香菇菌柱培养期温湿度预报模型研究

王阳　焦敏　胡春丽　刘东明　王婉昭　金鑫

摘要    本文以辽宁省清原县清原镇新立屯村香菇生产基地为平台，在成熟香菇生产技术的基础上，通过调研和深入生产场进行实地对比观测等方法，对香菇菌柱培养期（12月至翌年4月）的气象预报模式指标和气象服务需求进行了研究。结果表明，棚内温度始终是靠近适宜温度上限，棚内湿度始终是靠近适宜湿度下限;从菌棚内外温湿度昼夜变化情况看，两者有同步变化特征，棚内气温及相对湿度实况值与棚内预报值相关性较好，检验效果极显著（P<0.01）;应用棚内温度预测模型，预报棚内最高温度和最低温度检验效果均极显著（P<0.01），不同天气类型预测值得绝对误差均<1 ℃，预报效果较好，其中多云天气最高温度和最低气温预报值平均绝对误差、平均相对误差均大于晴天及阴雨天。

关键词    香菇;菌柱培养;温度;湿度;预报模型

中图分类号    S165;S646.12        文献标识码    A

文章编号   1007-5739（2020）16-0045-04

由于食用菌的生长发育与气候条件有着极为密切的关系，在整个菌丝体生长和子实体形成过程中对温度、水分（湿度）、光照和空气等都有一定要求[1-2]，其中温度是食用菌生长发育最重要的环境因子之一[3]。

香菇有很多品种，从气象条件方面分类，有低温性香菇和高温性香菇。所谓低温性香菇，是适宜在低温条件下生长、在夏季高温阶段开始休眠、待气温降低以后于秋季再次开始生长的香菇，具有生育期长、产量高、品质好的特性，清原县现有低温性品种有0912号、808号、早丰8号，每棒年产香菇2～3 kg。高温性香菇生育期短，适宜在温度较高条件下生长，每棒年产香菇2 kg左右，品种有937号，其优点是在生育期不足的情况下，可以作为补救措施增加菇农的经济效益。低温性香菇菌棒培养期多在冬季进行，每年11月开始备料，并进行原料加工;12月至翌年1月生产菌柱，包括装袋、消毒、接菌和进入暖棚集中培养发菌;翌年5月初前后，在外界气温不低于3 ℃时出培养棚，进入出菇冷棚转入商品菇生产期。高温性香菇品种菌柱生產时间可稍晚，在早春进行，并在高温季节出菇。一般根据生产准备情况选择香菇品种，如条件具备，大多农户愿意种植低温性香菇品种。因此，香菇菌柱生产都在冬季进行。

从香菇冬季生产看，原料准备一般不受气象条件限制。在原料加工期因为大都在户外作业，为易于操作，通常喜天气晴暖;装袋消毒和接菌基本在棚内进行，与气象条件关系也不大。接完菌的菌柱转入培养菌丝的暖棚后，开始与气象条件有密切关系，此时暖棚内温度必须满足菌丝生长的范围要求，温度过高菌丝会烧坏，过低菌丝会冻死;除温度外，棚内湿度条件对香菇生育期也有一定影响[4]。

本文对香菇第一生产阶段即冬季菌柱培养期的温、湿度预报模型进行了研究，以期为香菇前期生产的气象服务工作提供参考。

1    研究区域与方法

1.1    研究区域概况

本研究以清原县清原镇新立屯村香菇生产基地为试验区。该研究区属温带季风型大陆性气候，四季分明，毗邻清原县气象观测台站，年平均温度5.9 ℃，最冷月平均气温-14.6 ℃，最热月平均气温23.1 ℃，年降水量773.6 mm，年平均相对湿度70%，年日照时数2 403 h，年平均风速1.8 m/s，主导风向为西南偏西风（WSW）。主要设施农业为香菇，香菇生育期主要分为2个阶段，即菌柱培养期和出菇期。菌柱培养期温度范围为4～13 ℃，适宜温度为9～10 ℃;空气湿度范围为40%～80%，适宜湿度为60%。菌棒内控制温度指标为3～20 ℃。

1.2    数据资料

为具体了解冬季香菇菌柱培养期暖棚内外温、湿度情况并探讨棚内温、湿度预报方法，为深化针对香菇生产的气象服务问题做准备，在菌柱培养期后期（3—4月），选择气象温湿自计观测仪器对暖棚内温、湿情况进行试验性24 h连续对比观测，观测从3月18日开始，至5月4日菌柱出棚为止，历时48 d。

培养菌棒的暖棚结构：一般是钢架结构，高约4 m，宽8 m，全封闭式;棚顶和周围内侧是防老化的厚塑料，外侧覆盖防寒被，棚顶和四周有通风口，棚的一头为进入门（有防寒被隔层）;棚内地面铺有厚塑料，即整个大棚都有防寒设施包裹[5]。

1.3    统计分析

应用常规统计学方法，对试验数据整理计算平均数。在Excel程序支持下，运用线性回归方法分析棚内温度变化规律，并计算温度变化速率。温度变化速率可由一元线性方程y（t）=ax+b计算，式中，y为温度变化率（℃/h）、a和b为常数、x为温度、t为时间。

对原始数据进行归一化处理，将观测数据按照云量≤3成、4～7成、≥8成分为3个天气类型，并规定云量≥8成为阴天、4～7成为多云天、≤3成为晴天。应用Excel软件绘制阴天、多云天和晴天图形，在图形中确定棚内温度日变化的拐点。以拐点为界分段建立温度时间变化线性方程，计算温度变化速率。在Excel软件支撑下建立棚内温度变化预报模型，并检验预报结果。

2    结果与分析

2.1    香菇暖棚温湿度日变化特征

在初春季节，即3—4月，香菇菌棒菌丝生长最快，接近转色至子菇开始形成的时期，此时外界白天气温已基本稳定在0 ℃以上，最高时能升至15 ℃以上，如控制不当，棚内气温很容易超出指标的控制范围，所以温度控制十分关键。经平行观测数据观察，棚内温度在人为控制条件下，能始终控制在安全指标（20 ℃）以内（图1），但始终是靠近上限;湿度方面，只要菌棒内部水分适宜、棚内湿度最低不低于40%即可，测定结果显示，棚内空气湿度始终在40%左右（图2），显得偏低。说明在温度方面要注意高温问题，在湿度方面要注意低湿问题。

从温度昼夜变化情形看，温度最低值平均出现在6：00前后，最高值出现在17：00前后;相对湿度最高值出现在8：00—12：00，最低值出现在14：00—15：00。

2.2    不同天气类型条件下暖棚温度变化情况

统计结果显示，不同天气类型条件下，暖棚内温度日变化总体情况是晴天波动最明显（图3），其次是阴雨天气，多云天相对稳定。最低温出现在6：00前后，最高温出现在15：00前后，较外界约晚1 h。

从日较差统计结果看，棚内晴天日较差最大，为1.9～5.9 ℃;其次为多云天气，日较差为2.4～5.5 ℃;阴雨天日较差最小，为1.0～4.0 ℃（图4）。

2.3    对比观测资料在预报模式化建设中的应用

经计算得出，县站和暖棚3—4月间温度关系式：

Y=18.350 8+0.112 2X

式中，Y为暖棚内温度（℃），X为本站温度（℃）。二者的相关系数为0.93，回归检验F=18.9， f1=1， f2=24，F〆=7.82，检验效果极显著（P<0.01）（图5）。

棚内气温预报与棚内实际气温绝对误差为0～0.3 ℃，相对误差≤1.6%（表1）。

空气湿度线性回归方程：

Y=37.218 4+0.039 67X

式中，Y为暖棚内空气相对湿度（%），X为本站湿度（%）。二者的相关系数为0.75，〆=0.01，r〆=0.515，亦属极显著。方差分析F=12.47， f1=1， f2=24，F〆=7.82，F>F〆，检验效果极显著（P<0.01）（图6）。

分析结果说明，用本站温、湿度预报暖棚温、湿度的方法是可行的。

2.4    食用菌温室大棚空气温、湿度预报服务业务模型

根据上述结果，结合工作实际，尝试建立了温室大棚温、湿度预报业务模型。用本站温、湿度预报结果，通过预报模型計算大棚内温、湿度，再结合适宜指标范围编辑提示性的建议。整个过程是一个程序化的自动处理过程（表2）。

为实现香菇大棚温、湿度预报业务化问题，将上述研究结果纳入到了本站乡镇预报业务工作平台。通过本站预报结果即可直接得出大棚预报服务产品所需要的结论和建议（图7），进而达到业务化的目的。从香菇生产的实际需要情况来看，最好是有短临预报和中短期温度预报。从气象部门数值预报产品中可以获取10 d以内的温度预报资料，通过模式化可以订正出10 d以内的温度预报，按照此思路，在乡镇预报业务平台中增加了关于香菇大棚温度方面的预报内容。

2.5    香菇暖棚不同天气类型温度预报模型的研究

分析结果表明，晴天、多云天、阴雨天棚内最高温度和最低温度检验效果均极显著（p<0.01）（表3）。不同天气类型温度预报回归效果如图8所示。

应用棚内温度预测模型，设计不同天气类型暖棚温度预报模式的业务化计算程序（图9）不同天气类型棚内最高温度预报检验效果极显著（P<0.01），其中多云天气最高气温预报值平均绝对误差和平均相对误差大于晴天及阴雨天，晴天、多云天、阴雨天绝对误差平均值分别为0.3、0.5、0.2 ℃（表4），预测值绝对误差均<1 ℃，相对误差平均值分别为1.2%、2.5%、1.0%，预报效果较好。

不同天气类型棚内最低温度预报检验效果也极显著（P<0.01），其中多云天气最低气温预报值平均绝对误差和平均相对误差均大于晴天及阴雨天，晴天、多云天、阴雨天绝对误差平均值分别为0.3、0.5、0.4 ℃（表5），预测值绝对误差均<1 ℃，相对误差平均值分别为2.2%、3.2%、2.8%，预报效果较好。因此，推断不同天气类型下，用本站温度预报暖棚温度的方法是可行的。

3    结论与讨论

3.1    预报预警服务

温度预报服务方面，菌棒生产期跨越整个冬季，即12月初开始接菌、翌年5月初出棚，由寒冬转入暖春，冬季天气变化大，对香菇生产是一个严峻的考验。据了解，冬季菌棒生产期香菇种植户对天气预报非常依赖，严寒季节需保温;随着气候变暖，需预防高温。因此，需要气象部门根据香菇生产实际情况和所处的时期及时提供寒潮、高温等预报预警服务。

香菇冬季生产需要的气象服务有常规天气预报服务和灾害性天气预报预警服务。常规天气预报指每天发布的24～48 h天气预报中、长期预报服务。灾害性天气预报预警服务以寒潮、大风、暴雨、暴雪、高温等灾害性天气预报预警为主，预警服务最好提前数小时发布。否则，因人力组织不及时而失去预警意义。

3.2    监测方面需求

目前，所有香菇种植户都没有自动监测、实景监控设备，气象仪器都是市场上的简易设备。最好配置棚内自动站气象监控设备，有室内电子显示屏或报警装置。

3.3    气象服务产品形式和内容

香菇生产气象服务产品重点是周报、旬报，其内容应含天气过程、温度、天气具体预报及对香菇生产可能产生的主要影响等。最有效的服务方式是发送手机短信和应用大喇叭进行广播，其他服务方式作为辅助措施。主要体现在及时、可靠。

3.4    冬季菌棒培养期的管理中需要注意的问题

菌棚内每个位置的温、湿度应该是均一的，但在实际生产中并不均衡。一般棚边部位温度低、中间部位温度高、门口部位受生产活动影响温度不稳定。另外，因受地温影响，菌垛上层温度高于底层温度。这些因素均会导致菌柱生长不均衡。湿度也存在同样的问题。因棚内各点温、湿度的不同，会导致菌棒的发菌质量存在差异，同时会增加成本和工作量及管理上的复杂性[6]。

3.5    研究结论

暖棚内温湿度日变化很小，与外界差别较大，棚内温度始终是靠近适宜温度上限、湿度始终靠近适宜湿度下限。说明在控温和控湿方面要注意高温、低湿问题。

从菌棚内外温湿度昼夜变化情况看，两者有同步变化特征。棚内气温及相对湿度实况值与棚内预报值相关性较好，检验效果极显著（P<0.01）。

应用棚内温度预测模型，预报棚内最高温度和最低温度检验效果的极显著（P<0.01），不同天气类型预测值的绝对误差均<1 ℃，预报效果较好。其中，多云天气最高气温和最低气温预报值平均绝对误差和平均相对误差均大于晴天及阴雨天。因此，在不同天气类型下用本站温度预报暖棚温度的方法是可行的[7-8]。

4    参考文献

[1] 李亚敏，商庆芳，田丰存，等.我国设施的现状及发展趋势[J].北方园艺，2008（3）：90-92.

[2] 杨雪.五大措施推动我国设施农业科学发展[J].中国农机化导报，2009（11）：30.

[3] 张国林，宗英飞，王吉宏.辽西日光温室温度变化规律及温度预测模型[J].中国农学通报，2013，29（23）：117-122.

[4] 崔莉敏，吴佳丽，张晓庆.棚栽香菇综合气候适应性和致灾临界指标分析[J].吉林农业，2019（3）：74.

[5] 王阳，迟贵富，王贺然，等.大棚香菇栽培技术[J].现代农业科技，2016（4）：91.

[6] 阮锡章，刘叶高.山区热量资源在食用菌生产中的应用研究[J].中国农业气象，2000（1）：33-37.

[7] 黄岩彬.浅谈食用菌生产的气象灾害与气象服务[C]//中国菌物学会.首届海峡两岸食（药）用菌学术研讨会论文集.中国菌物学会，2005：3.

[8] 丁国芬.香菇栽培与气象条件的关系[J].河南气象，1999（2）：3-5.