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Agriculture：中国农科院农业环境与可持续发展研究所——日光温室番茄全生育期环境特征解析与智能调控决策支持方法

已有 470 次阅读 2026-11-7 08:30 |个人分类:学术软文|系统分类:论文交流

在全球气候变化加剧、耕地资源约束趋紧的背景下，设施农业成为现代农业转型的重要路径。其中，中国日光温室 (CSG) 以依靠太阳能、结构简单、成本低的特点，成为中国北方冬季蔬菜生产的主导设施。但华北秋冬季节气温低、昼夜温差大、连阴天频发，使温室微气候呈显著的阶段性与耦合性变化。番茄对温、光、湿高度敏感，生产中却仍依赖经验式分段管理，缺乏分阶段的热量效率、光能供给与水汽驱动定量分析。来自中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所的张义研究员团队联合宁夏大学、山东省农科院等机构在Agriculture 上发表了文章，介绍了华北日光温室秋冬番茄全生育期温、光、湿环境的定量解析及面向智能调控的决策支持指标体系，对于揭示日光温室由“被动缓冲”向深冬“保温维持”转变中的协同调控瓶颈、推动环境管理走向智能化决策具有重要意义。

实验日光温室与传感器布设示意图

研究过程与结果

作者于2024年9月至2025年1月在北京市顺义区开展连续监测试验，温室为北方典型单跨日光温室 (长60 m、跨度10 m、脊高5.5 m)，覆盖PO薄膜，依靠墙体与保温被被动蓄放热、通风口自然通风。供试作物为串收鸡尾酒番茄Glorioso，基质栽培；温室内布设3套DEEPBERRY智能传感系统，对空气温度、太阳辐射与相对湿度进行10 min间隔连续采集。作者将整个生育期划分为苗期 (S)、开花坐果期 (F)、果实膨大期 (SW)、成熟采收期 (FR) 四个阶段，并构建了有效积温 (GDD)、相对积温指数 (RGI)、阶段热增益率 (Gain)、透过率 (τ)、饱和水汽压差 (VPD) 与适宜度占比 (SFR) 等评价指标。

温度结果表明，全生育期室内总有效积温达1326.77 °C·d，显著高于室外的476.30 °C·d，呈“双峰”格局：苗期与成熟采收期各贡献约37%，膨大期仅10.38%。但RGI揭示了单位时间热量供给的阶段性错配——苗期高达1.64 (热量盈余、易徒长)，成熟采收期骤降至0.67 (热量不足、影响着色与糖分积累)。阶段热增益率从苗期的47.38%一路跃升至采收期的2033.17%，深冬热量累积几乎完全依赖温室结构本身。光照方面，日均辐射由苗期的8.19 MJ·m⁻²·d⁻¹递减至采收期的7.05 MJ·m⁻²·d⁻¹，透过率却由61%升至85%，说明透光改善难以抵消室外辐射的季节性衰减；室内外辐射高度耦合 (y = 0.68x + 20.92，R² = 0.77)，弱光下温室无补偿增益，冬季光能不足成为限制后期产量与品质的关键瓶颈。湿度与VPD方面，各生育期相对湿度均呈“夜间高、午间低”节律，适宜度占比仅57%、16%、12%、17%，夜间除湿不足与白天除湿过度并存；VPD适宜度仅12.44%、7.28%、5.09%、15.10%，高频高幅波动扰乱蒸腾驱动力，易诱发脐腐病等生理性障碍。

番茄全生育期室内外空气温度对比

番茄全生育期室内外太阳辐射对比

温室内番茄全生育期相对湿度 (RH) 逐时箱线图

研究总结

研究表明，日光温室具备较强的气候缓冲能力，有效积温与番茄生理需求呈“双峰”匹配；但RGI揭示的单位时间热量供给失衡、深冬热量不足，以及光能结构性不足、湿度调控昼夜失衡，仍是制约秋冬高效生产的主要挑战。作者认为，未来应基于分阶段热量效率与光能结构特征，构建温度—光照—湿度耦合的智能闭环控制系统，将RGI、Gain、SFR等指标融入算法化调控，从而实现低能耗、高效率的精准环境管理，推动日光温室生产由经验型管理迈向数据驱动与智能决策，对设施园艺环境精准调控与智能化升级具有重要参考价值。

阅读英文原文：https://www.mdpi.com/4049062