大棚柑橘園內外溫濕度與土壤溫度變化研究

馮雅婷 朱紅衛 趙迎新 向守宏 林震 李虎 余華偉

摘要 以宜昌市農業科學研究院（枝江試驗站）一處柑橘大棚設施為研究對象，探究大棚柑橘園內外溫濕度與土壤溫度的變化情況。結果表明，與室外相比，大棚內平均氣溫更高、波動較大，日平均相對濕度較低，棚內溫度與室外溫度呈極顯著正相關（P<0.01），棚內濕度與棚內溫度和室外溫度均呈現極顯著負相關（P<0.01）、與室外濕度呈極顯著正相關（P<0.01）。隨著土壤深度的增加，土壤溫度變化幅度逐漸減小，并表現出一定的滯后性，且10 cm深度處的土壤溫度在一天中呈明顯的正弦規律變化，在08：00左右到達低谷、16：00左右到達頂峰。靠大棚最外側的果樹土壤溫度較其他區域更高，由于大棚北面兩扇門常處于敞開狀態，其附近的果樹土壤溫度較其他區域更低；晴天土壤溫度隨著土壤深度的增加而逐漸降低，陰雨天土壤溫度隨著土壤深度的增加而逐漸升高。

關鍵詞 柑橘；大棚；溫濕度；土壤溫度

中圖分類號 S-3；S 628? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2023）23-0203-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.23.046

Study on Temperature and Humidity Inside and Outside the Shed Citrus Orchard and the Changes of Soil Temperature

FENG Ya-ting1， ZHU Hong-wei2， ZHAO Ying-xin3 et al

（1.Water Conservancy and Lake Bureau of Xiaochang County， Xiaochang，Hubei 432900；2.Zhijiang Water Conservancy Project Quality and Safety Supervision Station， Yichang， Hubei 443000; 3. Yichang Dongfeng Canal Irrigation District Administration， Yichang， Hubei 443000）

Abstract A citrus greenhouse facility of Yichang Academy of Agricultural Sciences （Zhijiang Experimental Station） in Hubei Province was taken as the research object to explore the changes of temperature and humidity and soil temperature inside and outside the shed citrus orchard.The results showed that compared with the outdoor， the average temperature in the greenhouse was higher， the fluctuation was larger， and the daily average relative humidity was lower.There was a significant positive correlation between the inside temperature and the outside temperature （P<0.01）. There was a significant negative correlation between the inside humidity and the inside temperature， the outside temperature （P<0.01）. There was a significant positive correlation between the inside humidity and the outside humidity （P<0.01）.With the increase of soil depth， the variation amplitudeof soil temperature decreased gradually and showed a certain lag.Soil temperatures at a depth of 10cm showed a significant sinusoidal pattern throughout the whole day， reaching the trough around 08：00. and the peak around 16：00.The soil temperature of fruit trees outside the greenhouse was higher than that in other areas.Because the two doors in the north of the greenhouse were often open， the soil temperature of the fruit trees near them was lower than that in other areas.The soil temperature gradually decreased with the increase of soil depth in sunny days， and gradually increased with the increase of soil depth in rainy days.

Key words Citrus;Shed;Temperature and humidity;Soil temperature

作者簡介 馮雅婷（1998—），女，湖北武漢人，碩士，從事柑橘節水灌溉方面研究。*通信作者，碩士，從事多光譜遙感監測方面的研究。

收稿日期 2022-10-31

設施農業是現代農業一種主推的發展方式，然而目前在柑橘種植方面的應用研究還較少［1］。柑橘設施栽培是指在溫室、塑料大棚或其他設施中進行栽培［2］。該栽培方式不僅有利于抵御自然災害、減輕損失、控制病蟲害傳播［3］，而且可以通過調控柑橘果樹在生長發育過程中的溫濕度和水肥等環境因子來提高果實品質和產量［4］。德國1619年利用玻璃溫室栽培實現了甜橙的安全越冬［5］，但我國柑橘設施栽培起步相對較晚，栽培品種以溫州蜜柑和中、晚熟雜柑為主［6］。研究表明，相較于露地栽培，設施栽培可以提高柑橘的果實色差指數等外觀品質及固酸比、可溶性固形物含量、VC含量等風味品質，果實的品質和商品性均得到提升［7-10］，極大地提高了柑橘生產的經濟效益。伴隨著柑橘產業的快速發展，浙江、廣西等地柑橘產區開始大面積發展柑橘大棚設施栽培，以延長柑橘果實的上市期、提高果實品質［11］。然而，我國設施柑橘栽培常常由于管理技術不到位導致果樹產量和品質不穩定甚至下降，難以獲得良好的經濟效益［12］。為此，對設施條件下大棚內各環境因子及管理措施對果樹生長發育、果實品質和產量的影響探究需要進一步深入，以探索更優質、高效的柑橘設施栽培管理模式。陳昱辛等［13-14］在遮雨棚設施條件下探究了滴灌水肥一體化對柑橘光合作用、產量及水分利用效率的影響，證實了該管理方式在節水、省肥、穩產、提高光合作用和水分利用效率上的積極作用。

宜昌是農業農村部規劃的長江流域優勢柑橘產業帶，有2 000多年的柑橘栽培歷史，目前柑橘產業已成為當地農民增收的重要產業［15-16］，通過柑橘的設施種植結合適宜的管理模式來提高當地的柑橘品質，對宜昌柑橘產業的發展將起到推動作用。筆者對宜昌市農業科學研究院（枝江試驗站）的一處柑橘大棚設施內外溫濕度和土壤溫度變化情況進行分析，以期為當地設施柑橘管理提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2021年5—11月在宜昌市農業科學研究院（枝江試驗站）進行，試驗區為砂壤土，土壤容重為1.28 g/cm2，田間持水量為19.98%（質量含水率）。試驗站地處東經111°48′，北緯30°36′，海拔46 m。枝江市年降水量1 041.8 mm，平均氣溫16.5 ℃，屬于亞熱帶大陸性季風氣候，具有夏季高溫多雨、冬季溫和少雨等特點。

1.2 試驗設計

試驗用大棚為四連棟、鋼骨架結構，聚乙烯薄膜覆蓋，南北走向，每棟長58 m，寬8 m，拱高8 m，遮陽網高5 m，整個大棚面積1 813 m2，棚內主要種植柑橘樹，采用當地常規方式進行大棚日常管理，主要灌水方式為澆灌，大棚前后門及側邊棚膜多處于開放狀態，保持大棚內空氣流通，夏季開啟遮陽網，降低棚內溫度。將5個溫濕度計分別放置在大棚內的不同位置。選取大棚內靠北邊的5排長勢相近的成年柑橘樹，將探針長度分別為20、40、60 cm的溫度計分別插入柑橘樹干附近的土壤中。在大棚內均勻放置3個墑情儀，每隔1 h自動記錄不同土層的溫度狀況。

1.3 測定指標及方法

2021年5月28日至10月20日每天09：00、15：00讀取大棚內5個點位的溫濕度數據并取平均值，與枝江對應時段內的平均氣溫和平均相對濕度進行對比，分析大棚內外溫濕度的變化，并運用SPSS 25統計軟件進行相關性分析；在相同時間點，讀取每棵樹下20、40、60 cm深的土壤溫度，分析大棚內土壤溫度的分布特征；使用墑情儀記錄10、20、30、40、50、60 cm 6個土壤深度的溫度數據，記錄時間為2021年9月29日至10月15日，數據時間間隔為1 h，使用Excel軟件分析大棚內柑橘樹根系活動層的土壤溫度變化特征。

2 結果與分析

2.1 大棚內外溫濕度變化關系分析

圖1為2021年5月28日至10月20日大棚內外溫濕度對比圖。從圖1可以看出，大棚內平均氣溫波動較室外平均氣溫更大，且大棚內日平均溫度普遍高于室外平均氣溫，尤其是在室外氣溫較高時，大棚內溫度提升更為顯著，有時甚至會突破40 ℃；在現有管理水平下，大棚內日平均相對濕度大多處于較低水平，普遍低于室外平均相對濕度，有時甚至會低于35%，這種現象在觀測時段后期有所好轉。在溫濕度觀測時段內，前期呈現溫度高、濕度低的特點，后期大棚內外溫度開始降低、濕度呈現上升的趨勢。對大棚內外溫濕度進行相關性檢驗，結果如表1所示。從表1可以看出，棚內溫度與室外溫度呈極顯著正相關（P<0.01），棚內濕度與棚內溫度和室外溫度均呈極顯著負相關（P<0.01）、與室外濕度呈極顯著正相關（P<0.01）；棚內溫度和室外濕度呈顯著負相關（P<0.05），室外溫度與室外濕度無顯著相關。

2.2 大棚內土壤溫度縱向變化特征分析

2021年9月29日至10月15日不同深度土壤溫度如圖2所示。從圖2可以看出，10 cm深土壤溫度在18.0～28.0 ℃內波動，波動范圍最大，其次為20、30、40、50、60 cm深土壤溫度，波動范圍分別為20.0～27.0、21.0～26.5、22.0～26.0、22.5～26.0、22.5～25.0 ℃。當溫度較高時（10月1—5日土壤溫度整體高于25.0 ℃）

，不同深度土壤溫度表現為10 cm>20 cm>30 cm>40 cm>50 cm>60 cm；當溫度較低時（10月5日后土壤溫度整體低于25.0 ℃），不同深度土壤溫度表現為10 cm<20 cm<30 cm<40 cm<50 cm<60 cm，且土壤溫度變化隨著土壤深度的不斷增加呈現一定的滯后性，即深層土壤溫度的上升或下降要滯后于淺層土壤。

圖3以10月8日（陰雨天）和10月2日（晴天）的土壤溫度數據為例，溫度較高（晴天）和較低（陰雨天）時不同土層溫度之間的關系以及土壤溫度變化的滯后性規律得到進一步驗證。通過對比分析不同深度土層溫度日變化發現，在一天24 h內，10 cm深土壤溫度的變化幅度較大，呈正弦規律變化，溫度低谷出現在08：00左右，在16：00左右溫度攀升至頂峰；其次是20 cm深土壤溫度，其變化幅度較10 cm深土壤溫度更小，且變化明顯滯后于10 cm深土壤溫度，無明顯的波峰波谷；30、40、50和60 cm深土壤溫度在一天內的變化幅度較小，經過一天的降溫或升溫，僅有微小下降或上升，尤其是50和60 cm深土壤溫度幾乎無變化。

2.3 大棚內土壤溫度分布特征分析

圖4為整體平均情況下、晴天及陰雨天大棚內靠北邊的5排長勢相近的成年柑橘樹在20、40、60 cm深土壤溫度的分布情況。從圖4可以看出，靠大棚東邊最外側的一列果樹，受光照的影響，土壤溫度較其他區域更高，尤其是在20 cm深土壤溫度，溫度差距更為明顯；靠大棚西邊最外側的一列果樹，土壤溫度雖低于靠大棚東邊最外側的一列果樹，但略高于其他區域，該規律在20 cm土壤深度處表現較為明顯；靠棚北邊最外側的一行果樹中，受大棚北面兩扇門（常處于敞開狀態）的影響，坐標（4，5）和（8，5）位置附近的果樹土壤溫度較低。在整體平均情況下和晴天，隨著土壤深度的增加，土壤溫度逐漸降低；在陰雨天，隨土壤深度的增加，土壤溫度逐漸升高；晴天的土壤溫度較平均情況下有所提高；陰雨天的土壤溫度較平均情況下明顯下降。

3 討論

柑橘是常綠果樹，性喜溫暖濕潤，最適的氣溫和土壤溫度分別為23～29和25～26 ℃ ，當氣溫低于13 ℃或高于37 ℃、土壤溫度低于13 ℃或高于37 ℃時，對柑橘及其根系的生長和發育極其不利，同時適宜的空氣相對濕度（75%）和土壤相對含水量（60%～80%）對柑橘的生長發育也是很有必要的［15，17-19］。

該研究通過對比分析大棚內外溫濕度發現，大棚內平均氣溫波動較室外平均氣溫更大，較大的溫差有利于轉色增糖期果實糖分的積累［20］。同時，大棚內平均溫度普遍高于室外平均氣溫，大棚的保溫作用得到體現，但在夏季高溫時大棚內也容易出現溫度過高的現象，影響柑橘的生長發育，此時遮陽、通風、灑水等降溫措施對于大棚柑橘生長期間的日常管理十分重要。在現有管理水平下棚內外溫濕度相關性十分顯著，同時棚內濕度與棚內溫度、室外溫度均呈現極顯著負相關，存在“高溫低濕、低溫高濕”的特點，說明目前人為調控措施較少且調控措施對大棚內環境的影響較小，因而棚內溫濕度主要受室外環境的影響。然而，在該管理水平下大棚內平均相對濕度大多處于較低水平，這會影響柑橘的生長發育，因此在大棚柑橘的日常管理中應注重增加人為調控措施，使棚內濕度提升到適宜范圍內，以減少外界環境的影響，創造適宜柑橘生長的環境，獲得穩定的產量、優良的品質以及較好的經濟效益。例如，可通過頂部旋噴增加棚內濕度，尤其是在氣溫較高時，這種灌溉方式不僅可以防止棚內高溫現象的發生，而且能增加棚內濕度，有利于柑橘的生長發育。筆者在分析大棚內土壤溫度的分布特征時還發現，受光照的影響，靠棚邊緣的果樹土壤溫度普遍較高，在高溫天氣時容易出現土壤溫度過高的情況，過高的土壤溫度將直接影響柑橘樹根系層的生長發育，因此在大棚柑橘的種植中應尤其注意高溫天氣棚邊緣果樹的降溫。

此外，低溫對果樹的影響也不容忽視，尤其是土壤溫度，土壤是作物根系生長的溫室，如果土壤溫度過低，會直接影響作物根系生長。該研究結果發現，在整體平均情況下和晴天，土壤溫度隨著土壤深度的增加而逐漸降低；在陰雨天，土壤溫度隨著土壤深度的增加而逐漸升高。不管是降溫還是升溫，深層土壤的溫度變化都呈現出一定的滯后性，隨著土壤深度的不斷增加，土壤溫度波動范圍也逐漸減小，以上結果均體現出土壤自身的保溫特性，在該特性下60 cm深土壤溫度大多數情況下能滿足柑橘根系生長發育的需要。但是，受外界氣候及大棚通風口位置的影響，大棚內土壤溫度出現局部溫度過低的現象，管理者可通過調整通風口位置、改變通風方式等措施來避免這一現象的發生，同時也應注意低溫天氣棚內的保溫，例如可在底部鋪設保溫板，以提高地溫，同時注意澆水時間，盡量選擇在晴天的清晨澆水（因為清晨地溫低，可避免因澆水而引起地溫下降）；避免在10：00以后地溫上升時澆水，否則會導致地溫降低，熱量散失；避免在陰天澆水，否則會導致土壤濕度大，容易發生病害［21］。

4 結論

（1）與室外相比，大棚內平均氣溫更高，且波動較大，日平均相對濕度較低，9月上旬以后大棚內外溫度開始降低時棚內濕度才有所上升。棚內溫度與室外溫度呈現極顯著正相關（P<0.01），棚內濕度與棚內溫度和室外溫度呈現極顯著負相關（P<0.01）、與室外濕度呈現極顯著正相關（P<0.01）。

（2）隨著土壤深度的增加，土壤溫度變化幅度逐漸減小，并表現出一定的滯后性，即深層土壤溫度的上升或下降，要滯后于淺層土壤。在溫度較高時，土溫隨著深度的增加而減小；在溫度較低時，土溫隨深度的增加而增大。10 cm深土壤溫度在一天中呈明顯的正弦規律變化，在08：00左右到達低谷、16：00左右達到頂峰。

（3）大棚內土壤溫度分布呈現以下特點：靠大棚最外側的果樹土壤溫度較其他區域更高；大棚北面兩扇門常處于敞開狀態，其附近的果樹土壤溫度較其他區域更低。在整體平均情況下和晴天，隨土壤深度的增加，土壤溫度逐漸降低；在陰雨天，隨土壤深度的增加，土壤溫度逐漸升高；晴天的土壤溫度較平均情況下有所提高；陰雨天的土壤溫度較平均情況下明顯下降。

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