【摘要】該文介紹了山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院的園藝實驗站在日光溫室結(jié)構(gòu)和栽培技術(shù)方面的創(chuàng)新技術(shù)，主要包括對作物吊蔓系統(tǒng)的改進(jìn)與創(chuàng)新，對增強(qiáng)溫室后屋面和后墻保溫性能的做法，對老舊溫室墻體加固的做法以及對作物栽培床的改進(jìn)和創(chuàng)新。

2017年4月16日，應(yīng)山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院（以下簡稱園藝學(xué)院）魏珉教授的邀請，筆者有機(jī)會第3次到園藝學(xué)院參觀交流。記得第1次來山東農(nóng)業(yè)大學(xué)是2009年6月，也是受魏珉教授的邀請，給本科生介紹溫室工程設(shè)計與建造的相關(guān)知識；第2次來山東農(nóng)業(yè)大學(xué)是2010年10月，是筆者組織的調(diào)研組來考察山東省的設(shè)施農(nóng)業(yè)，調(diào)研的第1站就是園藝學(xué)院的實驗站。此行是第3次來到山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，一大早魏珉教授和李清明教授就帶我們來到了學(xué)院的實驗站。6年多年時間過去了，我也很有興趣看看這里都發(fā)生了什么樣的變化。

在實驗站大門的右側(cè)，首先看到了修繕一新、南北排列的2棟辦公用房，紅瓦坡屋面下潔白的墻面和敞亮的玻璃窗給人一種來到農(nóng)村田園的感覺。2棟平房之間是水泥硬化的廣場，更是便捷的停車場。停下車后我們徑直走向了2016年新建的一棟據(jù)稱是裝備了最新科研成果的日光溫室（圖1）。

從外觀上看，這棟溫室確實配備了不少設(shè)備。屋面上，溫室配置有光伏發(fā)電板、室外遮陽網(wǎng)、保溫卷簾機(jī)和電動卷膜開窗機(jī)；山墻上，溫室配置有風(fēng)機(jī)-濕簾降溫系統(tǒng)。進(jìn)入溫室，大量的設(shè)備配置更是琳瑯滿目，人工補(bǔ)光燈、后墻主動儲放熱系統(tǒng)、滴灌設(shè)備、水肥一體化灌溉設(shè)備、熱風(fēng)加溫爐、軌道運輸車、黃板、基質(zhì)無土栽培系統(tǒng)、作物吊蔓系統(tǒng)等（圖2），應(yīng)該說這里已經(jīng)把目前國內(nèi)在日光溫室中能配套到的前沿研發(fā)設(shè)備基本都配備齊全，這里為研究日光溫室的各種設(shè)備性能提供了非常完善的試驗場所。

或許是我看過的溫室裝備太多了，看完這棟溫室所配套的設(shè)備后，卻沒有給我留下太多的深刻印象，配套的設(shè)備大都是成熟的產(chǎn)品或者是他人研究的成果，大量設(shè)備的堆集不一定能代表最先進(jìn)的溫室技術(shù)，作為試驗和教學(xué)溫室這種設(shè)備配置或許無可挑剔，但作為生產(chǎn)應(yīng)用，這種豪華的設(shè)備配置恐怕沒有任何一個企業(yè)或農(nóng)戶能夠使用得起，作為自主研發(fā)的試驗基地也還缺少自主知識產(chǎn)權(quán)的內(nèi)容，看過后確實沒有給我“眼前一亮”的感覺。

看過新建溫室，我們走進(jìn)了已經(jīng)使用10年以上的老舊溫室。這些老舊溫室大多是磚墻溫室，也有研究不同墻體厚度用過的機(jī)打土墻結(jié)構(gòu)溫室。我們從一棟溫室進(jìn)入到另一棟溫室，不同的試驗品種、種植模式、管理技術(shù)、設(shè)備配置，老師和同學(xué)們的各種研究成果和正在試驗研究的技術(shù)一一展現(xiàn)在眼前，一時間似乎有點讓人眼花繚亂的感覺，這時我才真正感受到這個實驗園的魅力，原來真正的創(chuàng)新都藏在這些不起眼的老舊溫室中。本文就筆者能夠看懂的一些溫室設(shè)施的硬件技術(shù)做一總結(jié)，分享給大家，讓我們一同了解和學(xué)習(xí)山東農(nóng)業(yè)大學(xué)這個走在設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)研究前列的團(tuán)隊所帶來的最新研究成果吧。

作物吊蔓系統(tǒng)

說起作物的吊蔓系統(tǒng)，筆者曾在《農(nóng)業(yè)工程技術(shù)（溫室園藝）》2012年第28期中系統(tǒng)總結(jié)過日光溫室中高秧作物的各種吊蔓形式[1]。在日光溫室中一套完整的高秧作物吊蔓系統(tǒng)，除了纏繞在作物莖稈上的綁蔓線外，一般還應(yīng)有三維空間三個方向的三級支撐吊線或吊桿，分別稱之為第一級、第二級和第三級吊線。其中第三級吊線為沿日光溫室跨度方向（一般指壟作方向）水平布置，直接吊掛綁蔓線的拉線或支桿；第二級吊線為沿日光溫室長度方向（垂直于壟作方向）水平布置，支撐第三級吊線的拉線或支桿；第一級吊線指豎直布置，一端固定在溫室骨架或系桿上，另一端固定在第二級或第三級吊線上的吊線或拉桿。但在實驗園中我們卻看到了只有第三級吊線和沒有第二級吊線的2種不完整吊蔓方式，由于不同程度地減少了吊蔓線的級數(shù)，相應(yīng)吊蔓線的形式及其兩端的固定方式也發(fā)生了變化。

首先來看看省略了第二級吊蔓線的兩級吊蔓系統(tǒng)（圖3）。這種系統(tǒng)省去了傳統(tǒng)的三級吊蔓系統(tǒng)中沿溫室長度方向的第二級吊蔓線，并將沿溫室跨度方向的第三級吊蔓線用鋼管代替鋼絲，將傳統(tǒng)的柔性吊蔓線變成了剛性吊蔓桿。由于剛性吊蔓桿不存在沿吊桿長度方向的變形，直接用垂直地面的第一級吊線吊掛吊桿即可形成完整的吊蔓系統(tǒng)，從而省去了沿溫室長度方向的第二級吊線。

這種吊蔓系統(tǒng)的特點是作物荷載完全豎直吊掛作用在溫室的前屋面骨架上（圖4），溫室的后墻、山墻不再承受任何作物荷載，溫室骨架也不存在水平方向的任何拉力，因此，這種系統(tǒng)完全簡化了作物荷載在結(jié)構(gòu)上的作用方式，結(jié)構(gòu)計算更便捷、準(zhǔn)確。

此外，從圖3也可以看到，同樣的兩級吊蔓系統(tǒng)，不同的管理者采用了不同的作物綁蔓線吊線器。圖3a是連棟溫室大量使用的攀蔓作物“換向式”吊線器，這種產(chǎn)品在市場上已經(jīng)普及，來源廣泛、價格低廉。但圖3b所采用的綁蔓線吊線器則采用了一種邊沿護(hù)板帶凹凸牙口的繞線輪（圖3c），這個凹凸牙口正好形成了一種限位槽，用1根鋼絲可非常簡易地固定繞線輪，防止其在綁蔓線固定后發(fā)生轉(zhuǎn)動，結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，定型產(chǎn)品價格也不高，很適合在日光溫室中推廣。

再來看看只有第三級吊蔓線的單級吊蔓系統(tǒng)（圖5）。這種吊蔓系統(tǒng)只用了沿溫室跨度方向水平布置的第三級吊線，每一壟作物設(shè)置1根吊線。由于省略了三級吊蔓系統(tǒng)中的第一級和第二級吊線，室內(nèi)不再是吊線密布的狀況，而且第三級吊線還采用柔性鋼絲，在一定程度上也減少了吊線對室內(nèi)作物的遮光。

從結(jié)構(gòu)承力的角度分析，這種吊蔓系統(tǒng)只有兩個傳力點，一個傳力點在溫室前屋面骨架上（圖6），另一個傳力點則在溫室后屋面骨架上或在溫室后墻側(cè)專門設(shè)置的支撐橫梁上（圖7）。由于是柔性鋼絲做吊線，實踐中很難將其拉緊到理論上的水平，只能將其保持在一定弧度的水平線上，所以，連接吊線兩端的受力點將不僅承受來自作物荷載的水平拉力，而且還有豎向分力，設(shè)計中必須同時考慮這2個方向的分力（2個方向分力的大小與吊蔓線下垂的弧度相關(guān)，有專門的計算方法[2]）。endprint

另外，由于一壟作物荷載只有兩個承力點，每個承力點所承受的荷載必然很大，傳統(tǒng)的三級吊線系統(tǒng)中直接將第三級吊線固定在溫室后墻上的做法風(fēng)險很大，為此，這種系統(tǒng)第三級吊線在后墻上的固定方式改為了直接固定在沿溫室長度方向設(shè)置固定在溫室后屋面骨架（圖7a）或溫室后墻立柱的鋼管上（圖7b），第三級吊線傳給縱向鋼管的力最終傳遞到溫室骨架或后墻立柱并最終傳遞到溫室后屋面骨架基礎(chǔ)（后墻墻頂圈梁）或后墻立柱基礎(chǔ)，完全脫離了用溫室后墻承力的模式。這種做法沿溫室長度方向上布置的固定第三級吊線的鋼管一般應(yīng)保持一定的剛度，控制變形不能過大（鋼管截面尺寸不宜過?。@樣可能用材量會有增大，但結(jié)構(gòu)的安全性卻能得到有效保障。

第三級吊線在溫室前屋面骨架上的連接有三種方法：一是固定第三級吊線端部的連接件為固定在溫室前屋面骨架上沿溫室長度方向布置的鋼絲（稱為縱向水平鋼絲），第三級柔性鋼絲吊線端頭直接纏繞在縱向水平鋼絲上（圖6a）；第二種是縱向水平鋼絲用鋼管替代（稱為縱向水平鋼管），第三級柔性鋼絲吊線的端頭和第一種連接縱向水平鋼絲的做法一樣直接纏繞其上（圖6b）；第三種方法則是將第二種做法中直接纏繞第三級吊線端頭的做法用花籃螺絲替代（圖6c），這種做法雖然造價稍高，但更規(guī)范，固定也更結(jié)實牢靠。

第三級吊線在溫室后部鋼管上的固定可采用花籃螺栓連接，也可以采用直接系扣連接的方式，如圖7。從圖7也可以看到，綁蔓線與第三級吊線的連接有的采用了“換向式”吊線器傳遞連接的方式（采用滾輪式吊線器的效果也完全相同），有的則直接將綁蔓線的端頭系扣在第三級吊線上，實際操作中可視操作者的嗜好和產(chǎn)品的供應(yīng)情況及價格確定。

溫室后屋面保溫

對日光溫室后屋面的功能和做法一直是學(xué)術(shù)界研究的一個薄弱環(huán)節(jié)，雖然經(jīng)常將后屋面投影寬度、后屋面仰角作為日光溫室結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要參數(shù)，但對如何合理選取這兩個參數(shù)以及合理確定后屋面的熱阻大小目前還沒有準(zhǔn)確的科學(xué)設(shè)計方法。以機(jī)打土墻為代表的山東壽光五代日光溫室雖然保留了后屋面，但后屋面的投影寬度僅有0.5～0.8 m，山東青島、新疆等地設(shè)計的日光溫室甚至完全取消了后屋面，近年來在吉林、河北等地還出現(xiàn)了一種非永久固定后屋面的日光溫室[3-4]，用塑料薄膜覆蓋后屋面，并安裝卷膜開窗機(jī)，用和日光溫室前屋面保溫相同的保溫被在需要保溫的季節(jié)和時段覆蓋保溫，其他時段則將保溫被卷起使溫室后屋面充分采光或通風(fēng)。這些都代表了一種輕視后屋面作用的流派。

但走進(jìn)山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝實驗站，我們卻看到了非常重視加強(qiáng)后屋面保溫的另一種流派，并且把后屋面保溫和前屋面保溫與采光有機(jī)結(jié)合到了一起。

傳統(tǒng)的日光溫室后屋面都采用一定仰角的坡面，后屋面在室內(nèi)的水平投影寬度多在1.0 m以上，同時，日光溫室保溫被卷起時最多卷到屋脊前沿，按照室內(nèi)水平投影計算，靠后墻接近1.5 m的范圍內(nèi)保溫被和后屋面將都是阻擋陽光進(jìn)入溫室的遮擋物（圖8a），不僅影響溫室靠后墻附近作物的光照，而且也影響溫室白天的升溫。為此，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝實驗站的做法是在日光溫室后屋面外再搭設(shè)1個支架，用保溫被完全覆蓋支架外表面，使其與溫室后屋面形成一個封閉的空間三角區(qū)（圖8b），由于支架表面由保溫被覆蓋，支架與溫室后屋面又形成了完全封閉的空間，這將大大增加溫室后屋面的傳熱熱阻，使日光溫室后屋面的傳熱大大減少。同時，傳統(tǒng)的日光溫室前屋面保溫被可以利用該支架在白天溫室采光時將保溫被向后卷至超過溫室屋脊的位置，從而使溫室前屋面的所有采光面部位均可以接受陽光，這樣可大大增加溫室的采光面積，不僅可以減少或消除溫室后墻附近作物的弱光區(qū)域，而且增大采光量，也相當(dāng)于增加了溫室的得熱量，能快速提高溫室白天室內(nèi)的溫度，由此對室內(nèi)種植作物的溫光效應(yīng)產(chǎn)生積極的影響。

這種做法不僅應(yīng)用在了新建的磚墻結(jié)構(gòu)日光溫室中（圖1b），而且也應(yīng)用到了傳統(tǒng)壽光五代機(jī)打土墻結(jié)構(gòu)日光溫室中（圖8c）。此外，為了進(jìn)一步加強(qiáng)溫室的保溫，還在溫室的后墻外又增設(shè)了與溫室長度同長、與溫室后墻同高的保溫走廊（圖8d）。這種做法不僅增加了溫室后墻的保溫性能，而且走廊還可用于存放生產(chǎn)工具、生產(chǎn)資料等，具有一舉兩得的作用，非常值得大家借鑒。

老舊溫室墻體加固方法

前已述及，實驗站內(nèi)除了新建的溫室外，還有使用10年以上的日光溫室，按照常規(guī)日光溫室的設(shè)計使用壽命，大部分溫室已經(jīng)到了溫室設(shè)計使用壽命的后期。事實上，國內(nèi)有大量建設(shè)在20世紀(jì)90年代，甚至21世紀(jì)前10年的溫室，它們大都進(jìn)入了加固維修階段。尋找經(jīng)濟(jì)適用的溫室結(jié)構(gòu)加固方法已經(jīng)成為了當(dāng)前日光溫室升級改造面臨的重大需求之一。

筆者以前曾看到過墻體加固的方法主要是在溫室墻體的外側(cè)增設(shè)墻垛或者在墻體外側(cè)堆土，這些方法簡單易行，但土建工程量大，改造需要花費的時間長，成本也相應(yīng)增高。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝實驗站在這方面做出了一種有益的嘗試，他們采用了角鋼在溫室墻體的內(nèi)外兩側(cè)進(jìn)行墻體加固（圖9）。這種做法或許不能阻止墻體的整體倒塌，但對局部失效的墻體卻具有較好的修復(fù)加固效果。

對于這種加固方法的使用壽命主要取決于角鋼的表面防腐處理效果和連接角鋼螺栓/螺母的防腐效果。一般對于經(jīng)過熱浸鍍鋅表面防腐處理的角鋼，使用壽命至少在20年以上，但連接角鋼的螺栓和螺母由于沒有熱浸鍍鋅處理，其抗腐蝕能力可能較差，兩者在使用壽命上存在很大的不匹配度。此外，連接角鋼的螺栓在墻體內(nèi)將形成傳熱的“冷橋”，一方面可能會增大墻體的傳熱，另一方面可能會在螺栓周圍形成冷凝水，會進(jìn)一步加快螺栓的銹蝕和墻體的風(fēng)化，使用中應(yīng)注意觀察，并及時處理發(fā)生的問題或定期更換螺栓、螺母。

作物栽培苗床

20世紀(jì)70年代，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)的邢禹賢教授就發(fā)明了“V形”槽式砂培無土栽培技術(shù)，是當(dāng)時中國無土栽培的先驅(qū)者。時光跨越50年后，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)仍保持著對創(chuàng)新無土栽培技術(shù)的執(zhí)著追求。

作物的栽培床結(jié)構(gòu)是無土栽培的主要工程載體，今天參觀園藝實驗站不僅看到了傳統(tǒng)的基質(zhì)槽栽培模式（圖10a）和基質(zhì)袋栽培模式（圖10b），還看到了他們緊跟日本番茄多段栽培模式，自行研制的番茄多段立體栽培架（圖10c）以及根據(jù)草莓特點研發(fā)的雙層草莓立體栽培架。前者將長季節(jié)高秧作物栽培改變?yōu)槎碳竟?jié)、快頻率栽培模式，降低了種植作物的植株高度，利用了作物前期生長旺盛，抗病能力強(qiáng)的特點，可有效減少病蟲害危害，提高種植產(chǎn)品的質(zhì)量；后者由于作物本身植株低矮，立體栽培可充分利用溫室空間和室內(nèi)光熱資源，提高溫室單位面積產(chǎn)量。這些傳承和發(fā)展的科學(xué)研究思想非常值得大家學(xué)習(xí)和借鑒。endprint

愿山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝實驗站不斷創(chuàng)新，在設(shè)施園藝科研和教學(xué)的領(lǐng)域內(nèi)不斷涌現(xiàn)出更多、更好的創(chuàng)新成果和創(chuàng)新人才。

參考文獻(xiàn)

[1]周長吉.周博士考察拾零（十九）日光溫室高秧作物生產(chǎn)的吊蔓與放蔓技術(shù)[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)（溫室園藝），2012，32（28）：24-30.

[2]住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.農(nóng)業(yè)溫室結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范：GB/T 51183-2016[S].北京：中國計劃出版社，2016.

[3]周長吉.周博士考察拾零（四十五）一種活動保溫被覆蓋透光后屋面的日光溫室[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)（溫室園藝），2015，35（16）：24-26.

[4]周長吉.周博士考察拾零（六十九）中以溫室技術(shù)的結(jié)晶[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)（溫室園藝），2017，37（16）：44-50.

Dr. Zhou's Note （Seventy）

The Experimental Base about the InnovativeTeaching

——The Record of Visiting the Horticulture Experimental Station of Horticulture Science & Engineering College，Shandong Agricultural University

Zhou Changji

（Ministry of Agriculture，Planning and Design Research Institute，Key Laboratory of Structural Engineering of Agricultural Facilities in Agriculture Ministry ， Beijing 100125，China）

【Abstract】This paper introduced the innovative technologies about structure and cultivation in the solar-greenhouse in the horticulture experimental station of Horticulture Science & Engineering College，Shandong Agricultural University，including the improvement and innovation of the hanging vine crop system & the cultivation bed，the enhancement of greenhouse roof and wall insulation after performance of the method， the reinforcement of old greenhouse wall practices.endprint