香菇菌柱培養期溫濕度預報模型研究

王陽　焦敏　胡春麗　劉東明　王婉昭　金鑫

摘要 ? ?本文以遼寧省清原縣清原鎮新立屯村香菇生產基地為平臺，在成熟香菇生產技術的基礎上，通過調研和深入生產場進行實地對比觀測等方法，對香菇菌柱培養期（12月至翌年4月）的氣象預報模式指標和氣象服務需求進行了研究。結果表明，棚內溫度始終是靠近適宜溫度上限，棚內濕度始終是靠近適宜濕度下限;從菌棚內外溫濕度晝夜變化情況看，兩者有同步變化特征，棚內氣溫及相對濕度實況值與棚內預報值相關性較好，檢驗效果極顯著（P<0.01）;應用棚內溫度預測模型，預報棚內最高溫度和最低溫度檢驗效果均極顯著（P<0.01），不同天氣類型預測值得絕對誤差均<1 ℃，預報效果較好，其中多云天氣最高溫度和最低氣溫預報值平均絕對誤差、平均相對誤差均大于晴天及陰雨天。

關鍵詞 ? ?香菇;菌柱培養;溫度;濕度;預報模型

中圖分類號 ? ?S165;S646.12 ? ? ? ?文獻標識碼 ? ?A

文章編號 ? 1007-5739（2020）16-0045-04

由于食用菌的生長發育與氣候條件有著極為密切的關系，在整個菌絲體生長和子實體形成過程中對溫度、水分（濕度）、光照和空氣等都有一定要求[1-2]，其中溫度是食用菌生長發育最重要的環境因子之一[3]。

香菇有很多品種，從氣象條件方面分類，有低溫性香菇和高溫性香菇。所謂低溫性香菇，是適宜在低溫條件下生長、在夏季高溫階段開始休眠、待氣溫降低以后于秋季再次開始生長的香菇，具有生育期長、產量高、品質好的特性，清原縣現有低溫性品種有0912號、808號、早豐8號，每棒年產香菇2～3 kg。高溫性香菇生育期短，適宜在溫度較高條件下生長，每棒年產香菇2 kg左右，品種有937號，其優點是在生育期不足的情況下，可以作為補救措施增加菇農的經濟效益。低溫性香菇菌棒培養期多在冬季進行，每年11月開始備料，并進行原料加工;12月至翌年1月生產菌柱，包括裝袋、消毒、接菌和進入暖棚集中培養發菌;翌年5月初前后，在外界氣溫不低于3 ℃時出培養棚，進入出菇冷棚轉入商品菇生產期。高溫性香菇品種菌柱生產時間可稍晚，在早春進行，并在高溫季節出菇。一般根據生產準備情況選擇香菇品種，如條件具備，大多農戶愿意種植低溫性香菇品種。因此，香菇菌柱生產都在冬季進行。

從香菇冬季生產看，原料準備一般不受氣象條件限制。在原料加工期因為大都在戶外作業，為易于操作，通常喜天氣晴暖;裝袋消毒和接菌基本在棚內進行，與氣象條件關系也不大。接完菌的菌柱轉入培養菌絲的暖棚后，開始與氣象條件有密切關系，此時暖棚內溫度必須滿足菌絲生長的范圍要求，溫度過高菌絲會燒壞，過低菌絲會凍死;除溫度外，棚內濕度條件對香菇生育期也有一定影響[4]。

本文對香菇第一生產階段即冬季菌柱培養期的溫、濕度預報模型進行了研究，以期為香菇前期生產的氣象服務工作提供參考。

1 ? ?研究區域與方法

1.1 ? ?研究區域概況

本研究以清原縣清原鎮新立屯村香菇生產基地為試驗區。該研究區屬溫帶季風型大陸性氣候，四季分明，毗鄰清原縣氣象觀測臺站，年平均溫度5.9 ℃，最冷月平均氣溫-14.6 ℃，最熱月平均氣溫23.1 ℃，年降水量773.6 mm，年平均相對濕度70%，年日照時數2 403 h，年平均風速1.8 m/s，主導風向為西南偏西風（WSW）。主要設施農業為香菇，香菇生育期主要分為2個階段，即菌柱培養期和出菇期。菌柱培養期溫度范圍為4～13 ℃，適宜溫度為9～10 ℃;空氣濕度范圍為40%～80%，適宜濕度為60%。菌棒內控制溫度指標為3～20 ℃。

1.2 ? ?數據資料

為具體了解冬季香菇菌柱培養期暖棚內外溫、濕度情況并探討棚內溫、濕度預報方法，為深化針對香菇生產的氣象服務問題做準備，在菌柱培養期后期（3—4月），選擇氣象溫濕自計觀測儀器對暖棚內溫、濕情況進行試驗性24 h連續對比觀測，觀測從3月18日開始，至5月4日菌柱出棚為止，歷時48 d。

培養菌棒的暖棚結構：一般是鋼架結構，高約4 m，寬8 m，全封閉式;棚頂和周圍內側是防老化的厚塑料，外側覆蓋防寒被，棚頂和四周有通風口，棚的一頭為進入門（有防寒被隔層）;棚內地面鋪有厚塑料，即整個大棚都有防寒設施包裹[5]。

1.3 ? ?統計分析

應用常規統計學方法，對試驗數據整理計算平均數。在Excel程序支持下，運用線性回歸方法分析棚內溫度變化規律，并計算溫度變化速率。溫度變化速率可由一元線性方程y（t）=ax+b計算，式中，y為溫度變化率（℃/h）、a和b為常數、x為溫度、t為時間。

對原始數據進行歸一化處理，將觀測數據按照云量≤3成、4～7成、≥8成分為3個天氣類型，并規定云量≥8成為陰天、4～7成為多云天、≤3成為晴天。應用Excel軟件繪制陰天、多云天和晴天圖形，在圖形中確定棚內溫度日變化的拐點。以拐點為界分段建立溫度時間變化線性方程，計算溫度變化速率。在Excel軟件支撐下建立棚內溫度變化預報模型，并檢驗預報結果。

2 ? ?結果與分析

2.1 ? ?香菇暖棚溫濕度日變化特征

在初春季節，即3—4月，香菇菌棒菌絲生長最快，接近轉色至子菇開始形成的時期，此時外界白天氣溫已基本穩定在0 ℃以上，最高時能升至15 ℃以上，如控制不當，棚內氣溫很容易超出指標的控制范圍，所以溫度控制十分關鍵。經平行觀測數據觀察，棚內溫度在人為控制條件下，能始終控制在安全指標（20 ℃）以內（圖1），但始終是靠近上限;濕度方面，只要菌棒內部水分適宜、棚內濕度最低不低于40%即可，測定結果顯示，棚內空氣濕度始終在40%左右（圖2），顯得偏低。說明在溫度方面要注意高溫問題，在濕度方面要注意低濕問題。

從溫度晝夜變化情形看，溫度最低值平均出現在6：00前后，最高值出現在17：00前后;相對濕度最高值出現在8：00—12：00，最低值出現在14：00—15：00。

2.2 ? ?不同天氣類型條件下暖棚溫度變化情況

統計結果顯示，不同天氣類型條件下，暖棚內溫度日變化總體情況是晴天波動最明顯（圖3），其次是陰雨天氣，多云天相對穩定。最低溫出現在6：00前后，最高溫出現在15：00前后，較外界約晚1 h。

從日較差統計結果看，棚內晴天日較差最大，為1.9～5.9 ℃;其次為多云天氣，日較差為2.4～5.5 ℃;陰雨天日較差最小，為1.0～4.0 ℃（圖4）。

2.3 ? ?對比觀測資料在預報模式化建設中的應用

經計算得出，縣站和暖棚3—4月間溫度關系式：

Y=18.350 8+0.112 2X

式中，Y為暖棚內溫度（℃），X為本站溫度（℃）。二者的相關系數為0.93，回歸檢驗F=18.9， f1=1， f2=24，F〆=7.82，檢驗效果極顯著（P<0.01）（圖5）。

棚內氣溫預報與棚內實際氣溫絕對誤差為0～0.3 ℃，相對誤差≤1.6%（表1）。

空氣濕度線性回歸方程：

Y=37.218 4+0.039 67X

式中，Y為暖棚內空氣相對濕度（%），X為本站濕度（%）。二者的相關系數為0.75，〆=0.01，r〆=0.515，亦屬極顯著。方差分析F=12.47， f1=1， f2=24，F〆=7.82，F>F〆，檢驗效果極顯著（P<0.01）（圖6）。

分析結果說明，用本站溫、濕度預報暖棚溫、濕度的方法是可行的。

2.4 ? ?食用菌溫室大棚空氣溫、濕度預報服務業務模型

根據上述結果，結合工作實際，嘗試建立了溫室大棚溫、濕度預報業務模型。用本站溫、濕度預報結果，通過預報模型計算大棚內溫、濕度，再結合適宜指標范圍編輯提示性的建議。整個過程是一個程序化的自動處理過程（表2）。

為實現香菇大棚溫、濕度預報業務化問題，將上述研究結果納入到了本站鄉鎮預報業務工作平臺。通過本站預報結果即可直接得出大棚預報服務產品所需要的結論和建議（圖7），進而達到業務化的目的。從香菇生產的實際需要情況來看，最好是有短臨預報和中短期溫度預報。從氣象部門數值預報產品中可以獲取10 d以內的溫度預報資料，通過模式化可以訂正出10 d以內的溫度預報，按照此思路，在鄉鎮預報業務平臺中增加了關于香菇大棚溫度方面的預報內容。

2.5 ? ?香菇暖棚不同天氣類型溫度預報模型的研究

分析結果表明，晴天、多云天、陰雨天棚內最高溫度和最低溫度檢驗效果均極顯著（p<0.01）（表3）。不同天氣類型溫度預報回歸效果如圖8所示。

應用棚內溫度預測模型，設計不同天氣類型暖棚溫度預報模式的業務化計算程序（圖9）不同天氣類型棚內最高溫度預報檢驗效果極顯著（P<0.01），其中多云天氣最高氣溫預報值平均絕對誤差和平均相對誤差大于晴天及陰雨天，晴天、多云天、陰雨天絕對誤差平均值分別為0.3、0.5、0.2 ℃（表4），預測值絕對誤差均<1 ℃，相對誤差平均值分別為1.2%、2.5%、1.0%，預報效果較好。

不同天氣類型棚內最低溫度預報檢驗效果也極顯著（P<0.01），其中多云天氣最低氣溫預報值平均絕對誤差和平均相對誤差均大于晴天及陰雨天，晴天、多云天、陰雨天絕對誤差平均值分別為0.3、0.5、0.4 ℃（表5），預測值絕對誤差均<1 ℃，相對誤差平均值分別為2.2%、3.2%、2.8%，預報效果較好。因此，推斷不同天氣類型下，用本站溫度預報暖棚溫度的方法是可行的。

3 ? ?結論與討論

3.1 ? ?預報預警服務

溫度預報服務方面，菌棒生產期跨越整個冬季，即12月初開始接菌、翌年5月初出棚，由寒冬轉入暖春，冬季天氣變化大，對香菇生產是一個嚴峻的考驗。據了解，冬季菌棒生產期香菇種植戶對天氣預報非常依賴，嚴寒季節需保溫;隨著氣候變暖，需預防高溫。因此，需要氣象部門根據香菇生產實際情況和所處的時期及時提供寒潮、高溫等預報預警服務。

香菇冬季生產需要的氣象服務有常規天氣預報服務和災害性天氣預報預警服務。常規天氣預報指每天發布的24～48 h天氣預報中、長期預報服務。災害性天氣預報預警服務以寒潮、大風、暴雨、暴雪、高溫等災害性天氣預報預警為主，預警服務最好提前數小時發布。否則，因人力組織不及時而失去預警意義。

3.2 ? ?監測方面需求

目前，所有香菇種植戶都沒有自動監測、實景監控設備，氣象儀器都是市場上的簡易設備。最好配置棚內自動站氣象監控設備，有室內電子顯示屏或報警裝置。

3.3 ? ?氣象服務產品形式和內容

香菇生產氣象服務產品重點是周報、旬報，其內容應含天氣過程、溫度、天氣具體預報及對香菇生產可能產生的主要影響等。最有效的服務方式是發送手機短信和應用大喇叭進行廣播，其他服務方式作為輔助措施。主要體現在及時、可靠。

3.4 ? ?冬季菌棒培養期的管理中需要注意的問題

菌棚內每個位置的溫、濕度應該是均一的，但在實際生產中并不均衡。一般棚邊部位溫度低、中間部位溫度高、門口部位受生產活動影響溫度不穩定。另外，因受地溫影響，菌垛上層溫度高于底層溫度。這些因素均會導致菌柱生長不均衡。濕度也存在同樣的問題。因棚內各點溫、濕度的不同，會導致菌棒的發菌質量存在差異，同時會增加成本和工作量及管理上的復雜性[6]。

3.5 ? ?研究結論

暖棚內溫濕度日變化很小，與外界差別較大，棚內溫度始終是靠近適宜溫度上限、濕度始終靠近適宜濕度下限。說明在控溫和控濕方面要注意高溫、低濕問題。

從菌棚內外溫濕度晝夜變化情況看，兩者有同步變化特征。棚內氣溫及相對濕度實況值與棚內預報值相關性較好，檢驗效果極顯著（P<0.01）。

應用棚內溫度預測模型，預報棚內最高溫度和最低溫度檢驗效果的極顯著（P<0.01），不同天氣類型預測值的絕對誤差均<1 ℃，預報效果較好。其中，多云天氣最高氣溫和最低氣溫預報值平均絕對誤差和平均相對誤差均大于晴天及陰雨天。因此，在不同天氣類型下用本站溫度預報暖棚溫度的方法是可行的[7-8]。

4 ? ?參考文獻

[1] 李亞敏，商慶芳，田豐存，等.我國設施的現狀及發展趨勢[J].北方園藝，2008（3）：90-92.

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[6] 阮錫章，劉葉高.山區熱量資源在食用菌生產中的應用研究[J].中國農業氣象，2000（1）：33-37.

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