劉煥, 楊延杰, 史宇亮, 李敏*, 邢曼曼

(1.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院, 設(shè)施環(huán)境實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266109; 2.青島市氣象局, 山東 青島 266071)

膠東地區(qū)包括煙臺(tái)、威海的丘陵地區(qū)及青島市區(qū)、濰坊市等膠萊河兩岸的平原地區(qū)，該地區(qū)冬季比較溫和，夏季無(wú)酷暑，且具有充足的光熱資源，是我國(guó)主要的設(shè)施蔬菜生產(chǎn)基地之一。日光溫室是膠東地區(qū)一種主要的園藝生產(chǎn)設(shè)施類(lèi)型，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高效節(jié)能、造價(jià)低等特點(diǎn)[1]，能實(shí)現(xiàn)冬春果菜的無(wú)加溫生產(chǎn)[2]。但在實(shí)際周年生產(chǎn)中，會(huì)出現(xiàn)夏季日光溫室內(nèi)部溫度過(guò)高無(wú)法進(jìn)行越夏栽培，冬季由于其保溫蓄熱能力有限、日間及夜間溫度低于作物生長(zhǎng)最適溫度，以及冬春季節(jié)溫室內(nèi)容易產(chǎn)生低溫高濕等問(wèn)題，從而影響作物的生長(zhǎng)發(fā)育[3]。番茄是溫室栽培的主要作物之一，其生長(zhǎng)發(fā)育受溫室內(nèi)環(huán)境的影響較大[4]。其中，溫度、相對(duì)濕度是影響番茄生長(zhǎng)發(fā)育的2個(gè)重要因素。研究表明，番茄生長(zhǎng)的最適溫度為20～30 ℃，當(dāng)?shù)陀?5 ℃或高于35 ℃時(shí)，番茄即停止發(fā)育，甚至死亡[5]；番茄生長(zhǎng)最適空氣相對(duì)濕度為50%～60%[6]。

監(jiān)測(cè)并分析日光溫室內(nèi)部環(huán)境周年變化規(guī)律，并建立預(yù)測(cè)模型可以對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中作物栽培時(shí)期選擇及內(nèi)部溫濕度調(diào)節(jié)進(jìn)行指導(dǎo)。韋婷婷等[7]針對(duì)江蘇省塑料大棚及玻璃溫室，利用不同數(shù)學(xué)方法建立了設(shè)施內(nèi)不同季節(jié)、不同天氣下的逐時(shí)氣溫模型，但沒(méi)有對(duì)內(nèi)部環(huán)境變化情況進(jìn)行分析；李全平等[8]分析了青海大通縣四季日光溫室內(nèi)不同天氣類(lèi)型平均溫度日變化，并利用逐步回歸方法建立了溫室內(nèi)平均溫度、最低溫度的預(yù)報(bào)模型。但沒(méi)有對(duì)不同月份溫室環(huán)境進(jìn)行分析比較，且預(yù)報(bào)模型沒(méi)有針對(duì)不同季節(jié)不同天氣分別進(jìn)行構(gòu)建；袁靜等[9]對(duì)山東壽光地區(qū)冬季不同天氣條件下日光溫室內(nèi)溫度變化情況進(jìn)行分析，并利用不同溫室內(nèi)因子(平均相對(duì)濕度、溫度及氣溫，不同深度地溫的平均、最高、最低值)建立不同天氣狀況下日光溫室內(nèi)最低氣溫預(yù)報(bào)模型，但沒(méi)有對(duì)其他季節(jié)溫室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行分析。以上研究均沒(méi)有對(duì)溫室內(nèi)相對(duì)濕度進(jìn)行分析及建立預(yù)測(cè)模型。針對(duì)以上問(wèn)題，本研究以膠東地區(qū)一典型日光溫室為研究對(duì)象，通過(guò)分析全年不同月份溫室內(nèi)外平均溫濕度，根據(jù)氣溫進(jìn)行溫室內(nèi)季節(jié)劃分，分析不同季節(jié)溫室內(nèi)外溫濕度日變化規(guī)律，探究全年不同季節(jié)、月份、時(shí)段溫室內(nèi)番茄栽培的環(huán)境適宜性，并根據(jù)溫室外部相關(guān)環(huán)境因子建立室內(nèi)溫濕度多元回歸預(yù)測(cè)模型，旨在為膠東地區(qū)日光溫室作物栽培環(huán)境適宜性的分析及其內(nèi)部溫濕度預(yù)測(cè)模型的建立提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1日光溫室 試驗(yàn)在山東省青島市氣象局(36.55° N，120.68° E)典型日光溫室中進(jìn)行。溫室長(zhǎng)60 m，東西向延長(zhǎng)，南北總寬10 m，脊高4.0 m，后墻高3.0 m，墻體采用空心磚墻，三面墻厚度均為1.0 m。骨架采用輕鋼組裝結(jié)構(gòu)，拱桿采用熱鍍鋅鋼管(直徑48 mm，壁厚2.0 mm)，拱間距1.0 m，縱梁為熱鍍鋅鋼管(直徑20 mm，壁厚2.0 mm)。前屋面覆蓋材料采用長(zhǎng)壽無(wú)滴膜(厚度0.08 mm)。在溫室的頂部設(shè)置一套電動(dòng)卷膜外開(kāi)啟天窗，窗的開(kāi)啟寬度為1 m左右，包括電動(dòng)卷膜機(jī)、卷軸、導(dǎo)桿、壓膜線(xiàn)、40目防蟲(chóng)網(wǎng)等。

日光溫室內(nèi)栽培作物為番茄，栽培方式為常規(guī)栽培，土壤表面覆蓋黑色地膜,水肥管理方式為利用滴灌帶進(jìn)行膜下滴灌。通風(fēng)方式為南底角及溫室上方脊處扒膜通風(fēng)。夏季(7—8月)溫室進(jìn)行悶棚管理，殺菌消毒。春秋季通風(fēng)時(shí)間為7:00—16:30，保溫被揭蓋時(shí)間為7:00，溫室外部利用遮陽(yáng)網(wǎng)進(jìn)行適當(dāng)遮陰。冬季通風(fēng)時(shí)間為9:00—14:30，保溫被揭蓋時(shí)間為8:30，內(nèi)部加蓋二層膜保溫。

1.1.2環(huán)境參數(shù) 溫室內(nèi)部環(huán)境測(cè)量?jī)x器為DZZ4新型自動(dòng)氣象站(江蘇省無(wú)線(xiàn)電科學(xué)研究所有限公司)，其測(cè)量并記錄的環(huán)境參數(shù)為：氣溫(WUSH-TW100高精度溫度傳感器，測(cè)量精度0.05 ℃)、濕度(DYC2濕度傳感器，分辨率1% RH，最大允許誤差±3% RH)、風(fēng)速(ZQZ-TF測(cè)風(fēng)傳感器，分辨率0.1 m·s-1，精度±0.1 m·s-1，v為實(shí)際風(fēng)速)、雨量(SL3-1型翻斗式雨量傳感器，分辨率0.1 mm，精度±0.4 mm)。溫室外部環(huán)境測(cè)量?jī)x器為ZQZ-A自動(dòng)氣象站(江蘇省無(wú)線(xiàn)電科學(xué)研究所有限公司)，其測(cè)量并記錄的環(huán)境參數(shù)為風(fēng)向風(fēng)速(ZQZ-TF型測(cè)風(fēng)傳感器，風(fēng)向分辨力2.8°，精度±5°；風(fēng)速分辨力0.1 m·s-1，精度±0.1 m·s-1、溫度(HMP45D濕度與溫度探測(cè)器，分辨力0.1 ℃，精度±0.2 ℃)、相對(duì)濕度(HMP45D濕度與溫度探測(cè)器，分辨力1%RH，精度±5%RH)、雨量(SL3-1型遙測(cè)雨量傳感器，分辨力0.1 mm，精度±0.4 mm)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1數(shù)據(jù)處理及溫室內(nèi)外周年溫濕度分析

選取2019-06-01至2020-05-31溫室內(nèi)外氣溫、相對(duì)濕度、溫室外部風(fēng)速等數(shù)據(jù)，計(jì)算全年及每月溫室內(nèi)外平均溫濕度，每月最低、最高氣溫。根據(jù)張寶堃[10]提出的季節(jié)劃分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)日光溫室內(nèi)外進(jìn)行季節(jié)劃分。根據(jù)番茄日間及夜間生長(zhǎng)適宜溫度計(jì)算全年各月份不適宜番茄生長(zhǎng)日期數(shù)。

1.2.2溫室不同季節(jié)內(nèi)外環(huán)境設(shè)定 以春分(2020-03-20)、夏至(2019-06-21)、秋分(2019-09-23)、冬至(2019-12-22)四個(gè)典型節(jié)氣為代表，設(shè)定夜間為0:00—7:00及18:00—24:00，日間為7:00—18:00，分析不同季節(jié)溫室內(nèi)外全天(24 h)的氣溫、相對(duì)濕度變化情況，并設(shè)定溫室內(nèi)氣溫為T(mén)in，溫室外氣溫為T(mén)out，溫室內(nèi)相對(duì)濕度為Hin，溫室外相對(duì)濕度為Hout。

1.2.3建立預(yù)測(cè)模型及模型檢驗(yàn) 將試驗(yàn)期間的天氣類(lèi)型劃分為晴天、多云、雨天(冬季為雨雪)，利用溫室外氣象因子(氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速)對(duì)不同季節(jié)不同天氣條件下溫室內(nèi)部氣溫、相對(duì)濕度進(jìn)行多元回歸分析，分別建立相應(yīng)的回歸預(yù)測(cè)模型。利用根均方差(root mean square error，RMSE)對(duì)模型模擬預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值之間的符合度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析[11]。RMSE計(jì)算公式如下。

(1)

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

利用Excel 2020對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，采用SPSS軟件進(jìn)行相關(guān)性分析并建立多元回歸預(yù)測(cè)模型，利用GraphPad Prism軟件制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 日光溫室周年溫濕度

2.1.1溫室內(nèi)外每月溫度 經(jīng)測(cè)定，溫室外部全年平均氣溫為13.7 ℃，全年中出現(xiàn)的最高氣溫為38.6 ℃(2019-07-24)、最低氣溫為-9.9 ℃(2019-12-06)；而溫室內(nèi)部全年平均氣溫為21.1 ℃，相較于溫室外部全年平均氣溫高7.4 ℃，全年中出現(xiàn)的最高氣溫為46.9 ℃(2019-07-26、2019-08-08)、最低氣溫為5.3 ℃(2020-01-07)。

由表1可知，溫室內(nèi)、外月平均氣溫于2019年7月達(dá)到最高，分別為29.7和27.1 ℃，之后逐漸下降，至2020年1月達(dá)到最低，分別為14.1和0.6 ℃，2020年2月后持續(xù)回升。溫室內(nèi)外月平均氣溫相差最大月份為12月，此時(shí)室內(nèi)氣溫較室外高13.8 ℃；溫室內(nèi)外月平均氣溫相差最小月份為6月，此時(shí)室內(nèi)氣溫較室外高2 ℃。

表1 溫室內(nèi)外周年各月氣溫變化

2.1.2日光溫室栽培季節(jié) ①溫室內(nèi)外季節(jié)劃分。我國(guó)北方地區(qū)四季分明，對(duì)一些溫室作物來(lái)說(shuō)，春秋季適宜其生長(zhǎng)，而夏季過(guò)熱、冬季過(guò)冷，都容易超過(guò)作物的致死溫度，不適宜多數(shù)溫室作物生長(zhǎng)。將溫室內(nèi)氣候劃分季節(jié)，探討與溫室外界相比不同季節(jié)提早與延遲時(shí)間，從而確定適宜作物的生產(chǎn)時(shí)期。由表2可知，溫室內(nèi)部春季與秋季日期數(shù)相較于溫室外部增加78 d，冬季減少118 d，極大延長(zhǎng)了適宜作物生長(zhǎng)的時(shí)間。但溫室內(nèi)部夏季時(shí)長(zhǎng)相較于外部增加了20 d。

表2 溫室內(nèi)外氣候?qū)W季節(jié)劃分

②溫室內(nèi)環(huán)境不適宜栽培日期。根據(jù)番茄生長(zhǎng)四段變溫式管理[12]，本研究中，設(shè)定白天(9:00—17:00)番茄生長(zhǎng)適宜氣溫為20～30 ℃，其余時(shí)段適宜氣溫為10～20 ℃。發(fā)育下限氣溫為15 ℃(白天)，發(fā)育上限氣溫為35 ℃。

結(jié)果表明，周年中，日光溫室內(nèi)部不適宜栽培番茄的時(shí)期主要集中2019年7月、8月及2019年11月至2020年2月。2019年7月和8月，日光溫室白天溫度基本高于番茄發(fā)育最適上限氣溫(30 ℃)的天數(shù)分別為29和26 d，白天溫度超過(guò)番茄生長(zhǎng)致死氣溫(35 ℃)的天數(shù)分別為15和17 d，實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)注意降溫管理或不進(jìn)行作物生產(chǎn)。2019年12月、2020年1月、2月白天平均氣溫低于20 ℃的天數(shù)分別為15、22和15 d，白天氣溫低于致15 ℃的天數(shù)分別為3、7和2 d，生產(chǎn)時(shí)應(yīng)采取適當(dāng)保溫加溫措施。

2.1.3日光溫室周年相對(duì)濕度 經(jīng)計(jì)算，日光溫室內(nèi)部、外部全年平均相對(duì)濕度分別為75.5%和69.3%。由表3可知，2019年10月至2020年4月，日光溫室內(nèi)部平均相對(duì)濕度高于外部，其余月份內(nèi)部相對(duì)濕度低于外部。2019年9—10月，此時(shí)溫室內(nèi)氣溫較高，且溫室白天經(jīng)常處于通風(fēng)狀態(tài)，溫室內(nèi)月平均相對(duì)濕度較低，在70%以下；2019年12月至2020年2月，此時(shí)溫室內(nèi)氣溫較低，且大部分時(shí)間封閉管理，使得日光溫室內(nèi)月平均相對(duì)濕度較高，均在80%以上。

表3 溫室內(nèi)外周年各月相對(duì)濕度變化

2.2 不同季節(jié)溫室內(nèi)外溫濕度

由圖1可知，不同季節(jié)的溫室氣溫、相對(duì)濕度的內(nèi)部外部變化趨勢(shì)均大體一致，而相對(duì)濕度與氣溫的變化呈現(xiàn)相反趨勢(shì)，相對(duì)濕度隨氣溫的增加而下降。不同季節(jié)絕大多數(shù)時(shí)間溫室內(nèi)部氣溫全天均高于外部氣溫。春分、夏至、秋分的夜晚溫室內(nèi)外相對(duì)濕度較高，白天較低，且夜晚內(nèi)部相對(duì)濕度高于外部，白天則相反。

圖1 不同節(jié)氣溫室內(nèi)外全天溫濕度變化

春分、夏至、秋分節(jié)氣溫室內(nèi)部氣溫變化規(guī)律相似，自7:00左右開(kāi)始呈現(xiàn)先升高后下降趨勢(shì)，最高氣溫一般在午間；相對(duì)濕度則呈現(xiàn)先下降后上升趨勢(shì)，隨氣溫的增高而降低，最低相對(duì)濕度同樣在午間。夜間，自18:00左右開(kāi)始，氣溫持續(xù)降低，前半夜(18:00—23:00)下降速度相對(duì)后半夜(0:00—7:00)較快；相對(duì)濕度則持續(xù)升高，同樣前半夜升高速度較后半夜較快。溫室內(nèi)最低氣溫及最高相對(duì)濕度一般出現(xiàn)在清晨4:00—7:00。而冬季時(shí)溫室內(nèi)溫濕度相對(duì)變化較緩，氣溫自7:00開(kāi)始先增加，至午后達(dá)到最高，后緩慢降低；而相對(duì)濕度全天均接近飽和。

2.2.1春季溫室全天溫濕度變化 春分日，溫室內(nèi)外全天平均氣溫分別為22.1和11.6 ℃。全天溫室內(nèi)部氣溫均高于外部，最大差值為9:00的19.8 ℃。全天內(nèi)外平均相對(duì)濕度分別為72.3%和50.3%。10:00—15:00期間，溫室內(nèi)部相對(duì)濕度低于外部，其余時(shí)間，室內(nèi)相對(duì)濕度均高于室外。室內(nèi)外相對(duì)濕度在6:00時(shí)相差最大，為49 %，此時(shí)室內(nèi)高于室外。

溫室內(nèi)部溫濕度變化情況：夜間，氣溫范圍17.8～23.8 ℃，7:00時(shí)氣溫為全天最低；相對(duì)濕度范圍72%～100%，0:00—7:00及21:00—23:00期間，相對(duì)濕度幾乎處于飽和狀態(tài)。日間，氣溫范圍為22.0～32.8 ℃，9:00時(shí)，氣溫達(dá)到全天最高；相對(duì)濕度為27%～71%，于12:00—14:00達(dá)到最低。

春分時(shí)期，溫室內(nèi)氣溫除9:00外，均處于15～30 ℃范圍內(nèi)，即全天氣溫均位于番茄生長(zhǎng)適宜區(qū)間內(nèi)。但10:00—16:00期間，溫室內(nèi)相對(duì)濕度低于40%，栽培中應(yīng)適當(dāng)進(jìn)行加濕處理。

2.2.2夏季溫室全天溫濕度變化 夏至日，溫室內(nèi)外全天平均氣溫分別為27.2和24.8 ℃。21:00—23:00期間，室內(nèi)氣溫略低于室外氣溫，其余時(shí)間室內(nèi)氣溫均大于室外。室內(nèi)外氣溫在11:00時(shí)相差最大，為8.9 ℃。溫室內(nèi)外全天平均相對(duì)濕度分別為74.5%和77.8%。溫室內(nèi)外濕度差最大值為21%，此時(shí)室內(nèi)低于室外。

溫室內(nèi)部溫濕度變化情況：夜間，氣溫范圍20.8～27.8 ℃，4:00時(shí)氣溫為全天最低；濕度范圍67%～100%，0:00—7:00期間，相對(duì)濕度達(dá)到飽和狀態(tài)。日間，氣溫范圍為24.4～38.1 ℃，13:00時(shí)，氣溫達(dá)到全天最高；相對(duì)濕度為40%～92%，于13:00時(shí)達(dá)到最低。

溫室內(nèi)全天最大溫差為17.3 ℃，最大相對(duì)濕度差為60%。10:00—17:00期間，溫室內(nèi)氣溫均高于30 ℃，相對(duì)濕度低于60%。其中，11:00—14:00期間，氣溫高于35 ℃，即高于作物致死氣溫，同時(shí)，相對(duì)濕度低于50%，溫室內(nèi)部處于高溫低濕狀態(tài)，不適宜進(jìn)行作物栽培。

2.2.3秋季溫室全天溫濕度變化 秋分日，溫室內(nèi)外全天平均氣溫分別為21.5和18.3 ℃。17:00時(shí)，室內(nèi)氣溫略低于室外氣溫，其余時(shí)間室內(nèi)氣溫均大于室外。溫室內(nèi)外氣溫在11:00時(shí)相差最大，為6.6 ℃；溫室內(nèi)外全天平均相對(duì)濕度分別為61.7%和67.4%。溫室內(nèi)外相對(duì)濕度在23:00時(shí)相差最大，此時(shí)室外相對(duì)濕度比室內(nèi)高14%。

溫室內(nèi)部溫濕度變化情況：夜間，氣溫12.3～23.4 ℃，5:00氣溫最低；相對(duì)濕度為47%～89%。日間，氣溫范圍21.5～32.9 ℃，11:00時(shí)氣溫值最高；相對(duì)濕度范圍30%～65%，16:00時(shí)相對(duì)濕度值最低。

溫室內(nèi)全天最大溫差為20.6 ℃，最大相對(duì)濕度差為59%。10:00—15:00期間，溫室內(nèi)氣溫略高于30 ℃，即高于作物生長(zhǎng)的最適氣溫上限，但沒(méi)有達(dá)到致死氣溫，同時(shí)相對(duì)濕度低于40%。其余時(shí)段溫濕度對(duì)作物生產(chǎn)均較為適宜，栽培時(shí)應(yīng)注意正午時(shí)期的降溫及加濕。

2.2.4冬季溫室全天溫濕度變化 冬至日，溫室內(nèi)外全天平均氣溫分別為12.5和5.4 ℃。溫室外部全天平均相對(duì)濕度為85.4%，而溫室內(nèi)幾乎全天相對(duì)濕度都處于飽和狀態(tài)。全天溫室內(nèi)溫濕度均高于溫室外。室內(nèi)外氣溫在22:00時(shí)相差最大，為10.6 ℃；最小溫差為8:00的4.8 ℃。

溫室內(nèi)部溫濕度變化情況：夜間，氣溫范圍9.3～13.8 ℃，6:00—7:00氣溫為全天最低；相對(duì)濕度處于飽和狀態(tài)。日間，氣溫范圍為9.6～16.1 ℃，14:00時(shí)氣溫達(dá)到全天最高；相對(duì)濕度同樣接近飽和。

溫室內(nèi)全天最大溫差為6.8 ℃。溫室內(nèi)日間氣溫低于番茄最適生長(zhǎng)下限氣溫，且相對(duì)濕度過(guò)高，溫室內(nèi)處于低溫高濕狀態(tài)對(duì)番茄生長(zhǎng)極為不利，應(yīng)注意冬季升溫除濕。

2.3 溫室內(nèi)部溫濕度預(yù)測(cè)模型建立及驗(yàn)證

2.3.1溫室內(nèi)部氣溫預(yù)測(cè)模型建立 由表4可知，除春季雨天外，不同季節(jié)(春、夏、秋、冬)不同天氣(晴天、多云、雨天)條件下，溫室內(nèi)部氣溫均與室外氣象因子(溫室外部氣溫、溫室外部相對(duì)濕度、溫室外部風(fēng)速)顯著相關(guān)。除春季雨天外，P均小于0.001，表明絕大部分多元線(xiàn)性回歸模型是顯著的。其中夏季、秋季模型R2較高，表明其在預(yù)測(cè)溫室內(nèi)氣溫時(shí)偏離程度較低。

表4 不同季節(jié)典型天氣狀況下溫室內(nèi)氣溫回歸模型

2.3.2溫室內(nèi)部相對(duì)濕度預(yù)測(cè)模型建立 由表5可知，不同季節(jié)(春、夏、秋、冬)不同天氣(晴天、多云、雨天)條件下，溫室內(nèi)部相對(duì)濕度均與室外氣象因子(溫室外部氣溫、溫室外部相對(duì)濕度、溫室外部風(fēng)速)均呈顯著相關(guān)性。所有回歸方程P均小于0.001，表明所有回歸模型都是顯著的。其中夏季、秋季模型R2較高，表明在預(yù)測(cè)溫室內(nèi)相對(duì)濕度時(shí)偏離程度低。

表5 不同季節(jié)典型天氣狀況下溫室內(nèi)相對(duì)濕度回歸模型

2.3.3模型驗(yàn)證 經(jīng)計(jì)算，春夏秋冬四季的晴天、多云、雨天天氣下溫室內(nèi)氣溫預(yù)測(cè)值與實(shí)際值的均方根誤差(RMSE)分別為：春(5.2、5.8、9.6 ℃)、夏(2.2、1.4、3.1 ℃)、秋(2.5、2.6、7.0 ℃)、冬(5.5、2.0、1.9 ℃)，平均值為4.1 ℃。其中，春季雨天均方根誤差最大，夏季多云均方根誤差最小。夏季晴天、多云、雨天，秋季晴天、多云，冬季多云、雨雪天均方根誤差≤3.2 ℃，模擬效果較好。

春夏秋冬四季的晴天、多云、雨(雨雪)天氣下相對(duì)濕度均方根誤差(RMSE)分別為：春(12.7%、15.5%、13.8%)、夏(5.3%、4.6%、6.2%)、秋(9.4%、12.1%、11.5%)、冬(17.9%、10.8%、8.6%)，平均值為10.7%。其中，冬季晴天均方根誤差最大，夏季多云均方根誤差最小。夏季晴天、多云、雨天，秋季晴天，冬季雨天均方根誤差≤9.4%，模擬效果較好。

3 討論

3.1 日光溫室番茄栽培環(huán)境適宜性

本研究對(duì)膠東地區(qū)一栽培番茄的日光溫室(長(zhǎng)度60 m、跨度10 m、三墻厚度均1 m、熱鍍鋅鋼管拱桿、無(wú)立柱、灌溉方式為滴灌帶滴灌)2019-06-01—2020-05-31的溫濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，探究其周年不同季節(jié)作物生產(chǎn)的環(huán)境適宜性。結(jié)果表明，溫室內(nèi)部春秋兩季相比外部增加了78 d，可進(jìn)行春提前、秋延后栽培。春、秋季溫室全天溫濕度基本滿(mǎn)足番茄生長(zhǎng)要求，但正午時(shí)分氣溫略高于番茄生長(zhǎng)適宜溫度，且相對(duì)濕度略低，生產(chǎn)中應(yīng)采取相應(yīng)措施(通風(fēng)、遮陽(yáng)、噴霧等)進(jìn)行降溫增濕。2019年7—8月(夏季)，白天溫室內(nèi)氣溫基本高于30 ℃。午間常常出現(xiàn)溫室內(nèi)氣溫超過(guò)35 ℃，而相對(duì)濕度低于30%的高溫低濕狀態(tài)，此種環(huán)境下作物生長(zhǎng)過(guò)程中容易由于蒸騰量大、水分供應(yīng)不足而導(dǎo)致作物萎蔫致死[13]。本研究中夏季日光溫室進(jìn)行悶棚殺菌處理，沒(méi)有進(jìn)行作物栽培。研究表明，適當(dāng)增加空氣濕度可促進(jìn)同化產(chǎn)物生產(chǎn)，增加番茄葉面積、提高葉片光合速率，緩解高溫對(duì)葉片造成的灼傷，有效降低對(duì)番茄幼苗的高溫危害[14-17]。在實(shí)際生產(chǎn)中，建議在7、8月份結(jié)合蔬菜秸稈還田等方式對(duì)溫室進(jìn)行悶棚殺菌處理。若進(jìn)行越夏栽培，建議通過(guò)噴霧增濕并結(jié)合遮陽(yáng)網(wǎng)遮陰、全天通風(fēng)等方式進(jìn)行降溫增濕。

本研究中冬季溫室內(nèi)部保溫采用整片塑料薄膜支成高2 m的四方棚，包圍整個(gè)作物栽培區(qū)域，無(wú)加溫措施。溫室內(nèi)冬季僅有2 d，相比外部減少了118 d，可進(jìn)行越冬栽培。日間、夜間氣溫范圍分別為9.6～14.1 ℃、9.3～13.8 ℃，低于番茄生長(zhǎng)適宜下限溫度。而由于溫室通風(fēng)量較少，以及室內(nèi)外溫差造成的采光膜內(nèi)部水汽凝結(jié)蒸發(fā)，全天相對(duì)濕度幾乎處于飽和狀態(tài)，容易導(dǎo)致果菜類(lèi)蔬菜出現(xiàn)植株萎蔫、落花落果、畸形果，以及霜霉病、灰霉病、細(xì)菌性角斑病等病害的滋生蔓延，從而給溫室生產(chǎn)帶來(lái)較大經(jīng)濟(jì)損失[18-19]。實(shí)際生產(chǎn)中建議利用熱水采暖、熱風(fēng)采暖、懸掛內(nèi)保溫幕布、除濕機(jī)等方式進(jìn)行加溫、保溫及除濕處理[20]。

3.2 溫室內(nèi)溫濕度預(yù)測(cè)模型

高振波等[21]基于日光溫室采光量的相關(guān)因素(溫室方位、屋面角、日照時(shí)間、采光介質(zhì)折射率)及室內(nèi)凈輻射量、覆蓋物傳熱量、縫隙放熱量、地中橫向傳熱量、潛熱傳熱量等因素建立日光溫室內(nèi)溫度數(shù)學(xué)模型，并利用Matlab軟件模擬求解。辛本勝等[22]綜合考慮日光溫室內(nèi)通風(fēng)、作物蒸騰、土壤傳熱等環(huán)境影響因素，建立了溫室內(nèi)各部分熱平衡方程，利用Visual Basic 6.0軟件，模擬預(yù)測(cè)溫室內(nèi)溫濕度變化。以上方法能較真實(shí)地模擬溫室內(nèi)溫度環(huán)境，且可通過(guò)修改相應(yīng)參數(shù)應(yīng)用于其他地區(qū)、不同材料及尺寸的日光溫室環(huán)境預(yù)測(cè)，但模型模擬過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，同時(shí)需要大量的測(cè)量及計(jì)算參數(shù)。

本研究利用多元回歸方式，根據(jù)溫室外部氣象因子(氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速)建立了不同季節(jié)(春、夏、秋、冬)不同天氣(晴天、多云、雨天，冬季為雨雪)條件下溫室內(nèi)部氣溫及相對(duì)濕度的氣象預(yù)測(cè)模型。模型驗(yàn)證結(jié)果表明，12個(gè)溫室內(nèi)氣溫回歸模型(除春季雨天外)及12個(gè)溫室內(nèi)相對(duì)濕度回歸模型均可用于實(shí)際生產(chǎn)，溫室種植者及相關(guān)研究人員可根據(jù)室外環(huán)境因子對(duì)室內(nèi)溫濕度提前預(yù)測(cè)，并采取相應(yīng)措施使溫室內(nèi)環(huán)境達(dá)到作物生長(zhǎng)適宜的范圍。本研究中預(yù)測(cè)模型的優(yōu)勢(shì)在于預(yù)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確，且預(yù)測(cè)方法相對(duì)簡(jiǎn)單，不需要進(jìn)行大量計(jì)算及對(duì)溫室各部位參數(shù)測(cè)量，缺點(diǎn)在于不能應(yīng)用于不同地區(qū)不同類(lèi)型的溫室。本研究方法適用于固定地區(qū)進(jìn)行長(zhǎng)期種植的日光溫室。