冠层微生态

冠层微生态 日光温室番茄冠层气候初探 摘要:番茄冠层气候不同于日光温室气候，它更能准确反映植株自身随温室气候的变化情况，从而更好为农业生产提供指导。 关键词:日光温室 番茄 冠层气候 日光温室在北方地区发展迅速，已成为许多地方的支柱产业。随着日光温室建造技术和设施栽培技术的不断提高，人们不但能在温室内种植各种蔬菜，而且也开始栽植各种落叶果树，使冬季吃上新鲜水果已成为现实，从而为设施栽培开辟了广阔前景。 设施农业与传统农业相比较，主要特点是设施农业具有外围护结构，其作用是对不利于农作物生长发育的自然环境条件进行调控，以达到在不利自然条件或反季节条件下进行农业生产的目的。因此，光照、温度、湿度、CO浓度等农业2设施环境要素的调控技术及应用效果在很大程度上决定着设施农业生产的成败和生产效益的高低。研究和掌握农业设施环境要素的变化特点及相关调控和应用技术，具有重要现实意义。 “环境控制”广义而言通常指利用各种手段来影响温室内部的环境条件。例如用加热管或热风机进行加热，用自然通风或强制通风换气，以及保温幕、遮阳帘、喷灌器、湿垫降温器、人工照明等等的应用。简而言之，使用各种手段，包括设备和管理方法以获取适宜于作物的环境。 “气候控制”将控制作用限定于温室内空间的平均气候因子，可以看成是包括在“环境控制”之内的子集。气候控制中人们更为关注的是动态行为。对于一个受控的气候过程，气候因子是它的输出变量。该过程的输人变量则是用来调节气候的控制行为，称之为驱动量或激励信号。其它的一些因子对系统的输出可能发生影响，但不可控(如外界天气的变化)称为扰动因子。 驱动变量或多或少要持续一定的时问，而某些激励信号如拉动保温幕等可能导致气候过程的特性发生改变，有时也可以看作是扰动因子。通常在输入量中对于正常的或不正常的激励信号没有截然的区别。在生产实践中只有温室空间平均气候可供监测及控制。最重要的气候因子如内部空气温度、湿度、光照、CO是2[1]基本的监测和控制项目。 前人关于设施环境的理论研究，多考虑利用光、热等小气候资源，提出了不少与温室建筑有关的光、热、湿等环境模型。这些模型主要用于温室的优化结构设计，因而主要考虑建筑结构与环境之间的关系，不考虑作物与环境间的作用机理，所以不能将这些模型直接应用于针对温室内作物的环境控制。更为理想的应该是对温室植物冠层内气候进行控制，而不是控制温室空间平均气候，因为冠层气候更和产量密切相关。 俗话说，“有收无收在于温，收多收少在于光”。本文以番茄为例，对影响番茄产量的两大影响因素:冠层内的光照、温度进行初步探讨。 一、冠层光合 作物冠层内的光分布状况受冠层结构、叶面积的垂直分布以及作物品种等因[2]素的影响。张亚红等认为，冠层不同高度平面的光分布具有很大的空间变异性，即:在水平方向,不同部位的辐射也不同,南部大于北部。群体内不同高度处总辐[3]射与净光合速率都由上向下随累积叶面积指数增加而依次递减。曲佳等以无限生长型番茄为试材的研究明，日光温室番茄群体内太阳总辐射量与冠层上部1.2 m 及室外太阳总辐射量的日变化规律一致，即在东西方向上，太阳总辐射差 异不明显，但上午西部略高于东部，下午东部略高于西部，但均以中部最高;南北方向上，以南部最高，北部最低。在垂直方向0.6,1.2m 冠层，太阳总辐射量的垂直衰减平缓;而在0.3,0.6 m冠层，由于叶片密集，叶面积指数较大( 达到1.05)，太阳总辐射量急剧衰减。室外及1.2m 冠层太阳总辐射量日变化明显，但随着冠层高度的下降，太阳总辐射量日变化趋于平缓，变化不明显。 番茄属于强喜光性果菜类， 因此日光温室内的光照强度对于番茄光合作用有显著影响，由于日光温室番茄群体结构的特殊性，导致群体内太阳总辐射量分[3]布不均，从而影响叶片的净光合速率。曲佳等研究表明，番茄群体内的净光合速率随着群体冠层高度的降低而逐渐减小，这与太阳总辐射量变化规律一致，且[4]净光合速率和太阳总辐射量均随着累积叶面积指数的增加而减小。王海龙等的研究也表明:番茄净光合速率在单株上、中、下部层间差异明显,呈下降趋势, 上部，中部，下部。 二、冠层温度 [5] 温室气温变化主要受太阳有效辐射和覆盖决定。朱北京等关于温室不同种植模式番茄冠层气候特征及对产量的影响的研究表明:在白天两种种植模式番茄冠层平均气温均呈现出随时间变化逐渐升高，在14:00时达到最高，之后逐渐下降的变化趋势，但整个变化过程中，立体阶梯种植模式的番茄冠层温度一直高于平面种植模式的，这与立体阶梯种植模式接受较强的光照强度密切相关。立体阶梯种植模式中各个阶梯冠层气温相比，随着阶梯高度越高，作物冠层的气温越高，最高10层的冠层气温可达36?，温度过高常引起植物午休现象， 而低层1, 6%，所以从温度角度来说3,8层是温室作物的2层冠层温度只比平面栽培模式高 适宜生长发育区。 [6] 王谦等的研究表明:?日光温室番茄植株体温与同高度空气温度有明显的差异。不同部位二者差异不同。果实与空气温度差异最大，其次是茎、叶。且均为植物体温高于同高度气温。?揭、盖苫后引起温室内温度波动，气温波动大，植物体温波动小;而植物体温波动以茎最明显。?茎的上部和下部温度对比在清晨和傍晚时段均有一次高低转换。早晨是揭苫后，先下部温度高，以后上部温度升温快，超过下部;傍晚是盖苫前温度转变，由上部高转为下部温度高。 [7] 吴强等指出，日光温室番茄苗期叶温的变化趋势与空气温度的变化趋势基本相同，空气温度变化对叶温变化的影响存在滞后性。 三、生产管理建议 1、选择适宜品种 作物群体冠层是截获和转化太阳辐射能的体系，作物产量主要取决于作物群体的受光能力和群体内部光分布特征，而冠层形态结构是影响作物群体光分布与光合特性的重要因素。对于群体的光合特性来说，株型是植株受光态势的体现， 冠层结构特性直接关系到作物冠层光辐射的拦截和吸收。在人为调控环境的同时, 应选择具有良好株型且自我调节能力较强的品种。从提高光能利用率的角度出发, 番茄的理想株型应该是植株上部叶片上冲,中部叶片上扬,下部叶片平展,叶片稀疏而小,株型紧凑。这样的株型上部通风透光好,即便在较高的光照强度下叶片也不会发生较强的光氧化;中、下部叶片上扬或平展,有利于截获上部透射的光线, 减少漏光;上部叶片经常处于光饱和点以下,下部叶片处于光补偿点以上。良好的株型可以使植株最大限度地利用光能, 利于群体内部的通风透光。 2、合理密植 植物的冠层作为植物最先接触到外界气体环境与光照的部位，它的大小可以通过叶面积指数来反映。番茄的LAI大都在3,4 ?/?之间,在这个范围内，叶面积指数增加，产量也增加，但当LAI增加到4或5以上时，由于叶子在植株的叶层中相互遮荫，植株下层叶片的光照强度反而下降。于是叶面积指数继续增加，单位叶面积的平均光合生产率反而下降，因而无补于干物质的积累。所以LAI对产量的增产作用，有其一定的限度。这个数值的大小及其增长的动态，与栽植密度有非常密切的关系。 栽植密度是影响许多作物发育和产量的重要因素之一。不同的地区及不同 的栽培时期，番茄群体内部太阳辐射值同时受季节、植株密度、植株高度影响，尤其在日光温室特殊的栽培环境条件下，合理的栽植密度是日光温室生产的主要措施之一，栽植过密易徒长，中后期个体生长受到限制，病害严重;栽植过稀群体直射辐射透过系数和散射辐射透过系数增大，光照损失严重，光能利用率下降。我们应选择适宜的栽植品种和密度，使日光温室番茄高效栽培发挥最大经济效益。 3、及时整枝打杈、落蔓，减少番茄行间密闭 在番茄长到30cm左右高时，需要开始吊蔓，并及时打杈。在冬季光照较弱，要留较少的分枝，而进入春季以后，随着光照增加，可适当多留一些分枝，这样到夏季较多的叶片蒸腾作用，可起到降低室内温度的作用。当然分枝不可留太多，以免影响果实大小。 4、合理利用采光时段，正确掌握揭盖草苫时间 ?以上时 早晨阳光洒满棚面时即可揭开草苫，使棚温快速上升，下午室温18盖苫，在极端寒冷的阴雪天或大风天可适当晚揭早盖。阴天时也应揭苫，散射光不仅使温度回升，也能提高产量。 依据植株冠层气候变化规律，来指导生产，使植株有在更适宜的环境中生长。 但测冠层温度的专用仪器价格昂贵。需要特制的设备经常校准，在实际生产中测量冠层气候难度很大，故难以推广应用。建议大型企业可使用冠层气候来精确指导番茄生产。 参考文献 [1] 罗中岭，徐师华. 国外温室小气候环境及控制模式[J]. 中国农业气象 1993,14(5) [2] 张亚红, 陈端生, 黄晚华. 日光温室黄瓜群体结构参数及群体内辐射分布分析[J]. 农业工程学报 2003,19(1):172,176 [3] 曲佳,须晖等.日光温室番茄群体太阳总辐射量的分布规律及其与光合作用的关系[J].西北农林科技大学学报(自然科学版) 2001,39(6) [4] 王海龙，董华芳等.不同番茄品种的光合特性研究[J].安徽农业科学 2009,37(5):1917,1918 [5]朱北京, 徐文修等.温室不同种植模式番茄冠层气候特征及对产量的影响研究[J].新疆农业科学 2011, 48(5):816,820 [6]王谦，李胜利等. 日光温室番茄植株体温与气温差异研究[J]. 农业工程学报 2007, 23(5) [7]吴强，须晖，韩亚东.日光温室番茄叶温变化特性研究[J].沈阳农业大学学报 2008,(39)5:618,620