吳加波，張 翔，黃天平，田 巖

（1.陜西省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，西安 710068；2.榆林市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，陜西 榆林 719000；3.榆林市蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展中心，陜西 榆林 719000）

“三農(nóng)”問(wèn)題一直是中國(guó)社會(huì)各界重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題，農(nóng)業(yè)的高效穩(wěn)定發(fā)展直接關(guān)系著社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展［1］。蔬菜種植在農(nóng)業(yè)發(fā)展中占據(jù)著十分重要的地位［2］。而設(shè)施生產(chǎn)的蔬菜效益尤為顯著，具有高投入、高產(chǎn)出、高收益等特點(diǎn)。設(shè)施農(nóng)業(yè)蔬菜的產(chǎn)量及產(chǎn)值均明顯高于露天生產(chǎn)的蔬菜，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益［3］。設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有利于緩解日益緊張的郊區(qū)農(nóng)業(yè)用地問(wèn)題。研究表明，設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要聯(lián)系地區(qū)實(shí)際，合理規(guī)范地發(fā)展，設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)的有序發(fā)展也有利于推動(dòng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變，促進(jìn)農(nóng)村產(chǎn)業(yè)調(diào)整、提高農(nóng)民收入［4］。

簡(jiǎn)易設(shè)施、拱棚、塑料大棚、日光溫室等是中國(guó)設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中最常見的類型［5］。其中，日光溫室具有使用壽命較長(zhǎng)、造價(jià)低、機(jī)械操作性強(qiáng)、使用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，在中國(guó)北方地區(qū)設(shè)施蔬菜種植中被廣泛推廣，日光溫室種植面積逐漸增大，受到了重點(diǎn)關(guān)注［6］。針對(duì)日光溫室的研究主要集中在溫室結(jié)構(gòu)、保溫能力、通風(fēng)能力、種植蔬菜類型、地區(qū)氣候等方面［7］。在日光溫室后續(xù)研究及發(fā)展中，基于現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的日光溫室設(shè)備優(yōu)化仍然是研究重點(diǎn)。重點(diǎn)關(guān)注使用科學(xué)的技術(shù)手段以及現(xiàn)代化的新型材料對(duì)日光溫室進(jìn)行性能優(yōu)化，進(jìn)一步提高日光溫室通風(fēng)以及蓄熱性能，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量［8］。

本研究重點(diǎn)關(guān)注了溫室性能改造，分析了楊凌農(nóng)業(yè)示范區(qū)溫室種植蔬菜的基本情況，旨在借鑒楊凌蔬菜種植的經(jīng)驗(yàn)，將其應(yīng)用于陜北地區(qū)蔬菜種植實(shí)踐中。同時(shí)，研究還針對(duì)現(xiàn)有溫室應(yīng)用中存在諸多問(wèn)題進(jìn)行分析，提出了日光溫室改進(jìn)方案以及南向單坡連體溫室改進(jìn)方案2 種溫室改進(jìn)方案，旨在進(jìn)一步提高陜北溫室蔬菜生產(chǎn)水平，提高陜北地區(qū)蔬菜產(chǎn)量，促進(jìn)農(nóng)民增產(chǎn)增收。

1 方法

1.1 溫室種植蔬菜的發(fā)展與應(yīng)用

溫室種植于20 世紀(jì)60 年代在中國(guó)逐步推廣，并且得到了快速的發(fā)展。目前，溫室種植逐漸步入規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段，區(qū)域特色越加突顯，對(duì)中國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展起到了十分重要的作用［9］。在溫室蔬菜種植中，日光溫室蔬菜種植發(fā)展迅速，已經(jīng)成為中國(guó)大部分地區(qū)溫室種植的主要類型，同時(shí)，日光溫室也是中國(guó)具有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的溫室設(shè)置，在作物安全越冬生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的作用［10］。日光溫室主要由透光前坡、后坡、后墻、山墻、保溫簾以及操作間等組成［11］。日光溫室為玻璃材質(zhì)，玻璃性日光溫室透光性較好、結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，但其造價(jià)成本過(guò)高，難于規(guī)?；茝V和普及。隨著塑料工業(yè)的快速發(fā)展，日光溫室也逐漸變?yōu)榱怂芰媳∧さ男问剑芰媳∧ぴ诙緯r(shí)應(yīng)用效果較差，因此部分研究者也開始了日光溫室的改進(jìn)研究［12］。隨著技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，日光溫室的建造技術(shù)也越來(lái)越先進(jìn)，更加符合實(shí)際應(yīng)用，已經(jīng)出現(xiàn)了許多創(chuàng)新型的日光溫室類型［13，14］。

1.2 陜北蔬菜種植現(xiàn)狀

陜西省南北地理環(huán)境差異較大，日照由北向南逐步遞減，因此，在陜西省內(nèi)關(guān)中地區(qū)以及陜北地區(qū)是較為開展日光溫室種植的區(qū)域［15］。陜北地區(qū)光熱資源豐富，晝夜溫差較大，冬季日照時(shí)間長(zhǎng)，因此，陜北地區(qū)是陜西省最適宜開展日光溫室蔬菜種植的區(qū)域，也是溫室蔬菜的生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)區(qū)［16］。隨著陜西省“百萬(wàn)畝設(shè)施蔬菜工程”“現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)工程”“千億級(jí)設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)培育工程”等一系列大型工程的開展，陜北地區(qū)溫室蔬菜種植水平得到進(jìn)一步的提高［17］。日光溫室蔬菜種植成為了陜北冬季蔬菜的主要設(shè)計(jì)栽培方式，如標(biāo)準(zhǔn)蔬菜園。專業(yè)化蔬菜育苗點(diǎn)、蔬菜育苗示范基地等逐漸增多，蔬菜種植逐漸趨于標(biāo)準(zhǔn)化以及規(guī)?；l(fā)展。在陜北地區(qū)普遍應(yīng)用的是大跨度、厚墻體、半地下式的壽光5 帶日光溫室，其具有空間較大、升溫性好、堅(jiān)固耐用等優(yōu)點(diǎn)［18］。在發(fā)展過(guò)程中，通過(guò)開展試驗(yàn)示范、總結(jié)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、尋求適合該地區(qū)實(shí)際情況的日光溫室結(jié)構(gòu)。

1.3 日光溫室結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案

陜北地區(qū)的溫室大棚仍然采用頂部后背開窗通風(fēng)的模式，該模式通風(fēng)量小，設(shè)施操作不便，實(shí)際使用時(shí)存在諸多問(wèn)題［19］。部分區(qū)域采用的是頂部卷膜通風(fēng)方式，該方式雖然提高了通風(fēng)效果，但是會(huì)產(chǎn)生吊包問(wèn)題，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)仍然存在著一定的局限性［20］。本研究對(duì)頂部通風(fēng)問(wèn)題以及結(jié)構(gòu)問(wèn)題進(jìn)行了改進(jìn)。日光溫室結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案的主要思路是在高于溫室棚面上約60 cm 處加做外層側(cè)卷型單棚，使保溫被在無(wú)雪雨的狀態(tài)下工作，改善保溫被的工作環(huán)境以及增溫效果。外層側(cè)卷型單棚主要分為上、下兩部分，上層為局部混凝土基礎(chǔ)，下層為鋼釬基礎(chǔ)。除此，還有棚架、膜覆蓋以及上下部通風(fēng)系統(tǒng)組成。棚架多為0.5 英寸或1.0 英寸的管材，上部通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置鋼防吊包網(wǎng)，下部系統(tǒng)將加大寬度使用。

1.4 南向單坡連體溫室改進(jìn)方案

溫室蔬菜種植時(shí)一般為日光溫室以及拱棚內(nèi)種植模式，以便于形成不同茬口的供應(yīng)。但這兩種種植方式存在土地利用率低、機(jī)械操作性能差等特點(diǎn)，針對(duì)兩個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了改進(jìn)分析，設(shè)計(jì)了南向單坡連體溫室的改進(jìn)方案。南向單坡連體溫室改進(jìn)方案的主要改進(jìn)思路是將日光溫室吸收光能強(qiáng)的特點(diǎn)與連體溫室土地利用高可機(jī)械作業(yè)的特點(diǎn)有效組合，再根據(jù)各地不同的氣候條件，在保證安全的條件下盡量降低成本，推出高效、實(shí)用、低成本的多用途溫室。改進(jìn)的南向單坡連體溫室如圖1 所示。

圖1 改進(jìn)的南向單坡連體溫室

南向單坡連體溫室主要分為有內(nèi)保溫以及無(wú)內(nèi)保溫兩種類型，圖2a 為有保溫結(jié)構(gòu)，圖2b 為無(wú)保溫結(jié)構(gòu)。

圖2 南向單坡連體溫室分類

2 結(jié)果與分析

2.1 楊凌區(qū)溫室種植情況分析

對(duì)陜西省楊凌農(nóng)業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)示范區(qū)果蔬種植面積情況進(jìn)行分析。2020 年楊凌區(qū)不同類型的溫室種植情況如圖3 所示。由圖3 可知，截至2020年，楊凌區(qū)果蔬種植面積為1 422 hm2，主要有3 種溫室類型，主要包括日光溫室、拱棚及雙拱雙模類型。其中，日光溫室及拱棚是楊凌區(qū)使用較為廣泛的溫室類型。

圖3 楊凌區(qū)不同類型溫室種植情況

楊凌區(qū)日光溫室累積自然棚數(shù)為2 163 座，累積占地面積為633 hm2；拱棚累積自然棚數(shù)為5 112 座，累積占地面積為607 hm2；雙拱雙膜累積自然棚數(shù)為329 座，累積占地面積為182 hm2。

同時(shí)，對(duì)2020 年早春茬定植自然棚的種植棚數(shù)以及種植類型進(jìn)行了分析，結(jié)果如圖4 所示。由圖4可知，2020 年，楊凌區(qū)日光溫室自然棚數(shù)量最多，為1 299 座。其中，西瓜日光溫室為160 座，蔬菜818座，其他水果321 座，蔬菜種植仍是日光溫室種植的主要類型。拱棚為654 座，主要種植類型為西瓜甜瓜、蔬菜、其他水果、苗木以及中藥材，其中西瓜甜瓜種植數(shù)量最多，為298 座，中藥材種植數(shù)量最少，僅為7 座。雙拱雙膜型大棚數(shù)量最少，僅為48 座，其中西瓜甜瓜 9 座，蔬菜 7 座，其他水果 32 座。

圖4 2020 年早春茬定植自然棚種植情況

日光溫室大棚面積在楊凌區(qū)種植面積所占比例最多，同時(shí)在2020 年早春茬定植自然棚總建造自然棚數(shù)最多，日光溫室型大棚在楊凌區(qū)取得了較好的推廣效果。同時(shí)，對(duì)楊凌區(qū)日光溫室種植情況進(jìn)行分析，結(jié)果如圖5 所示。由圖5 可知，楊凌區(qū)日光溫室的主要種植類型包括草莓、番茄、辣椒、黃瓜、葉菜、經(jīng)濟(jì)林果、綠化苗木以及食用菌，其中番茄種植面積最多，累積自然棚數(shù)為942 座，累積種植面積為240 hm2。蔬菜種植仍是日光溫室總體種植的主要部分。

圖5 楊凌區(qū)日光溫室主要種植類型情況

2.2 日光溫室改進(jìn)效果分析

針對(duì)日光溫室大棚的通風(fēng)問(wèn)題及結(jié)構(gòu)問(wèn)題，對(duì)陜北某溫室大棚頂部進(jìn)行了通風(fēng)系統(tǒng)改進(jìn)以及結(jié)構(gòu)改進(jìn)，改進(jìn)后的實(shí)物如圖6 所示。

圖6 改進(jìn)后溫室大棚頂部通風(fēng)系統(tǒng)

改造后的大棚長(zhǎng)50 m、寬8 m，改造費(fèi)用約為65～70 元/m2，改造共計(jì)花費(fèi)了 28 000 元。改造后，溫室的保溫被不易受到雨雪淋濕，增加了雨雪天的保溫性能。同時(shí)，保溫被因不受雨雪浸淋而對(duì)溫室棚架的壓力也顯著減小，保溫被壽命增長(zhǎng)，降低了溫室棚架承壓要求。改進(jìn)后的溫室壽命周期維護(hù)費(fèi)用明顯降低，增強(qiáng)了溫室的保溫性能，提高了溫室的產(chǎn)能。

2.3 南向單坡連體溫室改進(jìn)效果對(duì)比

南向單坡連體溫室南坡面比例大，吸熱能力強(qiáng)，適用范圍廣。與傳統(tǒng)的拱棚以及原拱頂連體溫室相比，南向單坡連體溫室內(nèi)的溫度明顯較高。同時(shí)，南向單坡連體溫室可以依據(jù)實(shí)際地形設(shè)計(jì)棚的改造，大幅提高了拱棚以及日光溫室的土地利用率。此外，南向單坡連體溫室可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的機(jī)械作業(yè)，從而降低勞動(dòng)強(qiáng)度，減少溫室作物的勞動(dòng)力成本。

南向單坡連體溫室主要針對(duì)日光溫室種植以及拱棚種植時(shí)土地利用率低、機(jī)械操作困難等問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)。南向單坡連體溫室功能完備，推廣效果較好，在各個(gè)地區(qū)均已長(zhǎng)期運(yùn)行使用，取得了較好的應(yīng)用效果。

3 結(jié)論

本研究首先對(duì)楊凌試驗(yàn)區(qū)的溫室蔬菜種植情況進(jìn)行了分析，設(shè)計(jì)了日光溫室改進(jìn)方案以及南向單坡連體溫室改進(jìn)方案，調(diào)查了2 種改進(jìn)方案的實(shí)際應(yīng)用效果。日光溫室以及拱棚是楊凌區(qū)設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常用的溫室類型，主要以蔬菜種植為主。日光溫室主要從通風(fēng)系統(tǒng)以及溫室結(jié)構(gòu)兩方面進(jìn)行改造，改進(jìn)后的溫室使用壽命增長(zhǎng)，保溫性能提高。同時(shí)，改進(jìn)后的南向單坡連體溫室南坡面比例大，吸熱能力提高，提高了土地利用率以及機(jī)械作業(yè)能力，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)用效果良好。