全 文 ：中国生态农业学报 2016年 1月 第 24卷 第 1期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Jan. 2016, 24(1): 4755


* 国家高技术研究发展计划(863计划)课题(2013AA103001)和国家自然科学基金项目(31201661)资助
** 通讯作者: 刘文科, 主要从事设施园艺营养与光温生物学研究。E-mail: liuwenke@caas.cn
傅国海, 主要从事设施作物根区环境温度方面的研究。E-mail: haifengzhisheng@126.com
收稿日期: 20150611 接受日期: 20151105
* This work was supported by the National High Technology Research and Development Program (863 Program, No. 2013AA103001) and the
National Natural Science Foundation of China (No. 31201661).
** Corresponding author, E-mail: liuwenke@caas.cn
Received Jun. 11, 2015; accepted Nov. 5, 2015
http://www.ecoagri.ac.cn
DOI: 10.13930/j.cnki.cjea.150679
日光温室甜椒起垄内嵌式基质栽培根区温度日变化特征*
傅国海 刘文科**
(中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所/农业部设施农业节能与废弃物处理重点实验室 北京 100081)
摘 要 针对我国北方地区日光温室冬春季低温胁迫、土壤连作障碍、单产低和水肥资源利用率低等问题, 本
文设计了一种新型的栽培方法——起垄内嵌式基质栽培方法(soil ridge substrate-embedded cultivation, SRSC),
并在早春季节, 研究了两种模式的 SRSC[嵌槽式垄(SRSC-P)和嵌膜(铁丝网槽支撑)式垄(SRSC-W)]及土垄(SR)
和单一基质槽垄(NPG)栽培下的甜椒幼苗根区温度的日变化特征。结果表明, 日光温室内栽培垄根区温度与温
室内、外的气温变化呈显著正相关, 室内和栽培垄根区的平均温度分别比室外提高 8.07 ℃和 10.93 ℃, 夜间
分别提升 9.90 ℃和 14.81 ℃。在夜间低温阶段, SRSC-W维持根区较高温度的能力相对优于 SR和 SRSC-P, 其
根区平均温度分别比 SR和 SRSC-P高 1.34 ℃和 0.52 ℃; 在白天高温阶段, SR、SRSC-P、NPG、SRSC-W最
高温度平均值分别为 28.06 ℃、27.21 ℃、29.93 ℃、26.05 ℃, SRSC-W抗高温效果最佳, NPG抗高温效果最
差。阴天条件下, 栽培垄的蓄热保温性能比晴天条件下差。SR白天和夜间的中心根区平均温度皆高于外侧, 但
SRSC-P和 SRSC-W白天外侧温度高, 夜间中心根区温度高。栽培垄北部根区温度高于南部根区温度, 具有空
间差异性, 其中 SRSC-W栽培模式的南部中心根区温度和北部中心根区温度差异相对于其他处理最小。此外,
SRSC-W中心根区温度变化滞后时间最长, 温度缓冲能力强。总之, SRSC-W栽培方法维持早春季节夜间甜椒
根区温度能力和对低温及高温胁迫的缓冲性最强, 且成本低, 在日光温室抗低温生产中具有较好的应用前景。
关键词 日光温室 起垄内嵌式基质栽培 蓄热保温 根区温度 昼夜温度
中图分类号: S625.4 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2016)01-0047-09
Diurnal change in root zone temperature of soil ridge substrate-embedded
cultivation method for sweet pepper in solar greenhouse*
FU Guohai, LIU Wenke**
(Institute of Environment and Sustainable Agricultural Development, Chinese Academy of Agricultural Sciences / Key Laboratory of
Energy Conservation and Waste Management of Agricultural Structures, Ministry of Agriculture, Beijing 100081, China)
Abstract In order to deal with the production problems associated with low temperature stress in winter and early spring,
continuous cropping obstacles, low yields and low utilization efficiencies of water and fertilizer in solar greenhouses in North
China, a novel cultivation method named ‘soil ridge substrate-embedded cultivation’ (SRSC) was designed and its performance
was investigated. An investigation on root zone temperature of sweet pepper seedlings in two types of SRSC patterns [SRSC-P
(polyethylene groove embedded in soil ridge) and SRSC-W (plastic film with wire mesh as support embedded in soil ridge)],
SR (soil ridge) and NPG (naked polyethylene groove) were conducted in early spring. The results showed that the dynamic
changes of ridge root zone temperatures were significantly positively correlated with both inside and outside temperatures of
greenhouse. Moreover, daily mean temperatures inside greenhouse and in ridge root zone were increased by 8.07 ℃ and
10.93 ℃, respectively, than temperature outside greenhouse. The effect of greenhouse was more remarkable at night,
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temperatures inside greenhouse and in ridge root zone enhanced by 9.9 ℃ and 14.81 ℃, respectively, compared with outside
temperature. Based on the data analysis, the performance of root zone temperature in terms of preservation of SRSC-W was
better than that of SR and SRSC-P at night. And average night temperature were increased by 1.34 ℃ and 0.52 ℃,
respectively, compared with those of SR and SRSC-P. The highest root zone temperatures of SR, SRSC-P, NPG and SRSC-W were
28.06 ℃, 27.21 ℃, 29.93 ℃ and 26.05 ℃, respectively, at daytime. This suggested that SRSC-W had the best buffering
capacity for high temperature while NPG had the worst buffering capacity. The performance of SRSC in terms of heat storage
and preservation under cloudy conditions was worse than that under sunny conditions. Root zone temperature in ridge center of
SR was higher than that in lateral ridge at both daytime and nighttime. On the contrary, SRSC-P and SRSC-W had higher
lateral temperatures in the daytime and higher center temperature at night. Root zone temperature in north part of ridge was
higher than that of south part, and temperature difference was the smallest between south and north under SRSC-W condition.
In addition, the lag time for dynamic change in root zone temperature in ridge center was the longest under SRSC-W condition
due to powerful temperature buffer capacity. In short, the effect of preservation temperature in root zone of SRSC-W was the
best with strongest temperature buffer capacity during low temperature period among all treatments. SRSC-W had a broad
prospect for application with low cost and most stable performance of heat storage and preservation.
Keywords Solar greenhouse; Soil ridge substrate-embedded cultivation; Heat storage and preservation; Root zone
temperature; Diurnal temperature
设施栽培在我国蔬菜和其他重要经济作物的反
季节和跨地区种植中占有重要地位 [1], 截至2012年
底, 我国设施栽培面积约4×106 hm2, 其中设施蔬菜
瓜果产量约2.67×108 t, 占蔬菜瓜果总产量的34%。
由于设施栽培高产高效的特点, 其已逐渐成为中国
农业中最有活力的新兴产业之一[2]。日光温室作为
我国北方冬春季蔬菜栽培的主要场所, 目前栽培面
积已经超过1×106 hm2, 成为我国北方设施蔬菜生产
中最为重要的形式之一[3]。但是, 在我国北方地区的
日光温室栽培过程中, 由冬春季环境低温造成的日
光温室内的低温胁迫问题已成为影响日光温室作物
生产的瓶颈。温度是影响植物产量和品质的关键生
态环境因素, 决定着植物地上部的生长和根系的水
肥吸收, 对植物的生长发育、光合作用和蒸腾作用
产生重要影响[4]。
日光温室内低温胁迫问题主要是由日光温室本
身结构特征的限制和外界低温环境的影响相互作用
造成的。日光温室的面积大, 环境调控能力弱, 主要
通过被动地吸收太阳能来提高温室内土壤和空气温
度[5]。日光温室对低温的抵抗能力较差, 当外界环境
温度较低时, 往往因为得不到热量补充而产生低温
胁迫, 进而导致作物产量的下降和品质的降低。此外,
除冬春季环境低温造成温室低温胁迫, 中午时段有
时也会出现短时的高温胁迫。目前, 针对日光温室冬
春季低温胁迫问题, 有以下方式可以有效缓解: 1)通
过优化结构提高日光温室的蓄热保温性能[6]; 2)通过
利用太阳能加热 [7], 如主动蓄放热系统 [8]等方式提
高日光温室内的气温; 3)通过作物根区电加热[9]、起
垄覆膜[10]等方式, 提高根区温度。虽然上述方式能
够有效地缓解日光温室冬春季低温问题, 但是在实
际应用过程中存在诸多弊端, 如能源消耗量大、经
济性差、操作复杂等。在日光温室生产过程中, 气
温和根区温度是影响作物生长的两个重要的温度因
素。有研究表明, 植物的生长发育对根区温度比空
气温度更加敏感[1113]。当空气温度适合光合作用时,
根区低温成为抑制根区生理活动和植物生长的主要
因素[1415]。有报道表明, 温室种植黄瓜, 当根区温度
低于 12 ℃时, 幼苗生长开始出现明显受阻 [16], 低
根区温度降低了根系呼吸、水肥吸收和根系生长, 影
响根系的气体交换和移植后存活[1718]。Gosselin 等[19]
研究发现, 提高根区温度能够增加低温环境下室内
种植的辣椒产量; Jones等[20]研究认为根区加热可以
抵消夜间低温对番茄产量的影响。上述研究说明提
升根区温度是解决日光温室低温胁迫的有效手段。
由于提升根区温度是解决日光温室低温胁迫的
有效途径 [21], 我们以维持根区较高温度为核心, 提
出一种新的栽培方法——起垄内嵌式基质栽培方法
(soil ridge substrate-embedded cultivation), 简称 SRSC,
即将土壤栽培与无土栽培相结合, 利用土垄包被基
质栽培槽, 覆盖地膜后利用滴灌进行蔬菜栽培。土
壤稳定的结构使其具有良好的蓄热保温性能和温度
缓冲性能, 而且土壤温度变化滞后于外界环境温度
变化[22], 能够为植物根系提供更加稳定的根区环境
温度, 即通过土垄蓄集更多的太阳能提高根区温度
并增强根区基质的稳定性和缓冲能力; 无土栽培发
挥了其高产的优势, 且无土栽培中基质取代了根区
土壤环境, 能够解决传统土壤栽培中水分、空气、
养分的供应矛盾[23], 以及由土壤栽培带来的土壤连
作障碍等问题 [24], 此外 , 采用滴灌系统 , 能够减少
水肥资源的浪费, 提高了作物产量[25]。
第 1期 傅国海等: 日光温室甜椒起垄内嵌式基质栽培根区温度日变化特征 49


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本研究在建立的嵌槽(SRSC-P)和嵌膜(SRSC-W)
两种形式的 SRSC 新型栽培方法的基础上, 以甜椒
(Capsicum annuum L.)为试验作物, 研究对比包括传
统土垄(SR)和单一 PE基质栽培槽(NPG)在内的 4种
不同栽培方法的蓄热保温能力强弱及其根区温度的
日变化特征, 为 SRSC 新型栽培方法的实际应用提
供理论支持和技术支撑。
1 材料与方法
1.1 试验设计
SRSC 新型栽培方法将土壤栽培与无土栽培结合,
且不同于传统的地上筑槽基质栽培, 不但充分发挥
无土栽培的高产高效优势, 还充分利用了土垄的蓄
热保温性能, 且大大节省了建筑材料的使用成本, 方
便操作。我们提出将特别设计的 PE基质栽培槽(侧面
下方打孔)或铁丝网槽+膜(侧面下方打孔)嵌在一定规
格的土垄中, 即首先将特别设计的 PE 基质栽培槽或
铁丝网槽+膜南北摆放整齐, 装入按比例混合均匀的
栽培基质(草炭︰蛭石︰珍珠岩=1︰1︰1), 然后在
栽培槽四周按照一定的标准培土起垄, 最终将栽培
槽嵌在土垄中, 实现二者的结合。培垄完成后, 覆
盖地膜, 设置滴灌, 能显著提高地温和减少水肥流
失[2627]。SRSC新型栽培方法将土壤、基质栽培槽、
基质、地膜、滴灌系统整合, 结合了土壤栽培和无
土栽培的各自优势, 还可以达到以下效果: ①限制
根系空间 , 有效吸收利用水肥; ②基质用量少 , 消
毒处理便捷 ; ③栽培装置底部密封 , 提高水肥利
用率 ; ④侧面开孔 , 增加通气性和土壤养分利用 ;
⑤结合滴灌系统使用, 减少水肥资源投入。其结构
及参数如图 1所示:

图 1 土壤起垄内嵌式基质栽培方法(SRSC)横切面图(左)和俯视图(右)
Fig. 1 Cross section (left) and aerial view (right) of a novel soil ridge substrate-embedded cultivation (SRSC) method for solar greenhouse
1: 通气孔; 2: 基质; 3: 基质槽; 4: 地膜; 5: 土壤。1: Venthole; 2: Substrate; 3: Groove; 4: Plastic film; 5: Soil.

本试验设计了两种不同形式的栽培槽, 一种是
利用 PE 基质栽培槽内嵌(SRSC-P), 另一种利用铁
丝网槽 (内置塑料薄膜 )内嵌 (SRSC-W), 目的是比
较基质栽培槽材质对蓄热保温能力的影响, 以及寻
求廉价的实用性材料。根据实际生产及试验需求(保
证根系生长的同时, 将根限制在一定空间, 以提高养
分的吸收利用效率), SRSC 新型栽培方法的 PE 基质
栽培槽规格设置为长×宽×高=120 cm×12 cm×16 cm,
厚度为 2 mm, 并于侧面距底部 5 cm 处打两行孔,
孔径 1 cm, 左右孔距 5 cm, 上下孔距 2.5 cm, 交叉
排布(见图 1)。另一种栽培槽是铁丝网嵌膜基质栽
培槽, 铁丝网减少了成本投入, 网孔有利于热量的
传导, 网孔孔径 2.5 cm, 内嵌塑料薄膜, 长、宽、
高与 PE基质栽培槽相同, 在与 PE基质栽培槽相同
的位置打孔, 孔距孔径相同。设置 SRSC 栽培垄行
距为 67 cm, 栽培垄底部宽 42 cm, 顶部宽 22 cm,
高度 15 cm。此外, 分别设置规格参数与 SRSC 栽
培垄相同的土垄栽培行(SR)和单一 PE 基质槽栽培
行(NPG), 研究 4 种不同栽培方法下甜椒根区温度
的日变化特征。
试验小区内共设置 14个栽培垄, 栽培垄为南北
走向, 南北方向长度为 2.4 m。在试验小区东、西两
端各设置 1 个保护行, 中间 12 行为处理行, 共设置
4个处理, 每个处理设置 3次重复。处理自东向西依
次为 SR、SRSC-P、NPG、SRSC-W。
1.2 试验材料
试验在 2015 年 3 月 14—19 日在位于北京市顺
义区大孙各庄镇试验基地的日光温室中进行, 试验
用温室长 60 m, 跨度 8 m, 脊高 3.8 m。试验小区长
10 m, 宽 3 m, 最南端距温室南底脚 1.5 m。日光温
室夜间采用覆盖保温被的保温措施, 保温被开闭的
时间分别为 7:00和 18:00。试验作物选择甜椒, 品种
为‘海丰 16 号’。甜椒采取穴盘育苗, 三叶一心时定
植, 株距 30 cm, 定植时间为 3月 14日。
试验采用国产的智能多点土壤温湿度记录仪
(精度: ±0.05 ℃)测定各个测点的昼夜温度。
50 中国生态农业学报 2016 第 24卷


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1.3 测定方法
试验共设置 44个温度测点。其中 2个测点分别
设置在日光温室内部和外部, 测定日光温室内部空
气温度和外界环境温度, 测点设置要避光通风, 避
免太阳辐射干扰。栽培垄的温度测点设置: 首先 SR、
SRSC-P和 SRSC-W的温度测点在距垄最南端 0.6 m,
栽培垄中心位置 10 cm深处和距该点 7 cm外侧(与
槽隔开 1 cm, 防止槽壁温度变化对测点的影响过大)
设置, 每条垄设置 2 个测点, 共设置 18 个测点; 其
次, NPG 只设置中心根区处的温度测点, 相对位置
与其他 3种处理相同, 每条垄设置 1个测点, 共设置
3 个测点。数据采集频率为 1 次20min1, 探究温度
的时间变化规律。其次, 在距各栽培垄最南端 1.8 m
的位置, 与栽培垄南部中心根区位置相对应设置温
度测点, 共设置 21 个测点, 探究温度的空间变化规
律。根据试验用日光温室保温被开闭时间, 本试验
将白天定义为 7:00—18:00, 夜间为 18:00—7:00(翌
日)。试验研究甜椒苗期根区温度的时间和空间变化
规律, 故各选取较有代表性的 4 个昼夜的温度数据
进行分析。选取 2015年 3月 14日 15:00至 18日 15:00
的温度数据, 分析温度的时间变化规律; 选取 2015
年 3月 15日 17:00至 19日 17:00的温度数据, 分析
温度空间变化规律。其中, 3月 16日为阴天, 其他时
间为晴天。
试验数据采用 Microsoft Excel 2003和 SAS 8.2
进行作图和统计分析。
2 结果与分析
2.1 栽培垄根区温度与室内、室外温度变化的关系
由图 2可知, 4种栽培垄根区平均温度与日光温
室内部温度随室外温度的变化而变化。采用 SAS软
件对根区平均温度与日光温室内部、外部温度进行
相关性分析, 根区平均温度与日光温室内和室外温
度的相关系数相同(R2=0.7, P<0.000 1), 即根区平均
温度与日光温室内、外温度呈极显著正相关关系。4
个昼夜中, 根区平均温度与日光温室内、外平均温度
分别为 20.77 ℃、17.91 ℃和 9.84 ℃, 日光温室对根
区温度和室内温度分别提升了10.93 ℃和8.07 ℃, 且
白天室内温度(21.11 ℃)和根区温度 (21.64 ℃)分
别比室外温度(15.19 ℃)高 5.92 ℃、6.45 ℃, 而夜
间室内温度(15.03 ℃)和根区温度(19.94 ℃)分别比
室外温度(5.13 ℃)高 9.90 ℃、14.81 ℃, 夜间温差
较大, 说明日光温室对栽培垄和室内温度的提升效
果明显, 且在夜间低温环境下更加明显。中午时段,
当外界环境温度较高时, 根区最高温度(27.76 ℃)却
低于室内最高温度(29.83 ℃), 说明栽培垄对高温具
有一定的缓冲作用。日光温室内、外温度的最低温
度和最高温度分别出现在 6:00 左右和 14:00 左右,
根区最低温度和最高温度分别出现在 8:00 左右和
16:00左右, 根区温度的变化滞后于室内、外温度变
化, 滞后时间平均为 2 h。由图 2 还可以看出, 第 2
天阴天天气情况下, 室内、外及栽培垄温度都较低

图 2 日光温室栽培垄根区温度与室内、外温度的变化
Fig. 2 Changes of ridge root zone temperature, inside temperature and outside temperature of solar greenhouse
且无明显变化, 说明在低温环境下栽培垄起到的蓄
热保温效果并不明显。
2.2 4种栽培垄中心根区温度的变化及其差异
由图 3可知, 4个栽培垄中心根区温度变化是有
差异的。4个昼夜中 SR、SRSC-P、NPG、SRSC-W 4
种栽培垄根区平均最低温度分别为16.33 ℃、17.03 ℃、
17.25 ℃、17.40 ℃, 即 SRSC-W>NPG>SRSC-P>SR,
可知 SRSC-W抵御极低温的能力最强, SR抵御极低
温能力最弱; 4个昼夜中 SR、SRSC-P、NPG、SRSC-W
4 种栽培垄根区平均最高温度分别为 28.06 ℃、
第 1期 傅国海等: 日光温室甜椒起垄内嵌式基质栽培根区温度日变化特征 51


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27.21 ℃、29.93 ℃、26.05 ℃, 即 NPG>SR>SRSC-P>
SRSC-W, 可知 SRSC-W的高温缓冲能力最好, NPG
缓冲能力最弱。4 个昼夜中 SR、SRSC-P、NPG、
SRSC-W 4种栽培垄根区平均温度分别为 20.32 ℃、
20.53 ℃、21.54 ℃、20.7 ℃, 白天平均温度分别为
21.71 ℃、21.27 ℃、22.57 ℃、21.03 ℃, 夜间平
均温度分别为 19.01 ℃、19.83 ℃、20.57 ℃、20.35 ℃,
可知 NPG 的蓄热保温能力优于其他处理, 但在第 2
和第 4 个波峰处 NPG 根区温度超过 30 ℃, 其高温
缓冲能力差, 对作物生长不利; SR 的蓄热能力好,
但保温能力较差; SRSC-W的保温性能较好, 在夜间
平均温度分别比 SR和 SRSC-P高 1.34 ℃和 0.52 ℃,
能够有效缓冲夜间低温环境。栽培垄中心根区最低
温度出现在 8:00 左右, 最高温度出现在 17:00 左右,
分别选取每天 6:00—8:00 和 15:00—17:00 时段的温
度, 以其平均值分别做低温及高温环境下的差异性
分析。可以得到: 低温环境下, 4个处理之间的根区
温度差异显著, SRSC-W 根区温度显著高于其他处
理; 高温环境下, NPG 根区温度显著高于其他处理,
缓冲高温能力差, SRSC-W 根区温度显著低于其他
处理, 缓冲高温能力强。
由图 4 可知, 在晴天条件下, 夜间栽培垄与室
内气温温差为正值, 栽培垄处于放热阶段, 说明在
夜间低温环境下, 栽培垄能够有效维持根区较高温
度, 缓冲环境低温胁迫, 且比较发现 SRSC-W比 SR
和 SRSC-P效果好, 夜间温差大; 白天栽培垄与室内
气温温差为负值, 室内气温上升较快, 而栽培垄的
缓冲性能使其温度上升较慢, 栽培垄处于吸热阶段,
比较发现 SRSC-W白天高温阶段根区温度相对较低,
温差较小, 说明其有较强的温度缓冲性。比较蓄放
热时间可以发现栽培垄放热时间长于吸热时间。在
阴天条件下 , 栽培垄根区温度始终高于室内温度 ,

图 3 日光温室 4种栽培垄中心根区温度的变化
Fig. 3 Changes of root zone temperatures in the center of four kinds of ridges in solar greenhouse
SR、SRSC-P、NPG和 SRSC-W分别指土垄、嵌槽式垄、单一基质槽垄和嵌膜(铁丝网槽支撑)式垄, 下同。SR, SRSC-P, NPG and
SRSC-W mean soil ridge, polyethylene groove embedded in soil ridge, naked polyethylene groove and plastic film embedded in soil ridge
(wire mesh as support). The same below.

图 4 日光温室 4种栽培垄中心温度与室内气温温差
Fig. 4 Differences between root zone temperatures of four kinds of ridges and inside air temperature in solar greenhouse
52 中国生态农业学报 2016 第 24卷


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即阴天条件下室内温度得不到有效提升, 但在夜间
栽培垄依然能够有效保持根区温度。
2.3 不同栽培模式的栽培垄根区内、外部及南北方
向的温度差异
2.3.1 不同栽培模式垄内、外的温度差异
由图 5 可知 SR、SRSC-P 和 SRSC-W 中心(C)
及外侧(L)的温度变化。SR、SRSC-P和 SRSC-W外
侧的平均最低温度分别为16.06 ℃、16.79 ℃、17.15 ℃,
中心平均最低温度分别为16.60 ℃、17.19 ℃、17.78 ℃,
可知 SRSC-W 的外侧和中心的最低温度最高, 且各
处理中心最低温度高于外侧最低温度。SR、SRSC-P
和 SRSC-W 3个处理外侧平均最高温度分别为 27.74 ℃、
26.80 ℃、26.53 ℃, 中心平均最高温度分别为 28.50 ℃、
26.76 ℃、26.94 ℃, 可知 SRSC的外侧和中心的最高
温度明显低于SR, 各处理中心最高温度高于或接近外
侧最高温度。SR、SRSC-P和 SRSC-W 3个处理外侧
白天平均温度分别为22.08 ℃、21.79 ℃、21.86 ℃, 中心
根区白天平均温度分别为 22.21 ℃、21.06 ℃、21.27 ℃。
SR、SRSC-P 和 SRSC-W 外侧夜间平均温度分别是
18.56 ℃、19.12 ℃、19.49 ℃, 中心根区夜间平均温
度分别是 19.34 ℃、20.20 ℃、20.92 ℃。可知, 白天
和夜间 SR 中心温度始终高于外侧温度, SRSC-P 和
SRSC-W 白天外侧温度高于中心温度, 夜间外侧温度
低于中心温度, 说明 SRSC 外侧土壤白天具有蓄集热
量的作用。此外, 由最高温度和最低温度出现的时间
可知, SR、SRSC-P和 SRSC-W中心温度变化皆滞后于
外侧温度变化, 滞后时间分别为 1 h、2 h 和 3 h,
SRSC-W的滞后时间最长, 说明其温度缓冲能力最强。

图 5 日光温室 3种栽培模式垄中心(C)和外侧(L)温度差异
Fig. 5 Differences between center (C) and lateral (L) temperatures of three kinds of cultivation ridges in solar greenhouse
2.3.2 不同栽培模式根区南北向的温度差异
由图 6 可知 4 种栽培垄南部和北部中心温度差
异, 将温差大于 1 ℃定义为差异明显。SR、SRSC-P、
NPG和 SRSC-W的南部中心根区平均最低温度分别
为 16.60 ℃、17.19 ℃、17.71 ℃、17.78 ℃, 北部
中心根区平均最低温度分别为 16.78 ℃、18.10 ℃、
18.73 ℃、18.58 ℃, 可知北部中心根区温度比南部
中心根区温度分别高 0.18 ℃、0.91 ℃、1.02 ℃、
0.84 ℃ , 即北部根区中心最低温度普遍高于南部 ,
除 SR外, 其他 3种处理南北位置根区温度存在较大
差异, 其中 NPG差异明显, SR温差较小可能是由于
其温度较低造成的, 较为接近室内气温, 而其他几
种处理温差较大, 既说明其具有维持根区高温的能
力, 又说明温室南北方向存在温度差。3 种处理南部
中心根区平均最高温度分别为 28.50 ℃、26.76 ℃、
30.65 ℃、26.94 ℃, 北部中心根区平均最高温度分
别为 30.65 ℃、28.38 ℃、30.98 ℃、26.58 ℃, 可知
北部中心根区最高温度比南部分别高2.15 ℃、1.62 ℃、
0.33 ℃、0.36 ℃, SR和 SRSC-P南北最高温度温差
较大, 生产稳定性较差, 而NPG虽然温差较小, 但是
南北部温度都较高, 较为接近气温, 其对高温的缓
冲能力最差, SRSC-W有较小的南北高温差, 表现稳
定。4 种处理南部中心根区白天平均温度分别为
22.21 ℃、21.06 ℃、22.76 ℃、21.27 ℃, 北部中心
根区白天温度分别为 22.28 ℃、22.06 ℃、23.12 ℃、
21.28 ℃, 可知北部中心根区白天平均温度分布比南
部高 0.07 ℃、1.00 ℃、0.36 ℃、0.01 ℃。4种处理南
区中心根区夜间平均温度分别为 19.34 ℃、20.20 ℃、
21.27 ℃、20.92 ℃, 北区中心根区夜间平均温度分
别为 20.15 ℃、21.87 ℃、22.45 ℃、21.06 ℃, 可知
北部中心根区夜间平均温度分布比南部高 0.81 ℃、
1.67 ℃、1.18 ℃、0.14 ℃。SRSC-W的白天和夜间
时段的中心根区南北部平均温度差最小, 可知其南
北部温度在一天内较为稳定, 将有利于作物的生长。
第 1期 傅国海等: 日光温室甜椒起垄内嵌式基质栽培根区温度日变化特征 53


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图 6 日光温室 4种栽培垄南部(SC)和北部(NC)中心温度差异
Fig. 6 Differences in temperatures between south center (SC) and north center (NC) of four kinds of ridges in solar greenhouse
3 讨论与结论
本试验提出并建立了一种新的日光温室栽培方
法, 即起垄内嵌式基质栽培方法(SRSC), 通过土壤
起垄嵌槽或嵌膜, 槽和膜内空间装填栽培基质, 垄
外覆膜后使用滴灌进行蔬菜无土栽培。该方法利用
土壤较强的蓄热保温性能和温度缓冲性能, 能够有
效维持低温环境下根区温度, 同时增强了基质温度
变化的缓冲性; 利用栽培槽或塑料薄膜将基质与土
壤隔离, 避免了土壤连作障碍和土壤盐渍化的发生,
生态环保; 采用水肥一体化的灌溉方式, 充分利用
基质栽培和滴灌高产高效的优势, 节约水肥。
研究表明, 日光温室对温室内气温和栽培垄根
区温度的提升较显著, 尤其是在夜间低温环境下效
果更明显, 说明日光温室具有良好的增温效果, 这
与强慧婷等[28]的研究结果一致; 此外, 栽培垄的温
度变化滞后于温室内温度和外界环境温度, 说明土
壤比热容大, 升温和降温较慢, 这与常丽娜等 [29]的
研究结果一致, 对根区加温的时间选择具有重要的
指导意义。
研究表明, 虽然 NPG 具有良好的蓄热保温能力,
但其对高温缓冲能力较差, 温室白天中午时段根区
温度过高, 也会阻碍根系生长 [3031], 且在夏季高温
影响会更加明显 ; 相对的 , 在低温和高温环境中 ,
SRSC-W 缓冲低温和高温的能力都较强, 相对于传
统的土壤起垄栽培 , 其维持根区温度的能力更强 ,
这种作用对冬春季低温环境下维持较高根区温度是
十分有利的, 此外, 其对夏季高温也有着较好的缓
冲作用, 相关研究将会进一步进行。在夜间低温过
程中, SRSC-W 的根区平均温度明显高于 SR, 并且
高于 SRSC-P, 说明其对维持低温环境下的根区温度
起着重要作用, 能够促进低温环境下作物的生长。
SRSC-W 能够显著维持和缓冲栽培垄根区温度的原
因可能是由于土垄相对于水平土壤具有一定的角度
及其良好的结构特点, 使其能够更多地接受太阳辐
射, 白天土壤和基质蓄集了更多的太阳能, 尤其是
具有一定含水量的基质能够吸收更多的热量; 在夜
间, 土垄蓄集的热量会逐渐释放出来, 基质中的热
量由于有土壤的包被和地膜的覆盖释放缓慢, 中心
温度会相对较高。阴天条件下, 栽培垄根区温度始
终高于室内温度, 且栽培垄温度低于晴天条件下同
一时段的温度, 说明阴天条件下室内温度得不到有
效提升, 会影响栽培垄的蓄热。
刘淑梅等[32]研究认为, 日光温室中温度分布存
在空间差异性。本研究结果显示, 在各栽培垄南北
方向上, 北部根区温度高于南部, 这对作物栽培及
根区温度调控具有一定的指导意义。SR的白天和夜
间的中心根区温度总是高于外侧 , 但 SRSC-P 和
SRSC-W 白天外侧温度高, 夜间中心温度高, 说明
SRSC 外侧土壤具有白天蓄热和夜间保温的效果 ,
这也是其能够维持根区较高温度的原因。此外 ,
SRSC-W 栽培模式的中心根区南北温差相对于其他
处理最小, 能够为作物根系生长提供更加稳定的根
区温度环境。研究发现, SRSC-W中心根区温度变化
相对于外侧温度变化的滞后时间最长, 说明其对温
度缓冲性最强。
总之, 日光温室显著提高了冬春季作物根区环
境温度, 这对我国北方冬春季蔬菜生产的贡献是巨
大的。而针对日光温室生产过程中存在的低温胁迫
问题, 本文提出的 SRSC-W 栽培方法维持低温环境
下根区较高温度的能力最强, 且在环境出现高温时
能够缓冲根区高温的能力也最强, 增强了作物根区
的蓄热保温性能和温度缓冲性能, 与其他栽培模式
相比具有优势, 且支撑材料相对 PE基质栽培槽廉价,
54 中国生态农业学报 2016 第 24卷


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实用性更强。此外, 本 SRSC-W 还发挥了无土栽培
高产、高效环保和滴灌节约水肥的优势, 能够有效
解决土壤质量恶化和水肥利用率低等资源环境问题,
综合效益突出。
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