李建明

（西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院，陜西楊凌 712100）

蔬菜是保證人民身體健康的基本食物，蔬菜產(chǎn)業(yè)是一項(xiàng)基本的民生產(chǎn)業(yè)。設(shè)施蔬菜利用10%的蔬菜種植面積生產(chǎn)了30%的蔬菜產(chǎn)量（李天來，2023），全面提高了蔬菜生產(chǎn)能力，豐富了蔬菜種植種類，實(shí)現(xiàn)了蔬菜周年平衡供應(yīng)和南北蔬菜交互種植，顯著提高了人民生活水平。設(shè)施蔬菜生產(chǎn)的基本條件是蔬菜生產(chǎn)設(shè)施結(jié)構(gòu)。30 多年以來，我國蔬菜設(shè)施結(jié)構(gòu)不斷創(chuàng)新發(fā)展，為設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展作出巨大貢獻(xiàn)。同時(shí)也造成現(xiàn)今大面積的老舊棚體結(jié)構(gòu)不適宜目前產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平的要求，面對目前勞動(dòng)力缺乏，需要全面推進(jìn)機(jī)械化水平，舊棚如何改造，新型設(shè)施如何建造，溫室建造材料與蓄熱保溫材料如何選擇等問題日益突出。為此，本文總結(jié)了我國蔬菜設(shè)施結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀，分析了存在的問題，提出了設(shè)計(jì)建造的建議，以供商榷。

1 我國蔬菜設(shè)施結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀

1.1 老舊日光溫室現(xiàn)狀

老舊日光溫室是指使用年限10 年以上，結(jié)構(gòu)老化，生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益較差的一類棚體結(jié)構(gòu)的總稱。目前全國范圍內(nèi)竹木結(jié)構(gòu)老舊溫室大多已經(jīng)被淘汰，尚在使用或者塌陷無法使用的日光溫室主要以磚墻、土墻溫室為主，骨架結(jié)構(gòu)以鋼骨架或者是鋼骨架與竹木及鋼絲結(jié)合為主。

西北地區(qū)老舊日光溫室主要包括土墻、磚墻、石砌墻溫室，典型代表有山東引進(jìn)的下挖式機(jī)夯厚土墻溫室，也有西北農(nóng)林科技大學(xué)設(shè)計(jì)推廣的土墻鋼架日光溫室，一般跨度7.5～9.0 m，脊高3.5～4.5 m，土墻底寬3.5～5.5 m，頂寬1.8～2.3 m，墻高2.4～3.2 m，室內(nèi)無立柱，屋面為全鋼骨架結(jié)構(gòu)或鋼竹混合結(jié)構(gòu)。磚墻日光溫室為西北XB-G Ⅱ型，跨度8 m，脊高4.1 m，磚墻高2.4 m，厚度0.5～1.5 m，屋面為全鋼骨架結(jié)構(gòu)，覆蓋溫室復(fù)合保溫被（蘇雄和李建明，2015；馬壽鵬 等，2016）。非耕地石砌墻日光溫室是近10 年建造，跨度8～9 m，脊高4.0～4.3 m，砂石和空心砌塊堆筑墻體，墻體底部厚度可達(dá)3.8～4.0 m，頂寬1.8～2.0 m，屋面為鍍鋅鋼管骨架結(jié)構(gòu)，室內(nèi)無立柱（馬壽鵬 等，2016）。整體上，西北地區(qū)老舊溫室以磚墻、土墻為主，存在著占地面積大、墻體施工難度大、破壞環(huán)境資源的缺陷。

東北地區(qū)現(xiàn)有老舊日光溫室主要以遼沈系列日光溫室（王鐵良和白義奎，2011）為代表，包括遼沈I、Ⅱ、Ⅲ型溫室：跨度6.5～8.0 m，脊高3.3～3.5 m，墻高2.4 m，有土墻和磚墻，磚墻體內(nèi)外為37 cm 磚墻與中間厚聚苯板復(fù)合，室內(nèi)無立柱，鍍鋅鋼管作拱架，配有卷簾機(jī)、卷膜器。整體上，東北地區(qū)天氣寒冷，對溫室保溫性能要求較高，老舊溫室多數(shù)為磚與保溫板復(fù)合結(jié)構(gòu)，該類溫室造價(jià)較土墻日光溫室高，投資回報(bào)期較長。

華北地區(qū)日光溫室整體跨度在7.0～12.5 m，墻體有磚墻和土墻兩種，墻體平均厚度0.5～4.1 m，分別包含下沉型和非下沉型兩個(gè)類型。土墻結(jié)構(gòu)溫室：跨度8 m，脊高3.2～4.3 m，下沉式土墻，墻高2.2～3.0 m，鋼骨架屋面，覆蓋棉被（盛順，2013）。磚墻結(jié)構(gòu)溫室：墻體厚度一般為37～60 cm，包括空心、夾心和外貼保溫層等墻體，跨度8～12 m，脊高4～6 m，屋面承力結(jié)構(gòu)為鍍鋅鋼架，配備棉被、棚膜及卷放設(shè)備（何芬 等，2015）。

華東地區(qū)溫室以山東地區(qū)溫室類型為主，包括山東Ⅱ-Ⅳ型溫室：跨度7～10 m，脊高3.1～4.0 m，后墻高2.0～2.5 m，采用鋼骨架結(jié)構(gòu)；溫室內(nèi)跨度、高度不斷增加，逐步減少了室內(nèi)立柱的應(yīng)用，空間利用加大，土墻加厚，墻體保溫性能提高（周長吉，2013）。山東Ⅴ型（厚土墻下挖式）溫室：跨度10～12 m，脊高4.0～5.5 m，外覆蓋材料為保溫被，設(shè)水泥鋼筋立柱；為進(jìn)一步提高墻體保溫性能，地面下沉0.5 m 以上，后墻采用厚土墻結(jié)構(gòu)，墻體底寬3.5～4.5 m，頂寬1.0～1.5 m，但室內(nèi)下沉也影響了溫室前端采光（甘長霞，2014）。華東地區(qū)日光溫室為追求溫室保溫性能，多數(shù)采用厚土墻式結(jié)構(gòu)，這種墻體結(jié)構(gòu)占地面積過大，土地利用率低，建筑成本較高，降低了日光溫室的性價(jià)比。

總體上，西北、東北、華北和華東4 個(gè)地區(qū)老舊日光溫室主要以磚墻、土墻結(jié)構(gòu)溫室為主，溫室在應(yīng)用過程中暴露出明顯的缺陷。土墻建造成本低，節(jié)能保溫，但占地面積較大，防水差、易坍塌；磚墻堅(jiān)固、保溫蓄熱較好，但破壞耕地、墻體自重大。未來需要根據(jù)不同地區(qū)特色，建造適宜當(dāng)?shù)匕l(fā)展的新型日光溫室。

1.2 老舊拱棚現(xiàn)狀

塑料拱棚可促進(jìn)蔬菜作物早熟、高產(chǎn)或延長供應(yīng)期，仍然是我國蔬菜設(shè)施的主要棚體，應(yīng)用面積最大。大部分拱棚設(shè)施簡陋，使用性能降低，目前所用的老舊拱棚主要包括4 種：① 裝配式鍍鋅鋼管大棚?？缍?～8 m，高2.5～3.0 m，用薄壁鋼管制作成拱桿、拉桿、立桿；用卡具、套管連接棚桿組裝成棚體，卡膜槽固定薄膜；存在建造成本高、維護(hù)管理困難、防火性能差的缺陷。② 鋼竹混合結(jié)構(gòu)大棚。一般跨度8～12 m，高2.2 m，用竹竿作拱桿，水泥柱作立柱，鋼筋作拉桿；存在跨度大，棚面越寬壓膜難度越大的問題。③ 鋼架結(jié)構(gòu)大棚。一般跨度為10～12 m，高2.5～2.7 m，利用鋼筋焊接拱形桁架和縱向拉桿，無立柱；存在普通鋼管容易生銹、一次性投入成本高的問題。 ④ 連棟塑料大棚。由多個(gè)相連的單拱單膜溫室構(gòu)成一個(gè)整體，兩個(gè)拱棚之間用水槽連接；主體結(jié)構(gòu)為組合式熱鍍鋅框架，頂部塑料可覆蓋單或雙層薄膜；存在遇到大雪、暴雪天氣清除積雪困難，建造和維修難度大；棚體過大，棚內(nèi)空氣流動(dòng)不暢，濕度大，病害蔓延快等問題?，F(xiàn)有拱棚使用成本低、性能差，無法為作物提供適宜生長環(huán)境。

1.3 目前推廣應(yīng)用的主要新型棚體結(jié)構(gòu)

土墻日光溫室：跨度16 m，脊高6 m，厚土墻體，土地利用效率50%；在特別寒冷的低溫地區(qū)建造跨度12 m，脊高6 m，厚土墻。

大跨度保溫大棚：北方地區(qū)的塑料大棚難以進(jìn)行越冬生產(chǎn)，而日光溫室土地利用率低，越夏生產(chǎn)困難。西北農(nóng)林科技大學(xué)設(shè)施農(nóng)業(yè)團(tuán)隊(duì)將2 種設(shè)施的優(yōu)點(diǎn)集合，開發(fā)出了大跨度外保溫型塑料大棚。該類大棚土地利用率可達(dá)80%，大棚外覆蓋保溫被，機(jī)械卷放，保溫性能好，分為對稱型和非對稱型兩種，性能良好（李建明，2012；武瑩和李建明，2019；武瑩 等，2019；肖金鑫 等，2020；曹晏飛 等，2020，2021）。在河南地區(qū)極端寒冷天氣下室內(nèi)外溫差可達(dá)21 ℃；大棚脊高6.2 m，設(shè)置頂部和底部通風(fēng)口，夏季降溫效果好；在河南地區(qū)可進(jìn)行早春茬和秋冬茬喜溫類果菜栽培，應(yīng)用效果良好（董曉星 等，2022）。

柔性保溫墻體溫室：跨度12～16 m，脊高5～6 m，保溫被墻體，土地利用效率50%～65%（王艷芳 等，2023）。在沒有其他保溫或加溫措施情況下，北方地區(qū)生產(chǎn)喜溫類蔬菜存在越冬困難的問題。

少跨塑料連棟溫室：以3～6 棟為1 個(gè)單位，建造少跨連棟溫室，以每米1 個(gè)拱架落地建造，檐高1.8 m，脊高3.6 m。

1.4 設(shè)施材料應(yīng)用現(xiàn)狀

日光溫室設(shè)施材料主要分為墻體材料、屋面覆蓋保溫材料、骨架材料三大類，其中竹木結(jié)構(gòu)骨架逐漸被淘汰，目前多數(shù)老舊溫室骨架材料主要為鋼骨架結(jié)構(gòu)。

溫室墻體材料：是維持溫室室溫，保證墻體結(jié)構(gòu)整體承載力和安全性能的關(guān)鍵，主要分為以下兩類。一類為結(jié)構(gòu)性材料，主要作為墻體受力構(gòu)件，包括空心磚、紅磚等磚類材料（穆曉路 等，2011），蒸壓加氣混凝土砌塊和空心砌塊等砌體材料（趙鵬 等，2018），夯實(shí)粘土、加草粘土等土壤類材料（蘭孝幫，2013）。這些材料取材方便、成本較低，但是存在破壞環(huán)境資源、用量大、施工難的問題。另一類是保溫性墻體材料，位于墻體中間或貼附于墻體外表面，加強(qiáng)墻體保溫性能，主要材料有聚苯乙烯泡沫板（李明 等，2016）、秸稈塊（武國峰 等，2015）、泡沫水泥板、玻璃棉板（孫亞琛等，2017）等。另外，現(xiàn)在大多裝配式日光溫室主要以柔性保溫被材料作為保溫隔熱墻體（周波 等，2016；宋明軍 等，2018）。這些材料以保溫隔熱為主，基本無蓄熱能力，且應(yīng)用成本較高。

屋面覆蓋保溫材料：現(xiàn)有屋面覆蓋保溫材料主要包括塑料薄膜和保溫被兩種，其中現(xiàn)有塑料薄膜主要為聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）薄膜，存在吸塵、耐候性差，保溫性差，不易粘接、無法回收、高溫變形等缺陷；現(xiàn)有保溫被可分為三大類，以廢棄紡織廢料加工成針刺布為核心的毛氈保溫被，由化工塑料制備而成的發(fā)泡塑料、海綿、橡塑棉保溫被，以太空棉或無膠棉為主的保溫被（陳之群 等，2010；孫亞琛 等，2017；葛覃，2018）。近些年多數(shù)保溫被保溫性能雖普遍優(yōu)于草苫保溫被，但也普遍存在使用壽命短，防水性能、耐老化性能差的缺陷，除毛氈被以外，其他棉被使用成本也較高。

近年來所應(yīng)用的設(shè)施材料在使用過程中逐步顯露出許多問題，對于未來的墻體、骨架、屋面覆蓋材料，需要實(shí)現(xiàn)材料的升級換代，開發(fā)性價(jià)比較高的溫室設(shè)施材料，為日光溫室升級提供條件。

1.5 蔬菜設(shè)施能源利用主要方法

蔬菜設(shè)施生產(chǎn)中，由于溫室建筑結(jié)構(gòu)、地理位置和氣候環(huán)境的影響，許多溫室會(huì)出現(xiàn)“亞低溫”狀態(tài)，導(dǎo)致作物產(chǎn)量不高和品質(zhì)不佳，為了提高溫室內(nèi)溫度，傳統(tǒng)的能源利用類型為化石燃料和電能，存在著污染環(huán)境、運(yùn)營成本高等問題，已逐漸被新型能源利用方法替代，主要包括太陽能、地?zé)崮堋⑸镔|(zhì)能，或者是多種新能源的綜合利用。

① 太陽能的利用。溫室本身就是一個(gè)太陽能利用的設(shè)施結(jié)構(gòu)（李建明 等，2022），同時(shí)其他太陽能的利用方式有光伏發(fā)電和光熱轉(zhuǎn)換。光伏發(fā)電是通過太陽能光伏板直接將光能轉(zhuǎn)化為電能，蓄電池蓄電，夜間采用電加熱的方式進(jìn)行溫室加溫，但其成本高昂，制約了其進(jìn)一步發(fā)展；光熱轉(zhuǎn)換是利用真空管水集熱器以及平板集熱器（李建明 等，2021；宋磊 等，2021）等太陽能收集裝置，以水為工質(zhì)，將太陽輻射能轉(zhuǎn)換為熱能后直接供給溫室加溫。相比光伏發(fā)電，該種方式對太陽光的能量利用效率更高、成本更低，卻容易受光照條件等因素影響，穩(wěn)定性不高，但隨著類似可變傾角式太陽能收集裝置（宋磊 等，2021）等技術(shù)的出現(xiàn)，這一問題會(huì)逐漸被克服。

② 生物質(zhì)能源利用。生物質(zhì)能來自有機(jī)廢棄物如秸稈、糞便等，通過發(fā)酵的方式將其轉(zhuǎn)化為可利用的能源和材料，發(fā)酵過程產(chǎn)生的熱量可以為溫室加溫、產(chǎn)生的二氧化碳可以提高植株光合效率等（肖金鑫 等，2020），具有低碳、清潔、儲(chǔ)量大的優(yōu)點(diǎn)，但由于廢棄物成分和發(fā)酵過程復(fù)雜多變，利用不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生一些有害物質(zhì)。

③ 地?zé)崮芾?。我國地?zé)豳Y源豐富，利用地?zé)崮茏钇毡榈姆绞绞鞘褂玫卦?、水源熱泵，用于溫室?nèi)低溫季節(jié)的增溫和高溫季節(jié)時(shí)降溫，具有節(jié)能環(huán)保、維護(hù)費(fèi)用低、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，但長期運(yùn)行易導(dǎo)致土壤冷熱失衡、系統(tǒng)換熱效率降低等問題。

④ 溫室土壤深層蓄熱技術(shù)。溫室土壤深層蓄熱也稱溫室“蓄熱銀行”，西北農(nóng)林科技大學(xué)設(shè)施農(nóng)業(yè)團(tuán)隊(duì)利用深層土壤蓄熱能力強(qiáng)的特點(diǎn)，研究設(shè)計(jì)了一種溫室地下深層蓄熱裝置，夏季溫室內(nèi)溫度高時(shí)，將熱量通過埋于地下的傳熱管道抽入地下，冬季低溫時(shí)從土壤中抽出熱量，持續(xù)完成溫室降溫和加溫輔助功能，此項(xiàng)技術(shù)隨著研究的不斷深入，會(huì)有更廣闊的應(yīng)用前景（Xiao et al.，2023）。

⑤ 空氣源熱泵技術(shù)。是利用空氣熱能進(jìn)行供暖的空氣源熱泵。由壓縮機(jī)、膨脹閥、蒸發(fā)器與冷凝器組成，工作原理為逆卡諾循環(huán)，可以吸收并傳遞空氣中的能量，安置自由度高，安全性高，但占地面積大，效率低，不適合極寒地區(qū)加溫和炎熱地區(qū)的降溫。

取長補(bǔ)短，綜合利用以上能源多能源配合：采用兩種或者兩種以上能源類型配合為溫室加溫，可以有效彌補(bǔ)單一能源類型使用的劣勢，發(fā)揮優(yōu)勢，提高能源利用效率。地?zé)崮芘c太陽能的互補(bǔ)配合，可以避免光照不足時(shí)太陽能無法供能、減輕地源熱泵長期使用導(dǎo)致的土壤熱失衡問題，以及太陽能、生物質(zhì)能與電能為溫室聯(lián)合供暖等多能源配合方式，通過取長補(bǔ)短，實(shí)現(xiàn)能源高效使用。

蔬菜設(shè)施能源利用方法多樣，隨著煤炭等舊能源利用方式的弊端日益顯現(xiàn)，新型的綠色能源不斷發(fā)展，多種能源配合利用的方式成為趨勢。并且隨著能源利用方法的不斷深入研究和改進(jìn)，蔬菜設(shè)施產(chǎn)業(yè)將會(huì)朝著低碳排放、低能耗、高能源利用效率的方向不斷邁進(jìn)（郭宇 等，2021；李建明 等，2021；Xiao et al.，2023）。

2 我國蔬菜設(shè)施結(jié)構(gòu)存在的主要問題

2.1 老舊日光溫室內(nèi)部空間小，不利于機(jī)械化作業(yè)

目前生產(chǎn)中主要應(yīng)用的老舊日光溫室跨度小、脊高矮，大多數(shù)日光溫室跨度主要為8～10 m，作業(yè)空間不足，生產(chǎn)作業(yè)面窄，無法進(jìn)行機(jī)械化生產(chǎn)或機(jī)械化作業(yè)效率低；溫室采光屋面前沿角設(shè)計(jì)不合理，使溫室空間利用率和光照透過率減?。慌矬w內(nèi)部立柱支撐結(jié)構(gòu)多，使得機(jī)械化作業(yè)和生產(chǎn)運(yùn)輸不便；溫室墻體厚度大，機(jī)械進(jìn)出受限，勞動(dòng)效率低。

2.2 土地利用效率與溫室蓄熱保溫性能矛盾突出

土墻日光溫室土地利用效率僅為40%～50%，浪費(fèi)土地資源的同時(shí)破壞了土地耕作層；磚墻日光溫室土地利用率有所提升但成本增加；柔性保溫墻日光溫室土地利用效率為50%～65%，且更加適合機(jī)械化作業(yè)，但保溫性較差。拱棚土地利用效率為80%，水泥立柱搭配竹木結(jié)構(gòu)立柱多，不便于機(jī)械化作業(yè)，且荷載能力差，主要為小農(nóng)戶使用；鋼管簡易拱棚，跨度相對較小，土地利用率低；大跨度保溫大棚，土地利用率高且可覆蓋外保溫被，提高保溫效果。如何進(jìn)一步綜合利用綠色能源，提高棚室溫度，擴(kuò)大應(yīng)用范圍，仍需開展相關(guān)研究。連棟溫室土地利用效率90%，但是耗能量大。因此，解決土地利用效率、保溫蓄熱性能與造價(jià)的矛盾是我國蔬菜設(shè)施設(shè)計(jì)與研究面臨的主要問題之一。

2.3 設(shè)施結(jié)構(gòu)綜合性能差

日光溫室、大跨度保溫大棚和簡易拱棚主要通過被動(dòng)通風(fēng)的形式來調(diào)控溫室環(huán)境，調(diào)節(jié)能力有限且定向調(diào)控能力較差，因此在華北、西北、華東地區(qū)夏秋高溫季節(jié)階段多處于閑置狀態(tài)。溫室中常用的透光覆蓋材料有玻璃、塑料薄膜和硬質(zhì)塑料板，易附著霧氣、水滴、粉塵等造成透光率下降，新型材料較少。在保溫蓄熱方面，主要依托于傳統(tǒng)的墻體蓄熱，保溫被隔熱。在新型墻體蓄熱、土壤蓄熱、新型高性能保溫被開發(fā)方面，盡管進(jìn)行了一定的研究，但是生產(chǎn)中使用面積還有待進(jìn)一步擴(kuò)大。單純采用保溫隔熱材料做墻體圍護(hù)材料的日光溫室雖然具有良好的保溫隔熱性能，但失去了墻體的儲(chǔ)放熱功能，很多地區(qū)溫室室內(nèi)溫度難以達(dá)到果菜安全生產(chǎn)的要求。在蓄熱性能方面，生產(chǎn)中應(yīng)用的日光溫室主要以被動(dòng)蓄熱為主，主動(dòng)蓄熱方式如真空管水集熱系統(tǒng)、太陽能水循環(huán)系統(tǒng)、地中熱交換系統(tǒng)、相變蓄熱墻體等，這些蓄熱方式雖一定程度上提高了溫室的蓄熱能力，但應(yīng)用面積很有限。塑料大棚、簡易拱棚幾乎沒有蓄熱能力，連棟溫室墻體所占比重小，空間大，蓄熱對溫室整體的加溫效果不顯著。由于缺乏溫室環(huán)境調(diào)控能力，或者說環(huán)境調(diào)控能力還很有限，所以實(shí)現(xiàn)溫室大棚的環(huán)境智能控制也就失去了工作平臺(tái)。

2.4 適地性與專用型差

溫室大棚結(jié)構(gòu)類型與當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境不配套，在建造過程中生搬硬套“一套圖紙通用全國”。溫室大棚結(jié)構(gòu)應(yīng)依據(jù)氣候環(huán)境或者栽培作物而變化；很多溫室大棚結(jié)構(gòu)與作物類型和栽培技術(shù)不匹配、溫室大棚結(jié)構(gòu)和材料與氣候環(huán)境不匹配的問題突出，缺乏專用棚型的設(shè)計(jì)，急需改進(jìn)提升。

2.5 材料、能源和控制系統(tǒng)缺乏

生產(chǎn)中日光溫室主要利用土墻和磚墻，但存在土地利用率低、破壞環(huán)境、施工復(fù)雜等缺陷；柔性保溫墻體雖具有施工簡單，成本低等優(yōu)勢，但降溫快，蓄熱保溫性差；傳統(tǒng)的草苫由于使用年限短、保溫效果差、不防水等缺陷被日益取代，目前生產(chǎn)中主要應(yīng)用的保溫被也存在防水及耐老化性能差、重復(fù)卷曲容易導(dǎo)致棉被材料結(jié)構(gòu)損壞、使用壽命短、保溫效果不理想、存在安全隱患等問題?？傮w來講溫室的墻體材料、保溫材料研究缺乏，創(chuàng)新性不足，是限制溫室性能提高的主要因素之一。

設(shè)施溫室整體能源綜合利用率低，連棟溫室和玻璃溫室能耗高；溫室集熱和蓄熱設(shè)備造價(jià)高，運(yùn)行成本高。雖然進(jìn)行一定的新能源利用技術(shù)研究，但是新能源可利用類型地域性強(qiáng)，應(yīng)用面積還很有限。

環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)不完善，調(diào)控性能有限，能耗高；控制方式簡單，缺乏推廣應(yīng)用價(jià)值大的智能控制方案和設(shè)備，以及依據(jù)作物生長的環(huán)境調(diào)控策略。目前在日光溫室中應(yīng)用較多的為自動(dòng)放風(fēng)機(jī)和卷簾機(jī)，但仍主要依靠人工控制，效率低，在老舊的溫室上還容易出現(xiàn)卷偏、結(jié)構(gòu)變形等問題；塑料薄膜大棚和簡易塑料棚主要應(yīng)用電動(dòng)或手動(dòng)放風(fēng)機(jī)，調(diào)控能力有限；連棟溫室中主要應(yīng)用濕簾-負(fù)壓風(fēng)機(jī)、微霧、棚頂噴淋對溫室進(jìn)行降溫，能耗高，成本大，綜合智能控制水平低。

3 我國蔬菜設(shè)施結(jié)構(gòu)發(fā)展建議與展望

在溫室大棚建造與選型時(shí)，理想的溫室大棚結(jié)構(gòu)應(yīng)該符合時(shí)代生產(chǎn)力與生產(chǎn)關(guān)系條件，性價(jià)比高、生產(chǎn)效益高、容易使用與維護(hù)。為此，在未來棚室設(shè)計(jì)與建造中提出以下建議。

3.1 依地域環(huán)境、作物種類、經(jīng)營主體選擇設(shè)計(jì)棚型結(jié)構(gòu)，集成設(shè)施設(shè)計(jì)新結(jié)構(gòu)、新設(shè)備、新材料

在溫室設(shè)計(jì)與建造過程中，應(yīng)集成設(shè)施設(shè)計(jì)新結(jié)構(gòu)、新設(shè)備、新材料：以宜機(jī)化、裝配化為蔬菜設(shè)施新結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理念，以自動(dòng)化、智能化為蔬菜設(shè)施新設(shè)備的應(yīng)用需求，以保溫蓄熱性能好、高性價(jià)比為蔬菜設(shè)施新材料的應(yīng)用基礎(chǔ)。以此充分發(fā)揮新結(jié)構(gòu)、新設(shè)備和新材料對蔬菜產(chǎn)業(yè)的科技引領(lǐng)與示范支撐作用。

① 依地域環(huán)境選擇設(shè)計(jì)棚型結(jié)構(gòu)。我國地域幅員遼闊，氣候復(fù)雜多樣，這就對蔬菜設(shè)施結(jié)構(gòu)類型的區(qū)域適用性提出了新的要求。因此，氣候適宜性溫室大棚將是我國溫室產(chǎn)業(yè)未來創(chuàng)新與發(fā)展的重要方向。依據(jù)氣候與環(huán)境特點(diǎn)，進(jìn)行溫室大棚設(shè)計(jì)建造。高寒地區(qū)具有氣候冷涼、氣溫偏低、太陽能資源豐富的特點(diǎn)。推薦棚型應(yīng)具有抗寒性強(qiáng)、機(jī)械化程度高、成本低等性能特點(diǎn)。高寒風(fēng)沙地區(qū)具有氣候干旱、雨量稀少、風(fēng)沙較多，氣溫日較差和年較差大，太陽能資源豐富的氣候特點(diǎn)。由于風(fēng)沙氣候?qū)υO(shè)施結(jié)構(gòu)及栽培作物具有較強(qiáng)的危害性，因此推薦棚型應(yīng)具有防風(fēng)防沙性能好，抗寒性強(qiáng)，機(jī)械化程度高、成本低等性能特點(diǎn)。華北地區(qū)具有雨熱同期，光熱資源豐富的氣候特點(diǎn)。推薦棚型應(yīng)具有冬季抗寒性強(qiáng)，夏季通風(fēng)除濕效果好，機(jī)械化程度高、成本低等性能特點(diǎn)。華東地區(qū)具有全年氣候溫和濕潤，雨量充沛，太陽能資源豐富的氣候特點(diǎn)。推薦棚型應(yīng)具有保溫性能強(qiáng)、通風(fēng)除濕效果好、避雨、機(jī)械化程度高、成本低等性能特點(diǎn)。華南地區(qū)具有氣候炎熱，高溫多雨，空氣濕度大，晝夜溫差小，太陽能資源豐富的氣候特點(diǎn)。推薦棚型應(yīng)以通風(fēng)除濕效果好、避雨抗風(fēng)能力強(qiáng)為首要性能特點(diǎn)，其次是具有保溫性好、機(jī)械化程度高、成本低等特點(diǎn)。

② 依作物種類選擇設(shè)計(jì)棚型結(jié)構(gòu)。栽培作物是蔬菜溫室的生產(chǎn)對象，溫室大棚的各項(xiàng)性能指標(biāo)應(yīng)能滿足栽培作物的生長環(huán)境需求。茄果類、葉菜類、瓜果類、莖菜類、根菜類和食用菌類等不同種類蔬菜對溫室內(nèi)溫濕度、通風(fēng)及光照等環(huán)境需求差異較大，單一結(jié)構(gòu)類型溫室無法同時(shí)滿足所有需求，因此，在溫室大棚設(shè)計(jì)規(guī)劃與建造階段，應(yīng)充分考慮目標(biāo)栽培作物種類的生長環(huán)境需求，合理選擇并針對性優(yōu)化棚型結(jié)構(gòu)及配套生產(chǎn)設(shè)備。

③ 依經(jīng)營主體選擇設(shè)計(jì)棚型結(jié)構(gòu)。經(jīng)營主體是蔬菜溫室的服務(wù)對象，溫室的類型、規(guī)模及生產(chǎn)形式不僅應(yīng)滿足經(jīng)營主體當(dāng)下的生產(chǎn)需求，還應(yīng)考慮其未來的發(fā)展方向。家庭農(nóng)場以生產(chǎn)農(nóng)戶獨(dú)立經(jīng)營為主，具有規(guī)模小、投資少、生產(chǎn)成本低和升級轉(zhuǎn)型慢等特點(diǎn)；生產(chǎn)合作社以穩(wěn)定高產(chǎn)值為目標(biāo)，具有規(guī)模中等、統(tǒng)一規(guī)劃安排、統(tǒng)一生產(chǎn)管理及升級轉(zhuǎn)型較慢等特點(diǎn)；現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)高新企業(yè)以高投入高產(chǎn)出和科技創(chuàng)新引領(lǐng)為目標(biāo)，具有投資大、技術(shù)新、生產(chǎn)規(guī)格高和升級轉(zhuǎn)型快等特點(diǎn)。因此，在溫室設(shè)計(jì)規(guī)劃與建造階段，應(yīng)充分考慮經(jīng)營主體的生產(chǎn)特點(diǎn)，合理規(guī)劃設(shè)計(jì)棚型結(jié)構(gòu)及配套生產(chǎn)設(shè)施。

3.2 制定全國不同地區(qū)溫室大棚改造方案，減少資金浪費(fèi)

目前，老舊結(jié)構(gòu)溫室大棚已經(jīng)成為制約蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一大限制性因素，而老舊溫室大棚的改造也已成為一個(gè)亟需解決的產(chǎn)業(yè)技術(shù)難題。為減少資金浪費(fèi)，助力傳統(tǒng)蔬菜產(chǎn)區(qū)進(jìn)行科學(xué)合理的技術(shù)升級轉(zhuǎn)型，保障蔬菜產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)發(fā)展，提出老舊日光溫室結(jié)構(gòu)改造方案與改造原則。

3.2.1 改造方案 老舊日光溫室大部分為跨度8～10 m，棚間距8～10 m，改造方案分為以下幾種：① 使用舊棚后墻，向前延伸骨架，增加溫室跨度。這種方案適宜于墻體較好的溫室，改造后溫室跨度12 m，保溫性變化不大，空間增大。② 使用前屋面骨架，廢除厚墻體，溫室后擴(kuò)展延伸，增加溫室空間。這種方案溫室跨度可達(dá)14～16 m，溫度有所降低，但是土地利用效率顯著提高。③ 使用原有日光溫室厚墻體和地基及部分骨架，建造雙跨日光溫室，跨度達(dá)到20 m，空間顯著提高。④ 利用舊棚墻體，南北均延伸，改造為陰陽溫室結(jié)構(gòu)。改造后春季利用南部溫室種植喜溫蔬菜，北部只能在夏秋季進(jìn)行生產(chǎn)種植。⑤ 利用原有溫室地基，選用跨度為原有溫室跨度大小，例如原有溫室跨度為8 m，溫室間距也為8 m，建造跨度為8 m 的塑料連棟溫室。⑥ 大跨度非對稱保溫大棚建造。利用現(xiàn)有日光溫室墻體地基作為中間一道支柱地基，建造大跨度非對稱保溫大棚。

3.2.2 改造原則 ① 依據(jù)棚體現(xiàn)狀進(jìn)行改造。在舊棚改造中，應(yīng)該依據(jù)舊棚現(xiàn)狀，認(rèn)真分析，科學(xué)評價(jià)，能使用舊棚墻體的用墻體，能使用骨架的用骨架，成本最低化，效益最大化，選擇以上改造方案。② 依據(jù)宜種植作物種類選擇方案。不同作物以及不同栽培茬口對溫室環(huán)境條件要求不同，在老舊溫室改造中應(yīng)就地總結(jié)以往的作物種植管理經(jīng)驗(yàn)，獲得栽培作物種類最明確的生長環(huán)境需求，從而對老舊溫室大棚進(jìn)行針對性的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，制定出更加科學(xué)合理的升級改造方案。③ 依據(jù)投資規(guī)模。投資規(guī)模是老舊溫室大棚改造的限制性因素。因此，應(yīng)盡可能地回收利用原溫室中有價(jià)值的結(jié)構(gòu)與材料，減少資金浪費(fèi)，從而在投資規(guī)模內(nèi)制定出更加全面系統(tǒng)的老舊溫室大棚升級改造方案。

3.3 加強(qiáng)溫室材料、溫室能源利用以及環(huán)境控制技術(shù)研究攻關(guān)

由于蔬菜設(shè)施建造建筑材料、蓄熱材料、保溫材料、溫室能量利用原理機(jī)理研究的缺乏，我國溫室發(fā)展仍然較落后。中共二十大報(bào)告提出要大力發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)，必須依據(jù)全國不同環(huán)境特點(diǎn)、栽培作物種類、栽培方式以及投資主體管理模式，研究創(chuàng)新不同類型溫室結(jié)構(gòu)；開展溫室結(jié)構(gòu)材料、蓄熱材料、保溫材料、新能源利用材料與設(shè)備以及依據(jù)作物的智能管理系統(tǒng)的研究，解決現(xiàn)階段設(shè)施農(nóng)業(yè)設(shè)施結(jié)構(gòu)存在的關(guān)鍵技術(shù)問題。

3.4 加強(qiáng)政策管理，發(fā)揮組織優(yōu)勢，促進(jìn)新設(shè)施、新技術(shù)、新設(shè)備的推廣應(yīng)用

相較于設(shè)施蔬菜短至數(shù)周、長僅數(shù)月的生產(chǎn)周期，蔬菜溫室大棚往往擁有數(shù)十年的使用壽命，升級換代速度緩慢。因此，作為設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化中最重要的一環(huán)，蔬菜設(shè)施結(jié)構(gòu)必然需要率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)化、現(xiàn)代化，以新結(jié)構(gòu)、新設(shè)備、新材料和新理念來促進(jìn)農(nóng)機(jī)農(nóng)藝設(shè)施相融合，降低人力成本，提高產(chǎn)量和生產(chǎn)效率，進(jìn)而保障設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)順利實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化。這就需要國家、地方政府成立技術(shù)把關(guān)機(jī)制，以政策為導(dǎo)向，發(fā)揮組織優(yōu)勢，促進(jìn)新型設(shè)施結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，同時(shí)加強(qiáng)科技成果宣傳，提高成果普及程度，快速實(shí)現(xiàn)我國蔬菜設(shè)施結(jié)構(gòu)優(yōu)化發(fā)展目標(biāo)。