關(guān)鍵詞：日光溫室；設(shè)施農(nóng)業(yè)；溫室結(jié)構(gòu)；溫室材料；溫室性能；宜機化

0引言

設(shè)施農(nóng)業(yè)是實現(xiàn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要標志之一，是利用人工建造的可進行環(huán)境條件控制的設(shè)施，使傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)逐步擺脫自然的束縛，打破農(nóng)業(yè)生產(chǎn)季節(jié)性，實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品反季節(jié)生產(chǎn)和供應(yīng)，保障“菜籃子”等重要農(nóng)產(chǎn)品實現(xiàn)多元化、多層次、常態(tài)化和反季節(jié)的消費需求，對發(fā)展區(qū)域農(nóng)業(yè)、農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型和提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力與種植效益具有重要意義[1]。

為了貫徹落實北京市“十四五”規(guī)劃及北京市《關(guān)于全面推進鄉(xiāng)村振興加快農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化的實施方案》中提出的“新發(fā)展智能化新型日光溫室，打造大規(guī)模的設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)集群”目標，急需打造一批節(jié)能型、宜機化新型日光溫室[2-3]。為此，北京市農(nóng)業(yè)機械試驗鑒定推廣站對北京市大興區(qū)、房山區(qū)、通州區(qū)、昌平區(qū)、延慶區(qū)、順義區(qū)和密云區(qū)現(xiàn)有日光溫室開展調(diào)研。日光溫室調(diào)研以柔性溫室、磚墻溫室和土墻溫室3種溫室為基礎(chǔ)，了解北京市現(xiàn)有日光溫室種類、材料、結(jié)構(gòu)、外形尺寸、保溫性能、宜機化和配套機具7種情況。從現(xiàn)有日光溫室結(jié)構(gòu)性能情況、生產(chǎn)企業(yè)情況和設(shè)計標準3個方面進行調(diào)研整理，供相關(guān)單位參考使用。

1調(diào)研目的

日光溫室解決了我國長江以北地區(qū)寒冷季節(jié)蔬菜生產(chǎn)及供應(yīng)問題，增加了蔬菜品種，提高了蔬菜產(chǎn)量[4]。北京市日光溫室蔬菜生產(chǎn)既對蔬菜供應(yīng)起到了重要的作用，又呈現(xiàn)良好的發(fā)展態(tài)勢。北京市日光溫室面積占蔬菜生產(chǎn)總面積的28.3%，冬季日光溫室蔬菜生產(chǎn)量達到了北京市蔬菜生產(chǎn)量的74.3%。2010年以來，國務(wù)院出臺了《關(guān)于統(tǒng)籌推進新一輪“菜籃子”工程建設(shè)的意見》等文件，北京市出臺了“三百”工程、“三個五”工程等一系列政策，確定了“調(diào)糧保菜”的整體思路，旨在提升北京市蔬菜生產(chǎn)專業(yè)化、規(guī)?；蜆藴驶?，擬建成5個萬畝鎮(zhèn)、50個千畝村，500個園藝化蔬菜園區(qū)，急需大力發(fā)展現(xiàn)代化設(shè)施農(nóng)業(yè)以滿足蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要[5]。然而，日光溫室建筑材料、建筑結(jié)構(gòu)、外形尺寸、適用范圍和性能特點等指標各不相同，宜機化水平各不相同、造價高低不一。內(nèi)部空間狹窄，不利于現(xiàn)有機械化作業(yè)，阻礙了“三率”水平的提升，限制了日光溫室蔬菜生產(chǎn)的發(fā)展。

日光溫室作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要組成部分，急需實現(xiàn)標準化、機械化。調(diào)研目的是了解北京市現(xiàn)有日光溫室建筑材料、建筑結(jié)構(gòu)、外形尺寸、適用范圍和性能特點等情況，以柔性溫室、磚墻溫室、土墻溫室和變種型日光溫室為對象，根據(jù)北京市大興區(qū)、房山區(qū)、通州區(qū)、昌平區(qū)、延慶區(qū)、順義區(qū)和密云區(qū)日光溫室特點、分布現(xiàn)狀，以園區(qū)為主體，收集日光溫室建筑結(jié)構(gòu)類型，開展材料、結(jié)構(gòu)等指標分析，為決策部門提供技術(shù)支撐與依據(jù)，為北京市設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展提供借鑒參考[6]。

2調(diào)研方法和內(nèi)容

為推進設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展，研究溫室、大棚種類及性能特點，成立調(diào)研工作小組，制定調(diào)研方案，確定調(diào)研內(nèi)容、區(qū)域和方法，明確工作職責。根據(jù)調(diào)研方案確定的不同調(diào)研對象分步實施，通過文獻查閱、實地走訪座談、專家咨詢和電話調(diào)查等形式開展調(diào)研。

調(diào)研重點是通州區(qū)、大興區(qū)、延慶區(qū)、昌平區(qū)和房山區(qū)，包括北京市通州區(qū)國際種業(yè)科技園區(qū)、北京永盛園農(nóng)業(yè)種植中心、耿樓御樽莊園、中農(nóng)富通科技園、北京四季陽坤農(nóng)業(yè)科技發(fā)展有限公司、老宋瓜園、綠富隆蔬菜種植生態(tài)農(nóng)業(yè)園、北京茂源廣發(fā)種植專業(yè)合作社、北京北菜園農(nóng)業(yè)科技發(fā)展有限公司、北京金碩豐蔬菜種植專業(yè)合作社、中科兆陽（北京）光暖科技有限公司和泰華蘆村種植專業(yè)合作社12個園區(qū)。

通過調(diào)查研究各區(qū)溫室建筑情況，從建筑材料、建筑結(jié)構(gòu)、外形尺寸、適用范圍、性能特點、加溫設(shè)備和造價7個方面分析研究溫室、大棚的適用性、優(yōu)缺點，為日光溫室建設(shè)提供參考和借鑒。

3發(fā)展現(xiàn)狀

3.1占地面積及分布情況

2020年蔬菜及食用菌播種面積為38152.4hm2、設(shè)施農(nóng)業(yè)面積為12873.1hm2（播種面積來源于北京市統(tǒng)計年鑒，設(shè)施面積來源于北京市農(nóng)機化統(tǒng)計年報），其中，日光溫室面積6469.9hm2、塑料大棚面積5802.9hm2和連棟溫室面積600.3hm2。北京市日光溫室主要分布在大興區(qū)、順義區(qū)、通州區(qū)和房山區(qū)，面積分布如圖1所示。

3.2蔬菜種植種類

北京市日光溫室蔬菜生產(chǎn)主要類型有葉類菜、果類菜和其他蔬菜。共計播種（定植）面積為21077.2hm2，其中葉類蔬菜播種（定植）面積達10872.1hm2，占日光溫室蔬菜播種（定植）總面積的51.6%；果類蔬菜播種（定植）面積達5936.3hm2，占28.2%；其他類蔬菜共計播種（定植）面積為4268.8hm2，占20.2%[7]。

3.3日光溫室特點及結(jié)構(gòu)類型

（1）日光溫室又稱暖棚，由北側(cè)維護后墻體、東西兩側(cè)山墻、支撐骨架及覆蓋材料組成，是我國北方地區(qū)特有的一種溫室類型。通過日間后墻對太陽能的吸收、夜間低溫時釋放，克服低溫問題，滿足設(shè)施園藝作物生長的需要，實現(xiàn)春提早秋延后甚至越冬生產(chǎn)。日光溫室主要種植作物：果菜（番茄、黃瓜、辣椒等）、水果（草莓、葡萄、桃等）、葉菜（芹菜、菜豆、十字花科蔬菜等）和花卉等，也可用于種苗生產(chǎn)[8]。

日光溫室是一種節(jié)能型溫室，主要用于北方地區(qū)，目前已推廣到北緯30°～45°地區(qū)。由于其顯著的節(jié)能效果和低廉的造價，深受廣大農(nóng)民歡迎，日光溫室種植一般都有較好的經(jīng)濟效益。保溫好是日光溫室的最大特點。一般日光溫室可以在不加溫的條件下保持室內(nèi)外溫差15～20℃，設(shè)計較好的日光溫室甚至可以達到30℃左右。這是日光溫室被廣泛使用的主要原因。采光好是日光溫室的另一大特點，一般日光溫室的透光率可以達到70%以上，這是塑料大棚和連棟溫室所無法達到的，也是日光溫室成為高效節(jié)能的重要原因之一[9]。但使用日光溫室必須在光照資源比較好的地區(qū)，一般要求冬季日照百分率在60%以上。此外，冬季室外溫度在-5℃以上的地區(qū)，沒有必要建設(shè)日光溫室，用塑料大棚完全可以實現(xiàn)耐寒性作物的越冬生產(chǎn)。土地利用率低是當前日光溫室建設(shè)中的最大問題，日光溫室的土地有效利用率一般在30%～40%，對于土地資源比較緊缺的地區(qū)一般不宜建設(shè)日光溫室。由于是單跨結(jié)構(gòu)，一般坐北朝南，日光溫室內(nèi)種植和操作不方便，機械化作業(yè)程度低，室內(nèi)光溫分布不均、濕度大等都是其固有的缺點。

（2）日光溫室按墻體材料分主要有土墻溫室、磚石結(jié)構(gòu)溫室和復合結(jié)構(gòu)溫室等；按骨架形式分，有竹木結(jié)構(gòu)、鋼木結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、全鋼結(jié)構(gòu)和熱鍍鋅鋼管裝配結(jié)構(gòu)等[10]。京郊日光溫室一般為東西走向，長度40～120m，跨度6～10m，脊高2.5～3.5m。日光溫室主要結(jié)構(gòu)類型：一是磚鋼結(jié)構(gòu)，空間大，無立柱，便于機械化作業(yè)；二是土鋼結(jié)構(gòu)，空間大，立柱多，不利于機械化作業(yè)；三是土木結(jié)構(gòu)，空間小，立柱多，嚴重阻礙了機械化作業(yè)[11]。

4典型日光溫室調(diào)研

4.1建筑材料

根據(jù)所用建筑材料，北京市日光溫室大體可分為鋼+磚+膜+保溫被型（傳統(tǒng)型）、鋼+磚+膜+保溫被+外墻保溫型（改進型）和鋼+膜+保溫被型（新型，即柔性溫室）3種，如圖2所示。

4.2建筑結(jié)構(gòu)

根據(jù)建造方式，北京市日光溫室大體可分為下挖式土墻日光溫室和地平式磚墻日光溫室2種類型。下挖式土墻日光溫室主要參照山東省壽光市半地下式日光溫室建造而成，采用地面下挖、挖出的土堆砌成寬厚的后墻和山墻；地平式磚墻日光溫室是參照山東省、河北省等日光溫室建造方法，在平地上直接建造，墻體采用磚混結(jié)構(gòu)。如圖3所示，下挖式分為無支柱型、有支柱型、后墻堆土型和后墻堆土+砌磚型4種。地平式分為鋼磚型（傳統(tǒng)型）、鋼磚+外保溫型（改進型）和鋼+保溫材料型（新型，即柔性溫室）3種[12]。

4.3外形尺寸

日光溫室長度為70、78、88、100、108、111、126和160m共8種規(guī)格；跨度為10、11、12、14、15、16和38m共7種規(guī)格；脊高為3.8、4.0、5.5、6.0、7.5和8.0m共6種規(guī)格。其中，長度最大的是北京茂源廣發(fā)種植專業(yè)合作社的下沉式后墻堆土型日光溫室，長度160m；跨度最大的是北京四季陽坤農(nóng)業(yè)科技發(fā)展有限公司的下沉式兩端堆土型日光溫室，跨度38m；脊高最高的是北京四季陽坤農(nóng)業(yè)科技發(fā)展有限公司的下沉式兩端堆土型日光溫室，脊高8m，如圖4所示。

4.4適用范圍

日光溫室蔬菜栽培模式主要為一年兩茬和一年一大茬。以茄果類、瓜類蔬菜種植和育苗為主，主要栽培茬口有春夏瓜類、秋冬茄果類，以及長季節(jié)番茄、茄子、瓜類。

4.5性能特點

下沉式溫室（東西向）主要用于育苗、生產(chǎn)，優(yōu)點是土墻蓄熱好、升溫快，冬季最低溫14～15℃，種植同樣作物，產(chǎn)值提高20%～30%，缺點是使用面積不高。下沉式兩端堆土型大棚（南北向），即南北兩頭為堆土墻，長×寬×高為126mx38mx8m，脊高8m，下沉0.8和1.2m。主要用于西瓜、西紅柿等瓜果蔬菜種植，優(yōu)點是使用面積高，缺點是冬季最低溫8℃，費人工，需專人管理，僅可利用小型農(nóng)機作業(yè)。

4.6加溫設(shè)備

配套設(shè)施較完善，大部分日光溫室都有基本的配套設(shè)施，如卷簾機、開膜機和水肥一體化設(shè)備等，用于育苗的下沉式溫室都配套有電加溫設(shè)備或電+空氣源熱泵+光伏板的多能互補加溫設(shè)備（多能互補加溫設(shè)備只在延慶區(qū)使用，棚內(nèi)溫度只能提高2℃，不實用），用以補充育苗時溫度不足，極端低溫凍害問題。生產(chǎn)型溫室只有1個園區(qū)的1個溫室有加溫設(shè)備。

4.7造價

日光溫室建造成本有40萬元／棟[0.08hm2（1.2畝）]、65萬元／棟[0.13hm2（2畝）]、70萬元／棟[0.15hm2（2.3畝）]、75萬元／棟[0.16 hrri2（2.4畝）]、78萬元／棟[0.17hm2（2.6畝）]、80萬元／棟[0.19hm2（2.8畝）]和88萬元／棟[0.66hm2（9.9畝）]7種，其中傳統(tǒng)溫室造價為40萬元／棟，下挖式后墻堆土型溫室造價為88萬元／棟（跨度大）。

5存在問題及對策建議

5.1存在問題

北京市日光溫室類型多樣，設(shè)施結(jié)構(gòu)、環(huán)境調(diào)控等方面差距較大。日光溫室生產(chǎn)強調(diào)綠色、安全、鮮活和適口，但目前日光溫室嚴重制約其高質(zhì)量發(fā)展。

5.1.1溫室類型不統(tǒng)一，標準化水平低

北京市有磚墻夾芯保溫板結(jié)構(gòu)日光溫室、保溫被圍護墻日光溫室、機打土墻結(jié)構(gòu)日光溫室、干打壘土墻結(jié)構(gòu)日光溫室等，種類較多。機打土墻結(jié)構(gòu)日光溫室內(nèi)有的有支柱，有的無支柱，有的后墻包磚，有的后墻不包磚，有的下挖0.8～1.0m。日光溫室跨度、長度和肩高不一。機具進出口有的設(shè)計在前屋面處，有的設(shè)計在兩側(cè)山墻處，缺乏規(guī)范化設(shè)計。

5.1.2宜機化水平低

日光溫室肩高1.3～1.5m，耕整地環(huán)節(jié)、移栽環(huán)節(jié)駕駛員操作機械作業(yè)時整體高度1.8m左右，肩高過低導致作業(yè)機械通行不便，并且旋耕作業(yè)時旋耕機無法貼近前屋面底部作業(yè)，出現(xiàn)漏耕現(xiàn)象。日光溫室面積小，不便于機械化作業(yè)。

5.1.3日光溫室機械化水平低

日光溫室機械化水平僅為32.45%，按農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展階段理論劃分，處于發(fā)展初級階段。各作業(yè)環(huán)節(jié)發(fā)展也不均衡，如機耕、機灌施肥環(huán)節(jié)的機械化率均超過50%，但環(huán)境調(diào)控、機播、機收等技術(shù)要求較高的環(huán)節(jié)，機械化率仍較低。

5.2對策建議

5.2.1分類型統(tǒng)一設(shè)計建設(shè)，提高標準化水平

根據(jù)標準進行磚墻夾心保溫板結(jié)構(gòu)日光溫室、保溫被圍護墻日光溫室和土墻日光溫室的跨度、肩高、脊高、長度及后墻堆土寬度設(shè)計建設(shè)，提高日光溫室抵御惡劣氣候的能力。

5.2.2日光溫室設(shè)計建設(shè)與作業(yè)機具外形尺寸結(jié)合，提高宜機化水平

根據(jù)日光溫室種植模式、各環(huán)節(jié)作業(yè)機具的外形尺寸，設(shè)計更為合理的機具進出口尺寸及進出口位置、骨架支柱的數(shù)量及位置、日光溫室肩高，實現(xiàn)日光溫室內(nèi)無死角作業(yè)，提高宜機化水平。

5.2.3補短板，提高日光溫室機械化水平

根據(jù)設(shè)施農(nóng)業(yè)機械化水平評價標準，對耕整地機械、種植機械、植株調(diào)整與采收機械、施藥機械、運輸機械、灌溉追肥機械和環(huán)境調(diào)控機械7個方面，結(jié)合種植農(nóng)藝進行機械裝備配套、研究開發(fā)，降低生產(chǎn)用工成本，提高機械化水平。

6日光溫室不同改造方式資金投入測算

以日光溫室長度60m、溫室凈跨8m（溫室內(nèi)水平投影面積480m2）、脊高3.8m、后屋面水平投影長度1.2m等參數(shù)為對象，根據(jù)調(diào)研情況對涉及項目和材料進行投入預算。

6.1換膜+換保溫被

目前市場基本使用膜厚度0.08mm（標準要求）以上的PO膜，國產(chǎn)普通膜價格1.6～5.5元/m2，有些品牌膜和進口膜價格在每平方米幾十元，按國產(chǎn)中等膜（2.1元/m2）進行價格測算，前屋面使用長64m、幅寬8m、膜厚度0.1mm國產(chǎn)的PO膜需要1075元，上下通風口兩側(cè)使用幅寬0.75m、膜厚度0.1mm國產(chǎn)的PO膜需要202元。共需要材料費1277元，折合水平投影價格2.66元/m2；若有舊膜需拆除費500元，安裝費1000元。

保溫被使用壽命按10年要求，使用的材料不同價格也不同，一般保溫被的價格12～23元/m2。以材料為雙面無紡布+面?zhèn)确浪?PE+太空棉為例，規(guī)格幅寬3m、長度12m，價格16.0～18.5元/m2，每棟溫室使用22塊，需要12672～14652元，取中間值13662元，折合水平投影價格28.46元/m2；安裝費1500元。以上兩項不包括拆卸、安裝費、防蟲網(wǎng)，水平投影價格31.12元/m2。換膜和保溫被測算結(jié)果如表1所示。

6.2換膜+換保溫被+換骨架+修墻體

骨架材料有鋼管焊接、組裝和幾字型等多種形式，均為鍍鋅材料，以熱鍍鋅較好。一般價格35～55元／架，其中包括縱向拉桿。以熱鍍鋅D3/4鋼管內(nèi)外拱桿組合方式為例，拱架平均單格207元，60m溫室需要61根，合計12627元；縱向拉桿選擇D25x1.4熱鍍鋅鋼管40根，單價38.5元，合計1540元；D25xD25雙拱卡366個，單價5.5元，合計2013兀；D25人字卡242個，單價3.8元，合計919.6元；D25人字卡U型螺栓484個，單價0.25元，合計121元；D25xD25彈簧卡242個，單價0.7元，合計169.4元；各項總計17390元，骨架折合水平投影價格36.23元/m2。

換骨架時需要修補墻體和更換后屋面，包括骨架焊接、更換后屋面及修補墻體，但不包括人工費。更換后屋面一般包括后屋面板、后屋面托角和后屋面防水。其中后屋面板205塊，單價72元，合計14760元；后屋面托角61個，單價2元，合計122元；后屋面防水150m2，單價100元/m/，合計15000元。各項總計29882元，折合水平投影價格62.25元/m2。換膜+換保溫被+換骨架+修墻體測算如表2所示。

6.3墻體損壞嚴重+修復

墻體損壞嚴重主要現(xiàn)象是溫室東西山墻或北墻出現(xiàn)倒塌或傾斜，修復前需要對所修復墻體進行現(xiàn)場確認，一般人工費按300～400元／（人·天）計算；或按實際工作量每砌1塊磚1.7元（包工包料）計算。

6.4拆除+重新建設(shè)

拆除包括人工費、運輸費和渣土消納費等，其中人工費50元/m2，合計24000元，運輸費6500元，渣土消納費40元/m3，合計7200元。總計37700元，折合水平投影價格78.54元/m2。

新建主要墻體型和柔性墻體兩類，新建項目包括溫室基礎(chǔ)、東西北3面墻體、后屋面、前屋面（骨架、膜、防蟲網(wǎng)、壓膜線和保溫被）、緩沖間等部分及輔料。其中墻體部分（溫室基礎(chǔ)、東西北3面墻體）價格約73000元，折合水平投影價格152.08元/m2；加上其他部分價格（后屋面、前屋面、緩沖間）等62208元，日光溫室價格約135208元，折合水平投影價格281.68元/m2。

柔性墻體日光溫室價格約128100兀，折合水平投影價格266.88元/m2。該類型溫室不包括儲熱系統(tǒng)，如帶儲熱系統(tǒng)一般有水儲熱和土壤蓄熱，兩部分約增加100元／m2?？傉酆纤酵队皟r格366.88元／m2。拆除+重新建設(shè)測算如表3所示。

日光溫室建設(shè)還需要卷膜機、卷簾機、電力控制及照明設(shè)施設(shè)備。其中卷膜機價格約4850元（包括安裝費、附件及控制系統(tǒng)），卷簾機價格約6500元（包括支架、卷軸附件及控制系統(tǒng)），電力控制及照明價格約2840元（包括電線、插座、普通照明及安裝費）。折合水平投影價格29.56元/m2。

7結(jié)束語

（1）通過文獻查閱、實地走訪座談、專家咨詢對北京市房山區(qū)、大興區(qū)、通州區(qū)等區(qū)蔬菜園區(qū)、種植大戶、科研院所和生產(chǎn)企業(yè)等單位調(diào)查、訪問，分析了北京市日光溫室占地面積及分布情況、蔬菜種植種類、日光溫室特點及結(jié)構(gòu)類型。

（2）通過梳理日光溫室建筑材料、建筑結(jié)構(gòu)、外形尺寸及造價等7方面的情況，發(fā)現(xiàn)溫室類型不統(tǒng)一且標準化水平低、宜機化水平低及日光溫室機械化水平低3方面問題。提出3方面建議：分類型統(tǒng)一設(shè)計建設(shè)，提高標準化水平；日光溫室設(shè)計建設(shè)與作業(yè)機具外形尺寸結(jié)合，提高宜機化水平；補短板，提高日光溫室機械化水平。

（3）以日光溫室長度60m、溫室凈跨8m、脊高3.8m、后屋面水平投影長度1.2m等參數(shù)為對象，對換膜+換保溫被、換膜+換保溫被+換骨架+修墻體、墻體損壞嚴重+修復及拆除+重新建設(shè)4種日光溫室不同改造方式進行資金投入測算，為農(nóng)戶改造、北京市日光溫室發(fā)展提供技術(shù)參考。