温室大棚内覆膜对土壤温湿度及番茄产出的影响

温室大棚内覆膜对土壤温湿度及番茄产出的影响
发布时间：2023-04-26T03:08:09.157Z 来源：《教学与研究》2023年第57卷1期作者：杨朔1，李乐乐1
[导读] 选择山西省榆次地区塑料大棚农作物种植基地于2020年10月10日—2021年2月23日进行西红柿的种植与栽培，分别在塑料大棚内对在西红柿的种植采用无覆膜处理（CK）与黑膜通风覆膜处理（BP），对比分析这两种不同覆膜处理下的棚内温度、土壤温度、土壤相对湿度三个要素对西红柿的生长情况、产量于品质的影响。

杨朔1，李乐乐1
太原师范学院地理科学学院，山西晋中，030619
摘要：选择山西省榆次地区塑料大棚农作物种植基地于2020年10月10日—2021年2月23日进行西红柿的种植与栽培，分别在塑料大棚内对在西红柿的种植采用无覆膜处理（CK）与黑膜通风覆膜处理（BP），对比分析这两种不同覆膜处理下的棚内温度、土壤温度、土壤相对湿度三个要素对西红柿的生长情况、产量于品质的影响。

结果显示：BP处理土壤温的季节变动幅度与昼夜变动幅度均小于CK处理，土壤相对湿度变化较CK处理更加稳定；CK处理在季节温差与昼夜温差上要略大于BP处理，表明BP处理有利于土壤保温保墒，改善西红柿的生长状况，提高西红柿的产量，CK处理有利于提升西红柿品质，但产出效率较低。

因此在该地区，塑料大棚内种植西红柿，采用黑膜通风覆膜种植更有利于西红柿的种植，促进该地区设施农业的发展。

关键词：榆次；西红柿；覆膜；土壤
温室大棚作为当今世界上现代设施农业利用方式，在我国也得到了广泛应用[1,2]。

随着我国人们对反季节农产品需求及生活品质的追求，我国温室大棚建设迅速，2018年我国温室面积达196.37万公顷，预计到2025年，我国设施种植总面积稳定在200万公顷以上。

近年来，晋中市设施农业发展水平处于全省领先地位，在晋中市政府的带领下，该地区加强对设施农业的推动建设，实现了蔬菜的综合产量全省领先，且保证了蔬菜质量同步提升[3]。

因此，在该地区探究温室大棚内部温湿环境和有无覆膜条件下土壤水热环境变化特征及其对农作物生长、产出影响，不仅可进一步完善土壤水、热传输过程中的相关理论基础，同时还可为设施农业的优化种植、农民的增收以及区域高标准农田建设提供相应的理论依据与技术支持。

温室大棚与地膜覆盖是我国现阶段使用较多的设施农业类型[5-6]，温室大棚在露地栽培不适宜的情况下，可以为其提供适宜生长的良好小气候条件[7]，而地膜的使用对土壤温湿环境具有较好的改善与调节作用[8-9]，且对农作物产量与品质[10,11]有提升作用.
为了更好的研究设施农业下设施蔬菜生长的相关影响因素，此次实验，我们选取山西省榆次地区北湖村实验基地进行番茄栽培，在栽培过程中采用搭建塑料大棚与铺设地膜相结合的设施农业种植技术，在同样的温室环境下主要探讨以下三个问题：（1）不同覆膜处理下土壤的温湿度变化情况；（2）不同覆膜处理下不同生长时期内番茄生长状况变化情况；（3）不同覆膜处理下番茄的产量与品质情况。

通过对上述三个问题的研究及结果分析，选择出最适宜山西省榆次地区塑料大棚内的地膜覆盖方式，为该地区的设施农业的发展提供相应的理论依据与技术支持。

1 材料与方法
1.1研究区概况
研究区位于山西省晋中市榆次区塑料大棚番茄种植基地，地理坐标为东经111°25′—114°05′，北纬36°40′一38°06′。

晋中市位于山西省中部偏东，地处中纬度地带内陆，地形以盆地和山区为主，在气候类型上属于温带大陆季风气候。

由于太阳辐射、季风环流和地理因素的影响，该地区气候具有四季分明、雨热同期、光照充足、冬夏气候悬殊、昼夜温差大的特点。

1.2实验设计与分析方法
实验设计
2020年10月10日—2021年2月23日在山西省晋中市榆次区温室大棚番茄种植基地内对番茄进行地膜覆盖栽培，所采用番茄种植品种为“普罗旺斯”番茄，栽培时选取该品种幼苗进行种植。

此次实验，地膜覆盖处理方式主要选取了两种，分别选取黑色薄地膜覆膜处理（HM）和无覆膜覆盖处理（WM）方式进行对比。

两种覆盖处理实验小区内番茄横向与纵向均等间距种植，两块样设置为地长3.3m，宽0.7m，中间缓冲带为0.7m。

HM处理采取先将番茄幼苗栽种，再对其进行覆膜并对其进行人工打孔，除供幼面生长所必须的圆形孔洞外，另在塑料薄膜上制作个大小均匀的圆形孔洞，每个空洞直径6.6cm，两组实验小区分别均匀的种植12株番茄幼苗，一区两行，一行6株幼苗。

实验过程中，对两组实验小区采取相同的种植农业措施。

1.3实验数据测定
实验过程中主要对与番茄生长相关的气象数据、土壤墒情数据及作物生长数据进行跟踪测定，进而全面对不同覆膜处理下的番茄进行分析。

1.3.1气象数据测定
实验期间测定与番茄生长相关的气候与气象资料，如温室大棚的棚内外光照、棚内外温度、棚内外相对湿度、棚内外光照均采用国产杭州绿博多功能气象记录仪进行数据收集，
1.3.2土壤墒情数据测定
根据实验需要在温室大棚内设置一台土壤墒情监测仪器监测土壤的温度和相对湿度，仪器同样选用国产杭州绿博土壤墒情监测仪。

1.3.3作物生长数据测量
在番茄生长的幼苗期、开花坐果期、结果期的生长数据进行定期采集记录。

采取卷尺对两种不同覆盖处理下番茄生长的幼苗期和果期的株高进行定期测量;同时在番茄生长果期，对番茄单区结果株数及单株结果粒数数据进行定期记录。

1.3.4作物产量测量
2021年2月23日对两个覆盖处理的成熟期的番茄进行采摘并对其进行称重，称重计总重。

1.3.5作物品质数据测量
番茄成熟后，分别对番茄的硬度、糖度和酸度三个方面进行检测。

番茄硬度数据采用国产杭州绿博水果硬度计、糖度计与酸度计。

1.4数据分析
通过对气象数据、土壤墒情数据、作物生长数据和作物产量数据的对比分析，从多角度对HM与WM覆盖处理番茄不同时期的生长情况进行比较，进行评估。

所有实验数据的均使用Excel2010和SPSS17.0软件进行计算和统计分析，采用Excel2010和Origin2018软件绘图。

2结果分析
2.1棚内温度变化情况
实验期间，对比了121天中最高温和最低温变化情况，其中最高温变化范围为17.2-45.9℃、最低温度变化范围为6.4-18.9℃，番茄最佳生长温度为10-35℃，大部分日期温度的最高温与最低温均在10-35℃范围内，总体上棚内温度适宜番茄的生长，部分天气最高温度大于35℃，最低温低于10℃，但在一天中持续时间较短，最高温出现的时间范围一般在12：00-14：00。

图1 棚内温湿度变化特征
2.2有无覆膜土壤温湿环境变化
2.2.1不同环境温度土壤温度变化特征
大棚内空气温湿环境作为棚内土壤直接的外部环境背景，其温度、湿度高低直接会影响棚内土壤温湿条件。

因此将试验期内所有天数大棚内温度环境进行排序，试验期棚内最高温度为26.19℃，最低温度为10.98℃，将棚内温度环境背景分为三大情景区间：A情景（20-26.19℃）；B情景（15-20℃）；C情景（10.98-15℃）。

以分析在不同大棚温度环境条件下棚内不同覆膜设置对不同深度土壤温度的影响。

）
图2 棚内不同温度环境下不同深度土壤温度变化特征
Fig. 2 Variation characteristics of soil temperature at different depths under different temperature enviroWMents in the shed
黑色、红色线段分别表示所对应平均日温区间土层深度为5cm、10cm、20cm和30cm时WM处理与HM处理最大值与最小值温差变幅由图2可知，HM处理较WM处理有明显增温效果，在A、B、C三个温度环境区间内HM土壤温度均高于WM。

相较于A、C情景，当棚内日均气温间于15-20℃（B情景）时，HM处理对5cm、10cm、20cm和30cm土深处土壤温度增温效果较弱，分别高出WM处理0.8℃、
0.49℃、0.53℃、0.49℃。

而在A、C情景下，四个不同深度土壤温度增温效果分别为1.13℃、0.74℃、0.73℃、0.59℃和1.01℃、0.7℃、0。

71℃、0.58℃。

同时，土壤温度的最高值在A情景下出现于10cm土深处，在B、C两个情景下出现于20cm土深处，并非出现在增温效果最为明显的5cm深度，且增温效果总体表现为距地表越深越弱。

此外，在棚内不同环境温度情景下，HM较WM增温保温稳定性也不一致，表现
为当温室大棚棚内环境温度为10.98-15℃（情景C）时，土壤温度更为稳定。

2.2.2不同季节对土壤温度的影响
不同季节对土壤温度变化情况如图3所示，通过对秋冬两个季节对应的整点温度进行求平均值计算。

两种覆膜处理下，秋冬两季WM处理各土层深度的土壤温度均略高于HM处理，在5cm处在WM处理在秋、冬季节的土壤温度平均值分别高于HM处理1.77℃、0.64℃，在10cm处分别高出1.29℃、0.34℃，在20cm处分别高出1.37℃、0.44℃，在30cm处分别高出1.03℃、0.38℃，不同覆膜处理下秋季的土壤温差高于冬季，秋季土壤温度差值变化明显大于冬季。

图3 秋、冬季不同深度土壤温度日变化特征
（a为秋季WM处理不同深度土壤温度日变化，b为秋季HM处理不同深度土壤温度日变化，c为冬季WM处理不同深度土壤温度日变化，d为秋季HM处理不同深度土壤温度日变化。

）
2.3土壤相对湿度变化特征
土壤相对湿度除受土壤内实际含水量影响外，还与土壤温度有直接关系，且土壤温度对相对湿度的影响更为剧烈。

由图4可知，由于秋季气温普遍高于冬季，因此秋季土壤相对湿度高于冬季。

受土壤温度变化影响，在两种不同覆膜处理下，WM处理土壤相对湿度随土层深度增加而增加，且随着土层深度的增加土壤相对湿度增加趋势逐渐变小；HM处理则在秋冬两个季节呈现不同的变化规律，秋季HM处理土层深度为5cm、10cm处相对湿度都高于20cm、30cm土壤相对湿度，冬季HM处理总体上随着土层深度的增加土壤相对湿度逐渐增大，但在10cm以下土深处，土壤相对湿度随土壤深度的增加而减小。

由图可知，HM土壤相对湿度大于WM处理，在季节变化上，在5cm处在WM处理在秋、冬季节的土壤相对湿度平均值分别高于HM处理9.08%、5.23%，在10cm处分别高出5.51%、3.97%，在20cm土深处秋季WM高于HM处理1.98%，冬季HM处理高于WM处理2.08%，在30cm处WM处理高于HM处理2.35%、1.78%。

图4 秋、冬季不同深度土壤相对湿度日变化特征
（注：a为秋季WM处理不同深度土壤行对适度度日变化，b为秋季HM处理不同深度土壤行对适度日变化，c为冬季WM处理不同深度土壤相对湿度日变化，d为秋季HM处理不同深度土壤相对湿度日变化。

）
2.4不同覆膜条件番茄生长、产出差异分析
2.4.1不同生长期番茄株高、结果对比
（1）株高对比
在实验过程中，对株高的测量采取在番茄不同生长阶段各随机选取一天并对每种覆膜处理下三个重复实验小区内分别随机选取三棵番茄植株作为样本进行测量，取两个覆膜处理下测量样本数据的平均值进行对比。

由图5可知，在两组覆膜处理的绝对株高数据进行对比得出，HM处理在幼面期、开花期、坐果期和成熟期分别较WM处理高2.7cm、6.7cm、4cm、9.33cm，在不同的生长周期HM处理株高均高于WM处理。

在三个生育时期HM处理的株高相对生长率分别为5.18%、5.47%、1.09%，WM处理的产量相对增长率分别为5.01%，6.57%，1.1%。

株高由坐果期进入成熟期番茄植株高度为生长最快阶段，WM处理与HM处理由坐果期进入成熟期植株高度增长幅度分别为127.6%与126.7%，并在成熟期植株高度达到最大。

图5 不同覆膜处理对株高相对生长率
（2）结果情况对比
实验期间对两种覆盖处理的坐果期与成熟期的番茄的结果情况分别进行了四次数据收集，对WM处理和HM处理下的挂果株数以及各实验小区的总挂果粒数进行了统计分析，
通过对番茄两种覆膜处理下各三组重复实验小区挂果株数与挂果粒数取平均值统计，结果由表1可知，WM处理与HM处理的挂果株数在成熟期与结果期均保持一致，进入结果期后，两个实验小区的平均挂果株数都达到了12棵。

在番茄挂果粒数上，由图6可知，在开花坐果期至结果期前期，WM盖处理的番茄挂果粒数情况明显好于HM处理，但在此期间，两种覆膜处理下结果数量差先扩大后逐步缩小，进入结果期后，HM处理挂果粒数显著高出WM处理。

表1 不同覆膜处理番茄挂果株数
图6 不同覆膜处理下番茄挂果粒数
2.4.2番茄产出差异分析
（1）产量对比
由图7可知，不同覆膜处理对番茄产量高低有显著影响。

实验后期，对两种覆膜处理下番茄产量进行则算，分别于2021年1月31日、2月9日、2月18日和2月23日进行四次番茄果实的摘取进行称重测量。

从绝对产量方面来看，HM处理的番茄产量明显高于WM处理，HM处理于WM处理番茄四次测量总重分别为16.18kg和9.61kg，四次测量HM处理下番茄产量分别高于WM处理0.99g、1.48kg、2.2kg、1.9kg；同时通过对番茄产量的相对增长率计算结果显示，在三个时采摘日期HM处理的产量相对增长率分别为6.22%、3.42%、6.18%，WM处理的产量相对增长率分别为4.59%，1.56%，5.72%。

图7 不同覆膜处理对产量相对增长率
（2）品质差异分析
为了更好地对番茄生长情况进行评估，在果实成熟后加入了对番茄实验品质的测量。

品质测量分别在四次果实摘取后随机从每种覆膜处理下3组番茄进行硬度、糖度、酸度以及糖酸比进行测量，共得到12组番茄样本测量数据（果实样本标记为t1，t2......t12）。

为了对番茄品质进行更全面分析，引入统计学种t检验法（Student’s test）对HM与WM两种覆膜处理下番茄的四个方面品质指标进行全面对比分析。

果实硬度是评价果实质地状况以及采后耐贮特性的重要指标，由表2、图8可知，在硬度方面，12组果实样本硬度数据中，HM处理下果实硬度均值为0.998/kg，WM处理下果实硬度均值为1.297/kg，WM处理果实硬度均值较HM处理大0.298/kg，对比两种覆膜处理下果实硬度均值差异t检验结果，虽然WM处理果实硬度均值较HM处理大0.298/kg，但并未通过显著性检验，因此二组之间的硬度没有统计学上的显著差异，因此两种覆膜处理下的果实在硬度方面差别不大。

果实的风味的变化主要依赖于糖类和酸类物质的变化，因此果实的糖度与酸度是影响果实风味与食用口感的重要指标。

良好的风味与口感必须在较高的含糖量基础上有合适的糖酸比，糖度与酸度过高或过低均会拉低果实品质。

在糖度和酸度方面，除考虑糖度与酸度的单个指标测量结果，还进一步引入二者比值即糖酸比作为番茄品质评价的一主要指标。

由表2、图9、图10可知，在糖度方面，WM处理下果实糖度均值比HM组平均糖度高1.707/kg，并且显著性检验的t值为-5.103，即在1%的显著性水平下，WM处理果实糖度高于HM处理；从酸度方面来看，WM处理果实酸度均值比HM处理平均果实酸度高0.006，未通过显著性检验，即两种覆膜处理下的果实在酸度方面差别不大；从糖酸比来看，HM处理下果实糖酸比均值为9.153，WM处理下果实糖酸比均值为11.000，WM组比HM组平均糖度高1.851，并且显著性检验的t值为-2.328，即在5%的显著性水平下，WM处理下果实的糖酸比比HM处理显著更高。

表2 不同覆膜处理下品质检测指标的t检验结果
图9 HM处理糖酸度图10 WM处理糖酸度
3.讨论
本次实验对不同覆膜处理下番茄生长的水热环境分析发现，在番茄生长过程中，适宜的环境温湿度为番茄的生长创造了良好的水热条件，同时番茄的生长的不同阶段都需要差异化的环境，棚内秋季通风孔的设置和冬季人工加热装置的设置为番茄生长所需的差异化环境创造了条件，同时也对棚内温度起到了良好的调节作用，综合棚内平均温度来看，番茄生长日平均温度均10℃以上，即使冬季，日均温也均保持番茄生长的最适宜温度，为番茄生长创造了良好的棚内环境。

通过对不同覆膜处理下的土壤温度进行研究可知，不同土层深杜所对应的土壤温度呈不同变化规律，土壤最高温与最低温出现的时间随这土层深度的增加而延迟，在土深20cm与30cm处最高温与最低温出现的时间往往对应的是土深5cm与10cm处最低温与最高温出现的时间，说明土壤温度的传递由浅到深有一定的时间延迟，根据系统的热惯量原理，这主要是由于受棚内温度的影响，土壤本身有一定的热容量，而土壤作为一种传热介质又具有一定的导热能力，所以当土壤的温度上升或下降都需要经过一定的时间，因此浅层土壤的温度上升或下降时，深层土壤温度的上升与下降的变化时间会出现延迟。

土壤温度随土层深度增加变化幅度逐渐减小，土深5cm处昼夜变化幅度最大，30cm昼夜变化幅度最小，这主要由于土深5cm距离地表较进，因此其变化幅度受棚内空气温度影响较大，相比较30cm则受棚内空气温度影响较小。

覆膜有利于番茄株高的生长，且在结果的数量方面也好于无覆膜处理，这与李波等[12]研究结果相似。

在棚内温度、相对湿度、光照、施肥等条件相同的情况下，影响两种覆膜处理番茄株高差异的最主要原因是两组不同覆膜处理土壤温度的差异，在整个试验期间采集到的有效地温数据来看，HM覆膜处理下土壤温度在5cm-30cm土深范围内平均温度均高于WM覆膜处理。

HM覆膜处理相比于WM覆膜处理对土壤的保温效果更好，对于土壤内水分的蒸发较少，同时HM覆膜处理设计了通风孔，WM覆膜处理则由于直接爆露于温室环境下，土壤保温效果较差，对土壤水分的蒸发量也较大，对番茄株高的长势产生了不利影响。

WM覆膜处理的结果株数与总结果数量在数据统计前期表现好于HM覆膜处理主要由于前期棚外温度条件较好，棚内温度受棚外影响温度也处于适合番茄生长的理想温度，由于无WM覆膜处理不受覆膜影响，对棚内热量能够更充分吸收的同时，地温也随之升高，因此生长情况略好于HM覆膜处理，而到了实验中后期，季节由秋季转为冬季，棚外温度逐渐降低，棚内温度也随之降低，HM覆膜处理下，地膜对土壤起到了保温作用，使土壤受冬季降温的影响减少，因此在此阶段HM覆膜处理下土壤温度高于WM覆膜处理，在番茄后期生长的关键阶段，提供了良好的棚内温度与土壤温度条件，因此在实验中后期，HM覆膜处理下番茄生长情况表现更好。

品质方面，HM处理为番茄产量的提升提供者了最适宜的温度与相对湿度，有无覆膜处理对番茄硬度与酸度影响较小，对糖度影响较大，表现为 WM处理下果实含糖量更高，主要由于WM处理由于不受覆膜增温作用影响，昼夜温差明显要大于HM处理，有利于糖分的积累[13]；但番茄糖含量高, 酸度过低, 也会因味单而淡影响番茄的口感品质；引入糖酸比进一步分析，HM处理较WM处理番茄的糖酸比合格率更高，番茄口味更佳。

尽管温室大棚自身具有增温保湿、增产增质的效果，但在棚内辅以适当的地表覆膜还会进一步提高土壤的增温保湿作用，为番茄的生长、作物的产出和品质的提升起促进作用。

4.结论
不同覆膜处理下的番茄的土壤温度、土壤相对湿度、生长情况以及产量与品质都有明显的差异。

WM处理的糖度要好于HM处理，而在温度变化、相对湿度变化、株高高度变化、坐果数量变化、产量、硬度与酸度方面HM处理明显好于WM处理，尤其在产量方面，HM覆膜处理下的四次测量总产量之和约为WM覆膜处理的1.68倍，该地区设施番茄的种植主要是面向市场销售，因此产量的高低是当地选择不同覆膜方式的重要参考依据。

总之。

通过本次实验所得到的结果表明HM处理.
参考
[1]彭澎,梁龙,李海龙,赵桂慎.我国设施农业现状、问题与发展建议[J].北方园艺,2019,(05):161-168.
[2]李亚敏,商庆芳,田丰存,陈香兰.我国设施农业的现状及发展趋势[J].河北农业科学,2007(04):120-121+124.
[3]裴莎. 晋中市设施蔬菜产业调研分析及建议[D].山西农业大学,2017.
[4]严昌荣,刘恩科,舒帆,刘勤,刘爽,何文清.我国地膜覆盖和残留污染特点与防控技术[J].农业资源与环境学报,2014,31(02):95-102.
[5]骆飞,徐海斌,左志宇,赵桂东,郭小山,王丽平.我国设施农业发展现状、存在不足及对策[J].江苏农业科学,2020,48(10):57-
62.DOI:10.15889/j.issn.1002-1302.2020.10.010.
[6]汪军,杨杉,陈刚才,滕应,刘坤.我国设施农业农膜使用的环境问题刍议[J].土壤,2016,48(05):863-867.
[7]Li A ,Huang L ,Zhang T. Field test and analysis of microclimate in naturally ventilated single-sloped greenhouses[J]. Energy & Buildings, 2016, 138(MAR.):479-489.
[8]路海东, 薛吉全, 郝引川,等. 黑色地膜覆盖对旱地玉米土壤环境和植株生长的影响[J]. 生态学报, 2016, 36(7):8.
[9]吴贤忠, 李毅, 高志永,等. 白膜,黑膜全年覆盖下的土壤水,热,盐变化[J]. 中国生态农业学报, 2018, 26(11):9.
[10]秦羽青, 程宏波, 柴雨葳,等. 中国北方地区小麦覆盖栽培增产效应的荟萃(Meta)分析[J]. 中国农业科学, 2022, 55(6):15.
[11]夏冬. 地面覆盖对土壤环境和番茄果实产量品质的影响[D]. 南京农业大学. 2014.
[12]李波,屈忠义,王昊.河套灌区覆膜沟灌对加工番茄生长效应与品质的影响[J].干旱地区农业研究,2014,32(06):43-47.
[13] 李莉,李佳,高青,陈金星.昼夜温差对番茄生长发育、产量及果实品质的影响[J].应用生态学报,2015,26(09):2700-2706.。