河北邢臺地區(qū)冬季玻璃溫室果菜栽培環(huán)境數據分析

郭玲娟，郭明星，李躍洋，李志娟（.北京中農富通園藝有限公司，北京 00083；.鶴壁聚賢農業(yè)科技發(fā)展有限公司，河南鶴壁 458000）

近幾年在北京、河北、甘肅、黑龍江、上海、浙江等地，荷蘭模式的連棟玻璃溫室蔬菜規(guī)模化生產如雨后春筍般快速發(fā)展。無論設施結構、設備配套、栽培模式、環(huán)境調控及管理技術大多參照荷蘭模式進行，然而中國各地氣候環(huán)境、勞工、能耗等與荷蘭差異較大，照搬荷蘭模式所形成的產量產值、投入產出及經濟效益都不容樂觀，研究中國氣候下的玻璃溫室環(huán)境情況，對于實現(xiàn)精準環(huán)境調控具有重要意義。中國北方冬季寒冷、光照弱、多霧霾、多風沙天氣，本文以河北省邢臺市南和地區(qū)為例，對番茄越冬玻璃溫室栽培室內光照、溫度、CO2的變化進行分析，為溫室設計、設備配套以及后續(xù)環(huán)境調控和能耗管理提供參考。

數據采集

數據采集地點為中國南和設施農業(yè)產業(yè)集群9號文洛型玻璃生產溫室，單棟溫室東西長182.4 m，南北52 m，檐高6 m，頂高6.8 m，跨度9.6 m。溫室配置內保溫和側保溫，溫室地面軌道、四周、植株間三套供暖系統(tǒng)。溫室內種植作物為番茄，2020年8月31日育苗，9月23日定植，12月2日進入采收期。采用Hoogendoorn 環(huán)控系統(tǒng)記錄相關數據，室外氣象站記錄室外光照強度，室內CO2、溫度、空氣濕度、基質溫度的探頭和記錄儀，所有數據均每隔5 min 記錄1次。主要分析12月～次年2月每日光照積累量變化，再從3個月記錄的數據中挑選出具有典型代表的晴天和陰天各1天，對應調取當日光照強度、室內溫度和室內CO2數據，進行分析。

冬季光照環(huán)境

中國北方玻璃溫室果菜生產多為越冬長季節(jié)種植，冬季多為植株生長旺盛的采收期。以番茄為例，番茄高產栽培實踐證明，要滿足番茄成株正常生長，外界太陽輻射應在1000 J/cm2/天以上[1]。

由圖1可以看出，在不考慮玻璃透光率的前提下，2020年12月～2021年2月的日光照積累量整體處于上升趨勢，但是其中56天日光照積累量低于1000 J/cm2/天，有2/3的時間需要加強補光；每月均出現(xiàn)600 J/cm2/天的陰雨、弱光天氣，其中有2天低于200 J/cm2/天的沙塵暴天氣。12月、1月的平均室外太陽輻射均低于1000 J/cm2/天，補光需求很大。2月室外太陽輻射情況明顯改善，日均值上升到1000 J/cm2/天以上，但是仍舊存在5天弱光天氣。

圖1 2020年11月30日～2021年2月28日外界太陽輻射積累量

有研究表明，在其他條件適宜的情況下，每增加1% 的光照，切花可增產0.6%～1.0%，蔬菜可增產0.7%～1.0%[2]。番茄生產管理中遵循光飽和點以內每增加1% 的光照，產量可提高1%的原則已是荷蘭番茄種植行業(yè)的共識。從調控和管理上，2020年12月～次年2月的時間提前調整葉面積指數為2.0～2.5為好，去除最高處花對側的小葉調節(jié)生長平衡，調整葉面積。采取補光措施，以改善植株的生長狀況和商品性。

室外光照強度、室內溫度和室內CO2

光合作用三要素光照、溫度和CO2是植物長勢及產品產量的根本。試驗選擇了外界太陽輻射好的典型晴天和外界太陽輻射差的典型陰天，兩個代表性天氣，進行初步的分析。

由圖2可知，在1307 J/cm2/天時，12:40最高光強602 W/m2，最高溫度25.9℃。冬季考慮早晨保溫需要，內保溫開啟相對于日出稍有延后，溫度的變化雖然相對于光照稍有延后，幾乎處于同步正相關。有效積溫與番茄從開花至采摘所用天數呈顯著正相關，即從900～1200℃的有效積溫范圍內，所用時間與其變化趨勢一致[3]。

圖2 2021年1月29日太陽輻射1307 J/cm2/天的光強、溫度和CO2

冬季在溫度和光照相對較好的晴天，光照強度大于300 W/m2，溫度大于18℃時，室內CO2很快持續(xù)下降到500 μmol/mol以下。補光、增施CO2處理下株高、莖粗和葉片數均大于對照[4]，在室內CO2的濃度低于500 μmol/mol時給與補充將大幅度提高產量和商品性。

由圖3可知，光照輻射和光強較低的陰雨不良天氣，晴天室外夜間溫度低，陰天室外夜間溫度相對晴天高，夜間加溫，白天無加溫條件下，白天溫度極低，甚至會出現(xiàn)溫度倒掛現(xiàn)象。光照、溫度不良，光合作用較弱，CO2消耗較慢，其濃度變化不大。陰雨不良天氣，在沒有補光、提溫的情況下，沒有補充CO2的必要。

圖3 2021年2月28日太陽輻射148 J/cm2/天的光強、溫度和CO2

討論與結論

冬季晴天高光照時，補充CO2非常必要。牛曼麗，李新旭[5]在日光溫室CO2氣肥智能調控系統(tǒng)設計與研究中設置，CO2濃度小于500 μmol/mol時，打開電磁閥；當CO2濃度高于700 μmol/mol時，關閉電磁閥；作者認為，生產上一般有兩種設置，一種為晴天日出后2 h開始補充，日落前2 h停止補充，濃度低于500 μmol/mol開始補充，高于800 μmol/mol停止；另一種綜合其它環(huán)境條件，光照強度大于300 W/m2，溫度高于18℃，且室內CO2濃度低于500 μmol/mol開始補充，反之光照強度低于300 W/m2、溫度低于18℃、CO2高于800 μmol/mol，達到三者任何一個則停止供給。

冬季陰雨寡照時，需要先考慮實現(xiàn)補光、加溫，同時補充CO2；冬季即便是晴天，其至少2/3的時間光照強度也遠遠達不到果菜生長的需求，如果能耗允許的條件下，盡量補光。基于良好的溫度和CO2條件，荷蘭Royal Pride公司的番茄生產以1200～1300 J/cm2/天光照累積量作為補光依據，外界低于500 W/m2開始補光，其能耗相當驚人；建議國內外界低于300 W/m2時開始補光，同時綜合考慮溫度和CO2條件，確定最適補光參數的設置。同時耗能與補光燈類型密切相關，在設計建設期需要充分綜合考慮建設成本和運營成本。

北方獨特的氣候環(huán)境條件以及天氣的多變性，中國北方茬次安排習慣，再加上冬季供暖、補光燈等耗能成本較高，想要在冬季取得高產高效，對于溫室內冬季管理水平要求極高，環(huán)境調控是非常關鍵的一環(huán)，在具體設置環(huán)境參數時，要充分考慮作物生長狀況、結合相關環(huán)境因子情況，才能實現(xiàn)實時精準調控。