春秋棚西瓜生產環境溫度變化規律監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.北京市延慶區農業技術推廣站，北京 102100；2.北京市延慶區種植業服務中心，北京 102100)

近年來，隨著種植業結構調整，北京市延慶區春秋棚西瓜生產面積逐年增加，已成為當地農民增收的重要途徑。但在實際生產過程中，春秋棚內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）棚內小氣候日變化和季節變化規律，進行棚內溫度預報和災害天氣預警等，但在北京市還沒有系統開展相關研究工作。本研究針對延慶區春秋棚溫度變化情況進行系統監測和分析，以期為降低溫度變化對西瓜生產造成的風險和有效控制春秋棚西瓜生產溫度提供參考依據。

1 材料和方法

1.1 試驗時間與地點

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

表1 試驗時間、地點和內容

1.2 試驗儀器

棚內溫度監測儀器采用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，內存可記錄32 000條。

1.3 試驗方法

1.3.1 棚內溫度日變化監測

在2019、2020年進行2年3點4組數據測定。在每個基地選取1個代表棚室，分別在棚室內距北門10、25、40 m，地面以上1.3 m處懸掛1個溫度監測儀，每棚共設3個。監測方法設為自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 棚內溫度月變化監測

在1.3.1監測數據的基礎上，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 棚內不同位置溫度監測

2019年8月25日—9月25日在北京八達嶺老齊西瓜專業合作社生產基地測定春秋棚內不同位置日均溫度。棚內布設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日棚內最低溫度＜5 ℃的日期，收集當日天氣預報最低溫度與監測最低溫度數據，并剔除特異值，共篩選出11組對應數據，通過以天氣預報最低溫度為橫坐標，以棚內監測到的最低溫度數據為縱坐標，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據（延慶天氣預報溫度），通常生產者通過該數據來預測溫度并管理大棚西瓜生產。

1.4 數據分析

采用Excel軟件進行數據統計分析與作圖。

2 結果與分析

2.1 春秋棚內溫度日變化規律

從圖1中可以看出，在晴、多云、陰3種天氣條件下，棚內平均氣溫日變化趨勢基本一致，早晚低、中午高，上午經歷一次快速升溫過程，下午經歷一次快速降溫過程，夜間降溫平緩，一般12：00—14：00棚內平均氣溫達到最高，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 ℃。棚內最高溫度晴天＞多云＞陰天，分別為44.93、41.35、38.92 ℃，棚內最低溫度陰天＞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 春秋棚內氣溫日變化曲線（4—10月）

2.2 春秋棚內溫度月變化規律

2.2.1 春秋棚內溫度月變化趨勢

春秋棚內氣溫隨著季節氣溫的變化而相應變化。通過圖2得出，春秋棚內平均氣溫在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；春秋棚發揮出很好的增溫保溫效果，棚內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月棚內氣溫分別平均提高8.47 ℃和6.66 ℃。但也監測到4月中下旬和10月中上旬棚內最低溫度有＜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，所以生產中還需及時監測棚室溫度，并進行風口調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 春秋棚內溫度月變化詳情

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

圖2 春秋棚內氣溫月變化曲線

2.3 春秋棚內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中棚室內監測到的日均最低溫度，4月溫差較大，7月溫差較小，這可能是延慶地區農業設施的立地條件和外部環境的特殊性造成的差異。如果只根據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 春秋棚內外日平均最低溫度季節變化

對篩選出的11組棚內外最低溫度數據進行回歸分析，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，棚室內最低溫度≤5 ℃，有發生冷害風險；當天氣預報最低溫度≤4.21 ℃時，棚室內最低溫度≤0 ℃，有發生凍害風險。

圖4 春秋棚內外最低平均溫度的回歸方程

3 結論與討論

本試驗中在晴、多云、陰3種天氣下，春秋棚內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西瓜生長。

春秋棚內平均氣溫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。春秋棚發揮出很好的增溫保溫效果，棚內日均溫比天氣預報平均溫度偏高，但也有棚內最低溫度＜0 ℃和最高溫度＞40 ℃的情況，所以生產中還需及時監測棚室內溫度，并進行風口調控及采取升降溫措施，避免棚室內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月上旬注意通過調節風口來控制夜溫，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，棚內外溫差較大，棚內上與下、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，因此規模化生產要在安排供應時間和數量時考慮這一因素。

利用棚室內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，棚室內最低溫度≤5 ℃，易發生冷害風險；當天氣預報最低溫度≤4.21 ℃時，棚室內最低溫度≤0 ℃，易發生凍害風險。