日光溫室遮陽(yáng)與噴霧降溫對(duì)越夏快菜生長(zhǎng)及品質(zhì)的影響

袁 丁秦占軍武占會(huì)，3梁 浩，3李炎艷，4王寶駒，3王麗萍*

（1 河北工程大學(xué)園林與生態(tài)工程學(xué)院，河北邯鄲 056038；2 北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心，北京 100097；3 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華北都市農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100097；4 邯鄲市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河北邯鄲 056001）

日光溫室能夠?yàn)槭卟俗魑锾峁┝己玫纳L(zhǎng)環(huán)境，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，但是在北京夏季中午時(shí)段，天氣晴朗、陽(yáng)光較好時(shí)室外溫度可達(dá)40 ℃，室內(nèi)溫度則高達(dá)50 ℃（崔建云 等，2006）。而蔬菜作物生長(zhǎng)的適宜溫度多為20～30 ℃，溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致坐果率低下、花瓣凋零等問(wèn)題，因此研究日光溫室夏季降溫措施、延長(zhǎng)溫室生產(chǎn)時(shí)間、提高溫室利用率已成為熱點(diǎn)（劉建榮 等，2018）。目前，針對(duì)日光溫室的降溫方法主要有噴霧降溫（李強(qiáng)，1999；苗香文 等，1990）、遮陽(yáng)網(wǎng)降溫（Hayashi & Sughara，1998）、通風(fēng)降溫（胡建，2008）、地源熱泵降溫（柴立龍 等，2008）、濕簾風(fēng)機(jī)降溫（劉云驥，2018）等。其中，溫室上方設(shè)置遮陽(yáng)網(wǎng)和噴霧系統(tǒng)具有不破壞溫室結(jié)構(gòu)、改造方便、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，從降溫效果和成本支出上綜合考慮是可行性比較強(qiáng)的兩種方式。本試驗(yàn)針對(duì)這兩種降溫方式，分別設(shè)置遮陽(yáng)網(wǎng)遮陰（Ghosal & Tiwari，2003）、遮陽(yáng)網(wǎng)+外側(cè)噴霧蒸發(fā)吸熱（Arbel et al.，1999）以及遮陽(yáng)網(wǎng)+內(nèi)側(cè)噴霧蒸發(fā)吸熱（Arbel et al.，2003）3 個(gè)處理，測(cè)定各處理的室內(nèi)環(huán)境指標(biāo)及越夏快菜的生長(zhǎng)指標(biāo)、光合參數(shù)、品質(zhì)指標(biāo)，旨在探索有效改善日光溫室溫濕度環(huán)境的調(diào)控方式，以期為夏季日光溫室蔬菜生產(chǎn)提供理論依據(jù)和實(shí)踐支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2018 年6～8 月在北京市通州區(qū)于家務(wù)鄉(xiāng)北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心通州基地日光溫室內(nèi)進(jìn)行。供試快菜品種京研快菜由京研益農(nóng)（北京）種業(yè)科技有限公司提供，6 月22 日播種，7 月12 日定植，采用開放式椰糠基質(zhì)栽培，營(yíng)養(yǎng)液配方采用劉增鑫（2000）的無(wú)土栽培營(yíng)養(yǎng)液改良配 方，其他栽培管理同日常田間管理。

1.2 試驗(yàn)溫室設(shè)置

試驗(yàn)用日光溫室長(zhǎng)60 m，跨度10 m，脊高4.5 m，用雙層陽(yáng)光板分割為4 部分，具體試驗(yàn)處理見表1；每處理定植40 株快菜。

噴霧系統(tǒng)采用山東圣大節(jié)水科技有限公司生產(chǎn)的溫室噴霧系統(tǒng)，水管上每隔1 m 設(shè)置1 個(gè)噴頭，噴頭噴嘴方向朝下，噴頭位置如圖1，水壓0.5～1.0 MPa；噴霧系統(tǒng)采用時(shí)控設(shè)計(jì)，從上午11：00 到下午15：00，每隔10 min 噴霧3 min。

表1 試驗(yàn)處理

遮陽(yáng)網(wǎng)為黑色尼龍材質(zhì)，寬度6 m，正好遮住上風(fēng)口和前風(fēng)口中間位置。

各處理溫室內(nèi)部均布置4 個(gè)溫濕度測(cè)點(diǎn)，分別位于上風(fēng)口、前風(fēng)口、中間干球及濕球位置（圖1）。

1.3 項(xiàng)目測(cè)定

1.3.1 日光溫室環(huán)境指標(biāo) 選擇7 月25～29 日連續(xù)5 d 晴朗天氣，測(cè)定日光溫室環(huán)境指標(biāo)。采用T型熱電偶（溫度測(cè)量范圍：-40～100 ℃，測(cè)量精度：±0.2 ℃；濕度測(cè)量范圍：0～100%，測(cè)量精度：±2.5%）測(cè)定溫度及濕度，室內(nèi)溫濕度測(cè)點(diǎn)位于溫室中心，距離地面高度0.8 m；室外測(cè)點(diǎn)距離地面高度1.5 m。采用2 臺(tái)KippZonen 公司生產(chǎn)的CMP3太陽(yáng)輻射傳感器測(cè)量溫室內(nèi)、外太陽(yáng)輻射。所有傳感器連接美國(guó)Campbell 公司生產(chǎn)的CR1000 數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行自動(dòng)記錄，時(shí)間間隔為10 min。

1.3.2 快菜生長(zhǎng)指標(biāo)及品質(zhì)指標(biāo) 各處理分別選取溫室中部種植的快菜6 株，從定植后開始每隔15 d測(cè)定1 次株高、葉片數(shù)、最大葉片長(zhǎng)度和寬度等生長(zhǎng)指標(biāo)，以及最大葉的凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、胞間CO2濃度（Ci）、氣孔導(dǎo)度（Gs）等光合參數(shù)。株高為植株基部到生長(zhǎng)點(diǎn)的高度，用卷尺測(cè)定；采用YMJ-B 葉面積測(cè)量?jī)x測(cè)定植株最大葉片的長(zhǎng)度和寬度；光合參數(shù)采用LI-6400 便攜式光合儀測(cè)定。

8 月14～15 日采收，測(cè)定所有植株的地上部質(zhì)量，取平均值；各處理分別選取成熟度一致的快菜6 株，測(cè)定品質(zhì)指標(biāo)，可溶性糖含量采用蒽酮比色法（張以順 等，2009）測(cè)定、抗壞血酸（VC）含量采用2，6-二氯酚靛酚滴定法（蔡慶生，2013）測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 23.0 軟件和Excel 軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和圖表的統(tǒng)計(jì)與繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同降溫處理對(duì)日光溫室環(huán)境指標(biāo)的影響

由圖2 可知，3 種降溫處理均能降低日光溫室室內(nèi)溫度，其中T2（遮陽(yáng)網(wǎng)+內(nèi)側(cè)噴霧）處理的降溫效果最好，可將11：00～15：00 的室內(nèi)平均溫 度降至33.95 ℃，分別比T1（遮陽(yáng)網(wǎng)+外側(cè)噴霧）、T3（僅遮陽(yáng)網(wǎng)）處理降低3.10、3.64 ℃；15：00 時(shí)T2 處理的室內(nèi)溫度為33.20 ℃，低于室外的33.96 ℃，此時(shí)對(duì)照（CK）的室內(nèi)溫度為39.85 ℃。

由圖3 可知，T1、T3 處理的日光溫室上風(fēng)口溫度均明顯高于前風(fēng)口溫度，溫差分別為6.54、3.77 ℃； T1 處理上風(fēng)口的最高溫度可達(dá)41.82 ℃，T3 處理可達(dá)41.26 ℃，T1 處理的前風(fēng)口溫度比T3 處理低2.35 ℃，表明外側(cè)噴霧對(duì)進(jìn)入日光溫室的空氣起到了明顯的降溫作用，但2 個(gè)處理上風(fēng)口的溫度差異不明顯。

由圖4 可知，T2 處理的日光溫室室內(nèi)相對(duì)濕度最高且在11：00～15：00 期間遠(yuǎn)高于其他處理，這段高溫時(shí)段平均濕度能達(dá)到85.6%，較T1、T3處理及對(duì)照分別高24.5、23.6、37.4 個(gè)百分點(diǎn)；此時(shí)室外平均濕度為55.8%，較T2 處理低29.8 個(gè)百分點(diǎn)，但較對(duì)照高7.6 個(gè)百分點(diǎn)。

圖2 不同降溫處理對(duì)日光溫室室內(nèi)溫度的影響

圖3 遮陽(yáng)網(wǎng)及遮陽(yáng)網(wǎng)+外側(cè)噴霧處理對(duì)日光溫室前風(fēng)口與 上風(fēng)口溫度的影響

由圖5 可知，6：00～20：00 期間，對(duì)照（CK）日光溫室室內(nèi)太陽(yáng)輻射平均值和峰值分別比室外降低了98 W · m-2和235 W · m-2，而T3 處理分別降低了110 W · m-2和394 W · m-2。

圖4 不同降溫處理對(duì)日光溫室室內(nèi)濕度的影響

圖5 遮陽(yáng)網(wǎng)對(duì)日光溫室光照強(qiáng)度的影響

2.2 不同降溫處理對(duì)快菜生長(zhǎng)及品質(zhì)的影響

2.2.1 不同降溫處理對(duì)快菜生長(zhǎng)指標(biāo)的影響 從表2 可以看出，定植后15 d，T2 處理的快菜株高、葉片數(shù)、葉長(zhǎng)、葉寬均明顯高于其他降溫處理及對(duì)照；定植后30 d，T1 和T2 處理的株高、葉片數(shù)、葉長(zhǎng)、葉寬顯著高于T3 處理及對(duì)照，T1 和T2 處理間差異不顯著。說(shuō)明T1、T2 處理對(duì)快菜植株生長(zhǎng)的促進(jìn)作用明顯，即在夏季炎熱環(huán)境中增設(shè)噴霧降溫有助于快菜植株的生長(zhǎng)。

2.2.2 不同降溫處理對(duì)快菜光合特性的影響 從表3 可以看出，3 種降溫處理均有利于快菜植株的光合作用，T1、T2、T3 處理的凈光合速率和氣孔導(dǎo)度分別較對(duì)照（CK）增加了60.74%、49.88%、20.74%和66.67%、75.00%、8.33%；T1 處理的胞間CO2濃度最高，且3 種降溫處理的胞間CO2濃度均顯著高于對(duì)照，說(shuō)明適當(dāng)?shù)慕禍靥幚砜梢允谷~片氣孔導(dǎo)度增加，細(xì)胞間的CO2得到補(bǔ)充。值得注意的是：T3 處理的各項(xiàng)光合參數(shù)均優(yōu)于對(duì)照，說(shuō)明在炎熱的夏季日光溫室增設(shè)遮陽(yáng)網(wǎng)并不會(huì)對(duì)作物的光合作用造成不良影響。

2.2.3 不同降溫處理對(duì)快菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響 從表4 可以看出，T1、T2 處理的快菜單株質(zhì)量顯著高于T3 處理及對(duì)照；3 種降溫處理的可溶性糖含量均顯著高于對(duì)照，但各處理間的抗壞血酸（VC）含量差異不顯著。

表2 不同降溫處理對(duì)快菜生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

表3 不同降溫處理對(duì)快菜光合特性的影響

表4 不同降溫處理對(duì)快菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

3 結(jié)論與討論

對(duì)日光溫室進(jìn)行遮陽(yáng)網(wǎng)和噴霧處理可以降低室內(nèi)溫度，本試驗(yàn)中單獨(dú)設(shè)置遮陽(yáng)網(wǎng)，以及在遮陽(yáng)網(wǎng)內(nèi)、外側(cè)設(shè)置噴霧系統(tǒng)均能明顯降低日光溫室室內(nèi)溫度；遮陽(yáng)網(wǎng)+噴霧系統(tǒng)的降溫效果比僅設(shè)置遮陽(yáng)網(wǎng)的效果更明顯，這與程紹明等（2004）的試驗(yàn)結(jié)果一致；將噴霧布置在遮陽(yáng)網(wǎng)內(nèi)側(cè)比布置在遮陽(yáng)網(wǎng)外側(cè)降溫效果更好，遮陽(yáng)網(wǎng)+內(nèi)側(cè)噴霧處理可使溫室內(nèi)部溫度降到與室外溫度一致，同時(shí)顯著提高室內(nèi)濕度，與沈明衛(wèi)等（2003）的研究結(jié)果相似。遮陽(yáng)網(wǎng)+內(nèi)側(cè)噴霧處理的室內(nèi)濕度明顯高于其他處理，較高空氣濕度有可能影響作物生長(zhǎng)、引發(fā)病害，本試驗(yàn)的栽培周期較短，未出現(xiàn)病蟲害。建議在實(shí)際生產(chǎn)中采用機(jī)械通風(fēng)或者增加通風(fēng)口面積的方法及時(shí)排除溫室內(nèi)濕氣，減少作物病害的發(fā)生。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，僅遮陽(yáng)網(wǎng)（T3）處理的溫室上風(fēng)口的溫度顯著高于前風(fēng)口，這是因?yàn)闇厥疑戏礁采w遮陽(yáng)網(wǎng)后，阻止了太陽(yáng)輻射直接進(jìn)入溫室空間，將熱量截?cái)嘣谡陉?yáng)網(wǎng)上方，從而在溫室上方形成一個(gè)巨大的熱源，僅靠上風(fēng)口進(jìn)行通風(fēng)無(wú)法迅速有效地散發(fā)這個(gè)熱源的熱量，所以溫室上風(fēng)口的溫度明顯高于其他3 個(gè)測(cè)溫點(diǎn)；T1、T2 處理的日光溫室室內(nèi)溫度均低于T3 處理，內(nèi)側(cè)噴霧處理的水被霧化后漂浮在室內(nèi)，迅速吸收空氣中的大量潛熱，從而使溫室內(nèi)的溫度下降；外側(cè)噴霧明顯降低了從前風(fēng)口進(jìn)入溫室的空氣溫度，在熱壓作用下空氣向上風(fēng)口流動(dòng)，室內(nèi)溫度有所降低。值得注意的是，T1 和T3 處理的上風(fēng)口溫度差異很小，這說(shuō)明外側(cè)噴霧對(duì)室內(nèi)溫度的影響有限，日光溫室高跨較低，僅靠熱壓作用，溫室通風(fēng)能力不足。因此，采用噴霧降溫處理在理論上存在可行性，一方面可以采用機(jī)械通風(fēng)方式進(jìn)一步加大換氣量；另一方面，有必要借助流體力學(xué)軟件，對(duì)日光溫室夏季遮陽(yáng)噴霧降溫進(jìn)一步進(jìn)行分析和優(yōu)化。

本試驗(yàn)中，3 種降溫處理均能提高快菜的單株質(zhì)量，遮陽(yáng)網(wǎng)+內(nèi)側(cè)噴霧處理對(duì)快菜植株生長(zhǎng)的促進(jìn)作用最明顯，單株質(zhì)量可達(dá)到280.61 g，說(shuō)明該處理起到的降溫效果有利于快菜植株的生長(zhǎng)并能起到增加產(chǎn)量的效果。該處理凈光合速率較對(duì)照提高了49.88%，可能是由于對(duì)照的室內(nèi)溫度過(guò)高，導(dǎo)致葉片氣孔導(dǎo)度下降，吸收的CO2減少，致使光合速率下降。綜上，日光溫室進(jìn)行降溫處理，對(duì)溫室內(nèi)栽培作物生長(zhǎng)發(fā)育和光合作用均有提高效果，但具體的最適溫度有待進(jìn)一步研究。