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北方高寒地区高效蔬菜大棚的特点与建设要求
张瑞福
(黑龙江省鹤岗市东山区, 黑龙江 鹤岗154106)
摘 要：本文简要叙述了北方高寒地区高效蔬菜大棚的优势,主要在于产成本低、效益高以及蔬菜品质好等几个方面；在此基础上,提出了蔬菜大棚建设的标准和技术要求,以期对农户的建设提供理论支持.
关键词：高效；蔬菜大棚；建设要求
中图分类号：S222.5文献标志码：A文章编号：1008-1038(2016)07-0052-04
Characteristics and Construction Requirements of High Efficient Vegetable Greenhouse in the North of China
ZHANG Rui-fu
(Dongshan District,Hegang City,Heilongjiang Province,Hegang 154106,China)
Abstract: In this paper,the author briefly described the advantages of northern cold area,vegetable greenhouses,mainly in the production cost low,high efficiency and vegetables of good quality and so on several aspects; based on proposed standards and technical requirements of the construction of greenhouse vegetables,in order to farmers construction to provide the theory support.
Key words: High efficiency; vegetable greenhouse; construction requirements
收稿日期：2016-03-20
作者简介：张瑞福(1966—),高级农艺师,曾获得鹤岗市专业技术拔尖人才荣誉称号,2008年被授予省科协系统“科普带头人”荣誉称号,市级专业技术“梯队带头人”,2009年被授予黑龙江省科技特派员
黑龙江省鹤岗市地处北纬47°4′~48°9′,冬季寒冷,一年中有多数时间不能进行露地蔬菜生产,蔬菜产销淡旺季非常明显,过去在冬春季节,市场上只有大白菜、萝卜、马铃薯、洋葱等耐贮菜和一些腌渍菜、脱水菜供应.随着人民生活水平逐渐提高,人们“冬吃夏令蔬菜”的愿望日益增强,社会对“反季节”“超时令”蔬菜的需求量与日俱增,冬鲜菜供需矛盾不断加剧.经过多年实践发展,高效节能日光温室是实现北方地区蔬菜周年生产,均衡供应,提高本地蔬菜淡季自给率的一个有效措施.
1高效节能日光温室的优势
1.1节能温室蔬菜周年生产成本低
由于节能温室的设施优越、保温性好、采光好、能耗低,因此,产量和品质均好于普通加温温室,而生产成本大大低于普通温室(温室冬季生产耗煤占生产成本相当大的比例,节能温室比普通温室节煤80%以上).
1.2节能温室蔬菜周年生产的效益高
节能温室同普通温室相比,总产量提高不过50%左右,但节能温室周年生产,在冬春淡季仍能生产鲜菜,且高,因此产值较高,效益较好.
1.3节能温室蔬菜品质好
本地温室生产的时鲜蔬菜品质优于外地运来的蔬菜,能满足人们“冬吃夏令蔬菜”的需求,是实现北方地区蔬菜周年生产,均衡供应,提高蔬菜淡季自给率的一个有效措施.
247型高效节能温室特点及建造技术要点
鹤岗市地处北纬47°4′~48°9′.鉴于此,本文将根据本地特点而设计的该型高效节能温室命名为47型高效节能温室.
2.1温室的方位、面积
根据本地区冬季晴天较多,气温较低,昼夜温差大,多西北风向的实际,温室设置的方位,以正南或南偏西3~5°为好.温室的长度以50~60m为好,温室面积一般在400~500m2为宜.
2.2温室的前屋面(采光面)
前屋面设计的中心问题是屋面角度大小,因为前屋面是采光面,直接关系到日光透射到温室内的多少.在理论上,为了使透过前屋面的光线达最大,必须使光线在透过薄膜时的入射角为0°,鹤岗市在冬至前后生产,温室屋面角应为47°-(-23.5°)＝70.5°,这样的角度使前屋面过陡,屋脊举架过高,在实际生产中既不实用,也不科学.实际上,光线入射角只要不大于40°,光线透过率只下降4%.所以在温室设计中,把40°入射角做为设计参数,在兼顾建筑成本,土地利用率和较高的透光率等因素的前提下,鹤岗市温室合理前屋面角应为70.5°-40°＝30.5°即在30.5°~35°之间范围为佳.温室中柱高(脊高)一般在3.5~4m之间,为保证合理的前屋面角温室跨度以8m为宜.温室采光面根据温室建设材料的不同及栽培作物的不同设计有平面采光面和拱形采光面.
2.3温室的后屋面
后屋面在设计建造上主要从两方面考虑：一是,后屋面的角度,它决定于屋脊与后墙的高度差和后屋面的水平投影长度.当它大于当地冬至太阳高度角时,可使后屋面在冬至前后中午洒满直射阳光,这样的后屋面,既可吸收、贮存热量,又可向温室北部地面和作物反射光线,增加该处的光照.为使后屋面在冬至前后较长时间起到这种作用,后屋面仰角最好大于东山区冬至太阳高度角10°以上,兼顾冬春季生产的需要,合理后屋面角应为40°~50°；二是,后屋面为散热面,因此在设计上,除了应考虑其本身的承重能力和受力状况外,主要从建造材料的选择上使其导热性能达到最小,尽可能提高其保温能力.温室后屋面从内到外,一般可由以下几层构成：1)椽子或木板条.由于后屋面较厚,重量较大,所以从后墙最上方到柁,应以60cm间隔排布椽子,椽子的直径在10cm以上.也可用3cm厚左右的木板铺满,中间不留缝隙,柁的一头用长钉钉死.2)秸秆束.用玉米或高粱秸秆捆成15cm粗细的捆,垂直于椽子方向紧密排布,注意接头处是否均匀.实际作业时,可先从下往上铺,后面紧接着开始捆,可避免接口.3)草泥.在铺好的秸秆束上方,用草泥找平整.4)稻或麦壳、岩棉.铺好的草泥干透后,再覆以一层厚为10cm的稻壳或麦壳,也可以用岩棉板或岩棉碎块铺设.5)在铺好的稻壳或麦壳上面,平铺一层2cm厚的木板.6)油毡纸.在木板条的上方,用烧开的沥青油,刷一层后铺设油毡纸,如果有孔隙,可用沥青油灌注.若想少投资,降低成本,至少应铺一层无孔的新的塑料薄膜,做为防雨层.7)草泥.在最外层再抹一层草泥,其中加入一定量的石灰.通过以上七层覆盖物,后屋面厚度可达40cm,其防寒保温性能基本能满足我区温室在严冬季节生产的需要.
2.4温室后墙及两侧山墙的建筑
后墙和山墙是建温室过程中工程量最大的部分,也是最重要的部分,因此需要建好地基,由于本地区冬季漫长,冻土层厚,这就需要在建地基时,为防止墙体等结构物下方的土层在冻结或化冻时的线性膨胀造成温室结构的破坏.地基的深度通常在1~1.5m左右,如地下水位高或沙质化程度高,还须深些,地基施工前用水平仪把地表整理平坦,按温室的内侧划线,向下挖,全部挖好后,夯平夯实,夯土时应避开雨天,更不能图省事,往沟中放水,以借此使土面下沉,山墙与后墙除了承重外,最重要的功能是要求墙体具有一定的载热性和良好的保温隔热性,具体的说是使墙体内层具有较大的蓄热系数,使它能够在白天吸热而在夜间放热.而墙体的外层应选用一些导热系数小的建筑材料,阻止热量散失.比较理想的墙体结构是：石块砌内墙,空心砖或机制砖砌外墙,中间填充一些诸如珍珠岩、锯末、稻壳等防寒物,为使墙体坚固,可隔一定距离将墙体砌成实心墙体,石砌墙体厚度30cm左右,砖砌墙体至少一砖半厚,中间空腔厚度约10~50cm.整个墙体总厚度约1m左右.在墙体外侧再培一层0.5m左右厚的防寒土.
温室后墙和山墙更简单的办法是用20cm厚的(20kg/m3)聚酯泡沫板做墙体,接缝用胶封牢,其隔热保温效果不错,不过缺点是泡沫板热容量小,几乎没有蓄热放热功能,温室内温度变化快,人工加温时间相对较长,节能效果相对较差.
2.5屋架结构
温室的屋架结构主要是指前屋面为木结构还是钢架结构,目前鹤岗市温室主要采用钢架结构.根据温室生产需要及钢架结构承载力要求,两架间距1.1~1.2m.
2.6温室的辅助设施
2.6.1防寒沟
沿温室墙的四周,向下挖深1~1.2m,宽50cm的沟,内填马粪、稻壳、珍珠岩等防寒物,在冬季可以起防寒隔冷的作用,能提高温室内前沿部分土温2~4℃；也可使用厚10~15cm的聚酯泡沫保温板做填充.
2.6.2门和作业间
作业间建在温室的一侧,由于冬季西北风较多,因此作业间多在温室的西侧,它是温室与外界进出的通道,可减少进出温室时的热量损失,因此作业间又称缓冲间.作业间既可做为配制营养土,育苗的场所,又可象仓库一样存放一些工具和杂物,温室的门建在温室西侧山墙上,作业间的门应设在南侧.
2.6.3压膜
压膜作用主要是防止前屋面上覆盖的塑料膜不被风掀起和刮走.压膜应注意三个部位：屋脊处、屋面和前沿处.屋脊处压设,将薄膜的一端夹在屋脊处的平台和一层木板的中间,并注意用铁钉钉好.前沿处薄膜多留出20~30cm,用湿土压住.屋面可用高强度压膜线压紧,压膜线是内敷多股铁丝或尼龙芯的扁形塑料线,表面平滑,不伤膜,使用寿命长.也可用8号铁丝直接压膜,但铁丝易生锈,易使薄膜寿命缩短.
2.6.4加温设施和烟道
在高寒地区冬季温室生产和育苗,必须有辅助加温设施,加温方法,一般有暖气加温、火炉烟道加温、热风炉加温等.暖气加温最好,有加温均匀、温度变化小,节省燃料等优点,但成本高,一次性投入大,热风炉加温具有升温迅速的优点,但停火后温度下降得也快,温度变化幅度较大.目前应用最普遍的是烟道加温,火炉建在西侧一进门紧贴山墙的地方,成半地下式,烟道紧贴后墙和地面,从火炉到烟囱呈逐渐上升的缓坡,如温室不太长,可在东侧山墙和后墙处建烟囱.如温室较长时,可在两侧设置火炉,烟道相和而设,在温室中部合并,建一烟囱共用.
2.6.5水和电
温室栽培需水量大,在温室附近必须有水源,在冬季温室生产或育苗时浇水不能直接浇冷水,必须经过预热达到或接近室温再浇灌,以免降低气温和地温,影响作物生长,在生产中也必须有220V电源,温室内用电主要用于电热温床育苗和生产育苗时的人工补光.
2.6.6风障
在温室或温室群的四周,应设立风障,用来改善温室周围小气候状况,在设置时应注意,在温室前沿和山墙处应同温室保持一定距离,以免挡光.
2.6.7温室建筑材料选择及工程预算
日光温室建造材料,应本着取材方便,节省投资,注重实效的原则来选择,日光温室以太阳光为主要热能来源,以加温为辅,因此温室前屋面材料选择好坏直接关系到温室生产的效益.
1)木材
主要用于柱、梁、檩、窗框等,使用木材优点是取材方便、容易施工、成本不高；缺点是建筑物的跨度不能太大,而且遮光面积较大,对日光温室的采光不利,抗腐能力也较弱.
2)钢材
不论在强度,刚度,塑性和韧性等方面都远优于其他材料,且体积小遮光少,有利于温室的采光增温,虽然一次性投资较大,但使用寿命长,并可节省每年维修的费用.
2.6.8温室的覆盖材料
覆盖材料在日光温室中作用非常重要,除遮阳网外,这些材料都具有明显的防寒保温性.覆盖材料主要有以下几种：
1)不透明覆盖材料
主要包括棉被、纸被、草苫等.用于日光温室寒冷季节的夜间保温.
2)塑料薄膜
适用于日光温室覆盖的塑料薄膜,必须具有以下特点,防寒保温性能好；强度高,具有一定拉伸能力；使用寿命长；透明度高且不易吸附尘埃；薄膜应具有较长时间的流滴性能；因此在生产中以选用多功能长寿无滴膜为好.
3)不织布
也叫无纺布或丰收布,它具有良好的保温性、透水性和透气性；重量轻、操作方便；一般能连续使用3~5年.在日光温室生产中,主要用于寒冷季节温室内拉二层幕或扣小拱棚；用15g/m3或20g/m3不织布在温室内直接盖在作物上,进行“浮动栽培”,起到防寒保温作用.
2.6.9 节能温室的施工
一般在雨季过后,上冻前修建完,宜早不宜晚,否则因墙体不干透,一方面扣膜后湿度大,升温慢,作物病害重,降低温室性能.另一方面墙体水分大,上冻后墙体膨胀,会缩短温室使用寿命.
3与47型高效节能温室配套使用的技术
3.1在温室内人工增光、补光
目的是增加光照强度和光照时数,提高蔬菜作物光合能力,具体方法有：
1)采用无滴膜,增加太阳光透过量.
2)在温室北侧张挂反光布,通过反射提高温室后半部光照强度.
3)采用人工光源,如日光灯管、高压汞灯,最好用生物效应灯,在放下棉被或草苫子后马上进行连续补光3~4h,使每天连续光照时数达到10h左右,这一点在冬季蔬菜育苗过程中尤为重要,补光最好不用白炽灯,以防烤苗,且白炽灯光谱也不适合农业生产的需要,光能效率低,要用农业专用补光灯.
3.2温室内CO2气体施肥
在温室这个密闭空间中由于蔬菜作物的光合作用,会造成CO2不足,影响蔬菜的生长,这种情况在晴天上午尤其明显,通过施用CO2可大大提高蔬菜的光合能力,大幅度增产.施肥方法有：
1)用CO2钢瓶定时定量施放CO2.
2)用硫酸与碳铵反应,产生CO2和硫铵.这种方法在生产上很实用.
3.3采用嫁接换根技术
温室冬春季生产主要制约因子就是地温低,黄瓜通过嫁接换根可显著提高蔬菜的抗逆性,增强其耐低温能力,为其早熟高产打下基础,同时嫁接可以提高蔬菜的抗病能力和增产特性.如黄瓜和西葫芦可用黑籽南瓜作砧木换根,可有效防止土传病害的发生.可使黄瓜耐低温下限降低2~3℃,使黄瓜早熟3~5d,前期产量提高30%~50%,总产增加20~30%.
茄子通过嫁接换根可使一年生的茄子变为多年生的,显著提高茄子的抗逆性和产量,延长茄子采摘期,是节能温室蔬菜生产节本增效有效措施之一.
3.4在温室内进行无公害化蔬菜生产
在生产中限制使用化肥和农药,不使用剧毒、残效期长、残留高的农药,多使用农家肥.为提高农家肥的肥效,建议应用生物复合肥,它是一种由固氮菌、根瘤菌、解磷菌、解钾菌、活化钾细菌、活化磷细菌组成的多元复合菌肥.具有投入少、产出高的特点,能改良土壤结构,提高土壤肥力,可使蔬菜增产15%~30%.在防病治病上,多采用生态防治,减少农药的使用量.
3.5引进种植名、特、新、优蔬菜
种植名、特、新、优蔬菜,通过其高品味、高来获得高效益.
4配套的大棚特点及建造要求
温室与大棚配套建设能合理规划设施农业园区,提高农业土地利用率、合理用工、提高土地单产及农业产投比.在规划建设上,一般温室与大棚为1:2或1:4.1:2即一栋温室配两栋大棚,且大棚在温室南侧与温室平行等长.1:4即一栋温室配4栋大棚,且大棚在温室南侧,其走向与温室走向垂直,南北向并列4栋大棚.
现今蔬菜大棚基本都是钢架大棚,大棚钢架多为双拱形结构,上拱与下拱均可以采用4分国标钢管,两拱间斜拉用10号钢筋.大棚脊高3~3.3m,跨度10~12m.两架钢架间距1.2m.钢架间用4分钢管做纵向拉筋将所有钢架焊接连为一体,共用5道拉筋.
5小结
大棚是一种相对固定、使用时间较长的栽培设施,因此在建造之前必须进行规划,尤其是面积较大、集中连片的大棚基地,更要根据自然环境条件,对大棚的方向、布局等设施进行科学合理统筹安排,这样才能保证方便将来的生产管理以及土地的有效利用,为高产高效奠定基础.
参考文献：
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[3]李 石.高寒地区日光温室结构建模及优化软件研究[J].吉林: 东北林业大学,2015.
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