保溫覆蓋物對日光溫室溫度及黃瓜生長的影響

陳之群 彭杏敏 馮寶軍 呂 建 高麗紅

保溫覆蓋物對日光溫室溫度及黃瓜生長的影響

陳之群 彭杏敏 馮寶軍 呂 建 高麗紅

以黃瓜為材料，研究了3種不同保溫覆蓋物對日光溫室內(nèi)氣溫、地溫以及越冬茬黃瓜的生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，溫室夜間最低溫度以及夜間溫度的降低幅度，都表現(xiàn)為加厚保溫被的保溫效果最好，其次是普通保溫被+牛皮紙被，普通保溫被的保溫效果最差;加厚保溫被覆蓋的溫室內(nèi)，黃瓜株高、莖粗、根系等生長指標及產(chǎn)量都明顯優(yōu)于其他兩個處理。綜合分析經(jīng)濟效益和性價比兩個指標，加厚保溫被處理表現(xiàn)最優(yōu)。

日光溫室;保溫被;溫度;黃瓜

日光溫室是具有中國特色的溫室結(jié)構(gòu)形式，具有造價低、保溫性好、效益高等優(yōu)點，因此在我國得到迅速發(fā)展 (周長吉和楊振聲，2002)。研究和發(fā)展日光溫室產(chǎn)業(yè)，是有效提高我國國民生活水平、保持農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然途徑。日光溫室之所以能夠于嚴冬季節(jié)安全越冬生產(chǎn)，與溫室前屋面的夜間覆蓋保溫是分不開的 (喬正衛(wèi)等，2008)。外覆蓋材料是構(gòu)成日光溫室的主要部件，影響溫室的溫度環(huán)境變化規(guī)律 (陳青云，2008)。目前生產(chǎn)上使用的溫室外覆蓋材料主要有草苫、蒲席、保溫被、紙被等。草苫保溫能力一般為5～6℃ (周新群 等，1998)，但草苫具有質(zhì)量不均、卷放費工費力、防水性差、污染薄膜而降低室內(nèi)采光性能等缺點，新型替代保溫材料的研發(fā)和推廣成為生產(chǎn)中急需解決的問題 (董仁杰，1997;任艷芳 等，2005)。近年來，我國各地區(qū)陸續(xù)開發(fā)應(yīng)用了一些日光溫室新型保溫材料，如復(fù)合型保溫被、針刺氈保溫被、泡沫保溫被等。其中，保溫棉毯+防水布造價低，保溫效果好(周新群 等，1998)，在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。前人對外覆蓋材料進行的保溫試驗研究，多停留在實驗室對材料保溫性能的靜態(tài)測試分析上 (邱仲華等，1995;陳端生和王剛，1997;董仁杰，1997;任艷芳 等，2005)，對不同覆蓋材料在實際生產(chǎn)中的保溫效果及其對蔬菜生長發(fā)育的影響少有報道。2009～2010年冬季，我國北京地區(qū)出現(xiàn)了罕見的低溫和持續(xù)降雪天氣，日光溫室蔬菜受災(zāi)嚴重。評價極端氣候條件下保溫被外覆蓋材料的保溫效果及其對蔬菜生長發(fā)育的影響，保證高緯度地區(qū)蔬菜生產(chǎn)的安全性，對穩(wěn)定北方冬季蔬菜市場供應(yīng)具有重要意義。

1 材料與方法

試驗于2009年10月 ～2010年5月在北京市密云縣農(nóng)業(yè)推廣示范基地進行。選取結(jié)構(gòu)完全相同、地理位置及土壤性狀一致的3個溫室 (22號、39號和40號)進行試驗。溫室脊高3.6 m，后墻高2.8 m，后墻厚0.6 m，跨度7.5 m，后坡投影1.6 m，溫室長65 m。后墻為50 cm磚墻外加5 cm的聚苯板和5 cm的石灰板。

溫室外覆蓋材料選用普通針刺棉保溫被、8層牛皮紙被和加厚針刺棉保溫被。普通保溫被材質(zhì)組成從內(nèi)到外依次是棉布、針刺棉和防水布，厚度6 cm;加厚保溫被內(nèi)外表層與普通保溫被相同，中間增加填充材料針刺棉，厚度8 cm;單片寬4 m，人工縫合。試驗設(shè)置及覆蓋材料參數(shù)見表1。

表1 試驗處理及材料參數(shù)

3個溫室的中心位置各安放1臺8通道溫度采集儀 (型號:AV－10T，廠家:美國 AVALON公司)。在每個溫室的中間部位和距離東西山墻各22 m處分別設(shè)置3組溫度感應(yīng)器，氣溫感應(yīng)器高于地面1.5 m，地溫感應(yīng)器置于種植行栽培壟地表以下15 cm處。儀器每10 min記錄1次數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集從2009年12月1日～2010年3月1日，氣溫和地溫分別取3個測試點的平均值。氣溫感應(yīng)器探頭均用防輻射罩遮擋。

黃瓜 (Cucumis sativus L.)品種選用中荷8號，以黑籽南瓜作砧木，2009年11月7日進行靠接，11月24日定植，采用大小行栽植，大行距80 cm，小行距50 cm，株距33 cm。12月10日進行地膜覆蓋，定量灌水帶膜下暗灌。黃瓜小區(qū)面積25.35 m2，每個處理3次重復(fù)，各溫室農(nóng)事管理一致。試驗站耕層土壤為沙壤土，其基本理化性狀:有機質(zhì)1.63%，全氮1.35 g·kg－1，堿解氮154 mg·kg－1，有效磷126.45 mg·kg－1，速效鉀22.5 mg·kg－1，容重1.26 g·cm－3，田間持水量30.6%。土壤養(yǎng)分含量的測定參考鮑士旦(1999)的方法。

植株生長指標的測定從12月14日開始，每隔7d測量1次，每處理隨機選取12株，測定株高、莖粗，取其平均值。試驗原始數(shù)據(jù)采用MS Excel2007整理，數(shù)據(jù)處理采用SPSS13.0統(tǒng)計軟件，方差分析采用LSD方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同保溫被外覆蓋對日光溫室保溫性能的影響

2.1.1 不同保溫被外覆蓋對日光溫室夜間最低氣溫和地溫的影響 圖1所示為2009年12月2日～2010年2月28日各處理夜間最低溫度分布情況。從圖中可以看出，不同處理間差異明顯。T1處理夜間最低氣溫都在5℃以上，高于8℃的天數(shù)為79 d;T2處理有1 d最低氣溫低于5℃，高于8℃的天數(shù)為77 d;CK有6 d最低氣溫低于5℃，高于8℃的天數(shù)僅有66 d，5～8℃之間有18 d。

黃瓜對地溫的要求嚴格，反應(yīng)敏感。圖2所示為測定期內(nèi)各處理夜間最低地溫分布情況。從圖中可以看出，T1最低地溫都高于13℃，15℃以上天數(shù)為74 d;T2有4 d最低地溫在12～13℃之間，15℃以上天數(shù)為64 d;CK有3 d最低地溫低于13℃，13～15℃間的天數(shù)達28 d，15℃以上天數(shù)有61 d。

圖1 不同保溫被對溫室夜間最低氣溫的影響

圖2 不同保溫被對溫室夜間最低地溫的影響

2.1.2 不同保溫被外覆蓋對溫室內(nèi)夜間氣溫和地溫降低幅度的影響 日光溫室熱量損失的70%～80%是通過覆蓋材料散失的 (張福墁，2001)。在溫室的其他圍護結(jié)構(gòu)參數(shù)一致的情況下，不同處理間保溫效果的差異主要受前屋面外覆蓋材料的影響。溫室外覆蓋材料保溫性能的優(yōu)劣，可以通過夜間溫度下降幅度的大小進行比較，相同外界條件下，溫度降幅越小，說明外覆蓋材料的保溫性越好。

表2是截取了2010年1月1～10日3個溫室內(nèi)夜間氣溫和地溫的數(shù)據(jù)進行分析的，從表中可以看出，陰晴天氣對溫室內(nèi)氣溫的影響很大:晴天 (即5、6、7、9日)氣溫的降幅在7.2～10.5℃之間，陰雪天氣溫的降幅在1.1～7.2℃之間;1月3日下大雪，全天未揭保溫被，氣溫降低幅度最小;1月7日光照強度最大，夜間氣溫降低值也最大，達到10.5℃。各處理間氣溫降低值表現(xiàn)為CK＞T2＞T1。溫室內(nèi)夜間地溫的變化明顯小于氣溫的變化，地溫降低幅度在0.2～1.2℃之間，各處理間降低值的變化趨勢與氣溫相同，也表現(xiàn)為CK＞T2＞T1。說明從保溫效果看，T1優(yōu)于 T2，T2又優(yōu)于CK。

表2 不同保溫被外覆蓋條件下溫室內(nèi)夜間氣溫和地溫降低幅度 ℃

2.2 不同保溫被外覆蓋對黃瓜生長發(fā)育的影響

2.2.1 不同保溫被外覆蓋對黃瓜株高、莖粗的影響 圖3所示為不同保溫被覆蓋條件下各溫室黃瓜株高的變化情況，不同處理間黃瓜株高增長速度有明顯差異，整個測定時期T1處理的株高顯著高于其他兩個處理，與CK相比，差異達極顯著水平;T2處理的黃瓜株高前期略低于T1處理，后期隨著外界氣溫的逐漸降低，黃瓜株高增長緩慢，而T1處理仍保持著較快的生長速度;最后一次測定時，T2處理的株高極顯著低于 T1處理。植株莖粗是反映其生長發(fā)育狀況的一個重要指標。由圖4可以看出，不同保溫被覆蓋下黃瓜植株在前期莖粗差異較小，后期差異逐漸變大，整個測定期內(nèi)T1的莖粗都要高于其他兩個處理，T2處理又高于 CK。

2.2.2 不同保溫被外覆蓋對黃瓜根系的影響 研究整個根系常用的參數(shù)有根長、根質(zhì)量、根表面積、根體積等 (栗巖峰 等，2006)。根長越長、表面積越大，根系吸收水分和養(yǎng)分的能力就越強，植株生長旺盛，有利于生物產(chǎn)量的形成。表3比較了不同處理間整根特征參數(shù)，可以看出，加厚保溫被處理的4個指標都明顯高于其他兩個處理，T1總根表面積比CK和T2分別高117.70%、54.85%，根體積分別增加71.24%和6.57%，說明加厚保溫被處理的溫室黃瓜根系生長狀況優(yōu)于其他兩個處理。

圖3 不同保溫被外覆蓋對黃瓜株高的影響

圖4 不同保溫被外覆蓋對黃瓜莖粗的影響

表3 不同保溫被外覆蓋對黃瓜根系的影響

2.2.3 不同保溫被外覆蓋對黃瓜產(chǎn)量的影響 表4所示為各處理對黃瓜不同時期及全生育期產(chǎn)量的影響。由表中數(shù)據(jù)可以看出，不同處理間產(chǎn)量差異明顯:從總產(chǎn)量看，T1處理明顯高于其他兩個處理，較CK增產(chǎn)10.9%，較T2增產(chǎn)9.1%，T2與CK間差異不明顯;T1處理的前期產(chǎn)量最高，占總產(chǎn)量的28.0%，T2和CK處理的前期產(chǎn)量分別占整個生育期產(chǎn)量的24.7%、15.7%，而后期產(chǎn)量表現(xiàn)為CK最高，T2次之，T1最低。

2.3 經(jīng)濟效益分析

由于3個處理的設(shè)施建設(shè)費用以及種子、農(nóng)藥、肥料等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料投入相同，所以表5僅從經(jīng)濟收入和保溫被覆蓋材料支出兩個指標進行效益分析。從表中可以看出，T1處理的經(jīng)濟收入和凈收入比CK分別增加20.99%、18.33%，折合每667 m2增收1226.9元;T2處理由于保溫被支出費用最高，雖然經(jīng)濟收入比CK高8.23%，但凈收入僅增加1.04%。從性價比看，加厚保溫被處理表現(xiàn)最優(yōu)。

表4 不同保溫被外覆蓋對黃瓜產(chǎn)量的影響

表5 不同保溫被外覆蓋處理的經(jīng)濟效益分析

3 結(jié)論與討論

日光溫室前屋面覆蓋可以有效阻止溫室熱量散失，達到保溫目的 (喬正衛(wèi) 等，2008)。溫室保溫性能的好壞，主要取決于設(shè)施的圍護結(jié)構(gòu)材料，而前屋面是主要的散熱面，良好的外覆蓋材料對于阻止溫室熱量散失、維持設(shè)施內(nèi)適宜的溫度條件至關(guān)重要。從試驗結(jié)果看，加厚保溫被的保溫效果明顯優(yōu)于普通保溫被和普通保溫被+紙被，表現(xiàn)為黃瓜生長發(fā)育良好，植株根系發(fā)達，產(chǎn)量明顯增加，且前期產(chǎn)量高。說明良好的保溫效果有利于黃瓜正常生長和提高早期產(chǎn)量;普通保溫被覆蓋的溫室冬季最低氣溫3.5℃，從株高、莖粗、根系總量等生長指標看，在冬季低溫季節(jié)，植株生長緩慢，前期產(chǎn)量低，隨著外界氣溫的回升，后期產(chǎn)量明顯增高。

理論上講，傳熱系數(shù)越高，保溫效果越差。從3種覆蓋材料的傳熱系數(shù)看，普通保溫被最高，普通保溫被+牛皮紙被次之，加厚保溫被最低，這與試驗結(jié)果相一致。雖然加厚保溫被室內(nèi)測定的保溫系數(shù)比普通保溫被+牛皮紙被低4.6%，但從保溫效果分析來看，加厚保溫被的保溫效果明顯好于普通保溫被+牛皮紙被，這可能是因為普通保溫被與紙被之間的間隙中充滿空氣，在實驗室內(nèi)測定時，環(huán)境溫度、濕度非常穩(wěn)定，空氣流動小，保溫被與紙被之間相當于固定了一層“靜止”的空氣，由于空氣導(dǎo)熱系數(shù)小，所以保溫能力得到充分發(fā)揮 (喬正衛(wèi) 等，2008);但在實際生產(chǎn)中，室外夜間風大，兩層保溫被之間的空氣容易流動，空氣的對流傳熱作用增強，頂端紙被固定時往往不夠緊密，底部容易因冬季水浸而變形，降低保溫效果，其實際的保溫性有所下降。

試驗結(jié)果顯示，使用加厚保溫被能有效提高溫室最低氣溫，減小夜間溫度降低幅度，有利于改善冬季植株生長狀況，提高前期產(chǎn)量。在暖冬氣候條件下，采用本試驗中的普通保溫被作為外覆蓋材料，基本能保證喜溫性蔬菜越冬栽培，但在京郊地區(qū)極端氣候條件下，往往會造成低溫傷害，降低蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)，甚至造成絕產(chǎn)。因此筆者認為，使用加厚保溫被作為溫室外覆蓋材料在京郊地區(qū)進行喜溫性蔬菜的越冬生產(chǎn)，即使遇到極端低溫或連陰雪天氣，也能滿足蔬菜正常生長所需的溫度條件，性價比明顯高于其他兩個處理，可以作為京郊地區(qū)進行安全越冬生產(chǎn)的外覆蓋保溫材料。

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Effect of Heat Preservation Quilt on Temperature and Cucumber Growth in Solar Greenhouse

CHEN Zhi-qun1，PENG Xing-min2，F(xiàn)ENG Bao-jun3，LV Jian3，GAO Li-hong2(1College of Life Sciences，Linyi Normal University， Linyi276000;2CollegeofAgronomy and Biotechnology， China AgriculturalUniversity， Beijing100193;3Miyun Extension Station for Agricultural Technology，Beijing101500，China)

Taking cucumber as experiment material，this paper studies the effects of3 different heat preservation quilts on air and soil temperatures and over winter cucumber growth in solar greenhouse.The results showed that the thickened heat preservation quilt had the best heat preservation effect under the lowest temperature and temperature dropping range at night in solar greenhouse.Followed by common heat preservation quilt plus kraft quilt，and the common heat preservation quilt had the worst effect.In the greenhouse with the thickened heat preservation quilt，cucumber plant height，stem diameter，root distribution and yields were remarkably higher than the other two treatments.Judging by the economic benefit and cost performance，treatment with the thickened heat preservation quilt had the best performance.

Solar greenhouse;Heat preservation quilt;Temperature;Cucumber

陳之群，副教授，臨沂師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，山東臨沂276000，電話:0539－8766314，E-mail:zhiqunchen703@163.com

彭杏敏，高麗紅 (通訊作者，教授，電話:010－62732825，E-mail:gaolh@cau.edu.cn)，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院，北京100193

馮寶軍，呂建，北京市密云縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站

2010-08-24;接受日期: 2010-09-20

果類蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系北京市創(chuàng)新團隊項目