温室大棚

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山东省日光温室结构类型

山东省日光温室结构类型

李清明

山东农业大学 设施园艺系

1山东省日光温室发展概况

山东省位于中国东部沿海,地处黄河下游,介于东经114°36′-122°43′,北纬34°25′-38°23′之间。山东省气候温和,雨量集中,四季分明,属于暖温带半湿润季风气候。全省年平均气温11-14℃,全年日平均气温在-3-27℃之间,年日照时数2300-2900h,日照率52-69%,光照全年分布较均匀。年平均降水量550-950mm,多集中在6-9月份。无霜期沿海地区180天,内陆地区220天。冬季一般有140-150天,夏季72-108天,春秋各50-70天。

山东省是风障、阳畦的发源地之一。20世纪70年代,先后发展了拱圆大棚、中小拱棚蔬菜生产;80年代初,寿光市创建了春用型日光温室(一面坡大棚)蔬菜栽培;80年代中后期,引进了辽宁省海城、瓦房店的节能型日光温室(冬暖式大棚)和越冬茬黄瓜栽培技术,获得成功。在此期间,省农技推广总站与主产区相结合,在拓展日光温室西葫芦、茄子、辣椒等蔬菜栽培方面做了卓有成效的工作;90年代初,寿光市三元朱村对引进的节能型日光温室进行了改进,创立了寿光改进型日光温室,同期济南、临沂对日光温室结构和黄瓜等栽培技术进行了研究,提出了济南改良式日光温室及黄瓜越冬栽培配套技术;90年代中期,随着日光温室栽培面积的扩大和年际间气候的变化,针对各地建设的日光温室存在结构不合理,环境调控能力差等问题,1997-1999年山东省立项开展了“山东新型日光温室蔬菜系统技术工程研究与开发”,研制了山东Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅳ型、Ⅴ型和寿光型日光温室及配套栽培技术,从此奠定了以寿光为代表的山东设施农业发展模式,并开始在全国推广。

寿光是全国设施蔬菜生产和销售的集散地,也是日光温室技术持续改进和提高的创新园。自1989年从辽宁引进第一代日光温室以来,目前已经正式提出了“五代”改进温室。1989年三元朱村建设改进了辽宁瓦房店温室,形成寿光第一代日光温室,其特点是温室跨度8m左右,墙体厚度增加到1m以上,高度提高到2m以上,能进行瓜果类蔬菜越冬生产。

第二代温室是在第一代温室基础上进一步加大跨度和高度,跨度达到9m,墙体厚度和高度均达到3m以上,采用机械施工,温室的保温性能进一步加强,冬季果菜不仅能存活而且有持续产量。

第三代温室以1999年寿光蔬菜高科技示范园的温室为标志,室内采取一排立柱,跨度达到10m,高度达3.5m以上,温室骨架以钢架为主体,配备了机械卷帘机,以主要种植高效的彩椒、水果黄瓜、樱桃番茄和希特菜等。建成后,通过蔬菜博览会在寿光和中国北方地区起到了很大的带动作用。其优点是采光好、生产性能较好,但由于室内支撑立柱减少,温室承载能力减弱,2002年冬季的大雪造成部分日光温室倒塌,给这种温室的推广带来了不少负面影响。

第四代温室吸取第三代温室的经验和教训,在第三代温室的基础上进行了大幅度改进:前部设立三排立柱,提高温室的抗雪能力;卷帘机采用曲臂式代替了后置式,简化了安装,提高了动力;增加了棚面钢丝数量,温室承载能力大为改善;加大地面下挖深度,提高了保温性能。这种温室基本建设在2003-2005年。

第五代温室从2008年开始建设,跨度加大到12m,室内立柱3-4排;屋面骨架以全部或部分钢管代替竹木,保证结构的强度;墙体加厚到底部5m、上部2m;草苫加厚到5kg/m

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以上,配备大功率卷帘机卷铺;内部装备物料运输轨道或运输车;采用混凝土水渠或滴管等方式,劳动强度减轻,效率提高;对前部遮阴、排水等问题均采取了对应改进措施。

第五代温室在推广过程中,菜农根据生产中出现的问题对新建温室不断提出改进,目前在温室跨度、采光角、保温膜、补光设施等方面均有不同程度的变化,所以2008年以后新建的日光温室各村各有特点,同时为了区别同代温室不同的特点,在温室命名中摒弃了“代”的称谓,改用年代进行标注,如寿光2010版、2011版等。

山东省设施农业经过20多年的发展,现已经形成了以日光温室、塑料大棚及中小拱棚为主,连栋温室补充的设施农业类型,总面积从1989年的240hm

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发展到了2010年的87万hm

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,其中日光温室约22万hm

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,在布局上基本形成了北有寿光,南有苍山的格局。山东省2010年GDP总值达到39416.2亿元,位居全国第三位。农业产值中的蔬菜园艺作物产值为1403.49亿元,占当年农业产值的44%。经过20年的快速发展,以日光温室为代表的设施蔬菜生产,已经成为山东省蔬菜产业发展中的主导产业和农民增收的主要来源之一。尤其以寿光为代表的蔬菜生产已经成为全国设施农业生产的领头羊、排头兵。山东省的集约化育苗生产的种苗已经远销新疆,卷帘机、保温被、加温炉等设备大量销往西北地区,目前下挖式机打土墙结构日光温室也在西北等地大规模建设。山东的设施农业技术人员远赴新疆、宁夏、青海、陕西等地指导当地的农户生产,成为各地的技术专家。山东的设施农业在设施类型创新、设备制造和栽培人才储备等方面具有较好的发展基础,为设施农业更高质量的发展打下了很好的基础。

2 山东省日光温室主要结构类型

2.1 寿光改良式日光温室

寿光改良式日光温室是在我国辽南海城、瓦房店琴弦式日光温室的基础上,吸取原寿光春用型日光温室某些优点,在寿光市三元朱村于1989-1991年改进创立而成。这种温室的基本结构是跨度9米,脊高3.5米,后墙高2米,后屋面水平投影长为1.5米。骨架为竹木结构,室内设5排立柱,间距为2米,后立柱到后墙的距离为0.8米,各排立柱地上部分的高度分别为:后立柱3.3米,中立柱Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别高3.1、2.6、1.8米,前立柱高0.8米。从低到高在各立柱处的屋面角分别是26.6º、21.8º、14.7º、11.3º。与琴弦式日光温室相比,该温室前屋面形状由斜面变成了微拱面,增大了采光角度,增加了采光量,加快了温室升温的速度,同时可用压膜线代替竹竿,有利于压紧薄膜,减少了因绑压杆造成的缝隙散热问题,降低了散热速率。脊高的提高增大了前屋面角度,增加了采光量,增加了贮热空间,有利于保温。后屋顶的加宽,进一步增强了保温能力。这种日光温室的采光增温性能和土地面积利用率有所提高,棚内空间较大,有利于作物生长发育,同时便于棚内操作管理,有利于菜农身体健康,改善菜农“温室综合症”。建造667m

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面积的这种日光温室,其费用需1-1.2万元,温室的年经济效益可达1.5万元-3.0万元。

2.2山东Ⅰ-Ⅴ型系列日光温室

该系列日光温室是由山东省农业科学院蔬菜研究所日光温室课题组经多年研究设计而成。在研究设计过程中,充分吸收了各种日光温室的优点,结合我国冬季保护地栽培地区的光热条件,从优化棚体结构和改进建造材料人手,以尽量增加日光温室的采光、保温能力,改善室内的环境条件,最大限度地满足蔬菜生长发育的需求为目标,降低建造与管理劳动强度,提高劳动生产率,并尽量降低建造成本,提高设施内的土地利用率。重点围绕日光温室的采光、保温、通风等主要环节进行了改造与创新。

山东省推广面积较大的是山东Ⅱ型和山东Ⅲ型日光温室,农民利用这类新型日光温室和配套栽培技术进行越冬茬黄瓜和番茄等果菜类蔬菜栽培,黄瓜平均亩产量达12500kg,最高产30000kg,平均每亩纯收人10000元,最高可达28000元。番茄平均每亩产量10000kg,最高达18000kg,平均每亩纯收人8000元,最高可达21000元。农民自豪地把这种新型日光温室誉为北方的“绿色工厂””和“绿色银行”。

2.3厚墙大跨下挖式高效节能日光温室

近几年山东省尤其是寿光市日光温室结构向厚墙、大跨、下沉方向发展,其主要结构为土墙钢竹木结构,后墙顶部厚1.5m-3.0m,后墙高4.0m-5.0m,后墙底部厚5.0m-8.0m,跨度10m-14m,根据不同跨度,温室内不设立柱或设有立柱2-7排。下挖深度一般为0.5m-1.5m,根据不同下挖深度,温室内过道设在前地角处或后墙根部。前屋面骨架材料为Φ5cm钢管或桁架结构,间距3.2m-3.8m,中间加设4-7道Φ3cm小头对接的竹竿,与钢架共同组成前屋面骨架。

这种日光温室的建设费用为800-1000元/m(东西长),温室的年经济效益可达3-5万元,建造当年即可收回成本。农民对这种类型的温室建造积极性很高,随着土地的调整,目前正在大面积改建或扩建此类温室。

2.4山东新出现的一些日光温室类型

(1)现代化日光温室

集成了现代化连栋温室的环境调控设备,实现了日光温室环境的精准调控。该类温室配套有电动卷膜、补光系统、补温系统、太阳能集热、光伏发电系统、外遮阳、湿帘-风机降温系统、主动蓄放热系统等。

(2)光伏太阳能日光温室

光伏太阳能温室是一种新型的温室,是在温室的部分或全部向阳面上铺设光伏太阳能发电装置的温室,它既具有发电能力,又能为一些作物或食用菌提供适宜的生长环境。光伏太阳能日光温室类似于传统的日光温室,带有保温性能良好的墙体,在采光面上安装有光伏太阳能电池板。

(3)鲁优型高效节能日光温室

以合理采光时段理论为基础,根据地理位置和气候条件,结合不同下挖深度日光温室温、光、湿等主要生态因子变化规律,提出山东省(北纬34°25′至38°23′)节能日光温室的合理采光时段屋面角β

m

为30.4~34.6°,寿光市(36°53′)节能日光温室的合理采光时段屋面角β

m

为33.0°。以下挖式节能日光温室下挖壁面在室内产生的阴影率不宜超过15%为限制条件,提出山东省跨度为10-12m的下挖式节能日光温室的适宜的下挖深度为0.8-1.1m,寿光市(36°53′)跨度为10-12 m的下挖式节能日光温室适宜的下挖深度为0.8-1.0m。在实际温室设计与建造过程中,下挖式高效节能日光温室结构参数受当地经济技术条件、地下水埋深度、土壤质地、机打墙体土方用量、建造施工等多种因素的影响。因此,结合理论研究结果和综合考虑以上因素,我们设计了两种适合山东省蔬菜作物栽培的鲁优Ⅰ型高效节能日光温室和鲁优Ⅱ型高效节能日光温室(获发明专利:),并对其室内环境因子变化规律进行了测定。

鲁优Ⅰ型高效节能日光温室栽培床面下挖0.8 m,跨度12.0m,脊高4.96m,平均采光屋面角23.7°,后屋面仰角47.0°,后墙剖面为梯形,高3.5m,顶厚1.5m、底厚4.0m。排/渗水沟顶宽2.5m,底宽2.0m,深1.0m,在冬季也可填入稻壳、麦秸或聚苯泡沫板等导热系数较小的隔热材料,作为防寒沟使用。因此,鲁优Ⅰ型高效节能日光温室采光保温性能更加优良,空间容量更大,墙体为机打土墙,比较环保,建筑垃圾少,这是其显著优点,但由于其后墙较厚,排/渗水沟面积也相对较大,因而土地利用率有所下降,为61.4%。

鲁优Ⅱ型高效节能日光温室为厚墙大跨二次下挖式高效节能日光温室,一次下挖0.5m,二次下挖0.8m,实际栽培床面下挖1.3m,下挖壁面的遮荫与下挖0.8m相当。跨度12m,脊高5.76m,平均采光屋面角29°,后屋面仰角47.0°,后墙剖面为梯形,高4.3m,顶厚2.0m、底厚5.0m。排/渗水沟顶宽2.5m,底宽2.0m,深1.0m。鲁优Ⅱ型高效节能日光温室采光保温性能更加优良,空间容量更大,墙体为机打土墙,比较环保,建筑垃圾少,这是其显著优点,但由于其后墙较厚,排/渗水沟面积较大,土地利用率为55.6%。另外,鲁优Ⅱ型高效节能日光温室下挖深度较深,适宜在北纬34°-39°、地下水埋深度不小于2.0米左右的地区建造。

2.5 山东省节能日光温室存在的问题

山东省节能日光温室生产仍以个体农户独立经营为主。农户自主投资、经营,自负盈亏,仍以经验和粗放管理手段为主,不利于标准化生产和品牌的树立,即使有产业化组织,生产过程还是由小规模的个体控制,缺乏有组织的信息调查和技术指导,适应市场需要的组织化程度低。随意性的种植制度和不确定的品种、数量和质量造成区域性产品很难与市场建立相对稳定的供货渠道和占据稳定市场份额,毕竟小生产很难与大市场、大流通对接。同时,产业整体竞争力、抵抗市场风险的能力以及灾后救助及恢复生产机制差,一旦遭受自然灾害或外部市场产品的冲击,将严重打击种植者的生产积极性。节能日光温室标准化建设、标准化栽培技术和模式尚未完善,规格、结构随意性较大,档次低,无温、湿、光等环境因素的控制和调节,难以实现机械化作业,严重影响了设施功能的发挥,也限制了设施园艺产品的质量、产量和供应持续性,同时阻碍了新技术、新工艺的开发和推广。

对下挖式日光温室而言,其结构强度设计和光温性能等方面的研究还不成熟,而且对群众创造的实践经验总结提升不够,农民在建造日光温室和实际生产过程中缺乏科学的理论指导。此类日光温室仍然存在光能利用率低、环境调控能力差等问题。由于地面下挖,下挖壁面在室内产生阴影,影响室内南侧作物的生长发育,排水设施不完善的情况下,雨水容易进入温室造成涝渍。如果下挖深度小,保温效果不明显,下挖过深则室内阴影面积过大,同样影响温室增温保温效果,这些问题还没有定量的分析评价。