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覆膜種類對夏季日光溫室起壟內(nèi)嵌式基質(zhì)栽培根區(qū)溫?zé)岬挠绊?/h2>
作者: 李宗耕,傅國海,劉文科 時間: 2024-03-25
【摘要】夏季在日光溫室中采用新型栽培方式起壟內(nèi)嵌式基質(zhì)栽培法種植番茄,探究黑色、灰色反光和銀色反光地膜3種不同覆膜種類對新型栽培方式根區(qū)溫?zé)岬挠绊?,并對其降溫性能做出評價。結(jié)果表明,夏季日光溫室內(nèi)白天氣溫高于根區(qū)溫度,夜間氣溫低于根區(qū)溫度,室內(nèi)溫度的日變化大;銀色地膜隔熱性能較好,根區(qū)溫度日變化平緩,降溫效果顯著;黑色地膜隔熱性能差,根區(qū)溫度日變化劇烈,降溫效果差。熱通量在不同地膜不同根區(qū)位置的吸放熱也有所不同,在根區(qū)表面,以黑色地膜吸放熱最為劇烈;在根區(qū)中部和底部,均以灰色地膜吸熱最為劇烈。
日光溫室是中國特有的溫室類型,不僅成功解決了中國北方地區(qū)冬春蔬菜短缺和周年均衡供應(yīng)的難題,也為農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收和農(nóng)村經(jīng)濟的發(fā)展做出了積極貢獻。日光溫室因其具有良好的蓄熱保溫和節(jié)能高效的性能可在不加溫條件下進行果菜反季節(jié)生產(chǎn),解決了中國北方冬季蔬菜生產(chǎn)問題,得到大面積的推廣應(yīng)用。目前,日光溫室多以傳統(tǒng)的土壤栽培為主,這種栽培方式不僅產(chǎn)量低、連作障礙嚴(yán)重,而且存在諸多問題。比如,長期土壤栽培過程中,過量的水肥和農(nóng)藥投入導(dǎo)致資源浪費和生態(tài)環(huán)境污染。而且在冬春季日光溫室蔬菜生產(chǎn)中,低溫脅迫是影響作物生長的重要環(huán)境因素。在冬季極端低溫環(huán)境下溫室內(nèi)作物光合作用等一系列生理活動受到抑制,導(dǎo)致生長減緩和產(chǎn)量降低。針對日光溫室栽培過程中出現(xiàn)的冬季低溫脅迫和土壤栽培帶來的低產(chǎn)及一系列環(huán)境問題,有學(xué)者以增加晚間日光溫室作物根區(qū)溫度和提升產(chǎn)量為目標(biāo),基于土壤栽培根區(qū)環(huán)境穩(wěn)定與基質(zhì)栽培高產(chǎn)的優(yōu)點提出了一種新的栽培方法--土壟內(nèi)嵌式基質(zhì)栽培方法中。前期的研究表明,相對于土壟栽培,在早春低溫環(huán)境下采用起壟內(nèi)嵌式基質(zhì)栽培方法進行甜椒栽培能夠提高夜間最低根區(qū)溫度2.15℃提高甜椒產(chǎn)量50% 以上[2-3]。
然而,該方法如何用于夏季日光溫室蔬菜生產(chǎn)是另外一個需要解決的問題。由于溫室的封閉性能好,空氣流通不暢,加之夏季陽光充足溫室效應(yīng)加劇,溫度極易升高,形成高溫脅迫。不利于作物生長。而實際生產(chǎn)中,夏季日光室通常會選擇休茬來避過高溫脅迫期,但長間的休茬會造成設(shè)施用地及設(shè)備閑置,不僅影響投資者收益,也極大浪費了土地資源。為了保證溫室作物安全越夏,實現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)周年生產(chǎn),發(fā)展日光溫室低碳節(jié)能的降溫措施是必不可缺的重要環(huán)節(jié)。前人研究表明,設(shè)施栽培過程中,作物對根區(qū)溫度的響應(yīng)比對空氣溫度更為敏感。此外,根區(qū)溫度調(diào)控作為一種局部溫度調(diào)控措施,相比冠層溫度調(diào)控更加節(jié)能高效。傅國海等研究表明,在夏季相同覆膜情況下,利用土壤內(nèi)嵌基質(zhì)栽培的方法能夠充分發(fā)揮土壤的溫度緩沖作用,同時又能充分發(fā)揮基質(zhì)栽培高產(chǎn)高效的優(yōu)點;土壟內(nèi)嵌基質(zhì)栽培方法相對基質(zhì)栽培能夠降低根區(qū)溫度1.5℃左右,與土壟處理的根區(qū)溫度相近,說明土壟內(nèi)嵌基質(zhì)栽培具有一定的降溫效果。本試驗在前期研究的基礎(chǔ)上,通過對起壟內(nèi)嵌式基質(zhì)栽培覆蓋3種不同地膜,分析其對該種栽培方法根區(qū)降溫性能的影響,篩選出適合夏季生產(chǎn)使用的起壟內(nèi)嵌式基質(zhì)栽培的地膜種類,保證溫室作物安全越夏。
材料與方法
試驗材料
試驗在北京市順義區(qū)大孫各莊鎮(zhèn)的日光溫室中進行,溫室長60m,跨度8m,脊高3.8m。試驗小區(qū)距溫室最南端2m,距西側(cè)山墻4m。供試作物為番茄(Lycopersicon esculentum Miller)穴盤育苗,2葉1心時移栽定植。番茄栽培采用起壟內(nèi)嵌式基質(zhì)栽培(soil-ridgedsubstrateembedded cultivation,簡稱SSC)方式,全營養(yǎng)液滴灌方法。起壟內(nèi)嵌基質(zhì)栽培(SSC)方式為:
在一定規(guī)格的鐵絲網(wǎng)槽內(nèi)鋪上相同的塑料薄膜,膜的側(cè)面下方打孔便于水熱交換,沿南北方向擺放整齊,裝入按比例均勻混合的栽培基質(zhì)(草炭:蛭石:珍珠巖=3:2:1);然后在栽培槽四周按照一定的標(biāo)準(zhǔn)培土起壟,將栽培槽嵌在土壟中,外側(cè)培土后覆蓋地膜,形成起壟內(nèi)嵌基質(zhì)栽培(SSC)模式,具體結(jié)構(gòu)見圖15-6。該試驗采用鐵絲網(wǎng)槽的規(guī)格為長x寬x高=300cmx10cmx15cm,塑料膜的厚度為0.12mm,塑料薄膜側(cè)面通氣孔距離底部5cm,孔徑1cm,孔距 10 cm。
試驗設(shè)計
采用起壟內(nèi)嵌式基質(zhì)栽培方式栽培番茄,在栽培壟上覆蓋黑色地膜、灰色反光膜和銀色反光膜3種不同的覆蓋處理,每個處理重復(fù)2次,處理間相距40cm,處理內(nèi)相距20cm,邊界設(shè)置保護行,處理在試驗小區(qū)內(nèi)隨機排列。
測定方法
試驗采用國產(chǎn)智能溫度記錄儀和YM-RT型土壤熱通量采集器來監(jiān)測根區(qū)溫度和熱量的變化。其中1個溫度探頭設(shè)在日光溫室內(nèi)部,測點布置在距西側(cè)山墻10m、距溫室南端3m垂直距離地面2m處,測定日光溫室內(nèi)部空氣溫度,測點設(shè)置要避光通風(fēng),鋁箔紙包蓋,避免太陽輻射干擾,另外在每個處理的壟中心部位埋設(shè)1個溫度探頭監(jiān)測根區(qū)溫度變化,埋設(shè)深度為7.5cm。此外在每個處理根區(qū)基質(zhì)的表面、中部和底部分別各放置1塊熱通量板,來檢測根區(qū)基質(zhì)不同部位的熱量變化。數(shù)據(jù)采集頻率為1次/10min,選取2017年7月26~30日連續(xù)5天數(shù)據(jù)進行分析。
試驗結(jié)果
SSC 壟不同覆膜類型對根區(qū)溫度變化的影響
由圖3可知,連續(xù)5天中溫室內(nèi)空氣溫度變化最為劇烈,白天溫度高于根區(qū)溫度,夜間溫度低于根區(qū)溫度。3種地膜覆蓋下根區(qū)溫度日變化以黑色地膜的變化最劇烈,黑色地膜根區(qū)溫度最高,灰色地膜次之,銀色地膜根區(qū)溫度最低,說明黑色地膜降溫效果較差,銀色地膜降溫效果最為明顯,具有較好的隔熱效果。此外,3種膜下根區(qū)夜間溫度以黑色地膜最低,銀色和灰色地膜夜間根區(qū)溫度差異不明顯。5天中黑色、灰色和銀色地膜最高溫度平均值與最低溫度的平均值的差值分別為7.21、4.59、3.63℃,表明黑色地膜根區(qū)溫度的日變化比較劇烈,白天溫度高,夜間溫度低,而銀色地膜的根區(qū)日溫度變化比較平緩。白天根區(qū)接收熱量多能快速提升根區(qū)溫度,而夜間時,根區(qū)溫度快速下降,說明黑色地膜的傳熱性能較好,隔熱性能較差,而灰色和銀色反光膜的隔熱性能較好,白天高溫時段可以隔絕熱量向根區(qū)的傳遞,而夜間低溫時又可以很好的將熱量保持在根區(qū),從而維持根區(qū)溫度的穩(wěn)定性SSC 壟不同覆膜類型對根區(qū)不同部位熱通量影響由圖4可知,5天中3個處理熱通量具有明顯的日變化,一天中黑色地膜和銀色地膜在7:30~17:00吸收熱量,而在17:00~7:30由根區(qū)放出熱量;而銀色地膜一天中基本都處于吸收熱量的狀態(tài),在夜間熱通量變化趨近于0,說明此時段根區(qū)溫度和棚內(nèi)溫度基本相同。此外,黑色地膜根區(qū)表面熱通量日變化吸放熱最為劇烈銀色和灰色地膜覆蓋下根區(qū)表面熱通量日變化較為平緩。
由圖5中可知,3種地膜覆蓋下根區(qū)中部熱通量具有明顯的日變化,其中灰色地膜覆蓋下,8:10~18:20由根區(qū)上層基質(zhì)向下傳遞熱量,而18:20~20:10由下層基質(zhì)向上層傳遞熱量;銀色和黑色地膜10:30~17:40由根區(qū)上層基質(zhì)向下層基質(zhì)傳遞熱量,17:40~10:30由根區(qū)下層基質(zhì)向上層基質(zhì)傳遞熱量。白天階段,3種地膜以灰色地膜覆蓋下由上層基質(zhì)向下層基質(zhì)傳熱最為劇烈,以銀色地膜覆蓋下由上層向下層傳遞熱量最為平緩。夜間階段,以黑色地膜覆蓋下根區(qū)下層基質(zhì)向上層基質(zhì)傳熱最為劇烈,以灰色地膜覆蓋下根區(qū)下層基質(zhì)向上層基質(zhì)傳熱最為平瀝霏鉞羨緩。
由圖6可知,5天中灰色地膜的覆蓋下根區(qū)底部熱通量具有明顯的日變化,在10:00~22:00由根區(qū)層向根區(qū)底部傳熱,而在22:00~10:00熱通量數(shù)值為負(fù)值,說明此時段由壟底部土壤向根區(qū)基質(zhì)傳遞熱量;而5天中黑色地膜和銀色地膜基本一直處于吸熱狀態(tài),說明根區(qū)基質(zhì)的溫度一直高于壟底部土壤的溫度。
討論與結(jié)論
試驗結(jié)果表明,黑色地膜根區(qū)白天平均溫度比灰色和銀色地膜根區(qū)白天平均溫度分別高出1.1、1.5℃,而夜間平均溫度比灰色地膜和銀色地膜分別低1.0、0.7℃,此外,銀色地膜覆蓋下根區(qū)最高溫度與最低溫度差值小,有利于維持根區(qū)溫度的穩(wěn)定性;黑色地膜覆蓋下根區(qū)最高溫度與最低溫度差值大,根區(qū)溫度日變化較為劇烈,溫度緩沖性能差。綜上所述,黑色、灰色和銀色3種不同的降溫性能,以銀色反光膜降溫效果最為顯著,以黑色地膜降溫效果最差。
熱通量方面,根區(qū)表面熱通量以黑色地膜覆蓋下吸放熱最為劇烈,銀色和灰色地膜覆蓋下根區(qū)基質(zhì)表面熱通量吸放熱較為平穩(wěn),二者之間沒有明顯差異;根區(qū)基質(zhì)中部熱通量變化:以灰色地膜覆蓋下根區(qū)基質(zhì)中部吸熱最為劇烈,銀色地膜吸熱最為平緩,以黑色地膜覆蓋下根區(qū)基質(zhì)中部放熱最為劇烈,灰色地膜根區(qū)基質(zhì)中部放熱最為平緩。根區(qū)基質(zhì)底部熱通量變化以灰色地膜覆蓋下根區(qū)基質(zhì)底部熱通量吸放熱最為劇烈,而銀色地膜和黑色地膜覆蓋下根區(qū)基質(zhì)底部基本一直處在吸熱狀態(tài)。以土壟內(nèi)嵌基質(zhì)栽培方法為基礎(chǔ),通過覆蓋反光隔熱型地膜能夠進一步降低栽培壟根區(qū)溫度,為作物生長提供較為適宜的根區(qū)溫度環(huán)境,可對基質(zhì)栽培在日光溫室夏季生產(chǎn)中的應(yīng)用發(fā)揮重大作用。
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