冬季香梨树彩条布覆盖棚的温湿效应分析

李燕枝，李新建，黄　健，李战超，范金霞，吴新国

（1.新疆师范大学地理科学与旅游学院,新疆　乌鲁木齐830054；2.新疆维吾尔自治区农业气象台，新疆　乌鲁木齐830002；3.中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所，新疆　乌鲁木齐830002；4.库尔勒市气象局，新疆　库尔勒841000）



冬季香梨树彩条布覆盖棚的温湿效应分析

李燕枝1，3，李新建2*，黄健3，李战超2，范金霞4，吴新国4

（1.新疆师范大学地理科学与旅游学院,新疆乌鲁木齐830054；2.新疆维吾尔自治区农业气象台，新疆乌鲁木齐830002；3.中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所，新疆乌鲁木齐830002；4.库尔勒市气象局，新疆库尔勒841000）

摘要：为了探讨冬季香梨园覆盖棚内外的温、湿度变化规律，于2014—2015年库尔勒市上户镇哈拉苏村香梨园进行小气候观测试验，对2015年1月彩条布覆盖棚内部、外部气温、相对湿度的变化规律进行分析。结果表明:彩条布覆盖棚棚内气温高于棚外，日最低气温出现在09:00，棚内外气温变化主要受太阳辐射影响；棚内外低于-15℃的天数均>15d，低于-20℃的平均时长为5h，最大持续时长为7h；棚内日较差高于棚外，棚内外气温日较差变化趋势一致，棚内外0.4m高度的降温幅度分别为0.30℃/d（P=0.001）、0.23℃/d（P=0.006），棚内外3m高度的降温幅度分别为0.28℃/d（P=0.006）、0.23℃/d（P＜0.001）；棚内日平均相对湿度高于棚外，在两个高度下，棚内外日平均相对湿度变化趋势相似，随着高度的增加日平均相对湿度逐渐减小，棚内外月平均相对湿度>70%，除了棚内3 m高度外，棚内外的日平均相对湿度呈显著的增湿趋势。

关键词：彩条布覆盖棚；香梨树；温度；相对湿度

李燕枝，李新建，黄健，等.冬季香梨树彩条布覆盖棚的温湿效应分析[J].沙漠与绿洲气象，2016，10（2）：89-94.

新疆是库尔勒香梨的原产地，在库尔勒、阿克苏与吐鲁番等地均有栽培。库尔勒香梨因种植面积广，果实品质佳而享有盛誉。然而，全球气候变化和极端天气气候事件的频繁发生，对香梨树的安全越冬具有重要的影响。据不完全统计，自2003年以来，新疆境内果树几乎年年都遭受了严重的冻害，尤其是2008年1月16日库尔勒地区气温骤降，导致不同树龄果树均遭受不同程度的冻害，影响了果实的产量与品质[1-4]。

彩条布覆盖棚是一种简捷实用的保护性设施，具有防冻增温的作用，当今已逐步运用于经济林果木。了解彩条布覆盖棚内温度和相对湿度变化的特征对棚内气温和空气相对湿度的管理具有一定指导意义。目前，我国学者研究主要集中在对日光温室和塑料大棚内气象因子变化特征分析[5-11]。杨艳超[5]等分析了山东莱芜日光温室内的小气候变化特征，揭示了冬春季该地区温室内气温的变化规律。高江林[6]、郜庆炉[7]通过在日光温室内的布点观测，研究了气温、湿度、光照等小气候要素的时空变化规律。吉中礼[8]于西北农业大学蔬菜试验站进行试验，分析塑料大棚内温度、湿度、风速的时空分布特征，为调节大棚内小气候环境提供了依据。于盛楠[9]等在佳木斯城郊的农户进行了大棚内气温和湿度的观测，分析了春季大棚内温度和湿度的变化特征。近年来，对库尔勒香梨园的研究主要集中在冻害产生的原因与防冻措施，而对库尔勒香梨园彩条布覆盖棚的小气候变化规律的研究报导相对较少。本文通过对2015年1月库尔勒香梨园覆盖棚的小气候观测资料，研究库尔勒市哈拉苏村梨园冬季1月棚内外的温度和相对湿度差异，分析了彩条布覆盖棚内外的温度和相对湿度变化规律，为冬季香梨树彩条布覆盖防冻的推广应用提供了科学依据与参考。

1　材料与方法

1.1试验区概况

哈拉苏村梨园示范区，地处41°48＇25.4″N，85° 52＇4.5″E，海拔高度约918 m。该地属于暖温带大陆性干旱气候，其特点为：四季分明，降水稀少，蒸发强烈，日照时间长，气温日较差大，晴天多，雨天少。最冷月1月的平均气温为-9.2～-7.4℃，极端最低气温-28.1℃，历年日照时数可达2990 h，无霜期213 d左右，年降水量57.4 mm。主风风向为东北风，土壤类型为荒漠风沙土，1 m土层土壤质地为砂砾至沙土。梨园树龄15～20 a，梨树株行距为4 m×5 m，梨树行数平均长为80 m。

1.2试验设计

在香梨示范园内，用长90 m、宽10 m的彩条布对梨树进行单行覆盖，用其中两边长为20～50 cm的彩条布对四周底部用土壤进行掩埋，防止透风，形成一个封闭的小气候环境。在彩条布覆盖棚内部的中心位置选取健康的梨树，由于仪器的限制，在距离地面0.4 m、3 m的梨树上分别布设Hobo温湿度记录仪，同时在彩条布覆盖棚外部距离地面0.4 m、3 m的梨树上也分别布设Hobo温湿度记录仪。温湿度记录仪按照气象部门仪器安装设置要求，增加防辐射装置。所有记录仪按照统一时间设置启动，记录间隔时间均为30 min。

彩条布覆盖棚内外气象数据观测时间为2014 年12月23日至2015年3月8日，考虑到库尔勒地区冬季最冷月为1月，因此选取2015年1月温度和相对湿度的气象资料进行统计和对比分析。

2　结果与分析

2.1彩条布覆盖棚内外气温特征

2.1.1彩条布覆盖棚内外气温差异

彩条布覆盖棚内外树体不同高度温度变化特征见表1，棚内温度高于棚外，最冷时期出现在1月上旬，随后气温缓慢上升，全天温度高于夜间温度（21: 00—09:00，北京时间）,极端最低温度达到-22℃。棚内0.4 m高度月平均温度比棚外高1.3℃，棚内3 m高度月平均温度比棚外高1.4℃，棚内0.4 m高度夜间平均温度比棚外高1.2℃，棚内3 m高度夜间平均温度比棚外高0.6℃。1月上旬棚内0.4 m高度日平均温度比棚外高1.8℃，棚内3 m高度比棚外高1.6℃，1月中旬0.4 m高度日平均温度比棚外高1.1℃，棚内3 m高度比棚外高1.8℃，1月下旬棚内0.4 m高度日平均温度比棚外高1.1℃，棚内3 m高度比棚外高1.5℃。1月极端最低温与夜间平均最低温度一致，表明一天中的最低气温多出现在夜间，此时段出现日最低气温的可能性大。棚内外距离地面3 m高度温度高于距离地面0.4 m高度温度。棚内0.4 m高度的平均温度比棚内3 m高度的平均温度低0.7℃，比夜间平均温度高0.2℃；棚外0.4 m高度的平均温度比棚外3 m高度的低0.6℃，比夜间平均温度低0.4℃。通过检验分析发现，月平均温度、月最低温度与月极端最低温均通过P＜0.001显著性检验,棚内温度与棚外温度有显著差异，这说明彩条布覆盖棚有利于温度的增加，彩条布覆盖棚内气温的变化主要受太阳辐射的影响，白天太阳辐射较强，热空气上升，冷空气下降，导致热量交换频繁，且彩条布吸收热量而转化为热能。

表1　2015年1月彩条布覆盖棚内外树体不同高度温度比较（℃）

2.1.2彩条布覆盖棚内外低温持续时间的比较

冬季低温或温度骤降对果树冻害产生影响，除此之外，低温持续的时间及其强度也是果树越冬休眠期发生冻害的重要因素[12-13]。以气象站温度资料为依据调查结果显示梨树冻害的临界温度为-20～-22℃。分别对1月出现低于-15℃、-20℃气温出现的天数、平均持续时长、最大持续时长进行了统计（表2）。

由表2可知，梨园覆盖棚内外最低温度低于-20℃出现的天数分别为1 d、2 d，低于-15℃出现的天数均超过15 d，棚外0.4 m高度出现的天数高达19 d。低于-20℃棚内平均持续时长为2.5 h，棚外平均持续时长为3.7 h，最大持续时长棚外0.4 m高度达到7 h，低于-15℃棚内外平均持续时长均超过5 h，最大持续时长都为12 h。通过后期实地调查，梨园果树遭受了较轻微的冻害，说明低温持续时间对梨树的冻害产生了影响。

表2　2015年1月彩条布覆盖棚内外不同高度低温持续时间的比较

2.1.3彩条布覆盖棚内外温度日较差的差异

彩条布覆盖棚内外日较差变化差异（图1、图2）。由图1可知，在同一高度下，彩条布覆盖棚内日较差高于棚外，棚内外日较差变化趋势一致。棚内外3 m高度日较差大于棚内外0.4 m高度日较差，棚内外日较差最大达26.2℃（1月2日，棚内3 m），最小为2.4℃（1月18日，棚外0.4 m）。棚内外日较差差值最大为7.5℃（1月19日，3 m），最小为-5.7℃（1月17日，3 m）。棚内外0.4 m高度的日较差变幅较小，日较差差值在-0.6～4.6℃，日较差呈减小的趋势。棚内0.4 m高度降温的速率为0.30℃/d（P= 0.001）,棚外0.4 m高度降温的速率为0.23℃/d（P= 0.006）；而棚内外3 m高度的日较差变幅较大,日较差差值在-5.7～7.5℃，棚内3 m高度降温的速率为0.28℃/d（P=0.006），棚外3 m高度降温的速率为0.23℃/d（P＜0.001）。这主要是由于太阳辐射的影响，白天太阳辐射被树体截获后大部分转化为热能，温度升高，而夜间温度较低，则日较差大。在图1中，1月中旬左右出现日较差迅速降低之后又呈上升阶段，这与1月15日持续8 h降雪有关，降雪伴随着气温降低，导致棚内外温度偏低，气温日较差差值较小，为1.6℃。

图1　彩条布覆盖棚内外同一高度的日较差比较

图2　彩条布覆盖棚内外不同高度日较差比较

由图2可知，在两个高度下，棚内日较差变化幅度大于棚外，棚内平均日较差为18.3℃，棚外平均日较差为15.2℃。棚内日较差差值最高为6.8℃（1 月12日），最低为1.5℃（1月17日），棚外日较差差值最高为8.7℃（1月18日），最低为-0.2℃（1月14日）。这说明在相同的小气候环境下，日较差随着高度的升高而较大，主要原因是白天太阳辐射强，热空气上升，冷空气下降，树体上部温度高于树体下部温度，夜间温度偏低，则日较差较大。棚内0.4 m高度和棚内3 m高度在1月中下旬出现棚内日较差最小且达到最小值，主要是由于出现降雪天气，其后冰雪融化吸收热量导致温度偏低，彩条布覆盖棚能够阻挡棚外冷空气的入侵，使不同高度的温度相差不大，所以日较差较小。相反，棚内0.4 m高度和棚内3 m高度在1月中下旬出现棚外日较差较大且达到最大值，主要由于出现降雪天气，冰雪消融须吸收热量，雪水停留在梨树上与地表上，导致温度迅速下降，且离地面越近温度越低，使不同高度的温度相差太大，日较差也相应的较大。

2.2彩条布覆盖棚内外日平均相对湿度

彩条布覆盖棚内外日平均相对湿度变化特征（图3、图4）。由图3可知，在同一高度下，棚内日平均相对湿度高于棚外，棚内外月平均相对湿度高于70%，棚外日平均相对湿度高于74%，棚内外日平均相对湿度最高达97.84%，最低为72.7%。棚内外日平均相对湿度差值最高为19.57%，最低为-2.04%。1 月10日之前、21日之后棚内外0.4 m高度的日平均相对湿度变化趋势相反，同日期之间变化趋势相同；1月14日之前、22日之后棚内外3 m高度的日平均相对湿度变化趋势相反，同日期之间变化趋势相同，这与该期间降雪有关，降雪导致温度偏低，则空气水分含量增加，使相对湿度增大，棚内外湿度相差小。

由图4可知，在两个高度下，棚内外0.4 m高度日平均相对湿度分别高于棚内外3 m高度日平均相对湿度，棚内外日平均相对湿度变化趋势相似，随着高度的增加相对湿度逐渐减小，棚内日平均相对湿度较棚外变化幅度大，棚外因空气状态相同，因此日平均相对湿度变化幅度较小。棚内外月平均相对湿度高于70%，棚内0.4 m高度的日平均相对湿度以0.27 % /d的倾向率呈显著（P＜0.001）的增湿趋势，棚内3 m高度的日平均相对湿度以0.08 % /d的倾向率呈不显著（P=0.075）增湿趋势；而棚外日平均相对湿度高于74%，棚外0.4 m高度的日平均相对湿度以0.24 % /d的倾向率呈极显著（P=0.007）的增湿趋势，棚外3 m高度的日平均相对湿度以0.26 % / d的倾向率呈极显著（P=0.006）的增湿趋势。主要原因是棚内相对密闭，透风少，阻挡棚内外空气交换，水汽不易向外扩散，使棚内湿度较大。

3　结论

图3　彩条布覆盖棚内外同一高度相对湿度日平均变化

图4　彩条布覆盖棚内外不同高度相对湿度日平均变化

通过对2015年1月库尔勒地区上户镇哈拉苏村梨园彩条布覆盖棚内外温、湿度差异分析表明：

（1）彩条布覆盖棚内温度高于棚外，随着高度的增加温度逐渐上升，全天温度高于夜间温度（21: 00—09:00，北京时间），一天中最低气温出现在09: 00左右，极端最低温度高达-22℃。棚内不同高度月平均温度比棚外高0.6～1.3℃，棚内夜间平均温度比棚外高0.6～1.2℃，棚内平均最低温度比棚外高0.6～1.8℃；1月上旬棚内日平均温度比棚外高1.6～1.8℃，1月中旬比棚外高1.1～1.8℃，1月下旬比棚外高1.1～1.5℃。

（2）最低温度持续时间是果树受冻的原因之一，彩条布覆盖棚内外低于-15℃均超过15 d，-15℃最大持续时长均为12 h，-20℃最大持续时长为7 h，表明低温持续的时间对果树冻害产生影响。

（3）彩条布覆盖棚棚内日较差高于棚外，棚内外日较差变化趋势一致，棚内日较差差值大于棚外，棚内外0.4 m高度日较差变幅较小，分别以0.30℃/d （P=0.001）、0.23℃/d（P=0.006）的倾向率呈极显著的降温趋势，而棚内外0.3 m高度日较差变幅较大，分别以0.28℃/d（P=0.006）、0.23℃/d（P＜0.001）的倾向率呈极显著的降温趋势。

（4）彩条布覆盖棚内日平均相对湿度高于棚外，在两个高度下，棚内外日平均相对湿度变化趋势相似，随着高度的增加日平均相对湿度逐渐减小，棚内外月平均相对湿度大于70%，除了棚内3 m高度外，棚内外其他高度的日平均相对湿度呈显著的增湿趋势。

4　讨论

果树受冻的原因是多方面引起，而低温以及持续时间是香梨受冻的主要原因之一[12]，彩条布覆盖棚棚内低于-20℃最大时长为3.5 h，棚外高达7 h，且棚内日平均相对湿度高于棚外，由此可见，彩条布覆盖棚起到保温增湿的作用，但在管理上应预防低温冻害和低温高湿引起的病害。受太阳辐射的不均匀性和棚外气象要素的影响，棚内气温空间分布是不均匀的，本研究未考虑到不同天气条件下棚内外的温、湿度分布差异，所以研究的内容和广度需要进一步加深。

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EffectsofTemperature and Humidityon FragrantPearTrees Covered by Striped Cloth in W inter

LIYanzhi1，3，LIXinjian2，HUANG Jian3，LIZhanchao2，FAN Jinxia4，W U Xinguo4
（1.CollegeofGeographicalScienceand Tourism，Xinjiang NormalUniversity，Urumqi830054，China；2.Xinjiang Agricultureobservatory，Urumqi830002，China；3.InstituteofDesertMeteorology，China MeteorologicalAdministration，Urumqi830002，China；4.Korla MeteorologicalBureau，Korla841000，China）

AbstractTo discussthe change rules oftemperature and humidity ofpeartrees in field covered by striped cloth,a microclimate observation testhad been conducted on the Korla householdstown o'hara Sue village fragrant pear field during 2014-2015.The change rules of temperature and humidity ofinside and outside ofthe pear trees shed covered by striped cloth in January were analyzed. The results showed that the temperatures inside of the shed were higher than those outside,and the lowest temperature appeared at 9:00,the temperature outside ofthe shed was mainly influenced by solarradiation,and the numberofdaysbelow -15℃outside ofthe canopy were more than 15 d,the mean lasting hoursoflowerthan the below - 20℃was5 h,the longest duration was 7 h.The diurnal temperature range inside ofshed was higher than those outside, however,thediurnaltemperaturerangesinsideand outsideofshed had thesamechangetrends.The cooling ratesinside and outside shed at0.4 m high were 0.30℃/d（P=0.001）and 0.23℃/d（P= 0.006）,respectively.Meanwhile,the cooling rates inside and outside ofshed at3 m high were 0.27℃/d（P=0.006）and 0.23℃/d（P<0.001）.Theaveragerelativedailyhumidityinsideofshed was higherthan thatoutside,and they had the same change trends.The humidity decreased with an increasein high.Themean monthlyrelativehumidity insideand outsideofshed were allover70% , and therelativehumidityat0.4 m high showed an increasingtrend.

Key wordsshed covered bystriped cloth;fragrantpeartree;temperature;relativehumidity

中图分类号：S161

文献标识码：B

文章编号：1002-0799（2016）02-0089-06

doi：10.3969/j.issn.1002-0799.2016.02.014

收稿日期：2015-07-13；修回日期：2015-10-22

基金项目：公益性行业（气象）科研专项经费项目“风沙灾害对绿洲农业的影响与评估技术”（GYHY201106025）、科技兴农项目“彩条布覆盖防御林果越冬冻害技术的中试与示范”。

作者简介：李燕枝（1991-），女，硕士研究生，主要从事干旱区环境演变与农业气象灾害方面的研究。E-mail：281896341@qq.com

通讯作者：李新建（1965-），男，研究员，主要从事农业气象与生态方面的研究。E-mail：lxj@idm.cn