设施葡萄小气候预报模型的建立

发布时间：2020-01-17所属分类：农业论文浏览：1355次

摘 要： 摘要:2015年1月至2016年9月，对南京市浦口区盘城现代农业园开展葡萄大棚小气候观测分析，以研究设施葡萄大棚内小气候变化规律，更好地为开展葡萄农业气象服务。结果表明，棚内日平均气温较棚外高3.5℃左右;棚内日平均湿度与棚外温度呈线性负相关;建立的预测

　　摘要:2015年1月至2016年9月，对南京市浦口区盘城现代农业园开展葡萄大棚小气候观测分析，以研究设施葡萄大棚内小气候变化规律，更好地为开展葡萄农业气象服务。结果表明，棚内日平均气温较棚外高3.5℃左右;棚内日平均湿度与棚外温度呈线性负相关;建立的预测模型冬、春、夏季日均气温均方根误差分别为0.590、0.580、0.432℃，日均湿度均方根误差分别为2.07%、3.12%、1.30%;棚内日平均温度、湿度和棚外日平均气温、日最高气温及日平均湿度相关性达到极显著水平。

　　关键词:葡萄;塑料大棚;小气候;预报模型;温度;湿度

　　近年来，气候变化加剧了气象灾害的发生，严重影响了农业的发展，而研究农业气象灾害监测预警系统已成为当务之急[1]。葡萄(VitisviniferaL.)为落叶藤本植物，是世界上最主要的水果之一，葡萄产量约占世界水果总产量的1/4。近年来，中国葡萄设施栽培发展十分迅速，而其产量和品质受外界环境影响很大[2]。

　　关于设施小气候特征和预报模型的研究国内外有一定报道[3-5]。Ferreira等利用神经网络方法模拟了温室大棚温度和棚外太阳辐射、温度、湿度、云量之间的关系[6]。Walker建立了一个温室的能量平衡模型，但这个模型有较大的计算误差，模型也较为简单[7]。储长树等分析了塑料大棚内温度、湿度的变化规律[8]。近年来，不少学者对温室小气候的变化特征和预报模型也有了一些初步研究并取得一定成果。范辽生等利用逐步回归方法构建了一个大棚内日最低气温预报模型，以大棚外气温、相对湿度、地温、风速、日照时数、辐射等气象要素作为自变量，构建了基于BP神经网络的大棚内最高、最低气温预测模型及温湿度神经网络模拟[9-11]。陈海生等对茶园塑料大棚内外温湿度的相关性进行了统计分析[12]。符国槐等采用多元逐步回归统计方法，把大棚外空气温度、地面温度及大棚内空气温度作为模拟因素，对浙江省慈溪市设施葡萄大棚温度、湿度进行模拟，建立了温室大棚冬、春季室内气温预报模型[13]。辛本胜等利用热平衡原理建立了日光温室环境预测模型，能够预测温室内温度和湿度[14]。但是，目前对设施葡萄的小气候预报模型仍比较欠缺，尚未开展设施葡萄精细化气象服务，从而导致葡萄生长发育和果实品质受到一定影响。本研究分析构建设施葡萄小气候预报模型，以减轻设施葡萄因农业气象灾害造成的经济损失，有效增加设施葡萄种植的经济效益，并为设施葡萄的管理提供科学依据。

　　1材料与方法

　　1.1试验时间、地点

　　试验于2015年1月至2016年9月在南京市浦口区盘城现代农业园(118°42'E、32°12'N)进行。

　　1.2试验材料

　　试验大棚为钢架结构，顶高3.5m、长25m、宽18m，南北走向，覆盖蔬菜专用的淡绿大棚薄膜，其透光度为85%。大棚一般于10月底盖膜，5月上旬揭膜。种植葡萄品种为红地球，采用常规栽培方法进行管理。

　　1.3试验方法

　　试验大棚中心分别离地面1.5、3m处各装1个美国产Watchdog2000型温、湿度记录仪，自动记录大棚内的空气温、湿度，棚内气象要素值取同一时刻不同高度的平均值。棚外采集离地面1.5m高度的气温、相对湿度、太阳辐射和风速，采集频率为10s/次，存储记录每小时的平均值。对采集的原始数据进行标准化处理，利用DPS软件进行相关性分析[15]和逐步回归分析[16]。由于2016年葡萄大棚内小气候变化规律与2015年相似，本研究葡萄大棚内小气候特征仅采用2015年1月1日至8月29日的观测资料进行分析。

　　2结果与分析

　　2.1大棚内小气候特征

　　2.1.1气温变化特征由图1可见，大棚内、外日平均气温变化趋势大致相同，均有很强的季节性变化;在1—8月观测期间，大棚内日平均气温差异相对较小，但均高于大棚外，棚内日平均气温较棚外平均高3.4℃;1—2月冬季大棚内、外日平均气温相差较大，棚内温度较棚外平均高4.9℃;3—5月春季大棚内、外日平均气温差减小，棚内温度比棚外平均高3.3℃;7—8月夏季大棚内、外日平均气温相差较小，棚内温度比棚外平均仅偏高2.1℃。这主要是由于冬季外界气温较低，大棚一般不打开，白天有太阳辐射，棚内气温迅速上升，夜晚由于薄膜保温作用，使棚内气温始终高于棚外，进入春季后，晴天时常会导致棚内气温超过35℃，甚至达到40℃，此时就须要打开大棚通风降温，随着外界气温升高，开棚次数增加，到了夏季，大棚内、外气温差异缩小。一般而言，大棚内气温受天气条件的影响较大[17-19]。棚内气温的变化主要受太阳辐射影响，不同天气状况下太阳辐射有所不同，导致室内的气温变化也有所不同。由图2可见，晴天时，白天棚内气温明显高于棚外，08:00后棚内气温迅速升高，13:00左右达到最高值，最低温度出现在06:00，棚外气温最高、最低值与棚内出现时刻相同，10:00—11:00气温上升较快，晴天时气温会先下降再上升，呈现出“双峰型”;阴天时，棚内气温升幅较小，最高温度出现13:00—15:00之间。

　　2.1.2湿度变化特征由图3可见，大棚内、外日平均湿度差异明显，棚内1—8月平均湿度为82%，较棚外增加14百分点。由图4可见，晴天时，大棚内外湿度变化差异相对较小，13:00—16:00出现较为明显的差异;07:00日出后，随着气温升高，棚内外湿度均逐渐下降，13:00—16:00出现较低值，之后湿度逐渐增加;阴天时，大棚内湿度变化幅度较小，大棚内、外湿度变化日较差相对较小，但棚内湿度明显高于棚外;棚内湿度的变化主要集中在白天08:00—18:00，夜间湿度变化相对较小。

　　2.2大棚小气候预报模型的建立

　　2.2.1逐步回归模型的建立研究中常采用逐步回归模型对大棚气温进行预测。月春季大棚内、外日平均气温差减小，棚内温度比棚外平均高3.3℃;7—8月夏季大棚内、外日平均气温相差较小，棚内温度比棚外平均仅偏高2.1℃。这主要是由于冬季外界气温较低，大棚一般不打开，白天有太阳辐射，棚内气温迅速上升，夜晚由于薄膜保温作用，使棚内气温始终高于棚外，进入春季后，晴天时常会导致棚内气温超过35℃，甚至达到40℃，此时就须要打开大棚通风降温，随着外界气温升高，开棚次数增加，到了夏季，大棚内、外气温差异缩小。一般而言，大棚内气温受天气条件的影响较大[17-19]。棚内气温的变化主要受太阳辐射影响，不同天气状况下太阳辐射有所不同，导致室内的气温变化也有所不同。由图2可见，晴天时，白天棚内气温明显高于棚外，08:00后棚内气温迅速升高，13:00左右达到最高值，最低温度出现在06:00，棚外气温最高、最低值与棚内出现时刻相同，10:00—11:00气温上升较快，晴天时气温会先下降再上升，呈现出“双峰型”;阴天时，棚内气温升幅较小，最高温度出现13:00—15:00之间。

　　3结论与讨论

　　本试验以南京盘城现代农业园设施葡萄大棚为对象，研究大棚内外日平均气温、日平均湿度、逐时气温、逐时湿度、日最高温度、日最低温度的变化特征，以揭示设施葡萄塑料大棚的小气候变化规律。结果表明，晴天时，白天大棚内气温明显高于棚外，08:00后棚内气温迅速升高，13:00左右达到最高值，最低温度出现在06:00，棚内、外的气温最高值和最低值出现时刻基本相同;10:00—11:00时气温上升较快，为防止气温上升过高，12:00农户会开棚通风，气温转为缓慢上升或下降，晴天时气温会先下降再上升，呈现出“双峰型”;阴天，棚内气温升幅较小，最高温度出现在13:00—15:00。温室内气温的变化主要受太阳辐射影响，气温日变化趋势与太阳辐射变化相同。从气温日变化看，晴天气温的日变化幅度大于阴天，这与符国槐等的研究结果[13]基本一致。对大棚内、外日平均湿度变化而言，晴天时，随着气温的升高，湿度逐渐下降，13:00—16:00出现较低值，之后湿度逐渐增加;晴天天气条件下，湿度日较差大，湿度的变化主要集中在08:00—18:00，夜间湿度基本无变化;阴天全天棚内湿度明显高于棚外，主要是因为阴天大棚相对密闭，通风少;阴天时，大棚湿度变化幅度相对较小，大棚内、外湿度变化日较差较小。

　　逐步回归方法能够较好地反映常态条件下温室内、外气象要素间的相互关系。本研究采用逐步回归法对温室大棚冬季、春季、夏季棚内日平均气温、日平均湿度建立预测模型，模拟冬季、春季、夏季日均气温均方根误差分别为0.590、0.580、0.432℃，模拟冬季、春季、夏季日均湿度均方根误差分别为2.07%、3.12%、1.30%，这与王萍等的研究结论[22]一致。

　　本研究的保温大棚为南方标准塑料大棚，对于连栋温室、日光温室及玻璃温室等其他温室类型而言，其小气候预报模型可能会有所不同，在应用上存在一定的局限性，因此，在应用其他温室类型时应对其进行相应的验证。

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