焦銳斌，曹新偉，王 瑞，吳樂天

（1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機械化研究所，新疆 烏魯木齊 830091；2.新疆設(shè)施農(nóng)業(yè)工程與裝備工程技術(shù)研究中心；3.新疆設(shè)施農(nóng)業(yè)智能化管控技術(shù)重點實驗室；4.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)工程公司）

0 引言

我國有14億人口，占全世界人口總數(shù)的22%，但人均耕地面積僅為0.093hm2，約占世界人均水平的1/3。根據(jù)自然資源部和國家統(tǒng)計局公布的最新數(shù)據(jù)，2022 年我國耕地面積為12786.19萬hm2，耕地資源嚴重不足[1]。新疆占全國國土面積1/6，作為西北地區(qū)重要的糧食生產(chǎn)基地，新疆擁有耕地面積706.67 萬hm2，人均0.213hm2，為了破解耕地資源不足的問題，2023 年中央一號文件明確提出在保護生態(tài)和不增加用水總量前提下探索科學(xué)利用戈壁、沙漠等非耕地發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)，而新疆獨特的氣候條件和光照資源特別適宜發(fā)展非耕地設(shè)施農(nóng)業(yè)。本文在細致調(diào)研的基礎(chǔ)上充分利用新疆沙漠、荒灘、戈壁和鹽堿地等非耕地資源，因地制宜發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)，提出新疆非耕地日光溫室建造方法及維護措施，對平衡我區(qū)生態(tài)環(huán)境區(qū)域和增加農(nóng)業(yè)土地資源利用具有重要的現(xiàn)實意義[3]。

1 非耕地日光溫室設(shè)計參數(shù)

1.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)

日光溫室采用坐北朝南、東西延長建造，設(shè)計結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：

溫室長度：標準日光溫室長為60～80 m；適宜最佳卷簾長度不大于10m；跨度：北疆地區(qū)8～10m，南疆地區(qū)9～12m；溫室方位角：北疆地區(qū)正南偏西5～10°，南疆地區(qū)正南偏西8～12°；溫室脊高：3.8～5.5m；溫室前屋面仰角：26～32°；溫室后屋面仰角38～45°；后屋面長度2.2～2.4 m。

1.2 溫室拱架

非耕地日光溫室拱架：南北疆地區(qū)均可采用雙拱全鋼骨架，南疆少雨無雪地區(qū)亦可采用單拱拱架。

骨架結(jié)構(gòu)。雙拱骨架：上弦可選用Φ25～Φ32mm熱鍍鋅鋼管，下弦可選用Φ20mm 熱鍍鋅鋼管，腹桿斜撐可采用Φ12 mm 圓鋼或Φ20 mm 熱鍍鋅鋼管，橫拉桿采用Φ20mm熱鍍鋅鋼管且不少于5道。單拱骨架采用30×75的熱鍍鋅橢圓管，專用熱鍍鋅卡具固定橫拉桿Φ25mm熱鍍鋅鋼管不少于5道。

骨架上弦與下弦間距：因溫室跨度而異，跨度越大，上弦與下弦間距就越大。跨度8～9m，上弦與下弦間距宜為200～250mm。腹桿傾斜角應(yīng)為45～60°[4]。

1.3 墻體及后屋面

溫室墻體及后屋面是日光溫室保溫蓄熱的主體部分，應(yīng)當(dāng)在充分了解建設(shè)當(dāng)?shù)氐臉O端氣候條件下依據(jù)日光溫室維護結(jié)構(gòu)的低限熱阻進行設(shè)計和計算，對應(yīng)當(dāng)?shù)厥彝庠O(shè)計溫度來選擇墻體及后屋面的低限熱阻，見表1。

表1 日光溫室圍護結(jié)構(gòu)低限熱阻

非耕地日光溫室墻體可以就地取材選用戈壁料碾壓、沙土固化、磚砌體建筑、加氣塊建筑以及滿足蓄熱儲熱功能的各類復(fù)合墻體。后屋面及日光溫室墻體應(yīng)具有承重、隔熱、蓄熱和防雨雪等功能，最佳組合方式是由蓄熱儲熱材料、隔熱保溫材料、防水抗老化材料組合而成，詳細設(shè)計參數(shù)依據(jù)新疆地方標準DB65/T 378585、3785867、378587-2015 系列標準。

2 非耕地日光溫室建造

2.1 場地選擇

新疆非耕地日光溫室應(yīng)選擇在戈壁、沙石、荒漠、鹽堿等非耕地上建造，不占用耕地，可有效解決糧菜爭地的矛盾。

2.2 溫室間距

日光溫室間距應(yīng)當(dāng)滿足前一棟溫室不遮擋后一棟溫室內(nèi)作物，以在離冬至日最近的日期內(nèi)的光照時間不少于4h為原則。依據(jù)建設(shè)地的太陽高度角計算而得，在各地建設(shè)過程中可簡單地選用相鄰兩棟溫室南北間距應(yīng)滿足不小于溫室的脊高+棉被卷厚高度+地勢高差總和的2.5 倍，左右間距可根據(jù)道路寬度設(shè)計。

2.3 建筑主體結(jié)構(gòu)

墻體施工。就地取材的戈壁土及砂石墻體需要夯實地基并做返堿隔潮處理，之后分層或分隔斷進行墻體建筑和碾壓，就地取材的溫室墻內(nèi)外留30～50 cm 空地，不可取土，不能取室內(nèi)表層30cm 以內(nèi)熟土；磚砌體及加氣塊墻體需要地基開挖后清理、平底、晾槽并做好釬探工作，做好基礎(chǔ)之后按照建筑規(guī)范做好墻體搭接及砌筑[5]；無墻體的組裝式溫室結(jié)構(gòu)需要預(yù)制地樁并嚴格按照圖紙劃線施工。

后屋面施工。后屋面由輕型材料蘆葦板、爐渣或彩鋼板構(gòu)成，后屋面按照蓄熱材料隔熱材料依次填充，在墻體與溫室拱架安裝完畢后進行后屋面的搭接，彩鋼板可采用鉆尾螺絲穿透與鋼骨架連接，桁架安裝完成后對溫室剩余墻體進行補砌。

2.4 桁架結(jié)構(gòu)

溫室前屋面的屋面荷載全部由輕鋼桁架來承受，為了保證前屋面骨架結(jié)構(gòu)的整體剛度和桁架的穩(wěn)定性，桁架結(jié)構(gòu)安裝時應(yīng)從溫室的中間向兩邊安裝，盡量從靠近溫室中間的那組桁架開始，以便把誤差向兩邊趕，減少累積誤差。安裝時應(yīng)保證桁架端面在一條線上，每1～1.2m 安裝一組。桁架安裝前要檢查直線性和平面性，如彎曲過大則需校直。調(diào)好后，按照圖紙要求將桁架安裝在相應(yīng)的位置上。為便于壓膜及防止前屋面塑料薄膜兜雪，將桁架前坡橫向支撐設(shè)在下弦頂面。屋脊和后屋面桁架應(yīng)提交預(yù)留棉被、棚膜固定的預(yù)留件，為了方便大型農(nóng)機具的進出，還需要預(yù)留2～3副活動骨架。

2.5 外覆蓋安裝

棚膜安裝時首先應(yīng)注意反正面，其次應(yīng)在正午無風(fēng)時扣膜，棚膜安裝必須確保平展無褶皺，密閉嚴實。在頂部和底部預(yù)留通風(fēng)口，每間隔1～1.2m設(shè)置1條壓膜線。通風(fēng)口膜穿鐵絲或尼龍繩固定。

棉被應(yīng)相連形成一個整體，雨雪較多的地區(qū)可選擇防水保溫被或在最外層增設(shè)防水膜；大風(fēng)地區(qū)選擇質(zhì)量較大的保溫被；紫外線強的地區(qū)選擇表面抗老化性能較好的材料，兼顧抗風(fēng)性能，密度不小于1.2kg/m2；寒冷地區(qū)建議選擇內(nèi)外表面防水、芯材傳熱系數(shù)較小、抗拉性能較高同時密度不小于2kg/m2的保溫被。

2.6 應(yīng)急立柱

現(xiàn)代化日光溫室為了考慮機械化生產(chǎn)一般都設(shè)立柱。但新疆局部地區(qū)如遇特殊暴雨、暴風(fēng)、大雪等災(zāi)害性天氣建議增加應(yīng)急立柱以提高抗災(zāi)害能力。應(yīng)急立柱可依據(jù)溫室高、寬設(shè)立單排或多排，應(yīng)急立柱應(yīng)做好有效支撐，防止因雪載荷和風(fēng)載荷過大導(dǎo)致破壞性損失[6]。

3 非耕地日光溫室維護措施

日光溫室在使用運營一段時間后會產(chǎn)生各類問題，如棚膜老化、破裂，透光性變差；溫室骨架受到風(fēng)載荷、雪載荷以及大型機具碰撞導(dǎo)致變形彎曲等；溫室墻體或后屋面發(fā)生坍塌、堿腐蝕，漏風(fēng)漏雨等現(xiàn)象[4]。故重視日光溫室的日常維護與整修是延續(xù)其使用壽命和維持溫室良好性能的有效方法。非耕地日光溫室的維護管理可從以下4 個方面考慮。

3.1 墻體維護

非耕地日光溫室墻體的養(yǎng)護是關(guān)鍵問題之一。首先，雨雪較多的地區(qū)需要對后墻進行防雨雪處理，戈壁土墻體定期清理積雪，大雨天氣針對性進行棚膜遮蓋，為了降低成本，可使用舊棚膜，需使用膠帶將破損處粘住，以防止雨雪滲入。由于新疆地區(qū)鹽堿較為嚴重，非耕地日光溫室的墻體可能會受到堿侵蝕，解決辦法其一是在建造墻體碾壓過程中噴灑添加土壤固化劑，其二是在基礎(chǔ)上添加油毛氈、防水土工布和瀝青漆等耐腐蝕材料。對于年久失修的舊溫室建議及時發(fā)現(xiàn)并清理塌陷，進行局部磚砌體加固。

3.2 前、后屋面維護

非耕地日光溫室的前屋面為透光性大棚薄膜和保溫棉被。棚膜必須要選擇適合種植蔬菜的防霧滴、高透光性棚膜并及時清理棚膜上的風(fēng)沙灰塵，延長大棚薄膜的壽命。保溫棉被的維護需要注意抗老化和防雨雪兩個方面，多雨天需要及時在保溫被上鋪設(shè)防雨膜，雪天應(yīng)及時清理積雪防止積雪融化滲透，夏季保溫被應(yīng)卷至頂部，用廢舊棚膜進行包裹保存，防止紫外線損害棉被。長期卷放的棉被需要重新調(diào)整棉被之間的搭接使棉被形成無縫的整體，才能夠提供溫室保溫性能，保證卷放的均勻性。

3.3 桁架維護

非耕地日光溫室桁架常規(guī)維護應(yīng)注意焊接節(jié)點、地腳連接的防銹和耐腐蝕處理，普通鋼骨架每2年刷涂一遍防銹漆或鍍鋅層保護漆。對已經(jīng)發(fā)生較大變形的桁架要進行矯正、焊接和加固。應(yīng)急立柱是保證溫室抗災(zāi)害天氣的重要支撐，應(yīng)定期檢查其是否發(fā)生彎曲變形，如果在溫室內(nèi)局部地區(qū)發(fā)生支柱斷裂，首先應(yīng)保障人身安全，其次應(yīng)在旁邊設(shè)置固定柱后在進行立柱更換。

3.4 其他

對于一些棚齡在五年之上的溫室大棚，應(yīng)重新調(diào)整棚膜鋼絲、覆蓋保溫技術(shù)、防水工藝及浮土等措施加以保護。