春秋棚西瓜生产环境温度变化规律监测及灾害预警分析初探

刘立娟，周成贤，蒋金成，焦玉英，陈文钊，刘 慧，焦丽燕

（1.北京市延庆区农业技术推广站，北京 102100；2.北京市延庆区种植业服务中心，北京 102100)

近年来，随着种植业结构调整，北京市延庆区春秋棚西瓜生产面积逐年增加，已成为当地农民增收的重要途径。但在实际生产过程中，春秋棚内小气候受外界天气的影响，往往存在棚室温度变化剧烈等问题，继而影响西瓜的生长。近年来，有不少学者对棚室小气候特征及预警开展了相关研究，例如，分析不同天气状况（即晴、多云、阴）棚内小气候日变化和季节变化规律，进行棚内温度预报和灾害天气预警等，但在北京市还没有系统开展相关研究工作。本研究针对延庆区春秋棚温度变化情况进行系统监测和分析，以期为降低温度变化对西瓜生产造成的风险和有效控制春秋棚西瓜生产温度提供参考依据。

1 材料和方法

1.1 试验时间与地点

试验于2019—2020年连续2年在3个春秋棚西瓜生产基地进行，详见表1。试验大棚均为镀锌管组装式结构，南北向，跨度8 m，长度50 m，棚高2.8 m。田间常规管理。

表1 试验时间、地点和内容

1.2 试验仪器

棚内温度监测仪器采用Apresys USB Temperature Data Logger: 179-DT Mode，其工作温度为-40～80 ℃，精度为±0.5 ℃，记录频率可设1 min～24 h，内存可记录32 000条。

1.3 试验方法

1.3.1 棚内温度日变化监测

在2019、2020年进行2年3点4组数据测定。在每个基地选取1个代表棚室，分别在棚室内距北门10、25、40 m，地面以上1.3 m处悬挂1个温度监测仪，每棚共设3个。监测方法设为自00：00起每2 h记录1次温度，每天12次，记录项目包括日均温度、最高温度、最低温度、昼夜温差等。

1.3.2 棚内温度月变化监测

在1.3.1监测数据的基础上，以月为单位计算出每月的月均温度、月最高、月最低、昼夜温差等。

1.3.3 棚内不同位置温度监测

2019年8月25日—9月25日在北京八达岭老齐西瓜专业合作社生产基地测定春秋棚内不同位置日均温度。棚内布设3行3列9个点，每个点设上、中、下3个高度，分别距地面180、90、10 cm，共计悬挂2 7个温度记录仪，监测方法设为自00：00起每2 h记录1次温度，每天12次。具体设点方法：南北向3行为棚室东西跨度正中间（距棚两边4 m）设1行，其东、西两侧距棚边2 m各设1行；东西向3纵列分别距北门10、25、40 m，行列交汇点共9个。

1.3.4 棚内外最低温度相关性试验

选取2019、2020年4月16日—5月18日棚内最低温度＜5 ℃的日期，收集当日天气预报最低温度与监测最低温度数据，并剔除特异值，共筛选出11组对应数据，通过以天气预报最低温度为横坐标，以棚内监测到的最低温度数据为纵坐标，绘制散点图，通过回归分析得出模拟方程。室外气温采用国家气象数据（延庆天气预报温度），通常生产者通过该数据来预测温度并管理大棚西瓜生产。

1.4 数据分析

采用Excel软件进行数据统计分析与作图。

2 结果与分析

2.1 春秋棚内温度日变化规律

从图1中可以看出，在晴、多云、阴3种天气条件下，棚内平均气温日变化趋势基本一致，早晚低、中午高，上午经历一次快速升温过程，下午经历一次快速降温过程，夜间降温平缓，一般12：00—14：00棚内平均气温达到最高，04：00—06：00最低。晴天温度日变化较为剧烈，昼夜温差33.78 ℃，比多云、阴天分别高出6.81 ℃和12.84 ℃。棚内最高温度晴天＞多云＞阴天，分别为44.93、41.35、38.92 ℃，棚内最低温度阴天＞多云＞晴天，分别为17.99、14.38、11.15 ℃。06：00—10：00棚内气温迅速上升，升温幅度晴天＞多云＞阴天，分别为5.2、4.2、3.2 ℃/h，16：00—20：00温度迅速下降，下降幅度仍为晴天＞多云＞阴天，分别为4.6、3.7、2.9 ℃/h。

图1 春秋棚内气温日变化曲线（4—10月）

2.2 春秋棚内温度月变化规律

2.2.1 春秋棚内温度月变化趋势

春秋棚内气温随着季节气温的变化而相应变化。通过图2得出，春秋棚内平均气温在4—7月随着外部气温的升高而升高，7月最高，8月开始下降，9、10月随着外部气温的下降而降低；春秋棚发挥出很好的增温保温效果，棚内平均气温比棚外天气预报平均温度高出5.34 ℃，尤其4月中下旬和5月棚内气温分别平均提高8.47 ℃和6.66 ℃。但也监测到4月中下旬和10月中上旬棚内最低温度有＜0 ℃的情况，最高温度除10月份外其余月份都有超过40 ℃的情况，所以生产中还需及时监测棚室温度，并进行风口调控及采取升降温措施，避免棚室温度过低或过高影响西瓜正常生长。

2.2.2 春秋棚内温度月变化详情

4月中旬西瓜定植后，棚内平均气温为20.42 ℃，棚内外平均温度之差为8.47 ℃，棚内昼夜温差最大达到42.53 ℃（图2）。5月气温逐渐升高并趋于平稳，虽然日均温度已达到25 ℃，达到西瓜生产最适温度下限，但是夜温仍低于15 ℃。6月外界气温继续升高，棚内平均气温为27.11 ℃，棚外日均温为23.63 ℃，棚内昼夜温差为27.59 ℃；6月棚内日最低温度平均为15.2 ℃，但上中旬棚内最低温度仍低于15 ℃，下旬最低温度才稳定通过15 ℃。7月是延庆最为炎热的月份，棚内平均气温最高，为28.56 ℃，昼夜温差最小，为25.35 ℃，棚内日最高温度平均为43.9 ℃。8月棚内平均气温仅次于7月，为28.11 ℃，棚内日最高温度平均为45.2 ℃。7月至8月中上旬延庆西瓜春秋棚风口一般处于全量打开状态，棚内最高温度仍有持续超过40 ℃以上的情况。9月棚内平均气温为23.58 ℃，棚外日均温度为19.07 ℃，棚内日最低温度平均为11.72 ℃，低于15 ℃，棚内昼夜温差为31.68 ℃。10月上中旬棚内平均气温为15.35 ℃，棚外日均温度为10.97 ℃，日最低温度平均为1.8 ℃，棚内昼夜温差为34.67 ℃。

图2 春秋棚内气温月变化曲线

2.3 春秋棚内不同位置温度变化情况

从表2可知，8月25日—9月25日棚内不同高度的温度变化明显，上部、中部比下部平均温度分别高出1.54、1.25 ℃。棚室东西向正中位置比两边平均温度高出0.36 ℃。

表2 春秋棚内不同高度以及90 cm高度棚中间与棚边温度情况 ℃

2.4 春秋棚内外日最低温的相关性分析

由图3可得，春秋棚外日均最低温度即天气预报日均最低温度往往高于生产中棚室内监测到的日均最低温度，4月温差较大，7月温差较小，这可能是延庆地区农业设施的立地条件和外部环境的特殊性造成的差异。如果只根据天气预报来采取温控措施，尤其是在延庆4月中下旬至5月上中旬常出现降温、倒春寒天气，可能存在因增、保温不及时而导致西瓜遭受低温危害的风险。

图3 春秋棚内外日平均最低温度季节变化

对筛选出的11组棚内外最低温度数据进行回归分析，得出模拟方程（图4）＝1.046 7-4.403 7，＝0.789 3，且通过α＝0.01显著性水平检验，＝0.000 258＜。说明棚室内日最低温度和天气预报日最低温度有一定相关性。

通过一元回归方程（图4）建立低温预警指标：最低温度≤8.99 ℃时，棚室内最低温度≤5 ℃，有发生冷害风险；当天气预报最低温度≤4.21 ℃时，棚室内最低温度≤0 ℃，有发生冻害风险。

图4 春秋棚内外最低平均温度的回归方程

3 结论与讨论

本试验中在晴、多云、阴3种天气下，春秋棚内日温度变化趋势基本一致，但晴天温度日变化较为剧烈。正常情况下，建议选择在08：30—09：30开放通风口，16：30—17：30关闭通风口。在放风过程中，要随时关注天气的变化，防止天气突然变化时风口开关不及时而影响到棚内西瓜生长。

春秋棚内平均气温4—7月随着外部气温的升高而升高，7月最高，8月开始下降，9、10月随着外部气温的下降而降低。春秋棚发挥出很好的增温保温效果，棚内日均温比天气预报平均温度偏高，但也有棚内最低温度＜0 ℃和最高温度＞40 ℃的情况，所以生产中还需及时监测棚室内温度，并进行风口调控及采取升降温措施，避免棚室内温度过低或过高影响西瓜正常生长。4月中下旬和5月上旬，需根据外界气温变化情况采取保温、升温措施，保障春秋棚苗期西瓜安全；5月下旬、6月上旬注意通过调节风口来控制夜温，保证西瓜的授粉坐果率，利于西瓜膨大成熟；7月初至8月上中旬，根据情况采取相应降温措施来缓解高温带来的不利影响；8月下旬开始小关风口，以保夜温。

棚室内不同高度的温度变化明显，上部（180 cm）、中部（90 cm）温度比下部（10 cm）分别高出1.54、1.25 ℃；棚室中间位置（距棚边4 m）比两边（距棚边2 m）温度平均高出0.36 ℃。早春4月，外部温度较低，棚内外温差较大，棚内上与下、中间与两边温差会更大，而7月棚室全量放风时温差会相应减弱。不同位置温度差异会导致同期定植西瓜成熟期的差异，因此规模化生产要在安排供应时间和数量时考虑这一因素。

利用棚室内最低温度和天气预报最低温度的相关性，确定天气预报最低温度预警指标：天气预报最低温度≤8.99 ℃时，棚室内最低温度≤5 ℃，易发生冷害风险；当天气预报最低温度≤4.21 ℃时，棚室内最低温度≤0 ℃，易发生冻害风险。