北方石榴冷棚內(nèi)外氣溫和土壤濕度變化規(guī)律研究

焦其慶，尹燕雷，馮立娟，唐海霞

（山東省果樹研究所，山東 泰安 271000）

石榴（Punica granatum L.，2n＝2x＝16，18）是桃金娘目石榴科（Punicaceae）或千屈菜科（Lythraceae）石榴屬（Punica）落葉灌木或小喬木，原產(chǎn)于伊朗、阿富汗等中亞地區(qū)。漢武帝時(shí)傳入中國，在我國已有2 100多年栽培歷史。石榴因具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值、營養(yǎng)價(jià)值、生態(tài)價(jià)值、觀賞價(jià)值和文化價(jià)值等，越來越受到消費(fèi)市場的青睞，國內(nèi)外石榴產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速［1］。但石榴抗寒性較差、難以抵御極端天氣，冬季休眠期僅耐受-16℃以上低溫，在-17℃時(shí)會(huì)出現(xiàn)凍害，-20℃時(shí)大部分已凍死［2］。為解決石榴凍害問題，石榴設(shè)施栽培模式逐漸成為研究熱點(diǎn)。

目前，世界范圍內(nèi)設(shè)施果樹主栽品種多達(dá)35種，其中落葉果樹12種，常綠果樹23種［3］。中國果樹設(shè)施栽培的樹種較多，以草莓、葡萄和核果類為主，南方熱帶和亞熱帶樹種也有部分規(guī)模［4］。山東、遼寧、河北、河南、北京、寧夏、甘肅、廣西、內(nèi)蒙古等省市均有大面積的設(shè)施果樹栽培區(qū)。草莓和葡萄栽培的占比較大，可達(dá)20%，其次為桃、油桃、李、杏、櫻桃、柑橘、棗、無花果和枇杷等［5］。石榴抗寒性較差、難以抵御極端天氣，為保證其順利越冬及提早上市，研究者不斷探索各種設(shè)施栽培技術(shù)。春季早扣棚可使石榴提前進(jìn)入生長季節(jié)，從而在秋季提前成熟上市，提高經(jīng)濟(jì)效益。此外，我國北方多采用冷棚設(shè)施防止露地石榴凍害發(fā)生以實(shí)現(xiàn)其安全越冬。相關(guān)學(xué)者［6-9］已對(duì)石榴設(shè)施環(huán)境因子及防寒栽培管理等方面進(jìn)行了研究，但關(guān)于石榴冷棚設(shè)施的研究報(bào)道極少。為深入研究冷棚對(duì)石榴越冬的作用，本研究主要針對(duì)冬季1月份北方石榴冷棚設(shè)施內(nèi)外溫濕度變化規(guī)律進(jìn)行對(duì)比分析，旨在為石榴抗寒保護(hù)栽培提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

該試驗(yàn)地位于泰山腳下（36°12′18″N，117°04′42″E），海拔262 m。砂壤土，年平均氣溫13.2℃，年平均年降水量683.2 mm。土壤有機(jī)質(zhì)含量14.80 g/kg、水解氮121.03 mg/kg、有效磷54.68 mg/kg、速效鉀244.40 mg/kg，pH值為6.6。常規(guī)果園管理。

1.2 試驗(yàn)材料

供試?yán)渑镌O(shè)施：冷棚支架采用熱鍍鋅管（直徑3.2 cm，管壁厚1.5 mm），棚中心高3.5 m，棚寬8.4 m，肩高1.8 m，長度依地而定；支架上覆蓋塑料薄膜，棚側(cè)面離地0.7、1.5 m各留壓膜槽1道，0.8～1.5 m處連接卷膜機(jī)，以備通風(fēng)降溫。內(nèi)植6年生‘泰山紅’、‘突尼斯軟籽’、‘藍(lán)寶石’石榴樹。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2019年1月1日至30日（每15 d拷取1次數(shù)據(jù)）在山東省果樹研究所萬基山試驗(yàn)示范基地進(jìn)行。將ZDR-20系列溫濕度記錄儀［杭州澤大儀器有限公司（原浙江大學(xué)電氣設(shè)備廠）產(chǎn)品］分別懸掛于冷棚中部及外部，其中溫度傳感器距地面60 cm，不與石榴樹接觸；土壤水分傳感器埋入土壤10 cm。按照0∶00—24∶00每30 min記錄1次數(shù)據(jù)。試驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)上述采集溫濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，計(jì)算平均值并歸類和分析冷棚內(nèi)外溫度和土壤濕度變化規(guī)律。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2019軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 冷棚內(nèi)外日氣溫最高值、最低值、溫差及平均值變化規(guī)律

由圖1可以看出，冷棚外氣溫最高值出現(xiàn)在14∶30，為15.20℃，棚內(nèi)出現(xiàn)在12∶30，為24.60℃。棚內(nèi)外日氣溫最高值變化趨勢(shì)基本一致，17∶00—9∶00棚外略高于棚內(nèi)，9∶00—17∶00棚內(nèi)明顯高于棚外。當(dāng)環(huán)境溫度高時(shí)，冷棚保溫增溫效果顯著，但環(huán)境溫度低時(shí)冷棚幾乎無保溫增溫作用。

圖1 冷棚內(nèi)外日氣溫最高值變化曲線

冷棚內(nèi)外氣溫最低值均出現(xiàn)在6∶30，棚外為-9.00℃，棚內(nèi)為-8.60℃。棚外17∶00—4∶30、6∶00的最低氣溫要略高于棚內(nèi)，其它時(shí)刻均低于棚內(nèi)。這與棚內(nèi)外各時(shí)刻氣溫最高值變化規(guī)律基本一致（圖2）。

圖2 冷棚內(nèi)外日氣溫最低值變化曲線

冷棚外最大氣溫差出現(xiàn)在15∶00，為16.40℃，棚內(nèi)出現(xiàn)在16∶30，為20.30℃。棚外最小氣溫差出現(xiàn)在8∶30，為8.00℃，棚內(nèi)出現(xiàn)在9∶00，為5.90℃。棚內(nèi)外日氣溫差變化趨勢(shì)基本一致，均在0∶00—8∶30逐步減小，8∶30—9∶00達(dá)到較低水平，之后逐漸增大，但呈現(xiàn)不同程度的波動(dòng)，并于17∶00后降至基本平穩(wěn)。11∶00—17∶00棚內(nèi)氣溫差明顯大于棚外，其它時(shí)間均小于或與棚外持平（圖3）。

圖3 冷棚內(nèi)外氣溫差變化曲線

由圖4可以看出，冷棚外日平均氣溫最高值出現(xiàn)在14∶00，為5.83℃，棚內(nèi)出現(xiàn)在13∶30，為15.98℃。棚內(nèi)外日平均氣溫最低值均出現(xiàn)在7∶00，分別為-3.96、-3.56℃。18∶00—9∶00，棚內(nèi)外日平均氣溫幾乎一致，棚外略高于棚內(nèi)；9∶00—18∶00，棚內(nèi)外日平均氣溫先升高再降低，此時(shí)段棚內(nèi)氣溫要明顯高于棚外。棚內(nèi)外日平均氣溫在12∶30差距最大，為10.63℃，在7∶00差距最小，為-0.40℃。日平均氣溫變化曲線與日氣溫最高值、最低值變化曲線基本一致。

24 h內(nèi)，日氣溫差平均值棚外為12.84℃，棚內(nèi)為13.29℃，棚內(nèi)外差距0.45℃。日平均氣溫平均值棚外為0.79℃，棚內(nèi)為2.89℃，是棚外的3.66倍。

2.2 冷棚內(nèi)外日土壤最高濕度、最低濕度、濕度差及平均濕度變化規(guī)律

由圖5可以看出，冷棚外日土壤最高濕度出現(xiàn)在23∶30，為6.40%，棚內(nèi)出現(xiàn)在16∶00，為28.00%。棚內(nèi)外土壤濕度最高值日變化趨勢(shì)幾乎相反，棚內(nèi)各值均高于棚外。棚外日土壤濕度變化整體表現(xiàn)為先下降后上升，于12∶00時(shí)最低，棚內(nèi)則呈波動(dòng)變化，8∶00—11∶30呈上升趨勢(shì)，11∶30—16∶30處于濕度較高值，此后濕度值持續(xù)波動(dòng)在27.30%左右。

圖4 冷棚內(nèi)外氣溫平均值變化曲線

圖5 冷棚內(nèi)外日土壤濕度最高值變化曲線

冷棚外有16個(gè)時(shí)刻土壤濕度最低值為零，棚內(nèi)的最低值出現(xiàn)在13∶30，為19.60%。且棚內(nèi)最低土壤濕度日變化趨勢(shì)為0∶00—13∶30下降，之后上升，棚外則呈波動(dòng)變化（圖6）。

圖6 冷棚內(nèi)外日土壤濕度最低值變化曲線

由圖7可以看出，冷棚內(nèi)日土壤濕度差最大值出現(xiàn)在13∶30，為8.10%，棚外出現(xiàn)在23∶30，為6.40個(gè)百分點(diǎn)。棚內(nèi)土壤濕度差最小值出現(xiàn)在21∶30，為3.70個(gè)百分點(diǎn)，棚外出現(xiàn)在12∶00、13∶30和15∶00，均為4.10個(gè)百分點(diǎn)。濕度差變化曲線棚內(nèi)外呈相反趨勢(shì)，與濕度最高值變化趨勢(shì)幾乎一致。

由圖8可以看出，冷棚內(nèi)外日土壤濕度平均值最大值均出現(xiàn)在18∶50，棚外為3.42%，棚內(nèi)為25.50%。棚外土壤濕度平均值最小值出現(xiàn)在9∶00，為1.79%；棚內(nèi)出現(xiàn)在12∶30，值為24.31%。濕度平均值棚內(nèi)外變化曲線趨勢(shì)基本一致，但棚外最低值比棚內(nèi)提前3.5 h，棚內(nèi)濕度平均值的變化趨勢(shì)與濕度最小值變化基本相似。

24 h內(nèi)，棚外日土壤濕度差平均值為5.44個(gè)百分點(diǎn)，棚內(nèi)為5.29個(gè)百分點(diǎn)，棚內(nèi)外差異較??；棚外日平均土壤濕度平均值為2.81%，棚內(nèi)為25.05%，兩者相差22.24個(gè)百分點(diǎn)，棚內(nèi)為棚外的8.91倍。棚外日平均土壤濕度差距（日平均土壤濕度最大值-日平均土壤濕度最小值）為1.63個(gè)百分點(diǎn)，棚內(nèi)為1.19個(gè)百分點(diǎn)，棚內(nèi)土壤濕度變幅要小于棚外。

圖7 冷棚內(nèi)外日土壤濕度差變化曲線

圖8 冷棚內(nèi)外日土壤濕度平均值變化曲線

3 討論與結(jié)論

冷棚內(nèi)外日氣溫變化規(guī)律表明，在日氣溫最大值、最小值、溫差、平均值方面，棚內(nèi)整體均值高于棚外（棚內(nèi)外分別為2.89、0.79℃），棚內(nèi)比棚外高2.10℃。分時(shí)段分析表明在9∶00—17∶00，棚內(nèi)日氣溫最高值、最低值、溫差、平均值均高于棚外，其它時(shí)段棚內(nèi)外差異不明顯，并且棚外要略高于棚內(nèi)。這與符國槐等［10］的研究結(jié)論一致，即晴天夜晚自然狀態(tài)的塑料大棚內(nèi)氣溫低于棚外。王璐等［11］研究發(fā)現(xiàn)從10∶00到18∶00大棚內(nèi)的溫度顯著高于露地對(duì)照，大棚內(nèi)各點(diǎn)的溫度從早到晚的變化趨勢(shì)均為先升高后降低。這與本研究結(jié)果類似。王璐等［11］研究的棚內(nèi)外氣溫最高值均出現(xiàn)在14∶00，這與本研究冷棚外日平均氣溫最高值出現(xiàn)時(shí)期略有差別，與棚內(nèi)差別較大。這可能是冷棚和大棚結(jié)構(gòu)不同造成的。當(dāng)外界環(huán)境溫度高時(shí)（9∶00—17∶00）冷棚升溫保溫效果顯著，外界環(huán)境溫度低時(shí)（17∶00—9∶00）冷棚保溫效果不明顯。

土壤濕度日變化規(guī)律表明棚內(nèi)土壤濕度最高值、最低值和平均值的均值整體明顯高于棚外。這與顧忠良等［12］研究溫室大棚濕度晝夜存在差異的結(jié)論不一致，可能是溫室大棚與冷棚的保濕功能不同。此外，棚內(nèi)外土壤濕度差差異不大，棚內(nèi)小于棚外，表明冷棚在保持土壤濕度方面效果較好。

通過對(duì)冷棚內(nèi)外氣溫、土壤濕度的研究分析，結(jié)合北方石榴凍害發(fā)生情況可知，北方石榴生長過程中，冷棚主要起擋風(fēng)和保持土壤濕度的作用，而這種較好的防風(fēng)保濕作用可能是保障其安全越冬的重要原因。下一步我們還要繼續(xù)通過技術(shù)措施進(jìn)行深入研究。