资料
覆膜种类对夏季日光温室起垄内嵌式基质栽培根区温热的影响
作者: 李宗耕，傅国海，刘文科 时间: 2024-03-25
【摘要】夏季在日光温室中采用新型栽培方式起垄内嵌式基质栽培法种植番茄，探究黑色、灰色反光和银色反光地膜3种不同覆膜种类对新型栽培方式根区温热的影响，并对其降温性能做出评价。结果表明，夏季日光温室内白天气温高于根区温度，夜间气温低于根区温度，室内温度的日变化大；银色地膜隔热性能较好，根区温度日变化平缓，降温效果显著；黑色地膜隔热性能差，根区温度日变化剧烈，降温效果差。热通量在不同地膜不同根区位置的吸放热也有所不同，在根区表面，以黑色地膜吸放热最为剧烈；在根区中部和底部，均以灰色地膜吸热最为剧烈。
日光温室是中国特有的温室类型，不仅成功解决了中国北方地区冬春蔬菜短缺和周年均衡供应的难题，也为农业增效、农民增收和农村经济的发展做出了积极贡献。日光温室因其具有良好的蓄热保温和节能高效的性能可在不加温条件下进行果菜反季节生产，解决了中国北方冬季蔬菜生产问题，得到大面积的推广应用。目前，日光温室多以传统的土壤栽培为主，这种栽培方式不仅产量低、连作障碍严重，而且存在诸多问题。比如，长期土壤栽培过程中，过量的水肥和农药投入导致资源浪费和生态环境污染。而且在冬春季日光温室蔬菜生产中，低温胁迫是影响作物生长的重要环境因素。在冬季极端低温环境下温室内作物光合作用等一系列生理活动受到抑制，导致生长减缓和产量降低。针对日光温室栽培过程中出现的冬季低温胁迫和土壤栽培带来的低产及一系列环境问题，有学者以增加晚间日光温室作物根区温度和提升产量为目标，基于土壤栽培根区环境稳定与基质栽培高产的优点提出了一种新的栽培方法--土垄内嵌式基质栽培方法中。前期的研究表明，相对于土垄栽培，在早春低温环境下采用起垄内嵌式基质栽培方法进行甜椒栽培能够提高夜间最低根区温度2.15℃提高甜椒产量50% 以上[2-3]。
然而，该方法如何用于夏季日光温室蔬菜生产是另外一个需要解决的问题。由于温室的封闭性能好，空气流通不畅，加之夏季阳光充足温室效应加剧，温度极易升高，形成高温胁迫。不利于作物生长。而实际生产中，夏季日光室通常会选择休茬来避过高温胁迫期，但长间的休茬会造成设施用地及设备闲置，不仅影响投资者收益，也极大浪费了土地资源。为了保证温室作物安全越夏，实现高效、优质周年生产，发展日光温室低碳节能的降温措施是必不可缺的重要环节。前人研究表明，设施栽培过程中，作物对根区温度的响应比对空气温度更为敏感。此外，根区温度调控作为一种局部温度调控措施，相比冠层温度调控更加节能高效。傅国海等研究表明，在夏季相同覆膜情况下，利用土壤内嵌基质栽培的方法能够充分发挥土壤的温度缓冲作用，同时又能充分发挥基质栽培高产高效的优点；土垄内嵌基质栽培方法相对基质栽培能够降低根区温度1.5℃左右，与土垄处理的根区温度相近，说明土垄内嵌基质栽培具有一定的降温效果。本试验在前期研究的基础上，通过对起垄内嵌式基质栽培覆盖3种不同地膜，分析其对该种栽培方法根区降温性能的影响，筛选出适合夏季生产使用的起垄内嵌式基质栽培的地膜种类，保证温室作物安全越夏。
材料与方法
试验材料
试验在北京市顺义区大孙各庄镇的日光温室中进行，温室长60m，跨度8m，脊高3.8m。试验小区距温室最南端2m，距西侧山墙4m。供试作物为番茄(Lycopersicon esculentum Miller)穴盘育苗，2叶1心时移栽定植。番茄栽培采用起垄内嵌式基质栽培(soil-ridgedsubstrateembedded cultivation,简称SSC)方式，全营养液滴灌方法。起垄内嵌基质栽培(SSC)方式为：
在一定规格的铁丝网槽内铺上相同的塑料薄膜，膜的侧面下方打孔便于水热交换，沿南北方向摆放整齐，装入按比例均匀混合的栽培基质(草炭：蛭石：珍珠岩=3:2:1);然后在栽培槽四周按照一定的标准培土起垄，将栽培槽嵌在土垄中，外侧培土后覆盖地膜，形成起垄内嵌基质栽培(SSC)模式，具体结构见图15-6。该试验采用铁丝网槽的规格为长x宽x高=300cmx10cmx15cm，塑料膜的厚度为0.12mm，塑料薄膜侧面通气孔距离底部5cm，孔径1cm，孔距 10 cm。
试验设计
采用起垄内嵌式基质栽培方式栽培番茄，在栽培垄上覆盖黑色地膜、灰色反光膜和银色反光膜3种不同的覆盖处理，每个处理重复2次，处理间相距40cm，处理内相距20cm，边界设置保护行，处理在试验小区内随机排列。
测定方法
试验采用国产智能温度记录仪和YM-RT型土壤热通量采集器来监测根区温度和热量的变化。其中1个温度探头设在日光温室内部，测点布置在距西侧山墙10m、距温室南端3m垂直距离地面2m处，测定日光温室内部空气温度，测点设置要避光通风，铝箔纸包盖，避免太阳辐射干扰，另外在每个处理的垄中心部位埋设1个温度探头监测根区温度变化，埋设深度为7.5cm。此外在每个处理根区基质的表面、中部和底部分别各放置1块热通量板，来检测根区基质不同部位的热量变化。数据采集频率为1次/10min，选取2017年7月26~30日连续5天数据进行分析。
试验结果
SSC 垄不同覆膜类型对根区温度变化的影响
由图3可知，连续5天中温室内空气温度变化最为剧烈，白天温度高于根区温度，夜间温度低于根区温度。3种地膜覆盖下根区温度日变化以黑色地膜的变化最剧烈，黑色地膜根区温度最高，灰色地膜次之，银色地膜根区温度最低，说明黑色地膜降温效果较差，银色地膜降温效果最为明显，具有较好的隔热效果。此外，3种膜下根区夜间温度以黑色地膜最低，银色和灰色地膜夜间根区温度差异不明显。5天中黑色、灰色和银色地膜最高温度平均值与最低温度的平均值的差值分别为7.21、4.59、3.63℃，表明黑色地膜根区温度的日变化比较剧烈，白天温度高，夜间温度低，而银色地膜的根区日温度变化比较平缓。白天根区接收热量多能快速提升根区温度，而夜间时，根区温度快速下降，说明黑色地膜的传热性能较好，隔热性能较差，而灰色和银色反光膜的隔热性能较好，白天高温时段可以隔绝热量向根区的传递，而夜间低温时又可以很好的将热量保持在根区，从而维持根区温度的稳定性SSC 垄不同覆膜类型对根区不同部位热通量影响由图4可知，5天中3个处理热通量具有明显的日变化，一天中黑色地膜和银色地膜在7:30~17:00吸收热量，而在17:00~7:30由根区放出热量;而银色地膜一天中基本都处于吸收热量的状态，在夜间热通量变化趋近于0，说明此时段根区温度和棚内温度基本相同。此外，黑色地膜根区表面热通量日变化吸放热最为剧烈银色和灰色地膜覆盖下根区表面热通量日变化较为平缓。
由图5中可知，3种地膜覆盖下根区中部热通量具有明显的日变化，其中灰色地膜覆盖下，8:10~18:20由根区上层基质向下传递热量，而18:20~20:10由下层基质向上层传递热量;银色和黑色地膜10:30~17:40由根区上层基质向下层基质传递热量，17:40~10:30由根区下层基质向上层基质传递热量。白天阶段，3种地膜以灰色地膜覆盖下由上层基质向下层基质传热最为剧烈，以银色地膜覆盖下由上层向下层传递热量最为平缓。夜间阶段，以黑色地膜覆盖下根区下层基质向上层基质传热最为剧烈，以灰色地膜覆盖下根区下层基质向上层基质传热最为平瀝霏钺羡缓。
由图6可知，5天中灰色地膜的覆盖下根区底部热通量具有明显的日变化，在10:00~22:00由根区层向根区底部传热，而在22:00~10:00热通量数值为负值，说明此时段由垄底部土壤向根区基质传递热量;而5天中黑色地膜和银色地膜基本一直处于吸热状态，说明根区基质的温度一直高于垄底部土壤的温度。
讨论与结论
试验结果表明，黑色地膜根区白天平均温度比灰色和银色地膜根区白天平均温度分别高出1.1、1.5℃，而夜间平均温度比灰色地膜和银色地膜分别低1.0、0.7℃，此外，银色地膜覆盖下根区最高温度与最低温度差值小，有利于维持根区温度的稳定性;黑色地膜覆盖下根区最高温度与最低温度差值大，根区温度日变化较为剧烈，温度缓冲性能差。综上所述，黑色、灰色和银色3种不同的降温性能，以银色反光膜降温效果最为显著，以黑色地膜降温效果最差。
热通量方面，根区表面热通量以黑色地膜覆盖下吸放热最为剧烈，银色和灰色地膜覆盖下根区基质表面热通量吸放热较为平稳，二者之间没有明显差异;根区基质中部热通量变化：以灰色地膜覆盖下根区基质中部吸热最为剧烈，银色地膜吸热最为平缓，以黑色地膜覆盖下根区基质中部放热最为剧烈，灰色地膜根区基质中部放热最为平缓。根区基质底部热通量变化以灰色地膜覆盖下根区基质底部热通量吸放热最为剧烈，而银色地膜和黑色地膜覆盖下根区基质底部基本一直处在吸热状态。以土垄内嵌基质栽培方法为基础，通过覆盖反光隔热型地膜能够进一步降低栽培垄根区温度，为作物生长提供较为适宜的根区温度环境，可对基质栽培在日光温室夏季生产中的应用发挥重大作用。
日光温室是中国特有的温室类型，不仅成功解决了中国北方地区冬春蔬菜短缺和周年均衡供应的难题，也为农业增效、农民增收和农村经济的发展做出了积极贡献。日光温室因其具有良好的蓄热保温和节能高效的性能可在不加温条件下进行果菜反季节生产，解决了中国北方冬季蔬菜生产问题，得到大面积的推广应用。目前，日光温室多以传统的土壤栽培为主，这种栽培方式不仅产量低、连作障碍严重，而且存在诸多问题。比如，长期土壤栽培过程中，过量的水肥和农药投入导致资源浪费和生态环境污染。而且在冬春季日光温室蔬菜生产中，低温胁迫是影响作物生长的重要环境因素。在冬季极端低温环境下温室内作物光合作用等一系列生理活动受到抑制，导致生长减缓和产量降低。针对日光温室栽培过程中出现的冬季低温胁迫和土壤栽培带来的低产及一系列环境问题，有学者以增加晚间日光温室作物根区温度和提升产量为目标，基于土壤栽培根区环境稳定与基质栽培高产的优点提出了一种新的栽培方法--土垄内嵌式基质栽培方法中。前期的研究表明，相对于土垄栽培，在早春低温环境下采用起垄内嵌式基质栽培方法进行甜椒栽培能够提高夜间最低根区温度2.15℃提高甜椒产量50% 以上[2-3]。
然而，该方法如何用于夏季日光温室蔬菜生产是另外一个需要解决的问题。由于温室的封闭性能好，空气流通不畅，加之夏季阳光充足温室效应加剧，温度极易升高，形成高温胁迫。不利于作物生长。而实际生产中，夏季日光室通常会选择休茬来避过高温胁迫期，但长间的休茬会造成设施用地及设备闲置，不仅影响投资者收益，也极大浪费了土地资源。为了保证温室作物安全越夏，实现高效、优质周年生产，发展日光温室低碳节能的降温措施是必不可缺的重要环节。前人研究表明，设施栽培过程中，作物对根区温度的响应比对空气温度更为敏感。此外，根区温度调控作为一种局部温度调控措施，相比冠层温度调控更加节能高效。傅国海等研究表明，在夏季相同覆膜情况下，利用土壤内嵌基质栽培的方法能够充分发挥土壤的温度缓冲作用，同时又能充分发挥基质栽培高产高效的优点；土垄内嵌基质栽培方法相对基质栽培能够降低根区温度1.5℃左右，与土垄处理的根区温度相近，说明土垄内嵌基质栽培具有一定的降温效果。本试验在前期研究的基础上，通过对起垄内嵌式基质栽培覆盖3种不同地膜，分析其对该种栽培方法根区降温性能的影响，筛选出适合夏季生产使用的起垄内嵌式基质栽培的地膜种类，保证温室作物安全越夏。
材料与方法
试验材料
试验在北京市顺义区大孙各庄镇的日光温室中进行，温室长60m，跨度8m，脊高3.8m。试验小区距温室最南端2m，距西侧山墙4m。供试作物为番茄(Lycopersicon esculentum Miller)穴盘育苗，2叶1心时移栽定植。番茄栽培采用起垄内嵌式基质栽培(soil-ridgedsubstrateembedded cultivation,简称SSC)方式，全营养液滴灌方法。起垄内嵌基质栽培(SSC)方式为：
在一定规格的铁丝网槽内铺上相同的塑料薄膜，膜的侧面下方打孔便于水热交换，沿南北方向摆放整齐，装入按比例均匀混合的栽培基质(草炭：蛭石：珍珠岩=3:2:1);然后在栽培槽四周按照一定的标准培土起垄，将栽培槽嵌在土垄中，外侧培土后覆盖地膜，形成起垄内嵌基质栽培(SSC)模式，具体结构见图15-6。该试验采用铁丝网槽的规格为长x宽x高=300cmx10cmx15cm，塑料膜的厚度为0.12mm，塑料薄膜侧面通气孔距离底部5cm，孔径1cm，孔距 10 cm。
试验设计
采用起垄内嵌式基质栽培方式栽培番茄，在栽培垄上覆盖黑色地膜、灰色反光膜和银色反光膜3种不同的覆盖处理，每个处理重复2次，处理间相距40cm，处理内相距20cm，边界设置保护行，处理在试验小区内随机排列。
测定方法
试验采用国产智能温度记录仪和YM-RT型土壤热通量采集器来监测根区温度和热量的变化。其中1个温度探头设在日光温室内部，测点布置在距西侧山墙10m、距温室南端3m垂直距离地面2m处，测定日光温室内部空气温度，测点设置要避光通风，铝箔纸包盖，避免太阳辐射干扰，另外在每个处理的垄中心部位埋设1个温度探头监测根区温度变化，埋设深度为7.5cm。此外在每个处理根区基质的表面、中部和底部分别各放置1块热通量板，来检测根区基质不同部位的热量变化。数据采集频率为1次/10min，选取2017年7月26~30日连续5天数据进行分析。
试验结果
SSC 垄不同覆膜类型对根区温度变化的影响
由图3可知，连续5天中温室内空气温度变化最为剧烈，白天温度高于根区温度，夜间温度低于根区温度。3种地膜覆盖下根区温度日变化以黑色地膜的变化最剧烈，黑色地膜根区温度最高，灰色地膜次之，银色地膜根区温度最低，说明黑色地膜降温效果较差，银色地膜降温效果最为明显，具有较好的隔热效果。此外，3种膜下根区夜间温度以黑色地膜最低，银色和灰色地膜夜间根区温度差异不明显。5天中黑色、灰色和银色地膜最高温度平均值与最低温度的平均值的差值分别为7.21、4.59、3.63℃，表明黑色地膜根区温度的日变化比较剧烈，白天温度高，夜间温度低，而银色地膜的根区日温度变化比较平缓。白天根区接收热量多能快速提升根区温度，而夜间时，根区温度快速下降，说明黑色地膜的传热性能较好，隔热性能较差，而灰色和银色反光膜的隔热性能较好，白天高温时段可以隔绝热量向根区的传递，而夜间低温时又可以很好的将热量保持在根区，从而维持根区温度的稳定性SSC 垄不同覆膜类型对根区不同部位热通量影响由图4可知，5天中3个处理热通量具有明显的日变化，一天中黑色地膜和银色地膜在7:30~17:00吸收热量，而在17:00~7:30由根区放出热量;而银色地膜一天中基本都处于吸收热量的状态，在夜间热通量变化趋近于0，说明此时段根区温度和棚内温度基本相同。此外，黑色地膜根区表面热通量日变化吸放热最为剧烈银色和灰色地膜覆盖下根区表面热通量日变化较为平缓。
由图5中可知，3种地膜覆盖下根区中部热通量具有明显的日变化，其中灰色地膜覆盖下，8:10~18:20由根区上层基质向下传递热量，而18:20~20:10由下层基质向上层传递热量;银色和黑色地膜10:30~17:40由根区上层基质向下层基质传递热量，17:40~10:30由根区下层基质向上层基质传递热量。白天阶段，3种地膜以灰色地膜覆盖下由上层基质向下层基质传热最为剧烈，以银色地膜覆盖下由上层向下层传递热量最为平缓。夜间阶段，以黑色地膜覆盖下根区下层基质向上层基质传热最为剧烈，以灰色地膜覆盖下根区下层基质向上层基质传热最为平瀝霏钺羡缓。
由图6可知，5天中灰色地膜的覆盖下根区底部热通量具有明显的日变化，在10:00~22:00由根区层向根区底部传热，而在22:00~10:00热通量数值为负值，说明此时段由垄底部土壤向根区基质传递热量;而5天中黑色地膜和银色地膜基本一直处于吸热状态，说明根区基质的温度一直高于垄底部土壤的温度。
讨论与结论
试验结果表明，黑色地膜根区白天平均温度比灰色和银色地膜根区白天平均温度分别高出1.1、1.5℃，而夜间平均温度比灰色地膜和银色地膜分别低1.0、0.7℃，此外，银色地膜覆盖下根区最高温度与最低温度差值小，有利于维持根区温度的稳定性;黑色地膜覆盖下根区最高温度与最低温度差值大，根区温度日变化较为剧烈，温度缓冲性能差。综上所述，黑色、灰色和银色3种不同的降温性能，以银色反光膜降温效果最为显著，以黑色地膜降温效果最差。
热通量方面，根区表面热通量以黑色地膜覆盖下吸放热最为剧烈，银色和灰色地膜覆盖下根区基质表面热通量吸放热较为平稳，二者之间没有明显差异;根区基质中部热通量变化：以灰色地膜覆盖下根区基质中部吸热最为剧烈，银色地膜吸热最为平缓，以黑色地膜覆盖下根区基质中部放热最为剧烈，灰色地膜根区基质中部放热最为平缓。根区基质底部热通量变化以灰色地膜覆盖下根区基质底部热通量吸放热最为剧烈，而银色地膜和黑色地膜覆盖下根区基质底部基本一直处在吸热状态。以土垄内嵌基质栽培方法为基础，通过覆盖反光隔热型地膜能够进一步降低栽培垄根区温度，为作物生长提供较为适宜的根区温度环境，可对基质栽培在日光温室夏季生产中的应用发挥重大作用。