大同市棗樹設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.太原師范學院地理科學學院，山西 晉中 030619；2.山西省林業科學研究院，山西 太原 030012)

近年來，國內關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的發展現狀與趨勢，李亞迪主持設計了我國北方日光溫室智能監控系統，熱沙來提等指出了日光溫室內黃瓜的主要病蟲害類型并有針對性地提出了其防治方法。大同市設施農業起步于20世紀80年代末期，目前已逐步走向專業化、區域化和規范化。邢金香、于吉祥和趙雨明等先后對山西省高寒區棗樹設施栽培技術進行了試驗研究，并提出了較為可行的實施方案，對大同市棗樹設施栽培的試驗開展與推廣實施具有較強的理論指導作用。筆者針對大同市棗樹設施栽培的最低溫度進行了研究，以期為山西省高緯度地區乃至我國相似氣候區的棗樹設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日在大同市南郊區古店鎮山西省林業科學研究院高寒區試驗基地進行。該地區四季分明，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”進行測定和記錄，每小時記錄1次。以月為周期，在月末進行1次數據采集，將采集到的數據通過Excel進行整理。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。

筆者采用的統計方法有Pearson簡單相關系數分析和逐步回歸分析2種。

1) Pearson簡單相關系數(Pearson Correlation Coefficient)。用于衡量定距變量間的線性關系，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最低氣溫進行模擬過程中，并不是所有的自變量都與因變量有顯著關系，需要從眾多可能有關的自變量中挑選出對日光溫室內最低氣溫有顯著影響的部分自變量。

2 結果與分析

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，根據當地氣象臺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，其判定標準見表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：晴天占總天數的49.86%，陰天占總天數的12.05%，多云占總天數的38.08%.其中，2014年12月份晴天最多，達到25 d；2015年6月最少，只有4 d.2015年6月份多云天最多，達到20 d；2015年2月最少，為4 d.2015年9月份陰天最多，達到10 d；而2014年11月和12月均沒有陰天出現。

2.1.2 室外各季度天氣狀況

由表2可以統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年第一季度晴天數最多，有64 d，占當年所有晴天總數的35.16%，占全年天氣總數的17.53%；2015年第三季度晴天數最少，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最多，為48 d，占當年所有多云天總數的34.53%，占全年天氣總數的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年第三季度陰天數雖僅有21 d，卻是全年最多，占當年所有陰天總數的47.73%，占全年天氣總數的5.75%；2014年第四季度陰天數最少，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2014年10月至2015年9月日光溫室大棚內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，大棚內外最低溫度普遍低于0 ℃，應采取措施預防低溫冷害的發生。2015年3月后大棚內溫度逐步回升，到5月已基本穩定。但由于大棚內外溫度回升的速度不同，5月份是大棚內外溫差最大的一段時期。之后氣溫迅速上升，大棚內外溫差逐漸減少。

圖1 日光溫室內外溫度變化

2.3 不同天氣條件對日光溫室最低氣溫的影響

試驗區不同天氣條件下日光溫室內外的最低溫差見表4.

表4 不同天氣條件下日光溫室內外最低溫差 ℃

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，大棚內氣溫變化會對作物產生不利的影響。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月室內平均氣溫達到最低值，為-12.3 ℃；室外平均氣溫1月份達到最低值，為-17.3 ℃(低于-15 ℃)，需采取相應的防范措施以預防低溫冷害；室內外溫差最大的月份出現在10月，為11.6 ℃.在多云天氣條件下，室內外溫差最大的月份同樣出現在10月，而最冷的12月和1月溫差不大。在陰天條件下，室內外溫差最大的月份仍出現在10月，最冷的12月和1月溫差也不大。

2.4 日光溫室內外最低氣溫相關性分析

溫室是一個相對密閉的環境，但室內溫度仍會受到室外氣溫的影響，對兩者進行相關分析，結果見表5.

表5 不同天氣條件下日光溫室內外氣溫相關性分析

由表5可以看出，溫室內外氣溫相關性夜間大于白天。這主要是因為白晝太陽輻射強，溫室內的溫度迅速上升，受室外溫度影響小，所以室內外氣溫相關性較小；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，因而室溫內外氣溫的相關性較大。在夜間，不同天氣類型條件下溫室內外氣溫相關性表現為晴天>多云>陰天，與魏渠成等認為溫室內氣溫呈“單峰”型日變化規律的研究結論相同。但白天溫室內外氣溫相關性研究，與楊黎黎陰天>多云>晴天的結論不同，其原因尚待考證。

2.5 日光溫室內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。根據因子間的相關系數選取變量預測溫室內最低氣溫，不同天氣條件下室內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施栽培所采取的措施不同，溫室內外氣象因子間的相關關系也不同。為提高模型的精確性，依據2014年10月1日至2015年9月31日的試驗數據，運用逐步回歸法分別建立3種天氣類型的日光溫室內最低氣溫逐日預測模型。

1) 晴天條件下日光溫室內最低氣溫逐日預測方程為：

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——晴天室內最高溫度，℃；

x4——晴天室內最高濕度，%；

x5——晴天室內平均濕度，%；

x6——晴天室外最低CO2濃度，1 000 mg/m3；

x7——晴天室內最高CO2濃度，1 000 mg/m3；

x8——晴天室內平均CO2濃度，1 000 mg/m3；

x9——晴天室內最低土壤溫度，℃；

x10——晴天室內最高土壤溫度，℃；

x11——晴天室內平均土壤溫度，℃.

2) 多云天條件下日光溫室內最低氣溫逐日預測方程為：

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習你就是五美分；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。——橘少Colin

x4——多云天室內最高濕度，%；

x5——多云天室內最低濕度，%；

x6——多云天室內平均濕度，%；

x7——多云天室內最低CO2濃度，1 000 mg/m3；

x8——多云天室內最高CO2濃度，1 000 mg/m3；

x9——多云天室內平均CO2濃度，1 000 mg/m3；

x10——多云天室內最低土壤溫度，℃；

x11——多云天室內最高土壤溫度，℃；

3) 陰天條件下日光溫室內最低氣溫逐日預測方程為：

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——陰天室內最高溫，℃；

x4——陰天室內最低濕度，%；

x5——陰天室內最高濕度，%；

x6——陰天室內平均濕度，%；

x7——陰天室內最低CO2濃度，1 000 mg/m3；

x8——陰天室內最高CO2濃度，1 000 mg/m3；

x9——陰天室內平均CO2濃度，1 000 mg/m3；

x10——陰天室內最低土壤溫度，℃；

x11——陰天室內最低土壤溫度，℃；

x12——陰天室內平均土壤溫度，℃.

不同天氣室內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性(r值)均大于0.9，說明一致性好。總體來說，試驗區基于逐步回歸法的溫室小氣候模型擬合程度較為理想。

3 結論與討論

3.1 結論

1) 試驗區日光溫室內外平均最低氣溫差的極大值和極小值分別出現在2015年5月3日和2014年4月22日，溫差范圍在0.1 ℃～18.3 ℃.因此，棗樹設施栽培中應采取措施預防低溫冷害的發生。

2) 在不同天氣條件下，溫室內外氣溫相關性夜間>白天。夜間溫室內外氣溫相關性表現為晴天>多云>陰天，白天溫室內外氣溫相關性表現為多云>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簡單相關系數分析和逐步回歸分析法研究不同天氣條件下溫室內外氣象要素間的相互關系，但普遍適用性尚待考證。筆者只對晉北棗樹設施栽培冬季低溫進行了初步探討，接下來還應考慮作物蒸騰消耗等因素對小氣候的影響，以此來進一步提高模型的精確度。