王高　王川　葉見青　張瑾

摘要在介紹江淮地區(qū)環(huán)境特點和設施園藝建設重要性的基礎上，分析了目前設施園藝調控的3大因素分別是溫度、通風性和光照，總結環(huán)境調控裝備關鍵技術，針對其中難點提出建議和對策。通過對設施園藝調控關鍵技術分析研究，進一步提高設施農業(yè)的建設水平，提高能源利用率，降低生產成本，促進現代農業(yè)發(fā)展。

關鍵詞江淮地區(qū)；設施園藝；調控裝備關鍵技術

中圖分類號S625文獻標識碼A文章編號0517-6611（2017）33-0221-02

Key Technology Research and Prospect of Environmental Regulation Equipment in Protected Horticulture in Jianghuai Area

WANG Gao1， WANG Chuan1*， YE Jianqing2 et al

（1. Agricultural Engineering Research Institute， Anhui Academy of Agricultural Sciences， Hefei， Anhui 230031； 2. Hefei Rizhifeng Agricultural Development Co.， Ltd.， Hefei， Anhui 230031）

AbstractBased on the characteristics and importance of horticultural facilities construction environment in Jianghuai Region， we analyzed the three factors of horticultural facilities， which were temperature， ventilation and illumination， and summarized the key technology of environment control equipment. According to the difficulties， suggestions and countermeasures were put forward. Through the analysis and research of key technologies of facility horticulture regulation， the construction level of facility agriculture was improved， the energy utilization ratio was enhanced， the production cost was reduced， and the modern agriculture development was promoted.

Key wordsJianghuai Area；Facilities horticulture；Key technologies of control equipment

江淮地區(qū)是北亞熱帶氣候區(qū)向南暖溫帶氣候區(qū)的過渡區(qū)，光照適宜，熱量豐富，降水偏少，雨熱同季。淮河以北的蔬菜設施栽培以日光溫室為主，南方地區(qū)由于早春多陰雨、少光照的緣故，不宜發(fā)展日光溫室。目前，蔬菜的栽培設施主要采用鋼架或竹木結構的塑料棚，還有一些引進國外先進的大型連棟溫室或者是國內廠家生產的連棟溫室[1-3]。江淮地區(qū)園藝設施應以解決夏秋及冬春育苗、晚秋延遲栽培、早春提早栽培、夏季抗高溫、暴雨和加速繁殖等內容為主。

設施園藝環(huán)境調控裝備3大環(huán)境因素包括溫度、通風性、光照。目前智能化玻璃溫室建設中存在安裝復雜、成本高、保溫與通風不能同時保證、保溫性差、光照不足等問題。通過解決對光照、通風性和溫度控制或優(yōu)化等關鍵問題，進一步提高設施農業(yè)的建設水平和內部環(huán)境的優(yōu)化調控水平，促進溫室建設的標準化、規(guī)范化及對能源利用的多元化，提高能源利用率，降低生產成本，帶動設施農業(yè)建設水平的進一步提高，對現代農業(yè)的發(fā)展具有一定的促進意義。

1設施園藝國內外研究動態(tài)

隨著我國設施園藝業(yè)的迅猛發(fā)展，我國的農業(yè)科技工作者在棚室小氣候特征及其調控方面做了很多研究。

賀芳芳等[4]基于上海地區(qū)荷蘭玻璃溫室作物層小氣候，分析秋季、冬季、春末夏初的三個季節(jié)中，在晴天和陰天的溫室溫度和濕度的水平、垂直分布及日變化，黃瓜植物層總輻射的分布特點。研究發(fā)現，上海地區(qū)引入的荷蘭玻璃溫室內形成了一些特殊的濕度高和溫差大的小氣候，引發(fā)一系列的疾病等問題，導致產量和蔬菜質量之間存在差距。

顧寄南、毛罕平等[5-6]分別在“溫室系統(tǒng)綜合動態(tài)模型的研究”和“溫室環(huán)境智能化控制數學模型的研究”中提出了一種新的溫室環(huán)境智能控制的建模思路和方法，建立了溫度、光照和濕度控制模型，并在一個大的系統(tǒng)環(huán)境控制和經濟分析對溫室作物生長的研究，根據光合速率、環(huán)境控制和成本控制3者之間的關系模型構建溫室綜合動態(tài)模型。

李萍萍、毛罕平等[7-9]在“溫室環(huán)境控制系統(tǒng)及技術效果分析”、“智能溫室綜合環(huán)境子控制的技術效果及合理的環(huán)境參數研究”和“溫室小氣候要素的計算機自動控制效果分析”中對自行研制的智能溫室環(huán)境控制系統(tǒng)進行測試，結果顯示溫度、濕度、光照、營養(yǎng)液和二氧化碳等各個環(huán)境因子控制的技術效果良好，基本達到預期的目的，并明確了各環(huán)境參數的合理控制范圍。

對于冬季保溫，秸稈和紙的使用較早，大棚塑料薄膜覆蓋本身灰塵污染比較嚴重，造成透明度不夠，且冬季和春季日照較少，容易造成作物缺光。鑒于上述原因，需要采取措施人工補光。在有些地方，用白熾燈或高壓鈉燈照明，有的使用一些懸掛反射膜來改善光照不足的問題。

棚室內各種環(huán)境條件互相影響、互相制約，必須進行綜合調控，才能較好發(fā)揮棚室的作用。目前在環(huán)境控制方面，我國已引進或自行設計出了各種相關設施。如胖龍公司引進美國專利技術生產的保利通風窗，具有保溫和通風雙重功能。

在國外，日本已開始研究利用太陽能及其存儲技術，進一步降低了溫室的運行費用。在新型的日光溫室中，供暖、通風、噴灌等設施消耗的能源均可來自太陽能。荷蘭、日本的一些大型溫室中已開始應用機器人作業(yè)[10-13]。

2江淮地區(qū)設施園藝環(huán)境調控裝備關鍵技術分析

設施園藝是一種高投入、高耗能、高效益的三高產業(yè)。目前的智能玻璃溫室結構設計中，存在著生產安裝較為復雜、成本高、冬季保溫與通風不能同時保證、保溫性差、光照不足等缺點。科研人員為解決江淮地區(qū)設施園藝設施溫室產業(yè)面臨問題，主要從如下幾點關鍵技術進行研究分析。

2.1減反射玻璃技術的研究

減反射玻璃（antireflective glass）是指玻璃表面的一面或兩側，經過特殊的鍍膜處理，透光率超過80%，反射率小于3%的玻璃[14]。它具有對光線近程高透光、遠程反射慢等特點。在溫室中，鋼結構屋面投影，造成溫室遮蔭面積大的問題。在溫室研究和應用減反射玻璃技術，通過蝕刻多孔硅結構在玻璃表面形成的技術，改變玻璃表面的透過率和反射率等光學性能，從而緩解溫室中遮光區(qū)域的影響。

2.2溫室主動采光蓄熱技術的研究

針對目前玻璃溫室無法形成熱交換循環(huán)系統(tǒng)的現狀，通過對光伏發(fā)電峰值階段的富裕能量運轉溫室建筑的配套高效儲能設備的研究，將溫室建筑的富裕能量進行有效的存儲和釋放，平衡溫室熱量供應，提高溫室建筑的綜合性能。通過人工地調節(jié)日光溫室采光屋面角度提高進入室內的太陽輻射，通過人工調控風機系統(tǒng)增加后墻的蓄熱量[15]。

2.3中空式鋁合金天溝的研究[16]

針對目前玻璃溫室天溝材料自身重量重、抗彎能力差、耐腐蝕性差、保溫性差、綜合成本高等問題，研究玻璃溫室抗壓能力及保溫性能，改進材料制作工藝，運用中空鋁合金材料替代原鋼制天溝材料。解決了傳統(tǒng)玻璃或陽光板溫室天溝處密封不嚴、雨水滲漏的難題，將傳統(tǒng)的接露槽與雨水天溝合二為一，并通過中空截面增加天溝強度，減小天溝寬度，提高溫室采光面積。

2.4溫室風壓系數和流量系數耦合模型的研究[17]

針對溫室調節(jié)環(huán)境重要因素—通風方式，開展溫室風壓系數和流量系數耦合模型的研究，通過對風壓系數、流量系數分布和變化規(guī)律的分析與試驗，探討玻璃溫室通風規(guī)律與通風方式關系，為通風調節(jié)提供理論依據。

2.5LED智能補光技術的研究[18]

針對人工補光投入以實際增收之間的投入產出比例較低的問題，研究作物生長所需有效光譜，建立光譜模型。以LED為補光光源，根據不同光譜模型，智能調節(jié)其內部光照環(huán)境?，F有LED補光系統(tǒng)在環(huán)境適宜性監(jiān)測、光源控制和植物不同階段需光量差異性考慮不足，造成紅藍光補光不足和補光過度并存。針對以上問題提出了一種設施農業(yè)智能補光系統(tǒng)，支持定義植物不同生長階段的需光量。

擬優(yōu)化溫室透光材料，開發(fā)利用太陽能光伏溫室主動蓄放熱結構與系統(tǒng)，改進溫室抗壓保溫工藝，構建溫室風壓系數與流量系數耦合模型，提升通風技術，研發(fā)新能源補光裝置與應用技術，最終集成設施園藝環(huán)境調控智能化系統(tǒng)。

3設施園藝環(huán)境調控關鍵技術發(fā)展建議和對策

前人主要通過溫度、通風性和光照等幾個因素展開對設施園藝環(huán)境調控機制中關鍵技術的研究，但大部分研究還處在實驗階段，需進一步深入研究并因地適宜地將這些關鍵技術運用到江淮地區(qū)設施園藝的建設當中。

3.1確定玻璃溫室環(huán)境調控裝備研發(fā)重點研究任務

研究調研相關理論依據，圍繞現有玻璃溫室建設發(fā)展政策，針對現存玻璃溫室環(huán)境調控的主要問題，確定研究方向與領域。

3.2玻璃溫室材料與工藝的改進

運用溶液刻蝕技術在智能溫室玻璃表面形成多孔二氧化硅結構，降低玻璃表面的太陽光反射率，提高玻璃透過率，減少遮光面積；運用鋁合金材質，采用中空結構，優(yōu)化改進原鋼制天溝，提高玻璃溫室承重能力，減少溫室熱量流失。

3.3建立溫室主動集能補溫體系

通過改進溫室設計方法，將溫室結構與蓄熱補溫功能進行分離；利用太陽能光伏發(fā)電相配套的溫室建筑儲能結構與智能儲放電構造低耗能的溫室儲熱結構和用電規(guī)律，設計配備低能耗儲能設備，使得光伏溫室的峰值富裕發(fā)電量將熱能存儲于儲能結構中，并能夠再自然放熱或用低能耗設備將熱能釋放到溫室內，實現對溫室內環(huán)境的調控。

3.4建立溫室通風調節(jié)控制體系

通過大量分析與實驗，建立溫室特有的風壓系數和流量系數分布和變化規(guī)律資料，準確計算溫室自然通風量，構建自然通風下溫室熱環(huán)境的耦合模型，預測溫室空氣溫度的時空分布規(guī)律，形成有效的溫室通風調節(jié)控制技術。

3.5建立溫室智能光譜補光體系

針對不同作物生長所需光譜，建立光譜模型，設計優(yōu)化LED智能光譜溫室，完善其內部光照環(huán)境的精準高效調控，從而形成一套完整的LED智能補光體系，并配備自動化控制設備進行調控，實現玻璃溫室的智能高效補光。

3.6產業(yè)化生產

集成玻璃溫室材料與工藝的改進、溫室主動集能補溫體系、溫室通風調節(jié)控制體系、溫室智能光譜補光體系，實現設施園藝環(huán)境下可調控的智能玻璃溫室產業(yè)化，擴大建設規(guī)模，示范推廣集成技術。

4小結

以新材料、新技術、新工藝在溫室中的應用和優(yōu)化為目標，探索和研究江淮地區(qū)設施園藝環(huán)境調控裝備的關鍵技術，使光照、溫度、濕度等資源得到合理的配置和利用。應用高科技，設施園藝產業(yè)化前景廣闊。但溫室環(huán)境及其對作物生長影響的研究是十分復雜的，而且需要考慮大量的不確定因素。筆者總結了前人在江淮地區(qū)園藝設施栽培進展，僅是一些初步的探索性工作，存在許多亟待改進的地方，還有待進一步深入研究。

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