CO2濃度，1 000 mg/m3；

x7——晴天室內(nèi)最高CO2濃度，1 000 mg/m3；

x8——晴天室內(nèi)平均CO2濃度，1 000 mg/m3；

x9——晴天室內(nèi)最低土壤溫度，℃；

x10——晴天室內(nèi)最高土壤溫度，℃；

x11——晴天室內(nèi)平均土壤溫度，℃.

2) 多云天條件下日光溫室內(nèi)最低氣溫逐日預(yù)測方程為：

y=0.176-0.121x1+0.042x2+0.101x3+

0.043x4+0.038x5-0.044x6-0.028x7-

9.702x8-0.019x9+1.152x10+

0.586x11-0.798x12.

式中：x1——多云天室外最高溫，℃；

x2——晴天室外最低溫度，℃；

x3——多云天室內(nèi)最高溫度，℃；

如果你說中國不好，你就是西奴；如果你說美國好，你就是美狗；如果你要中國向美國學(xué)習(xí)你就是五美分；如果你說不想做中國人，就是十惡不赦的漢奸。但如果你什么都不說，悄悄把中國籍變成美國籍，你就是成功人士；如果你拿綠卡在美國街頭高喊“我愛你中國”，你就是令人敬佩的愛國主義者?！偕貱olin

x4——多云天室內(nèi)最高濕度，%；

x5——多云天室內(nèi)最低濕度，%；

x6——多云天室內(nèi)平均濕度，%；

x7——多云天室內(nèi)最低CO2濃度，1 000 mg/m3；

x8——多云天室內(nèi)最高CO2濃度，1 000 mg/m3；

x9——多云天室內(nèi)平均CO2濃度，1 000 mg/m3；

x10——多云天室內(nèi)最低土壤溫度，℃；

x11——多云天室內(nèi)最高土壤溫度，℃；

3) 陰天條件下日光溫室內(nèi)最低氣溫逐日預(yù)測方程為：

y=1.099+0.117x1-0.129x2+0.076x3+

0.025x4+0.054x5-0.047x6+0.024x7+

0.06x8-0.082x9+1.977x10-

0.254x11-0.547x12.

式中：x1——陰天室外最高溫，℃；

x2——陰天室外最低溫，℃；

x3——陰天室內(nèi)最高溫，℃；

x4——陰天室內(nèi)最低濕度，%；

x5——陰天室內(nèi)最高濕度，%；

x6——陰天室內(nèi)平均濕度，%；

x7——陰天室內(nèi)最低CO2濃度，1 000 mg/m3；

x8——陰天室內(nèi)最高CO2濃度，1 000 mg/m3；

x9——陰天室內(nèi)平均CO2濃度，1 000 mg/m3；

x10——陰天室內(nèi)最低土壤溫度，℃；

x11——陰天室內(nèi)最低土壤溫度，℃；

x12——陰天室內(nèi)平均土壤溫度，℃.

不同天氣室內(nèi)最低溫度模擬值與觀測值的線性回歸方程見表7.

表7 不同天氣室內(nèi)最低溫度模擬值與觀測值

由表7可以看出，晴天、多云和陰天模擬值與觀測值的決定系數(shù)R2分別為0.937 5，0.905 1和0.957 4，3種天氣條件下模擬值和觀測值的相關(guān)性(r值)均大于0.9，說明一致性好?？傮w來說，試驗區(qū)基于逐步回歸法的溫室小氣候模型擬合程度較為理想。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

1) 試驗區(qū)日光溫室內(nèi)外平均最低氣溫差的極大值和極小值分別出現(xiàn)在2015年5月3日和2014年4月22日，溫差范圍在0.1 ℃～18.3 ℃.因此，棗樹設(shè)施栽培中應(yīng)采取措施預(yù)防低溫冷害的發(fā)生。

2) 在不同天氣條件下，溫室內(nèi)外氣溫相關(guān)性夜間>白天。夜間溫室內(nèi)外氣溫相關(guān)性表現(xiàn)為晴天>多云>陰天，白天溫室內(nèi)外氣溫相關(guān)性表現(xiàn)為多云>晴天>陰天。

3) 晴天、多云和陰天模擬值與觀測值的決定系數(shù)R2分別為0.937 5，0.905 1和0.957 4，3種天氣條件下模擬值和觀測值的相關(guān)性(r值)均大于0.9，說明一致性較好。

3.2 討論

筆者用Pearson簡單相關(guān)系數(shù)分析和逐步回歸分析法研究不同天氣條件下溫室內(nèi)外氣象要素間的相互關(guān)系，但普遍適用性尚待考證。筆者只對晉北棗樹設(shè)施栽培冬季低溫進(jìn)行了初步探討，接下來還應(yīng)考慮作物蒸騰消耗等因素對小氣候的影響，以此來進(jìn)一步提高模型的精確度。