郭玲娟，郭明星，李躍洋，李志娟（.北京中農(nóng)富通園藝有限公司，北京 00083；.鶴壁聚賢農(nóng)業(yè)科技發(fā)展有限公司，河南鶴壁 458000）

近幾年在北京、河北、甘肅、黑龍江、上海、浙江等地，荷蘭模式的連棟玻璃溫室蔬菜規(guī)?；a(chǎn)如雨后春筍般快速發(fā)展。無論設(shè)施結(jié)構(gòu)、設(shè)備配套、栽培模式、環(huán)境調(diào)控及管理技術(shù)大多參照荷蘭模式進(jìn)行，然而中國各地氣候環(huán)境、勞工、能耗等與荷蘭差異較大，照搬荷蘭模式所形成的產(chǎn)量產(chǎn)值、投入產(chǎn)出及經(jīng)濟(jì)效益都不容樂觀，研究中國氣候下的玻璃溫室環(huán)境情況，對(duì)于實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)環(huán)境調(diào)控具有重要意義。中國北方冬季寒冷、光照弱、多霧霾、多風(fēng)沙天氣，本文以河北省邢臺(tái)市南和地區(qū)為例，對(duì)番茄越冬玻璃溫室栽培室內(nèi)光照、溫度、CO2的變化進(jìn)行分析，為溫室設(shè)計(jì)、設(shè)備配套以及后續(xù)環(huán)境調(diào)控和能耗管理提供參考。

數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集地點(diǎn)為中國南和設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)集群9號(hào)文洛型玻璃生產(chǎn)溫室，單棟溫室東西長(zhǎng)182.4 m，南北52 m，檐高6 m，頂高6.8 m，跨度9.6 m。溫室配置內(nèi)保溫和側(cè)保溫，溫室地面軌道、四周、植株間三套供暖系統(tǒng)。溫室內(nèi)種植作物為番茄，2020年8月31日育苗，9月23日定植，12月2日進(jìn)入采收期。采用Hoogendoorn 環(huán)控系統(tǒng)記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，室外氣象站記錄室外光照強(qiáng)度，室內(nèi)CO2、溫度、空氣濕度、基質(zhì)溫度的探頭和記錄儀，所有數(shù)據(jù)均每隔5 min 記錄1次。主要分析12月～次年2月每日光照積累量變化，再從3個(gè)月記錄的數(shù)據(jù)中挑選出具有典型代表的晴天和陰天各1天，對(duì)應(yīng)調(diào)取當(dāng)日光照強(qiáng)度、室內(nèi)溫度和室內(nèi)CO2數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析。

冬季光照環(huán)境

中國北方玻璃溫室果菜生產(chǎn)多為越冬長(zhǎng)季節(jié)種植，冬季多為植株生長(zhǎng)旺盛的采收期。以番茄為例，番茄高產(chǎn)栽培實(shí)踐證明，要滿足番茄成株正常生長(zhǎng)，外界太陽輻射應(yīng)在1000 J/cm2/天以上[1]。

由圖1可以看出，在不考慮玻璃透光率的前提下，2020年12月～2021年2月的日光照積累量整體處于上升趨勢(shì)，但是其中56天日光照積累量低于1000 J/cm2/天，有2/3的時(shí)間需要加強(qiáng)補(bǔ)光；每月均出現(xiàn)600 J/cm2/天的陰雨、弱光天氣，其中有2天低于200 J/cm2/天的沙塵暴天氣。12月、1月的平均室外太陽輻射均低于1000 J/cm2/天，補(bǔ)光需求很大。2月室外太陽輻射情況明顯改善，日均值上升到1000 J/cm2/天以上，但是仍舊存在5天弱光天氣。

圖1 2020年11月30日～2021年2月28日外界太陽輻射積累量

有研究表明，在其他條件適宜的情況下，每增加1% 的光照，切花可增產(chǎn)0.6%～1.0%，蔬菜可增產(chǎn)0.7%～1.0%[2]。番茄生產(chǎn)管理中遵循光飽和點(diǎn)以內(nèi)每增加1% 的光照，產(chǎn)量可提高1%的原則已是荷蘭番茄種植行業(yè)的共識(shí)。從調(diào)控和管理上，2020年12月～次年2月的時(shí)間提前調(diào)整葉面積指數(shù)為2.0～2.5為好，去除最高處花對(duì)側(cè)的小葉調(diào)節(jié)生長(zhǎng)平衡，調(diào)整葉面積。采取補(bǔ)光措施，以改善植株的生長(zhǎng)狀況和商品性。

室外光照強(qiáng)度、室內(nèi)溫度和室內(nèi)CO2

光合作用三要素光照、溫度和CO2是植物長(zhǎng)勢(shì)及產(chǎn)品產(chǎn)量的根本。試驗(yàn)選擇了外界太陽輻射好的典型晴天和外界太陽輻射差的典型陰天，兩個(gè)代表性天氣，進(jìn)行初步的分析。

由圖2可知，在1307 J/cm2/天時(shí)，12:40最高光強(qiáng)602 W/m2，最高溫度25.9℃。冬季考慮早晨保溫需要，內(nèi)保溫開啟相對(duì)于日出稍有延后，溫度的變化雖然相對(duì)于光照稍有延后，幾乎處于同步正相關(guān)。有效積溫與番茄從開花至采摘所用天數(shù)呈顯著正相關(guān)，即從900～1200℃的有效積溫范圍內(nèi)，所用時(shí)間與其變化趨勢(shì)一致[3]。

圖2 2021年1月29日太陽輻射1307 J/cm2/天的光強(qiáng)、溫度和CO2

冬季在溫度和光照相對(duì)較好的晴天，光照強(qiáng)度大于300 W/m2，溫度大于18℃時(shí)，室內(nèi)CO2很快持續(xù)下降到500 μmol/mol以下。補(bǔ)光、增施CO2處理下株高、莖粗和葉片數(shù)均大于對(duì)照[4]，在室內(nèi)CO2的濃度低于500 μmol/mol時(shí)給與補(bǔ)充將大幅度提高產(chǎn)量和商品性。

由圖3可知，光照輻射和光強(qiáng)較低的陰雨不良天氣，晴天室外夜間溫度低，陰天室外夜間溫度相對(duì)晴天高，夜間加溫，白天無加溫條件下，白天溫度極低，甚至?xí)霈F(xiàn)溫度倒掛現(xiàn)象。光照、溫度不良，光合作用較弱，CO2消耗較慢，其濃度變化不大。陰雨不良天氣，在沒有補(bǔ)光、提溫的情況下，沒有補(bǔ)充CO2的必要。

圖3 2021年2月28日太陽輻射148 J/cm2/天的光強(qiáng)、溫度和CO2

討論與結(jié)論

冬季晴天高光照時(shí)，補(bǔ)充CO2非常必要。牛曼麗，李新旭[5]在日光溫室CO2氣肥智能調(diào)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究中設(shè)置，CO2濃度小于500 μmol/mol時(shí)，打開電磁閥；當(dāng)CO2濃度高于700 μmol/mol時(shí)，關(guān)閉電磁閥；作者認(rèn)為，生產(chǎn)上一般有兩種設(shè)置，一種為晴天日出后2 h開始補(bǔ)充，日落前2 h停止補(bǔ)充，濃度低于500 μmol/mol開始補(bǔ)充，高于800 μmol/mol停止；另一種綜合其它環(huán)境條件，光照強(qiáng)度大于300 W/m2，溫度高于18℃，且室內(nèi)CO2濃度低于500 μmol/mol開始補(bǔ)充，反之光照強(qiáng)度低于300 W/m2、溫度低于18℃、CO2高于800 μmol/mol，達(dá)到三者任何一個(gè)則停止供給。

冬季陰雨寡照時(shí)，需要先考慮實(shí)現(xiàn)補(bǔ)光、加溫，同時(shí)補(bǔ)充CO2；冬季即便是晴天，其至少2/3的時(shí)間光照強(qiáng)度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到果菜生長(zhǎng)的需求，如果能耗允許的條件下，盡量補(bǔ)光。基于良好的溫度和CO2條件，荷蘭Royal Pride公司的番茄生產(chǎn)以1200～1300 J/cm2/天光照累積量作為補(bǔ)光依據(jù)，外界低于500 W/m2開始補(bǔ)光，其能耗相當(dāng)驚人；建議國內(nèi)外界低于300 W/m2時(shí)開始補(bǔ)光，同時(shí)綜合考慮溫度和CO2條件，確定最適補(bǔ)光參數(shù)的設(shè)置。同時(shí)耗能與補(bǔ)光燈類型密切相關(guān)，在設(shè)計(jì)建設(shè)期需要充分綜合考慮建設(shè)成本和運(yùn)營成本。

北方獨(dú)特的氣候環(huán)境條件以及天氣的多變性，中國北方茬次安排習(xí)慣，再加上冬季供暖、補(bǔ)光燈等耗能成本較高，想要在冬季取得高產(chǎn)高效，對(duì)于溫室內(nèi)冬季管理水平要求極高，環(huán)境調(diào)控是非常關(guān)鍵的一環(huán)，在具體設(shè)置環(huán)境參數(shù)時(shí)，要充分考慮作物生長(zhǎng)狀況、結(jié)合相關(guān)環(huán)境因子情況，才能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)精準(zhǔn)調(diào)控。