塑料拱棚的搭

项目2　蔬菜栽培设施

项目描述

随着蔬菜生产的发展,逐渐形成了多种多样的栽培设施,包括阳畦、温床、地膜覆盖、遮阳网、防虫网、塑料拱棚及温室等。利用设施栽培可以避免低温、高温、暴雨、强光等逆境对蔬菜的危害,已被广泛应用在蔬菜育苗、春提早、秋延迟栽培中。

学习目标

了解各种设施的基本结构、性能及在生产上的应用。

能力目标

能建造塑料中小拱棚、塑料大棚和简易温室。

素质目标

培养学生团队协作意识、安全意识和节能意识。

项目任务

任务2.1　简易栽培设施制作

活动情景

某单位蔬菜生产园,根据季节和蔬菜生产需要制作电热温床,覆盖地膜,以达增温、保温的目的。

工作过程设计

续表

工作任务单

任务相关知识点

简易栽培设施主要包括阳畦、温床、地膜覆盖等类型,这些蔬菜栽培设施虽然多是较原始的保护栽培设施类型,但由于其具有取材容易、覆盖简单、价格低廉、效益相对较显著等优点,目前仍在许多地区应用。

2.1.1　阳　畦

阳畦又称冷床、秧畦,利用太阳光热来保持畦温。阳畦由风障畦发展而来,保温防寒性能优于风障畦,可在冬季保护耐寒性蔬菜幼苗越冬。在阳畦的基础上,提高土框,加大玻璃窗角度,加强保温,这就是改良阳畦(或称立壕、小暖窖),其性能优于阳畦。

1)阳畦的结构

(1)普通阳畦

由畦框、风障、玻璃(薄膜)窗、覆盖物(蒲席、稻草苫)等组成(图2.1)。由于各地的气候条件、材料资源、技术水平及栽培方式的不同,产生了畦框成斜面的抢阳畦和畦框等高的槽子畦两种类型。

图2.1　普通阳畦
1—风障;2—北畦框;3—南畦框;4—塑料拱棚(或玻璃窗扇);5—保温覆盖物

①畦框　用土做成,分为南北框及东西两侧框,其尺寸规格依阳畦类型而定。抢阳畦的畦框北框比南框高而薄,上下成楔形,四框做成后向南成坡面,故名抢阳畦。北框高35～60 cm、底宽30 cm、顶宽15～20 cm;南框高20～40 cm、底宽30～40 cm、顶宽30 cm左右;东西侧框与南北两框相接,厚度与南框相同,畦面下宽1.66 m、上宽1.82 m、畦长6 m,或它的数倍,做成联畦。槽子畦的畦框南北两框接近等高,框高而厚,四框做成后近似槽形,故名槽子畦。北框高40～60 cm、宽35～40 cm;南框高40～55 cm、宽30～35 cm;东西两侧框宽30 cm左右;畦面宽1.66 m;畦长6～7 m,或做成加倍长度的联畦。

②风障　其结构与完全风障畦基本相同,但分为直立风障(用于槽子畦)和倾斜风障(用于抢阳畦)两种。

③玻璃(薄膜)窗 畦面可以加盖玻璃片或玻璃窗。加盖玻璃者称为“热盖”,否则为“冷盖”。玻璃窗的长度与畦的宽度相等,窗的宽度60～100 cm,玻璃镶在木制窗框内,或用木条做支架覆盖散玻璃片。目前,生产上多采用竹竿在畦面上作支架,而后覆盖塑料薄膜,称为“薄膜阳畦”。

④覆盖物 多采用蒲席或稻草苫覆盖,是阳畦的防寒保温设备。

(2)改良阳畦

改良阳畦由土墙(后墙、山墙)、棚架(柱、檀、柁)、土屋顶、玻璃窗或塑料薄膜棚面、保温覆盖物(蒲席或草帘)等部分组成(图2.2)。

改良阳畦的后墙高0.9～1 m、厚40～50 cm,山墙脊高与改良阳畦的中柱相同;中柱高1.5 m,土棚顶宽1～1.2 m。玻璃窗斜立于棚顶的前檐下,与地面成40°～45°角。目前,生产上多用塑料薄膜作透明覆盖物,成半拱圆形。栽培床南北宽约2.7 m,每3～4 m长为一间,每间设一立柱,立柱上加柁,上铺两根檩(檐檩、二檩),檩上放秫秸,抹泥,再放土,前屋面晚上用草帘保温覆盖。畦长因地块和需要而定,一般为10～30 m。

图2.2　改良阳畦的基本结构(单位:m)
(a)玻璃改良阳畦;(b)薄膜改良阳畦
1—草苫;2—棚顶;3—柁檩柱;4—透明覆盖物;5—窗框;6—墙体;7—拱杆;8—拉杆

2)建造阳畦的场地

建造阳畦的场地应注意选择地势高燥,背风向阳,距栽培地近,有充足水源的地方。

阳畦数量少时,可以建在温室前面,这样既可利用温室防风,也便于与温室配合使用。在庭院建造阳畦可利用正房南窗外的空地。但是阳畦面积大、数量多时,必须做好田间规划。通常的做法是:阳畦群自北向南成行排列,前排的阳畦风障与后排的阳畦风障间隔6～7 m,风障占地约宽1 m,阳畦占地约2 m,畦前留空地1 m左右作为冬季晾晒草帘用地。阳畦群的四周要夹好围障,围障内有腰障,阳畦的方位以东西延长为好。

改良阳畦的田间布局与普通阳畦相同,但因其较高,因此改良阳畦群的间距较大,一般为棚顶高的2～2.5倍,低纬度地区可取棚顶高的2倍,高纬度地区取2.5倍。此外,后棚顶宽一般不能超过棚顶高,否则会加大畦内遮阴。玻璃窗或塑料薄膜棚面与地面夹角一般小于50°。

3)阳畦的性能

(1)普通阳畦

阳畦除具有风障效应外,由于增加了土框和覆盖物,白天可以大量吸收太阳辐射,夜间可以减少向外长波辐射,从而保温能力较强。由于阳畦内的热量主要来源于太阳,因此阳畦的性能受季节和天气的影响极大。

①温度季节变化　阳畦的温度随着外界气温的变化而变化,也与其保温能力的高低及外部防寒覆盖状况有关。一般,保温性能较好的阳畦,其内外温差可达13～15.5℃(表2.1);保温较差的阳畦,冬季最低气温可出现-4℃以下的低温,而春季温暖季节白天最高气温又可出现30℃以上的高温。因此,利用阳畦进行生产既要防止霜冻,又要防止高温危害。

表2.1　阳畦与露地温度的季节变化　　　　注:引用北方数据

续表

②畦温受天气影响　晴天畦内温度较高,阴雪天气畦内温度较低。

③畦内昼夜温、湿差较大　白天由于太阳辐射,使畦内温度迅速升高,夜间不断从畦内放出长波辐射,从而迅速降温,一般畦内昼夜温差可达10～20℃。随着温度变化,畦内湿度的变化也较大,一般白天最低空气相对湿度为30%～40%,而夜间为80%～100%,最大相对湿度差异可达40%～60%。

④畦内空间存在局部温差　一般上午和中午时刻中心部位上部温度较高,四周温度较低;下午距北框近的下部地方温度较高,南框和东西两侧温度较低。

(2)改良阳畦

改良阳畦的性能与普通阳畦基本相同,防寒保温能力好,空间大,栽培管理方便,在南方蔬菜生产应用较少,主要在北方蔬菜栽培上应用。

4)阳畦的应用

(1)普通阳畦

普通阳畦除主要用于蔬菜的育苗外,还可用于蔬菜的秋延后、春提早及假植栽培。在华北及山东、河南、江苏等一些较温暖的地区还可用于耐寒叶菜(如芹菜、韭菜等)的越冬栽培。

(2)改良阳畦

改良阳畦比普通阳畦的性能优越,主要用于耐寒蔬菜(如葱蒜类、甘蓝类、芹菜、油菜、小萝卜等)的越冬栽培,还可用于秋延后、春提早栽培喜温果菜,也可用于蔬菜的育苗。由于改良阳畦建造成本低、用途广、效益高,发展面积远远超过阳畦。

2.1.2　温　床

温床是结构比较完善的保护地类型之一,除了具有冷床的防寒保温设备外,又增加了人工加温设备来补充日光加温的不足,以提高床内的气温和地温,满足低温季节进行蔬菜栽培或提早育苗的需要,是保护地蔬菜生产的重要设备之一。可分为酿热温床、电热温床、火坑温床和水热温床,目前在生产上主要应用电热温床。

1)酿热温床

(1)酿热温床的结构

酿热温床是利用微生物分解有机物质时所产生的热量来进行加温的,这种被分解的有机物质称为酿热物。酿热温床主要由床框、床坑(穴)、玻璃窗或塑料薄膜棚、保温覆盖物、酿热物5部分组成。

目前,应用最多的是半地下式土框温床(图2.3)。温床建造场地要求背风向阳,地面平坦,排水良好。床宽1.5～2m,长依需要而定,床顶加盖玻璃或薄膜呈斜面以利透光。酿热物分层加入,每15 cm一层,踏实后浇温水。达到厚度(多为30～50 cm)即盖顶封闭,让其充分发酵,温度稳定后在上面铺5～10 cm土。用于扦插或播种的,可铺10～15 cm培养土、河沙、滚石、珍珠岩等。

图2.3　半地下式酿热温床示意图
1—地平面;2—排水沟;3—床土;4—第三层酿热物;5—第二层酿热物;6—第一层酿热物;7—干草层

(2)酿热温床的原理及温度调节

酿热物的酿热原理如下:

通常,酿热物中含有多种细菌、真菌、放线菌等微生物,其中能使有机物较快分解发热的是好气性细菌。酿热物发热的快慢、温度高低和持续时间的长短,主要取决于好气性细菌的繁殖活动情况。好气性细菌繁殖得越快,酿热物发热越快、温度越高、持续的时间越短;反之,则相反。好气性细菌繁殖活动的快慢又和酿热物中的碳、氮、氧气及水分含量有密切关系,因此碳、氮、氧气及水分就成了影响酿热温床发热的重要因素。碳是微生物分解有机物质活动的能量来源;氮是构成微生物体内蛋白质的营养物质;氧气是好气性微生物活动的必备条件;水分主要则对通气起调节作用。一般,当酿热物中的碳氮比(C/N)为(20～30)∶1、含水量为70%左右,并且通气适度和温度在10℃以上时,微生物繁殖活动较旺盛,发热迅速而持久;若C/N大于30∶1,含水量过多或过少,通气不足或基础温度偏低时,则发热温度低,但持续时间长;若C/N小于20∶1,通气偏多,则酿热物发热温度高,持续时间短。可以根据酿热原理,以C/N比、含水量及通气量(松紧)来调节发热的高低和持续时间。

根据不同物质的C/N比、含水量及通气性的不同,可将酿热物分为高热酿热物(新鲜马粪、新鲜厩肥、各种饼肥等)和低热酿热物(牛粪、猪粪、稻草、麦秸、枯草及有机垃圾等)两类。南方地区早春培育喜温蔬菜幼苗时,由于气温低,宜采用高热酿热物作酿热材料。对于低热酿热物,一般不宜单独使用,应根据情况与高热酿热物混用。各种有机物质碳氮含量见表2.2。

表2.2　各种酿热物的碳氮含量及碳氮比

(3)酿热温床的性能

①酿热温床是在阳畦的基础上进行了人工酿热加温,因此与阳畦相比,酿热温床明显改善了床内的温度条件。

②由于酿热加温受酿热物及方法的限制,热效应较低,而且加温期间无法调控,因此床内温度明显受外界温度的影响。床土厚薄及含水量也影响床温。

③因床内南北部位接受光热的强度不同,又因床框四周耗热的影响,因此床内存在局部温差,即温度北高南低,中部高周围低,可以通过调整填充酿热物的厚度来调节。一般,酿热物的填充厚度是四周厚、中心薄、南面厚、北面薄。

④酿热物发热时间有限,前期温度高而后期温度逐渐降低,因此秋、冬季不适用。

⑤酿热温床主要用在早春果菜类蔬菜育苗,也可应用在日光温室冬季育苗中提高地温。

2)电热温床

(1)电热温床的结构

电热温床是在阳畦、小拱棚以及大棚和温室中小拱棚内的栽培床上,做成育苗用的平畦,再在育苗床内铺设电加温线而成(图2.4)。电加温线埋入土层深度一般为10 cm左右,如果用育苗钵或营养土块育苗,则以埋入土中1～2 cm为宜。铺线拐弯处,用短竹棍隔开,不成死弯。

图2.4　电热温床基本结构
1—透明覆盖物;2—保温覆盖物;3—床土层;4—散热层;5—隔热层;6—畦框;7—电热线

(2)电功率密度与总功率

单位苗床或栽培床面积上需要铺设电热线的功率称为功率密度。电功率密度的确定应根据作物对温度的要求所设定的地温和应用季节的基础地温以及设施的保温能力而决定。根据孟淑娥等人试验(1984),早春电热温床进行果菜类蔬菜育苗时,其功率密度可为70～140 W/m2(表2. 3)。我国华北地区,冬季阳畦育苗时电加温功率密度以90～120W/m2为宜,温室内育苗时以70～90 W/m2为宜;东北地区,冬季温室内育苗时以100～130W/m2为宜。总功率是指育苗床或栽培床需要电热加温的总功率,一般选在80～120 W/m2。总功率可以用功率密度乘以面积来确定。

总功率=功率密度×苗床或栽培床总面积　　　　　　(2-1)

电热线条数的确定可根据总功率和每根电热线的额定功率来计算。由于电热线不能剪断,因此计算出来的电热线条数必须取整数。

表2.3　电热温床功率密度选用参考值　　　　单位:W/m2

(3)加温线条数及布线间距

布线行数=(线长-床宽)/床长　　　　(2-2)

布线根数=总功率/额定功率　　　　(2-3)

(总功率为苗床平方米×每平方米确定的功率;额定功率是电热线的额定功率)

布线间距=床宽/(行数-1)　　　　(2-4)

(每米线的功率指每条线的总功率除以电热线的长度)

(4)布线方法和注意问题

①布线方法　在苗床床底铺好隔热层,压少量细土,用木板刮平就可以铺设电加温线。布线时,先按所需的总功率的电热线总长,计算出或参照电热线说明书找出布线的平均间距,按照间距在床的两端距床边10 cm远处插上短竹棍,靠床南侧及北侧的几根竹棍可比平均间距密些,中间的可稍稀些,把电加温线贴地面绕好,电加温线两端的导线用普通的电线,部分从床内伸出来,以备和电源及控温仪等连接。布线完毕,立即在上面铺好床土。

②使用电热线应注意的问题

a.在铺设电热线时首先利用万用表检查电路是否畅通。

b.在铺线的时候行数多为偶数,除非特殊情况才使用奇数,以便电热线的引线能在一侧,便于连接。

c.电热线不可相互交叉、重叠、打结。成盘的线不要做通电实验,通电后不要长时间暴露在空气中。

d.在铺线的时候要拉直,可以接长或剪短,修复时要用特别的焊接方法,还要做防水处理。

e.电热线的导线(引线)不要埋在土中,以免烧断或漏电。

f.所用电加温线超过两根时,各条电加温线都必须并联使用而不能串联。

g.在苗床管理时,浇水应当切断电源。

(5)电热加温原理及设备

①电热加温原理　电热加温是利用电流通过阻力大的导体将电能转变成热能,从而使床土(或空气)加温,并保持一定温度的一种加温方法。一般1度电(1 kW·h)可产生3 599 960 J的热量。电热加温升温快,温度均匀,调节灵敏,使用时间不受季节的限制,同时又可自动控制加温温度。因此,有利于园艺作物幼苗生长发育。

②电热加温的设备　电热加温的设备主要有电热加温线、控温仪、继电器(交流接触器)、电闸盒、配电盘(箱)等。其中,电热加温线和控温仪是主要设备。如果电热温床面积大,电热线安装的功率超过控温仪的直接负载能力时(≥2 000W),则需要在控温仪和电热线中间安装继电器。这些设备的连接方法如图2.5所示。

图2.5　电热线及控温仪的连接法
(a)单相连接法;(b)单相加控温仪连接法;(c)单相加控温仪和继电器连接法;(d)三相四线连接法(电压380 V)
1—电源线;2—开关;3—电热线;4—控温仪;5—感温探头;6—交流接触器

图2.5(a)为单相连接法,即将电热线与电源通过开关直接连接。这种接法的电源启闭全靠人工控制,因此很难准确地控制温度,同时也费工时,目前很少应用。

图2.5(b)为单相加控温仪连接法。当电热线的总功率小于或等于控温仪最大允许负载时,可采用这种方法。这种接法可以实现床温的自动控制。

图2.5(c)为单相加控温仪和继电器连接法。当电热线的总功率大于控温仪最大允许负载时,可采用这种方法。当电热线的总功率大于控温仪最大允许负载时,如果不加继电器,则会把控温仪烧坏。

图2.5(d)为三相四线制线路加控温仪和继电器连接法。如苗床面积大,铺设的电热线容量太大,单相电源容量难以满足时,需要用三相四线制供电方法。在连接时应注意3根火线与电热线均匀匹配。

一般电热线和控温仪均有专门生产的厂家。目前应用较多的是浙江省宁波市鄞州生产的电热线和WK-2型控温仪。

3)火炕温床

在育苗床底层挖通热道,前与火炉相连,后与烟囱接通,烟火通道沟上覆盖弧瓦,再覆营养土15～20 cm,利用煤、柴草、稿秆等有机燃料燃烧的烟火经过通道,直接烘烤,提高床土温度进行育苗。这种温床适于育苗期短的瓜类、豆类蔬菜,但风险大,不便控制和管理,升温不均匀,目前使用较少。

4)水热温床

利用温泉或锅炉将水加温,将水管埋在大棚或小拱棚冷床床土中,深5 cm,通过水泵进行热水循环,提供蔬菜幼苗生长发育所需温度。水热温床成本低,安装方便,温度稳定,种子出芽快,幼苗生长发育好,苗龄短,秧苗素质高,目前被大力推广使用。

水热温床由回形多圈水管连接循环泵、控制阀和储水装置,包括大棚、温床、营养土(或基质)、温度计、干湿计、0.2～1 t容积锅炉、700～750 W电机1台、管径4～6 cm散热塑料管,用量根据温床面积而定,配套闸阀等。一般1.2～1.4 m苗床并排安装6道散热管,由1根由外向内的管弯曲迂回而成,热水由苗床外沿进中间出,形成热水循环。0.2 t容积锅炉供1个标准大棚苗床,1 t容积锅炉供2×667 m2苗床循环供热。为便于局部热调控,应按苗床数设置分水阀,锅炉出水口设总闸阀,以维护修理管道。散热管两端分别与给水主管和回水主管相连,给水和回水主管再与锅炉相连,形成热循环。

5)温床的应用

温床的用途,根据其防寒保温性能和不同地区、不同季节而定。由于酿热温床的保温期一般不超过40 d,且床温前期高后期低,加上近年来酿热材料来源不足,故南北各地一般主要用于春季为露地培养秧苗。为了降低育苗成本,温床还可与冷床或中、小拱棚结合使用,即于温床播种、培育子苗,再用冷床或中、小拱棚分苗;另外,温床还可与温室结合使用,采取床室结合育苗技术,先培育大棚用苗,再培育小棚、露地用苗,即以温室抓早,播种育子苗,甚至分苗、缓苗也在温室,待温床可以使用时,再将半成苗移入温床培育成苗,第一批大棚用苗定植后,再将小棚、露地用的半成苗移入温床培育成苗。少数地区,于秧苗移植或定植后,在温床内栽植秧苗,进行短时期覆盖,以促进早熟。

2.1.3　地膜覆盖

地膜覆盖是塑料薄膜地面覆盖的简称。它是用很薄的塑料薄膜紧贴在地面上进行覆盖的一种栽培方式,是现代农业生产中既简单又有效的增产措施之一。地膜种类较多,应用最广的为聚乙烯地膜,有无色透明地膜和有色地膜两种。有色地膜又可分为黑色膜、绿色膜、红色膜、蓝色膜、银灰色膜等。根据地膜厚度分为厚型膜和微型膜,厚型膜厚度为0.008～0.015 mm,可作棚室中地面覆盖或作小拱棚;微型膜厚度0.004～0.007 mm,仅作地面覆盖。地膜宽度有70 cm、80 cm、100 cm、120 cm等规格。目前,生产上大多使用无色地膜和黑色地膜。

1)地膜覆盖的方式

(1)平畦覆盖

在原栽培畦的表面覆盖一层地膜。平畦覆盖可以是临时性的覆盖,在出苗后将薄膜揭去;也可以是全生育期的覆盖,直到栽培结束。平畦规格和普通露地生产用畦相同(畦宽1～1.65 m),一般为单畦覆盖,也可以联畦覆盖。平畦覆盖便于灌水,初期增温效果较好,但后期由于随灌水带入的泥土盖在薄膜上面,影响阳光射入畦面,降低增温效果(图2.6(a))。

(2)高垄覆盖

高垄覆盖是在菜田整地施肥后,按45～60 cm宽、10 cm高起垄,每一垄或两垄覆盖一条地膜。高垄覆盖增温效果一般比平畦覆盖高1～2℃(图2.6(b))。

图2.6　地膜覆盖方式
(a)平畦覆盖;(b)高垄覆盖;(c)高畦覆盖;(d)沟畦覆盖

(3)高畦覆盖

高畦覆盖是在菜田整地施肥后,将其做成底宽1～1.1 m、高10～12 cm、畦面宽65～70 cm、灌水沟宽30 cm以上的高畦,然后在每畦上覆盖地膜(图2.6(c))。

(4)沟畦覆盖

沟畦覆盖又叫改良式高畦地膜覆盖,俗称天膜,即把栽培畦做成沟,在沟内栽苗,然后覆盖地膜。当幼苗长至将接触地膜时,把地膜割成十字孔将苗引出,使沟上地膜落到沟内地面上,故又称作“先盖天,后盖地”(图2.6(d))。采用沟畦覆盖既能提高地温,又能增高沟内空间的气温,使幼苗在沟内避霜、避风,因此这种方式兼具地膜与小拱棚的双重作用,可比普通高畦覆盖提早定植5～10 d,早熟1周左右,同时也便于向沟内直接追肥、灌水。

采取何种地膜覆盖方式,应根据作物种类、栽培时期及栽培方式的不同而定。例如,采用明水沟灌时,应适当缩小畦面,加宽畦沟;实行膜下软管滴灌时,可适当加宽畦面,加大畦高,畦面越高,增温效果越好。

2)地膜覆盖的效应

(1)对环境条件的影响

①对土壤环境的影响

a.提高地温 由于透明地膜容易透过短波辐射,不易透过长波辐射,同时地膜减少了水分蒸发的潜热放热,因此白天太阳光大量透过地膜而使地温升高,并不断向下传导而使下层土壤增温;夜间土壤长波辐射不易透过地膜而比露地土壤放热少,因此地温高于露地。地膜覆盖的增温效果,因覆盖时期、覆盖方式、天气条件及地膜种类不同而异。

从不同覆盖时期看,春季低温期,覆盖透明地膜可使0～10 cm地温增高2～6℃,有时可达10℃以上。进入夏季高温期后,如无遮阴,膜下地温可高达50℃,但在有作物遮阴或膜表面淤积泥土后,只比露地提高1～5℃,土壤潮湿时,甚至比露地低0.5～1℃。

从不同覆盖形式看,试验表明,高垄(15 cm)覆盖比平畦覆盖的5 cm、10 cm、20 cm深土壤增加温度1℃、1.5℃、0.2℃(山西省农业科学院,1980);宽形高垄比窄形高垄土温高1.6～2.6℃(天津市农业科学院蔬菜研究所)。不同垄型、不同时刻,地温的分布也不同。

此外,东西延长的高垄比南北延长的增温效果好,晴天比阴天的增温效果好,无色透明膜比其他有色膜的增温效果好。

b.提高土壤保水能力　覆盖地膜后,土壤水分蒸发量减少,故可较长时间地保持土壤水分的稳定。此外,在雨季,覆盖地膜的地块地表径流量加大,能减轻涝害。

c.提高土壤肥力　由于膜下土壤中温、湿度适宜,微生物活动旺盛,养分分解快,因此速效氮、磷、钾等营养元素含量均比露地增加。

d.改善了土壤的理化性状　覆盖地膜后能避免因土壤表面风吹、雨淋的冲击,减少了中耕、除草、施肥、浇水等人工和机械操作的践踏而造成的土壤板结现象,使土壤容重、孔隙度、三相(气态、液态、固态)比和团粒结构等均优于未覆盖地膜土壤。

e.防止地表盐分集聚　地膜覆盖由于切断了水分与大气交换的通道,大大减少了土壤水分的蒸发量,从而也减少了随水分带到土壤表面的盐分,能防止土壤返盐。

②对近地面小气候的影响

a.增加光照　由于地膜具有反光作用,因此地膜覆盖可使晴天中午作物群体中下部多得到12%～14%的反射光,从而提高了作物的光合强度。据测定,番茄的光合强度可增加13.5%～46.4%,叶绿素含量增加5%。

b.降低空气相对湿度　不论露地覆盖地膜还是园艺设施内覆盖地膜,都能起到降低空气湿度的作用。据北京市农业局测定,露地覆盖地膜时,5月上旬至7月中旬,田间旬平均空气相对湿度降低0.11%～12.1%,相对湿度最高值减少1.7%～8.4%。另据天津市蔬菜研究所对地膜覆盖与否的大棚内空气相对湿度测定,覆盖地膜的比不覆盖的低2.6%～ 21.7%。由于地膜覆盖可降低空气湿度,故可抑制或减轻病害的发生。

(2)对蔬菜的影响

①促进种子发芽出土及加速营养生长 早春采用透明地膜覆盖,可使耐寒蔬菜提早出苗2～4 d,使喜温蔬菜提早出苗6～7 d,并能提高出苗率,起到苗齐、苗全、苗壮的作用。此外,也加速了蔬菜的营养生长,促进了根系的发育。

②促进早熟　地膜覆盖为蔬菜生长发育创造了良好的生长条件,可使其生长发育速度加快,各生育期相应提前,因而可以提早成熟。促进早熟的效果依蔬菜种类和季节的不同而异。一般说来,早春季节比其他季节效果好;早熟品种效果比中、晚熟种好;喜温性作物的效果比耐寒性作物的效果好;果菜类、根菜类比叶菜类效果好;与大、小棚结合应用效果好;既“盖天”又“铺地”比单纯“铺地”效果好。

③促进植株发育和提高产量　地膜覆盖后,可使多种蔬菜的开花期提前。据报道,蔬菜作物中的瓜类、茄果类、根菜类、葱蒜类、速生叶菜等地膜覆盖后都有不同程度的增产作用,其增产幅度为20%～60%。但是,地膜覆盖栽培的增产效应因覆盖方式、时期、地膜种类,特别是水肥管理技术等的不同而有较大差异,有时还会因营养生长与生殖生长失调或脱肥早衰而造成减产,生产中必须注意。

④提高品质 地膜覆盖栽培不但使蔬菜早熟、增产,而且产品质量也有不同程度的提高,番茄、茄子、黄瓜、四季豆、马铃薯等早期收获的产品,一般表现为单果重增加、外观好、品质佳。例如,番茄果实大小整齐一致,脐腐病果和畸形果减少。据山东省农业科学院蔬菜研究所测定,番茄地膜覆盖的果实含糖量比对照增加1%,维生素含量比对照增加58.6%;黄瓜地膜覆盖后果实的可溶性固性物增加0.9%;无籽西瓜增加0.9%。

⑤增强抗逆性 因地膜覆盖后栽培环境条件得到改善,植株生长健壮,自身抗性增强,某些病、虫和风等危害减轻,尤其是对茄果类和瓜类蔬菜病害的抑制作用明显。例如,地膜覆盖后黄瓜霜霉病发病率降低40%,发病期推迟12 d;青椒、番茄病毒病发病率减少7.9%～18%,病情指数降低1.7%～20.7%。乳白膜、银色反光膜有明显的驱蚜效果,番茄定植后及34 d的避蚜效果分别为54%和35%,而普通透明膜、黑色膜和绿色膜则有明显的诱蚜作用,诱蚜效果分别为30%、44%和49%。

(3)其他效应

①防除杂草　地膜覆盖对膜下土壤杂草的滋生有一定的抑制作用,尤其是在透明地膜覆盖得非常密闭或者采用黑、绿色膜的情况下,防除杂草的效果更为突出。塑料大棚内地膜覆盖的除草效果一般在70%左右。平畦覆盖对杂草的抑制作用不如高垄覆盖。

②节省劳力　地膜覆盖栽培,虽然盖膜时多用了一些人力,但在中耕、除草等用工上可节省劳动力,一般每666.7m2土地可节省劳动力10%左右。

③节水抗旱 地膜覆盖可以显著减少土壤水分蒸发。因此可以减少浇水次数,节约用水。据试验测定,一般可节约用水30%～40%,在干旱地区节水尤为突出。

3)地膜覆盖的技术要求

地膜覆盖的整地、施肥、作畦、盖膜要连续作业、不失时机,以保持土壤水分,提高地温。在整地时,要深翻细耙,打碎坷垃,保证盖膜质量。畦面要平整细碎,以便使地膜能紧贴畦面,不漏风,四周压土充分而牢固。灌水沟不可过窄,以利灌水。作畦时要施足有机肥和必要的化肥,增施磷、钾肥,以防因氮肥过多而造成果菜类蔬菜徒长。同时,后期要适当追肥,以防后期作物缺肥早衰。在膜下软管滴灌或微喷灌的条件下,畦面可稍宽、稍高;若采用沟灌,则灌水沟要稍宽。地膜覆盖虽然比露地减少灌水大约1/3,但每次灌水量要充足,不宜小水勤灌。

一般情况下,地膜要一直覆盖到蔬菜作物拉秧,如遇后期高温或土壤干旱而无灌溉条件,影响作物生育及产量时,应及时揭膜或划破,以充分利用降雨,确保后期产量。残存土中的旧膜会污染环境,影响下茬作物的耕作和生长,因此应及时用人工或机械清除干净。

4)地膜覆盖的应用

(1)露地栽培

地膜覆盖可用于果菜类、叶菜类等的春早熟栽培。

(2)设施栽培

地膜覆盖还用于大棚、温室果菜类蔬菜栽培,以提高地温和降低空气湿度。一般在秋、冬、春栽培中应用较多。

(3)播种育苗

地膜覆盖也可用于各种蔬菜的播种育苗,以提高播种后的土壤温度和保持土壤湿度。

任务2.2　越夏栽培设施搭

活动情景

某公司蔬菜生产基地,根据季节和蔬菜生产需要搭建防虫网、遮阳网和防雨棚,以解决夏季害虫危害和炎热多雨的问题。

工作过程设计

续表

工作任务单

任务相关知识点

越夏栽培设施是南方蔬菜在炎热夏季不可缺少的设施,指在夏秋季使用,以遮阳、降温、防虫、防雨为主要目的的一类保护措施,主要包括遮阳网、防虫网和防雨棚等。

2.2.1　遮阳网覆盖

遮阳网又称寒冷纱、遮阴网,是以高密度聚乙烯、PE、PB、PVC、回收料、全新料、聚乙丙等为原材料,经加工制作拉成扁丝,编织而成的一种网状材料(图2.7)。该种材料重量轻,强度高,耐老化,柔软,便于铺卷。遮阳网覆盖是利用农用聚乙烯遮阳(光)网,于高温季节进行覆盖栽培,以达到遮阳光、防暑降温,克服高温障碍的一项新技术。该项技术于20世纪80年代末,在我国南方夏季蔬菜育苗与生产上得到了广泛的应用,对缓解南方夏秋淡季蔬菜的供应,提供了一条简易有效的新途径。

图2.7　遮阳网

1)遮阳网的种类

目前,我国生产的遮阳网的遮光率由25%～70%不等,幅宽有90 cm、150 cm、220 cm和250 cm等,网眼有均匀排列的,也有稀、密相间排列的。颜色有黑、银灰、白、果绿、黄、黑与银灰色相间等几种。生产上使用较多的有透光率为35%～55%和45%～65%两种,宽度160～220 cm,颜色以黑和银灰色为主,单位面积重量为45～49 g/m2。有的生产厂家以1个密区(25mm)中纬向的扁丝根数将产品编号,如江苏武进县塑料二厂生产的遮阳网就是以此确定型号的:SZW-8,表示1个密区有8根扁丝;SZW-16,则表示1个密区有16根扁丝。数码越大,网孔越小,遮光率越大(表2.4)。

表2.4　遮阳网规格与性能

2)遮阳网的性能

(1)削弱光强,改变光质

在纺织结构和疏密程度基本一致的情况下,不同颜色遮阳网的遮光率不同,以黑色网遮光率最大,绿色次之,银灰色最小。遮阳网对散射光的透过率要比总辐射高(也比直射辐射高),这说明网内作物层间的光照分布较露地均匀,其中灰色网内散射辐射比露地高,主要是由于银灰色的反射作用比较强。

遮阳网的遮光效果在一天中有日变化,中午前后,太阳高度最大时,效果最显著。

银灰色网和黑色网下太阳辐射光谱与室外基本一致,只是黑网辐射量有所减少而已,而绿色网在600～700 nm(红橙光)波段范围内光量明显减少,此处正是绿色植物具有最强吸收率的波段。有关研究还表明,不论是200～350 nm的紫外线区域或400～700 nm的光合有效辐射区域,银灰网的透过率大于黑网,特别是紫外线透过率远大于黑网,这不仅影响其降温性能,也影响作物的生长和品质。另外,在中、远红外线区域(4 600～16 700 nm),黑网的透过率为47%,灰网为50%,故黑网的热积蓄少于灰网。

(2)降低地温、气温和叶温

遮阳覆盖显著地降低了根际附近的温度,主要是地表及其上下20～30 cm的地气温。一般地表温度可下降4～6℃,最大12℃;地上30 cm气温下降1℃;地中5 cm地温可下降6～10℃。若以浮面覆盖方式,则5 cm地温可以下降6～10℃。需要指出的是,遮阳网的降温效应与天气类型关系极大,在夏季晴热型天气下,室外最高气温高达35.1～38℃,露地地面最高温度平均值为48.6℃,各种网型的降温幅度达8～13℃,其中以透光率为65%～70%的黑网最佳。遮阳网覆盖下,显著改善了根际的温度环境,降低了叶温,有利于生理代谢促进生长(表2.5)。

表2.5　室外不同株高气温下遮阳网的地面降温幅度

(3)减少田间蒸散量

遮阳覆盖可以抑制田间蒸散量,如表2.6所示,地面蒸散量的减少与遮阳网遮光率变化趋势一致。大棚覆盖遮阳网下,农田蒸散量可比露地减少1/3(遮光率33%～45%)～2/3(遮光率60%～70%)。

表2.6　不同网型的遮光率与蒸散量减少率

(4)减弱暴雨冲击

据江苏省镇江市农业气象站测定,在100min内降雨量达34.6mm的情况下,遮阳网内中部的降雨量仅26.7mm,边缘的降雨量为30 mm,网内降雨量减少了13.3%～22.8%;同时,水滴对地面的冲击力仅为露地的1/50,露地植株因暴雨冲击而严重伤损,网内的却安然无恙。

(5)减弱台风袭击

遮阳网通风比塑料棚好,对风力的相对阻力小,因此只要在台风来临前将遮阳网固定好,一般不易被大风吹损,对网内作物有一定的保护作用。据测定,网内的风速一般不足网外的35%。

(6)保温防霜冻

晚秋至早春夜间浮面覆盖遮阳网可比露地气温提高1～2.8℃。例如,上海市1991年4月1日至2日出现晚霜冻,未盖网的小棚内气温下降到-1℃,有12.6%的番茄苗受冻害;而盖网的为1.5℃,无冻害。在遇到严重冻害时,因网内光照弱,温度回升缓慢,可缓解冻融过程,抑制因组织脱水而坏死,减轻霜冻危害。

(7)防虫、防病

据在广州市调查,银灰色遮阳网避蚜效果达88%～100%,油菜病毒病的防病效果达96%～99%,辣椒日灼病减少到零。

3)遮阳网的覆盖方式

(1)浮面覆盖

浮面覆盖又称飘浮覆盖、浮动覆盖、直接覆盖等。它利用遮阳网直接覆盖在露地或保护地中播种或移栽的作物植株上或畦面上。

(2)小平棚或小拱棚覆盖

于覆盖地块的四角埋设竹竿或木杆,高1～2m,用铁丝连接相邻和对角的两杆,拉紧后覆盖遮阳网,东西两边一直覆盖到田埂上,成为小平棚。小平棚覆盖与塑料小拱棚类似,即用竹片、8#线、细竹竿等插成小拱棚架,覆盖遮阳网即成。一般小拱棚畦面宽1.3m,棚高60 cm。

(3)大棚或中棚覆盖

在大棚或中棚的棚顶上直接覆盖一层遮阳网。因大棚跨度较大,在覆盖前应先将1.6m宽的遮阳网拼接后再覆盖。(需要几幅遮阳网拼接,可根据大棚跨度确定)

4)遮阳网的应用

遮阳网比较轻柔,便于铺卷;贮藏时间占用空间小,便于运输,省力、省工。应用遮阳网覆盖栽培,夏季蔬菜幼苗的成苗率可提高20%～80%,菜苗单株高、叶片数、鲜重综合指标提高30%～50%,菜苗质量高,一般可以增产20%。

遮阳覆盖对于缓解中国南方蔬菜夏淡季起着重要的作用,可使早熟的茄果类蔬菜延长收获30～50 d,可以增加夏季蔬菜(黄瓜、芹菜、葛芭、萝卜等)产量,同时使早秋菜(花椰菜、甘蓝、大白菜、蒜苗、筒篙等)提前10～30 d上市。

2.2.2　防虫网覆盖

1)防虫网的种类

防虫网是一种新型农用覆盖材料,它以优质聚乙烯为原料,添加了防老化、抗紫外线等化学助剂,经拉丝织造而成,形似窗纱类的覆盖物(图2.8)。

图2.8　防虫网

防虫网通常是以目数进行分类的。目数即是在1 in(in为英寸,非法定计量单位,1 in= 0.025 4 m)见方内(长25.4 mm, 宽25.4 mm)有经纱和纬纱的根数。如在1 in见方内有经纱20根、纬纱20根,即为20目。目数小的防虫效果差;目数大的防虫效果好,但通风透气性差,遮光多,不利网内蔬菜的生长。防虫网的颜色有白色、黑色、银灰色、灰色等几种。铝箔遮阳防虫网是在普通防虫网的表面缀有铝箔条,从而增强驱虫、反射光效果。

2)防虫网的选择

生产上主要根据所防害虫的种类选择防虫网,但也要考虑作物的种类、栽培季节和栽培方式等因素。

防棉铃虫、斜纹夜蛾、小菜蛾等体形较大的害虫,可选用20～25目的防虫网;防斑潜蝇、温室白粉虱、蚜虫等体形较小的害虫,可选用30～50目的防虫网。

喜光性蔬菜及低温期覆盖栽培,应选择透光率高的防虫网。夏季生产应选择透光率低、通风透气性好的防虫网,如可选用银灰色或灰色及黑色防虫网。

单独使用时,适宜选择银灰色(银灰色对蚜虫有较好的驱避作用)或黑色防虫网;与遮阳网配合使用时,以选择白色为宜,网目一般选择20～40目。

3)防虫网覆盖

(1)覆盖形式

①整体覆盖

a.大中拱棚覆盖 将防虫网直接覆盖在棚架上,四周用土或砖压实,棚管(架)间用压膜线扣紧,留大棚正门揭盖,便于进棚操作。

b.小拱棚覆盖 将防虫网覆盖于拱架顶面,四周盖严,浇水时直接浇在网上,整个生产过程实行全程覆盖。

c.平棚覆盖 用水泥柱或毛竹等搭建成平棚,面积以0.2 hm2左右为宜,棚高2 m,棚顶与四周用防虫网覆盖压严,既能做到生产期间的全程覆盖,又能进入网内操作。

②局部覆盖

局部覆盖主要用于温室、塑料大棚防雨栽培。防虫网覆盖于温室、塑料大棚的通风口、门等部位。

(2)覆盖技术与管理要点

①防虫网覆盖前要进行土壤灭虫　可用50%敌敌畏800倍液或1%杀虫素2 000倍液,畦面喷洒灭虫,或每667m2地块用3%米乐尔2 kg进行土壤消毒,杀死残留在土壤中的害虫,清除虫源。

②防虫网要严实覆盖　防虫网四周要用土压严实,防止害虫潜入危害与产卵。

③防虫网实行全栽培期覆盖 对栽培期短的作物,基肥要一次性施足,生长期内不再撤网追肥,不给害虫侵入制造可乘机会。

④拱棚应保持一定的高度 拱棚的高度要大于作物高度,避免叶片紧贴防虫网,网外害虫取食叶片并产卵于叶上。

⑤防虫网修补 发现防虫网破损后应立即缝补好,防止害虫趁机而入。

⑥高温季节要防网内高温 高温季节覆盖防虫网后,网内温度容易偏高,可在顶层加盖遮阳网降温,或增加浇水次数,增加网内湿度,以湿降温。当最高温度连续超过35℃时,应避免使用防虫网,防止高温危害。

正确使用与保管下,防虫网寿命可达3～5年或更长。

4)防虫网的性能

(1)防虫

防虫网以人工构建的屏障,将害虫拒之网外,达到防虫、防病、保菜的目的。此外,防虫网反射、折射的光对害虫还有一定的驱避作用。覆盖防虫网后,基本上可免除菜青虫、小菜蛾、甘夜蛾、斜纹夜蛾、黄曲跳甲、猿叶虫、蚜虫等多种害虫的危害。

(2)防暴雨,抗强风

夏季强风暴雨会对作物造成机械损伤,使土壤板结,发生倒苗、死苗等现象。覆盖防虫网后,由于网眼小、强度高,暴雨经防虫网撞击后,降到网内已成蒙蒙细雨,冲击力减弱,有利于作物的生长。

防虫网具有较好的抗强风作用。据测定,覆盖25目防虫网,大棚内的风速比露地降低15%～20%;覆盖30目防虫网,风速降低20%～25%。

(3)调节气温和地温

防虫网属于半透明覆盖物,具有一定的增温和保温作用。据测定,覆盖25目白色防虫网,大棚温度在早晨和傍晚与露地持平,而晴天中午网内温度比露地高约1℃,大棚10 cm地温在早晨和傍晚时高于露地,而在午时又低于露地。

(4)遮光调湿

防虫网具有一定的遮光作用,但遮光率比遮阳网低。例如,25目白色防虫网的遮光率为15%～25%,银灰色防虫网为37%,灰色防虫网可达45%,可起到一定的遮光和防强光直射作用。因此,防虫网可以在蔬菜的整个生产期间实施全程覆盖保护。

防虫网能够增加网内的空气湿度,一般地,相对湿度比露地高5%左右,浇水后高近10%。

(5)防霜冻

早春3月下旬至4月上旬,防虫网覆盖棚内的气温比露地高1～2℃,5 cm地温比露地高0.5～1℃,能有效防止霜冻。

(6)保护害虫天敌

防虫网构成的生活空间,为害虫天敌的活动提供了较理想的生境,又不会使天敌逃逸到外围空间去,既保护了天敌,也为应用推广生物治虫技术创造了有利的条件。

(7)防病毒病

病毒病是多种蔬菜上的灾难性病害,主要是由昆虫,特别是蚜虫传病。由于防虫网切断了害虫这一主要传毒途径,因此大大减轻了蔬菜病毒的侵染,防效为80%左右。

2.2.3　防雨棚搭建

防雨棚是综合利用大棚、小拱棚的一种方式。早春利用大棚或小拱棚进行早熟栽培, 到6月以后,往往因保护地内气温过高而影响作物的正常生长。因此,大棚除去围裙、小拱棚仅盖顶部,加强通风,利用薄膜防止夏季特别是黄梅季节的多雨天气造成的涝害。另外,在薄膜上加盖遮阳网,可起到降温、防雨的双重效果。这种覆盖形式称为防雨棚。

1)防雨棚的种类

防雨棚主要有如下3种类型:

(1)小拱棚式防雨棚

小拱棚式防雨棚是用小拱棚的拱架作为骨架,在顶部盖上薄膜,四周通气。

(2)大棚防雨棚

在夏季去除大棚四周的围裙,让其通气,留顶膜防雨,气温过高时加盖遮阳网。

(3)弓桥形防雨棚

弓桥形防雨棚的结构近似于普通镀锌钢管大棚,只是在两边增加了集雨排水槽,同时拱架间间距较大。这种防雨棚防雨效果好。

2)防雨棚的性能

①防止雨水直接冲击土壤,避免水、肥、土流失和土壤板结,促进根系和植株正常生长。

②防雨棚加盖遮阳网后,能有效地降低设施内的气温和地温,延长早春喜温作物的生长,防止日伤,提高作物的产量,改善作物的品质。

③早熟栽培作物(茄果类、瓜类等)的土壤病害是通过雨水迅速传播的,利用防雨棚栽培可有效地抑制土壤病害的扩散。

④防雨棚能起到一定的防风作用,防止作物倒伏。

3)防雨棚的应用

防雨棚主要应用于早熟栽培的茄果类、黄瓜等的延期生产或夏季栽培;也可用于秋菜类如包菜、花菜、芹菜、秋葛芭、秋番茄的提前定植栽培;还可用于速生菜类如生菜、芫荽等的夏季生产,可增加蔬菜的花色品种,缓解伏缺。

任务2.3　塑料拱棚的搭

活动情景

某公司蔬菜生产基地,根据季节和蔬菜生产需要搭建塑料拱棚,以解决春提早或秋延后栽培中温度低的问题。工作过程设计

工作任务单

任务相关知识点

塑料薄膜中、小棚是指以塑料薄膜作为透明覆盖材料的拱型或其他形式的棚,其规格尺寸虽然难以严格界定,但一般来说,小棚棚高大多为1～1.5 m,内部难以直立行走;中棚则就其覆盖面积和空间而言,介于小棚和大棚之间。

塑料薄膜中、小拱棚,尤其小拱棚在我国面积很大,占保护设施面积的40%以上。其中,小拱棚绝大部分以生产蔬菜为主,也有少部分育苗。由于这类设施易于建造、投资少、见效快,不推自广。

2.3.1　小拱棚

1)小拱棚的类型和结构

根据结构的不同,一般将塑料小拱棚划分为拱圆棚、半拱圆棚、风障棚和双斜面棚4种类型。其中,以拱圆棚应用最为普遍,而双斜面棚应用相对较少。

(1)拱圆形小拱棚

拱圆形小拱棚是生产上应用最多的类型,主要采用毛竹片、竹竿、荆条或直径6～8 mm的钢筋等材料,弯成宽1～3m、高1～1.5m的弓形骨架,骨架用竹竿和铅丝连成整体,上覆盖0.05～0.1mm厚聚氯乙烯或聚乙烯薄膜,外用压杆或压膜线等固定薄膜而成(图2.9)。小拱棚的长度不限,多为10～30m。

图2.9　拱圆形小拱棚结构示意图

通常为了提高小拱棚的防风保温能力,除了在田间设置风障外,夜间可在膜外加盖草苫、草袋片等防寒物。为防止拱架弯曲,必要时可在拱架下设立柱。拱型小拱棚多用于多风、少雨、有积雪的北方。

(2)双斜面小棚

这种小棚的棚面为三角形,因其双斜面不易积雨水,适用于风少多雨的南方。一般棚宽2m、高1.5m,可以平地覆盖,也可以做成畦框后再覆盖。

2)小拱棚的性能

(1)光照

塑料薄膜小拱棚的透光性能较好,春季棚内的透光率最低在50%以上,光照强度达5 万lx以上。塑料小拱棚覆盖初期无水滴和无污染,透光率达76.1%,但薄膜附着水滴或被污染后,其透光率会大大降低,有水滴的为55.4%,被污染的为60%。一般拱圆形小拱棚光照比较均匀,当作物长到一定高度时,不同部位作物的受光量则具有明显的差异。

(2)温度

①气温　一般条件下,小拱棚的气温增温速度较快,最大增温能力可达20℃左右,在高温季节容易造成高温危害;但降温速度也快,有草苫覆盖的半拱圆形小棚的保温能力仅有6～12℃(表2.7)(张彦萍,2002),特别是在阴天、低温或夜间没有草苫保温覆盖时,棚内外温差仅为1～3℃,遇有寒潮易发生冻害。

表2.7　半拱圆形小拱棚内外气温比较　　注:引用北方数据

小拱棚的热源是阳光,因此棚内的温度随着外界气温的变化而变化,即棚内温度也存在着季节变化和日变化。从季节变化看,冬季是小拱棚温度最低时期,春季逐渐升高;从日变化看,小拱棚温度的日变化与外界基本相同,只是昼夜温差比露地大(图2.10)。

图2.10　小拱棚内气温的日变化

此外,小拱棚内气温分布很不均匀。据安志信等人测定,在密闭的情况下,棚内中心部位的地表附近温度较高,两侧温度较低,水平温差可达7～8℃(图2.10);而从棚底部放风后,棚内各部位的温差逐渐减小。

②地温　小拱棚内地温变化与气温变化相似,但不如气温剧烈。从日变化看,白天土壤是吸热增温,夜间是放热降温,其日变化是晴天大于阴(雨)天,土壤表层大于深层,一般棚内地温比露地高5～6℃;从季节变化看,据北京地区测定,1—2月10 cm日平均地温为4～5℃,3月为10～11℃,3月下旬达到14～18℃,秋季地温有时高于气温。

(3)湿度

由于塑料薄膜的气密性较强,因此在密闭的情况下,地面蒸发和作物蒸腾所散失的水汽不能逸出棚外,从而造成棚内高湿。一般棚内相对湿度可达70%～100%,白天通风时,相对湿度可保持在40%～60%,平均比外界高20%左右。棚内的相对湿度变化随外界天气的变化而变化,通常晴天湿度降低,阴天湿度升高(图2.11)。

图2.11　小拱棚内不同天气相对湿度日变化比较

3)小拱棚的应用

(1)春提早、秋延后或越冬栽培耐寒蔬菜

小拱棚主要用于蔬菜生产。由于小棚可以覆盖草苫防寒,因此与大棚相比,早春可提前栽培,晚秋可延后栽培,耐寒的蔬菜可用小棚保护越冬。种植的蔬菜主要以耐寒的叶菜类蔬菜为主,如芹菜、青蒜、小白菜、油菜、香菜、菠菜、甘蓝等。

(2)春提早定植果菜类蔬菜

主要栽培作物有番茄、青椒、茄子、西葫芦、矮生菜豆等。

(3)早春育苗

可为塑料薄膜大棚或露地栽培的春茬蔬菜育苗。

2.3.2　中拱棚

中拱棚的面积和空间比小拱棚大,人可在棚内直立操作,是小棚和大棚的中间类型。常用的中拱棚主要为拱圆形结构。

1)中拱棚的类型与结构

拱圆形中拱棚一般跨度为3～6m。在跨度6m时,以高度2～2.3m、肩高1.1～1.5m为宜;在跨度4.5m时,以高度1.7～1.8m、肩高1m为宜;在跨度3m时,以高度1.5m、肩高0.8m为宜。长度可根据需要及地块长度确定。另外,根据中棚跨度的大小和拱架材料的强度确定是否设立柱。用竹木或钢筋作骨架时,需设立柱;用钢管作拱架则不需设立柱。按材料的不同,拱架可分为竹片(竹木)结构、钢架结构,以及竹片与钢架混合结构。近年也有一些管架装配式中棚,如GP-Y6-1型和GP-Y4-2型塑料中棚等。

(1)竹片(竹木)结构

按棚的宽度插入5 cm宽的竹片,将其用铅丝上下绑缚一起形成拱圆形骨架,竹片入土深度25～30 cm。拱架间距为1m左右,中棚纵向设3道横拉,主横拉位置在拱架中间的下方,多用竹竿或木杆设置,主横拉与拱架之间距离20 cm立吊柱支撑;2道副横拉各设在主横拉两侧部分的1/2处,用12 mm钢筋做成,两端固定在立好的水泥柱上,副横拉距拱架18 cm立吊柱支撑。拱架的两个边架以及拱架每隔一定距离在近地面处设斜支撑,斜支撑上端与拱架绑住,下端插入土中,竹片结构拱架,每隔2道拱架设立柱1根,立柱上端顶在横拉下,下端入土40 cm。立柱多用木柱或粗竹竿、竹片结构的中拱棚,跨度不宜太大,多为3～5m,南方多用。

(2)钢架结构

钢骨架中拱棚跨度较大,拱架分主架与副架。跨度为6m时,主架用4分钢管作上弦,直径12 mm钢筋作下弦制成桁架,副架用4分钢管做成。主架1根,副架2根,相间排列。拱架间距1～1.1m。钢架结构也设3道横拉,横拉用直径12mm钢筋做成,设在拱架中间及其两侧部分1/2处,在拱架主架下弦焊接,钢管副架焊短截钢筋连接。横拉杆距主架上弦和副架均为20 cm,拱架两侧的2道横拉距拱架18 cm。钢架结构不设立柱。

(3)混合结构

混合结构的拱架分成主架与副架。主架为钢架,其用料及制作与钢架结构的主架相同,副架用双层竹片绑紧做成。主架1根,副架2根,相间排列。拱架间距0.8～1 m,混合结构设3道横拉。横拉用直径12mm钢筋做成,横拉设在拱架中间及其两侧部分1/2处,在钢架主架下弦焊接,竹片副架设小木棒与横拉杆连接,其他均与钢架结构相同。

2)中拱棚的性能与应用

中拱棚的性能介于小拱棚与塑料薄膜大棚之间。中棚可用于韭菜、绿叶蔬菜、果菜类等作物的春提前或秋延后栽培,或用于早春育苗。活动式中棚除了单独使用外,还可在大棚或温室中使用,进行多层覆盖栽培;大棚或温室内无霜冻后可将活动式中棚拆出来单独用于早熟栽培;或先将活动式中棚用于韭菜等耐寒蔬菜,再用于茄子、青椒等喜温蔬菜,进行一棚多用栽培。

2.3.3　塑料大棚

塑料薄膜大棚是用塑料薄膜覆盖的一种大型拱棚。它和温室相比,具有结构简单、建造和拆装方便、一次性投资较少等优点;与中小棚相比,又具有坚固耐用、使用寿命长、棚体空间大、作业方便及有利作物生长、便于环境调控等优点。

1)塑料大棚的基本结构

塑料大棚主要由立柱、拱架、拉杆、塑料薄膜和压杆5部分组成(图2.12)。

图2.12　塑料大拱棚的基本结构
1—压杆;2—塑料薄膜;3—拱架;4—立柱;5—拉杆

(1)立柱

立柱的主要作用是稳固拱架,防止拱架上下浮动以及变形。在竹拱结构的大棚中,立柱还兼有拱架造型的作用。立柱材料主要有水泥预制柱、竹竿、钢架等。

竹拱结构塑料大棚中的立柱数量比较多,一般立柱间距2～3m,密度比较大,地面光照分布不均匀,也妨碍棚内作业。钢架结构塑料大拱棚内的立柱数量比较少,一般只有边柱甚至无立柱。

(2)拱架

拱架的主要作用,一是大棚的棚面造型;二是支撑棚膜。拱架的主要材料有竹竿、钢梁、钢管、硬质塑料管等。

(3)拉杆

拉杆的主要作用是纵向将每一排立柱连成一体,与拱架一起将整个大棚的立柱纵横连在一起,使整个大棚形成一个稳固的整体。竹竿结构大棚的拉杆通常固定在立柱的上部,距离顶端20～30 cm处,钢架结构大棚的拉杆一般直接固定在拱架上。拉杆的主要材料有竹竿、钢梁、钢管等。

(4)塑料薄膜

塑料薄膜的主要作用,一是低温期使大棚内增温和保持大棚内的温度;二是雨季防雨水进入大棚内,进行防雨栽培。

(5)压杆

压杆的主要作用是固定棚膜,使棚膜绷紧。压杆的主要材料有竹竿、大棚专用压膜线、粗铁丝以及尼龙绳等。

2)塑料大棚设计

(1)规格设计

塑料大棚的适宜长度为30～80m。大棚过短,棚内的环境变化剧烈,保温性也差;大棚过长,管理不方便,管理跟不上时容易造成棚内局部环境差异过大,从而影响生产。

大棚的适宜宽度为6～16m。冬春季风雪比较大的地区,大棚不宜过宽,春秋季雨水偏多的地区大棚也不宜过宽,以减少风害及保持棚面良好的排雨、雪性能。

大棚的适宜中高为1.8～3m,边高为1～1.5 m,侧高应根据有利于棚面排雨、雪的原则来确定。

(2)棚边和棚顶设计

①按塑料大棚的棚边分主要分为弧形棚边和直立棚边两种(图2.13)。

图2.13　塑料大拱棚的棚边类型
(a)弧形棚边;(b)直立棚边

a.弧形棚边的抗风能力比较强,对提高大棚的保温性能、扣膜质量等也比较有利,但棚两侧的空间低矮,不适于栽培高架作物。

b.直立棚边大棚的两侧比较高大,通风好,适于栽培各种作物,目前应用较为普遍。主要缺点是抗风能力较差,棚边的上沿也容易磨薄膜,生产中应采取相应的措施予以弥补,减少其不良影响。

②按塑断大棚的棚顶形状可以分为拱圆形和屋脊形,我国绝大多数为拱圆形。

(3)通风口设计

①通风口的类型　塑料大棚的通风口主要分为窗式通风口、扒缝式通风口和卷帘式通风口3种。

a.窗式通风口　窗式通风口为固定式通风口,主要用于钢材结构大棚,采取自动或半自动方式开、关,管理比较方便。

b.扒缝式通风口 扒缝式通风口是指从上、下相邻两幅薄膜的叠压处,扒开一道缝进行放风。通风口大小可根据通风需要进行调整,比较灵活,但容易损坏薄膜,并且叠压缝合盖不严时保温性差,膜面不平整时也容易引起积水等。

c.卷帘式通风口　使用卷杆向上卷起棚膜,在棚膜的接缝处露出一道缝隙进行通风,卷杆向下移动时则关闭通风口。通风口大小易于调节,接缝处的薄膜不易松弛,叠压紧密,多用于钢拱结构大棚和管材结构大棚,采取自动或半自动方式卷放薄膜。

②通风口的面积　大棚通风口的总面积一般要求不少于总表面积的20%。顶部通风口为大棚的主要放风口,所占比例应适当大一些,腰部通风口和底部通风口的比例可适当小一些。

(4)方位设计

塑料大棚的基本方位为东西延长的南北方位和南北延长的东西方位。

①南北方位　大棚的采光量大,增温快,保温性也比较好,但容易遭受风害,大棚过宽时,南北两侧的光照差异也比较大。该方位比较适合于跨度8～12m、高度2.5m以下的大棚以及风害较少的地区。

②东西方位　大棚的采光性能不如前者,早春升温稍慢。但大棚的防风性能好,棚内地面的光照分布也较为均匀,有利于保持整个大棚内的作物整齐生长,适合于各种类型的大棚。

3)塑料大棚的分类

(1)按拱架建造材料分类

①竹拱结构大棚　竹拱结构大棚用横截面(8～12) cm×(8～12) cm的水泥预制柱作立柱,用径粗5 cm以上的粗竹竿作拱架,建造成本比较低,是目前农村中应用最普遍的一类。

该类大棚的主要缺点:一是竹竿拱架的使用寿命短,需要定期更换拱架;二是棚内的立柱数量比较多,地面光照不良,不利于棚内的整地作畦和机械化管理。为减少棚内立柱的数量,该类大棚多采取“二拱一柱式”结构,也叫“悬梁吊柱式”结构(图2.14)。

图2.14　竹木结构大棚示意图
1—门;2—立柱;3—拉杆(纵向拉梁);4—吊柱;5—棚膜;6—拱杆;7—压杆(或压膜线);8—地锚

②钢拱结构大棚　钢拱结构大棚主要使用8～16mm的圆钢以及1.27 cm或2.54 cm的钢管加工成双弦拱圆形钢梁拱架(图2.15)。

图2.15　钢架结构塑料大棚

为节省钢材,一般钢梁的上弦用规格稍大的圆钢或钢管,下弦用规格小一些的钢或钢管。上、下弦之间距离20～30 cm,中间用φ8～10mm的圆钢连接。钢多加工成平面梁,钢材规格偏小或大棚跨度比较大、单拱负荷较重时,应加工成角形梁。

除拱形钢架外,也有一些塑料大棚选用角钢、小号扁钢、槽钢以及圆钢等加工成屋脊型钢梁作拱架。由于屋脊型拱架的覆膜质量相对较差,也不适合建造大跨度大棚等原因,目前应用较少。

钢梁拱架间距一般为1～1.5m,架间用φ10～14mm的圆钢相互连接。钢拱结构大棚的结构比较牢固,使用寿命长,并且棚内无立柱或少立柱,环境优良,也便于在棚架上安装自动化管理设备,是现代塑料大拱棚的发展方向。该类大棚的主要缺点是建造成本较高,设计和建造要求也比较严格,另外,钢架本身对塑料薄膜也容易造成损坏,缩短薄膜的使用寿命。

③管材组装结构大棚 管材组装结构大棚采用一定规格[φ(5～32)m×(1.2～1.5)mm]的薄壁热镀锌钢管,并用相应的配件,按照组装说明进行连接或固定而成(图2.16)。

图2.16　管材装配式塑料大棚主要构件的装配示意图

管材组装结构大棚的棚架由工厂生产,结构设计比较合理,规格多种,易于选择、搬运和安装,是未来大棚的发展主流。

④玻璃纤维增强水泥骨架结构大棚 玻璃纤维增强水泥骨架结构大棚叫GRC大棚。该大棚的拱杆由钢、玻璃纤维、增强水泥、石子等材料制成。一般先按同一模具预制成个拱架构件,每一构件为完整拱架度的一半,构件的上端留有两个固孔。安装时,两根预制的构件下端入地里,上端对齐、对正后,用两块孔厚铁板从两侧夹住接头,将4枚丝穿过固定孔固定紧后,构成一完整的拱架(图2.17)。拱架间纵向用粗丝、钢筋、角钢或钢管等连成一体。

图2.17　玻璃纤维增强水泥骨架结构大棚
1—固定孔;2—连接板;3—螺栓;4—拱架构件;5—拉杆

⑤混合拱架结构大棚 混合拱架结构大棚为竹拱结构大棚和钢拱结构大棚的中间类型(图2.18),栽培环境优前者但不及后者。由于该类大棚的建造费用相对较低,抵抗自然灾害的能力增强,以及栽培环境改善比较明显,因此较受广大菜农的欢迎。

图2.18　混合拱架结构塑料大棚

⑥琴弦式结构大棚 琴弦式结构大棚用钢梁、增强水泥拱架或粗竹竿等作主拱架,拱架间距3m左右。在主拱架上间隔20～30 cm纵向拉大棚专用防锈钢丝或粗铁丝,钢丝的两端固定到棚头的地锚上。在拉紧的钢丝上,按50～60 cm间距固定径粗3 cm左右的细竹竿,支撑棚膜(图2.19)。

根据主拱架的强度大小以及大棚的跨度大小等不同,一般建成无立柱式大棚或少立柱式大棚,目前以少立柱式大棚为主。

图2.19　琴弦式结构塑料大棚
1—主拱架;2—副拱架;3—钢丝或专用铁丝

琴弦式结构塑料大棚的主要优点是:拱架遮阳小,棚内光照好;棚架质量较轻,棚内立柱的用量减少,方便管理;容易施工建造,建棚成本也较低。其主要缺点是:大棚建造比较麻烦,钢丝对棚膜的磨损也较为严重,棚膜拉不紧时,雨季棚面排水不良,容易积水。

(2)按连接方式分类

①单栋大棚　整座大棚只有一个拱圆形棚顶,有比较完整的棚边和棚头结构,占地面积一般为667m2左右,大型大棚也不过2 000m2左右。

单栋大棚的主要优点是:对建棚材料的要求不甚严格,建棚成本低,容易施工;扣盖棚膜比较方便,扣膜的质量也容易保证;棚面排水、排雪效果较好;通风降温以及排湿性能较好。其主要缺点是:土地利用率较低;棚内温度、湿度以及光照等分布不均匀,低温期的保温性能较差;大棚的跨度比较小,一般只有6～15m,棚内空间小,特别是两侧较为低矮,不适合机械化和工厂化栽培管理。

②连栋大棚　连栋大棚有两个或两个以上拱圆形或屋脊形的棚顶(图2.20)。

图2.20　连栋塑料薄膜大棚

连栋大棚的主要优点是:大棚的跨度范围较大,根据地块大小,从十几米到上百米不等,占地面积大,土地利用率比较高;棚内空间比较宽大,蓄热量大,低温期的保温性能好;适合进行机械化、自动化以及工厂化生产管理,符合现代农业发展的要求。其主要缺点是:对棚体建造材料的要求较高,对棚体设计和施工的要求也比较严格,建造成本高;棚顶的排水和排雪性能较差,高温期自然通风降温效果不佳,容易发生高温危害。

(3)按拱架的层数分类

①单拱大棚　整个大棚只有一层拱架,结构简单,成本低,光照好。但棚内环境受外界气候变化的影响比较大,难控制。

②双拱大棚　大棚有内、外两层拱架,棚架多为钢架结构或管材结构。双拱大棚低温期一般覆盖双层薄膜保温,或在内层拱架上覆盖无纺布,保温效果好,可较单层大棚提高夜温2～4℃。高温期则在外层拱架上覆盖遮阳网,在内层拱架上覆盖薄膜遮雨,进行降温防雨栽培。与单拱大棚相比较,双拱大棚容易控制棚内环境,生产效果比较好。其主要缺点是:建造成本较高,低温期双层薄膜的透光量少,棚内光照也不足。双拱大棚在我国南方应用得较多,主要用来代替温室于冬季或早春进行蔬菜栽培。

③多拱大棚 大棚内、外有两层以上的拱架。一般内层拱架为临时性支架,根据季节变化环境管理要求进行安装或拆除。多拱大棚易于控制棚内环境,但管理比较琐碎。

(4)按薄膜的层数分类

①单层膜塑料大棚　棚架上只覆盖一层棚膜,为主要覆盖形式。该类棚的透光性好,管理简单,对电力无特别要求,但自身的保温性较差。

②双层膜充气式塑料大棚　大棚采用双层薄膜覆盖,膜间距30～50mm。膜间用鼓风机不停地鼓入空气,形成动态空气隔热层。与单层膜塑料大棚相比较,双层膜充气式塑料大棚的保温效果较好,可提高温度40%以上,并可进一步减少水分凝滴。但双层膜充气式大棚由于需要不间断充气,不仅需要电力支持,其使用范围受到电力限制,而且维持费用也较高。另外,该大棚的充气管理要求也比较高,技术性强,难以被农民掌握,蔬菜生产上较少使用,多用于园林植物栽培。

4)塑料大棚施工

(1)埋立柱

春用大棚的立柱应于上年秋土壤封冻前挖坑埋好。

立柱埋深30～40 cm。立柱下要铺填砖石并夯实。土质过于疏松或立柱数量偏少时,应在立柱的下端绑“柱脚石”,稳固立柱。立柱埋好后,要求纵横成排成列,立柱顶端的“V”形槽方向要与拱架的走向一致,同一排立柱的地上高度也要一致。

(2)固定拉杆和拱架

①固定拉杆　有立柱大棚拉杆一般固定到立柱的上端,距离顶端约30 cm处;钢架无立柱大棚一般在安装拱架的同时焊接拉杆。

②安装拱架

a.竹拱架弧形棚边大棚的竹竿粗头朝下,两端插入地里,或用粗铁丝固定到矮边柱上(边柱斜埋入地里,地上部分长50～60 cm)。直立棚边大棚的竹竿粗头朝下,安放到边柱顶端的“V”形槽内,并用粗铁丝绑牢,拱架两端与边柱的外沿齐平。

b.钢拱架竖起后,要用支架进行临时固定,待调整好位置并将各焊接点依次焊接牢固以及焊接拉杆拉住钢架后,撤掉支架(图2.21)。

图2.21　钢拱结构大棚的拉杆安装形式
(a)斜交式;(b)加固斜交式;(c)平行式;(d)交叉式

(3)扣膜

选无风或微风天扣膜。采用扒缝式及卷帘式通风口的大棚,适宜薄膜幅宽为3～4 m。扣膜时从两侧开始,由下向上逐幅扣膜,上幅膜的下边压住下幅膜的上边,上、下两幅薄膜的膜边压缝宽不少于20 cm。棚膜拉紧拉平拉正后,四边挖沟埋入地里,同时上压杆压棚膜。

采用窗式通风口的大棚多是将几幅窄薄膜连接成一幅大膜扣膜,以加强棚的密封性,增强保温能力。

(4)上压杆或压膜线

压膜线和粗竹竿多压在两拱架之间,细竹竿则紧靠拱架固定在拱架上。

5)塑料大棚的性能

(1)大棚内的温度

①气温　塑料薄膜具有易于透过短波辐射和不易透过长波辐射的特性,塑料薄膜大棚又是个半封闭的系统,在密闭的条件下,棚内空气与棚外空气很少交换,因此晴好天气下,大棚内白天的温度上升迅速,而且晚间也有一定的保温作用,这种效应称作“温室效应”,是大棚内的气温一年四季通常高于露地的原因所在。尽管如此,它仍然受外界气温和光照的影响,存在着明显的日变化和季节变化。

a.气温的日变化 大棚内气温的日变化规律与外界基本相同,即白天气温高,夜间气温低。每天日出后1～2 h棚温迅速升高,7—10时气温回升最快,在不通风的情况下平均每小时升温5～8℃。每日最高温出现在12—13时。15时前后棚温开始下降,平均每小时下降5℃左右。夜间气温下降缓慢,平均每小时降温1℃左右。大棚的增温能力在早春低温时期,通常棚温只比露地高3～6℃,阴天时的增温值仅2℃左右。一般增温值为8～10℃,外界气温升高时增温值可达20℃以上。说明大棚内仍存在有低温霜冻和高温危害的危险。例如,外界气温为-4～-2℃时棚内会出现轻霜冻;外界气温-8～-5℃或棚内出现-3～-2℃时会造成冻害;当外界气温在-14℃时,棚内气温会降至-6℃以下。

大棚内气温在一昼夜中的变化比外界气温剧烈(图2.22),昼夜温差依天气状况而异,天气阴晴相差很大。例如,北京地区3月中旬晴天的昼夜温差为35.5℃,阴天为15℃。晴天时棚内最低气温出现在日出之前,比最低土温出现的时间早2 h左右。

图2.22　大棚温度日变化(1973年3月,北京)

使用聚氯乙烯或聚乙烯薄膜覆盖时,在3—10月夜间往往出现“温度逆转”现象(简称逆温),即棚内气温低于露地。据国外资料介绍,这种现象多发生在晴天的夜晚,天上有薄云覆盖,薄膜外面凝聚少量的水珠时。据国内一些单位观察,在阴晴天、雨雾、有云时都会出现,而且逆转持续的时间越长温度逆转的差度也越大。“逆温”的成因有不同的观点,一般认为晴天大棚内昼夜温差大,塑料薄膜尤其是聚乙烯薄膜的长波辐射透过率高,因此大棚内气温下降很快;当夜间天空有薄云时,露地的长波辐射还受到大气反辐射的影响,上下层气流的运动,可以使地面损失的热量得到一定补充,密闭的塑料大棚内就没有这种气流运动,致使棚内气温低于露地。但据山西农业大学赵宏钧观测,“逆温”发生时,大棚内地温始终高于露地,因此不会很快出现冻害。

图2.23　塑料薄膜大棚月平均气温的变化

b.气温的季节变化 我国北方地区,大棚内存在明显的四季变化(图2.23)。如果根据气象上的规定,以候平均气温(是连续5日的平均气温)≤10℃,旬平均最高气温≤17℃,旬平均最低气温≤4℃作为冬季指标;以候平均气温≥22℃,旬平均最高气温≥28℃,旬平均最低气温≥15℃作为夏季指标;其冬季和夏季指标之间作为春、秋季指标,大棚的冬季天数可比露地缩短30～40 d,春、秋季天数可比露地分别增长15～20 d。因此,大棚主要进行园艺作物春提早和秋延后栽培。

c.大棚内的温度分布 大棚内的不同部位由于受外界环境条件的影响不同,因此存在着一定的温差。一般,白天大棚中部气温偏高,北部偏低,相差约2.5℃;夜间大棚中部略高,南北两侧偏低(表2.15)。在放风时,放风口附近温度较低,中部较高。在没有作物时,地面附近温度较高;在有作物时,上层温度较高,地面附近温度较低。

②地温　大棚内的地温虽然也存在着明显的日变化和季节变化,但与气温相比,地温比较稳定,且地温的变化滞后于气温。从地温的日变化看,晴天上午太阳出来后,地表温度迅速升高,14时左右达到最高值;15时后温度开始下降。随着土层深度的增加,日最高地温出现的时间逐渐延后,一般,距地表5 cm深处的日最高地温出现在15时左右,距地表10 cm深处的日最高地温出现在17时左右,距地表20 cm深处的日最高地温出现在18时左右,距地表20 cm以下深层土壤温度的日变化很小。阴天大棚内地温的日变化较小,且日最高温度出现的时间较早。从地温的分布看,大棚周边的地温低于中部地温,而且地表的温度变化大于地中温度变化,随着土层深度的增加,地温的变化越来越小。

从大棚内地温的季节变化看,在4月中下旬的增温效果最大,可比露地高3～8℃,最高达10℃以上;夏、秋季因有作物遮光,棚内外地温基本相等或棚内温度稍低于露地1～3℃;秋、冬季节则棚内地温又略高于露地2～3℃(图2.21);10月土壤增温效果减小,仍可维持10～20℃的地温;11月上旬棚内浅层地温一般维持在3～8℃。由于外界气温降低,棚内气温及地温均已降至植株不能生长的低温界限。当棚温出现低温霜冻时,地温仍可维持在2～3℃,地温高于气温。到露地封冻时,密闭的大棚地温仍可维持在0～3℃。1月上旬至2月是棚内土壤冻结时期,地温一般在-7～-3℃。

(2)大棚内的光照

大棚内的光照强度与薄膜的透光率、太阳高度、天气状况、大棚方位及大棚结构等有关,同时,大棚内光照也存在着季节变化和光照不均的现象。

①光照的季节变化　由于不同季节的太阳高度角不同,因此大棚内的光照强度和透光率也不同。一般,南北延长东西朝向的大棚内,其光照强度由冬—春—夏的变化不断增强,透光率也不断提高(表2.8);而随着季节由夏—秋—冬,其棚内光照则不断减弱,透光率也降低。

表2.8　大棚内地表光照的季节变化　　　　注:引用北方数据

②大棚方位和结构对光照的影响

a.大棚的方位不同,太阳直射光线的入射角也不同,因此透光率不同。一般,东西延长南北朝向(东西栋)的大棚比南北延长东西朝向(南北栋)的大棚透光率要高(表2.9),但南北栋大棚比东西栋大棚的光照分布要均匀。

b.大棚的结构不同,其骨架材料的截面积(粗细)不同,因此形成阴影的遮光程度也不同。一般,大棚骨架的遮阴率可达5%～8%。据测定,单栋钢材及硬塑管材结构大棚的受光较好,其透光率仅比露地减少28%,单栋竹木结构则减少37.5%(表2.10)。从大棚内光照来考虑,应尽量采用坚固而截面积小的材料作骨架,以尽可能减少遮光。

表2.9　大棚不同方位与透光率的关系　　　　单位:%

表2.10　单栋大棚不同结构的受光率

③透明覆盖材料对大棚光照的影响 不同透明覆盖材料其透光率也不同,而且由于不同透明覆盖材料的耐老化性、无滴性、防尘性等不同,使用后的透光率也有很大差异。目前,生产上应用的聚氯乙烯、聚乙烯、醋酸乙烯等薄膜干洁时的可见光透光率均在90%左右,但使用后透光率会大大降低,尤其是聚氯乙烯薄膜。据测定,因薄膜老化可使透光率降低20%～40%;因薄膜污染可降低15%～20%,新的薄膜使用2 d后,因染尘可使透光率降低14.3%,使用10 d后降低25%,使用15 d后降低28.3%;因水滴附着而减少透光率20%;因太阳光的反射还可损失10%～20%。这样大棚的透光率一般仅有50%左右,如果采用双层薄膜则透光率更低。

④大棚内的光照分布 大棚内光照存在着垂直变化和水平变化,从垂直方向看,越接近地面,光照度越弱,越接近棚面,光照度越强。据测定,距棚顶30 cm处的照度为露地的61%,中部距地面150 cm处为34.7%,近地面为24.5%。从水平方向上看,南北延长的大棚同一高度观测,大棚两侧靠近侧壁处的光照较强,中部光照较弱,上午东侧光照较强,西侧光照较弱,午后则相反。

(3)大棚内的湿度

一般,大棚内空气的绝对湿度和相对湿度均显著高于露地,这是塑料薄膜大棚的重要特性。大棚内的空气绝对湿度随着棚内温度的升高而增加,随着温度的降低而减小;相对湿度则随着棚内温度的降低而升高,随着温度的升高而降低。空气湿度也存在着季节变化和日变化,早晨日出前大棚内相对湿度往往高达100%;随着日出后棚内温度的升高,空气相对湿度逐渐下降,12—13时为一天内空气相对湿度最低的时刻,在密闭的大棚内达70%～80%,在通风条件下,可降到50%～60%;午后随着气温逐渐降低,空气相对湿度又逐渐增加;午夜后又可达到100%。大棚内的绝对湿度则随着午前温度的逐渐升高、棚内蒸发和作物蒸腾的增大而逐渐增加,在密闭条件下,中午达到最大值,而后逐渐降低,早晨降至最低(表2.11)。

从大棚湿度的季节变化看,一年中大棚内空气湿度以早春和晚秋最高,夏季由于温度高和通风换气,空气相对湿度较低。阴(雨)天棚内的相对湿度大于晴天。一般来说,大棚属于高湿环境,作物容易发生各种病害,生产上应采取放风排湿、升温降湿、抑制蒸发和蒸腾(地膜覆盖、控制灌水、滴灌、渗灌、使用抑制蒸腾剂等)、采用透气性好的保温幕等措施,降低大棚内空气相对湿度。

表2.11　大棚内外的空气湿度日变化　　注:引用北方数据

(4)大棚内的气体

大棚是半封闭系统,因此其内部的空气组成与外界有许多不同,其中最突出的不同点有两个方面:一是作物光合作用重要原料的CO2浓度的变化规律与棚外不同;二是有害气体(NH3、NO2、C2 H4、Cl2等)的产生多于棚外。

①CO2　通常大气中CO2的平均浓度大约为330 ul/L(0.65 g/m3空气),而白天植物光合作用吸收量为4～5 g/(m2·h)。因此,在无风或风力较小的情况下,作物群体内部的CO2浓度常常低于平均浓度。特别是在半封闭的大棚内,如果不进行通风换气或增施CO2,就会使作物处于长期的饥饿状态,从而严重地影响作物的光合作用和生育。

据测定,栽培黄瓜的大棚内早晨日出前的CO2浓度最高,可达600 ul/L;但在植株较大的情况下,日出后30～60min,CO2浓度就会降至300 ul/L以下,通风前则降至200 ul/L以下;此后由于通风,棚内CO2浓度可基本保持在300ul/L左右;日落后,CO2浓度又逐渐增加,直到第二天早晨又达到最高值。大棚内的CO2浓度日变化是较大的,露地CO2浓度则无此变化。

大棚内CO2的浓度分布也不均匀,白天气体交换率低且光照强的部位,CO2浓度低。据测定,白天作物群体内CO2浓度可比上层低50～65 ul/L,但夜间或光照很弱的时刻,由于作物和土壤呼吸作用放出CO2。因此,作物群体内部气体交换率低的区域CO2浓度高。在没有人工增施CO2的密闭大棚内,如果土壤和作物呼吸放出的CO2量低于作物光合吸收的CO2量,棚内的CO2浓度就会逐渐降低;相反,如果土壤和作物呼吸放出的CO2量高于作物光合吸收的CO2量,棚内的CO2浓度就会逐渐升高。

②有害气体　由于大棚是半封闭系统,如果施肥不当或应用的农用塑料制品不合格,就会积累有毒气体。大棚中常见的有害气体主要有NH3、NO2、C2 H4、Cl2等,在这些有毒气体中,气体的产生原因主要是一次性施用大量的有机肥、铵态氮肥或尿素,尤其是在土壤表面施用大量的未腐熟有机肥或尿素;C2 H4、Cl2主要是从不合格的农用塑料制品中挥发出的。实际上,在露地条件下,有机肥和铵态氮肥施用过量,NH3、NO2气体也同样产生,但由于露地是非密闭的空间,NH3、NO2气体很快可在大气中流动,不至于达到危害作物的浓度。

6)塑料薄膜大棚的应用

(1)早春果菜类蔬菜育苗

在大棚内设多层覆盖,如在加保温幕、小拱棚、小拱棚的基础上再加防寒覆盖物(如稻草苫、保温被等),或采用大棚内加温床以及苗床安装电热线加温等办法,于早春进行果菜类蔬菜育苗。

(2)春季早熟栽培

这种栽培方式是早春利用温室育苗,大棚定植,一般果菜类蔬菜可比露地提早上市20～40 d。主要栽培作物有黄瓜、番茄、青椒、茄子、菜豆等。

(3)秋季延后栽培

大棚秋延后栽培主要以果菜类蔬菜为主,一般可使果菜类蔬菜采收期延后20～30 d。主要栽培的蔬菜作物有黄瓜、番茄、菜豆等。

(4)春到秋长季节栽培

在气候冷凉的地区可以采取春到秋的长季节栽培,这种栽培方式的早春定植及采收与春茬早熟栽培相同,采收期直到9月末,可在大棚内越夏。作物种类主要有茄子、青椒、番茄等茄果类蔬菜。

任务2.4　温　室

活动情景

某公司蔬菜生产基地,根据季节和蔬菜生产需要调查现代智能温室或搭建简易结构的温室,以生产由于气候或环境不适不能生产的蔬菜,达到大部分蔬菜周年供应的目的。

工作过程设计

续表

工作任务单

任务相关知识点

温室是蔬菜生产设施中性能最为完善的类型,可以进行冬季生产,世界各国都很重视温室的建造与发展。近十几年来我国温室生产发展极快,尤其是塑料薄膜日光温室,由于其节能性好、成本低、效益高,在我国南方,冬季可不加温生产喜温果菜,这在温室生产上是一项突破。近20年来,我国各地也引进了一些国外的大型现代化温室,并在消化吸收的基础上,初步研究开发出了自行设计制造的大型温室设施,促进了我国现代化蔬菜的发展。

2.4.1　日光温室的建造

无人工加温设备,靠太阳辐射为热源的温室称日光温室。我国生产上推广的蔬菜日光温室是东西延长的单屋面塑料薄膜温室,也有少量的玻璃日光温室,特别是塑料薄膜日光温室,成本低,效益高,很有发展前途。

1)温室的基本结构

温室主要由墙体、后屋面、前屋面、立柱及保温覆盖物5部分构成(图2.24)。

(1)墙体

墙体分为后墙和东、西两侧墙山墙,主要由土、草泥以及砖石等建成,一些玻璃温室以及硬质塑料板材温室为玻璃墙或塑料板墙。泥、土墙通常做成上窄下宽的“梯形墙”,一般基部宽1.5～2m,顶宽1～1.2m。砖石墙一般建成“夹心墙”或“空心墙”,宽度0.8 m左右,内填充蛭石、珍珠岩、炉渣等保温材料。

后墙高度1.5～3m。侧墙前高1m左右,后高同后墙,脊高2.5～4m。

墙体主要作用:一是保温防寒;二是承重,主要承担后屋面的重量;三是在墙顶置草苫和其他物品;四是在墙顶安装一些设备,如草苫卷放机。

图2.24　温室的基本结构
1—保温覆盖;2—后屋面;3—后墙;4—加温设备; 5—后立柱;6—中立柱;7—前立柱;8—前屋面

(2)后屋面

普通温室的后屋面主要由粗木、秸秆、草泥以及防潮薄膜等组成。秸秆为主要保温材料,一般厚20～40 cm。砖石结构温室的后屋面多由钢筋水泥预制柱(或架)、泡沫板、水泥板和保温材料等构成。后屋面的主要作用是保温以及放置草苫等。

(3)前屋面

前屋面由屋架和透明覆盖材料组成。

①屋架　屋架的主要作用是前屋面造型以及支持薄膜和草苫等,分为半拱圆形和斜面两种基本形状。竹竿、钢管及硬质塑料管、圆钢等易于弯拱的建材,多加工成半圆形屋架,角钢、槽钢等则多加工成斜面形屋架。按结构形式不同,一般将屋架分为普通式和琴弦式两种。

a.普通式 一般只有一种拱架,拱架间距1～1.2m,结构牢固,易于管理,但造价偏高。

b.琴弦式 拱架一般分为主拱架(粗竹竿或粗钢管、钢梁)和副拱架(细竹竿或细钢管)两种。主拱架强度较大,支持力强,持久性好,一般间距3m左右;副拱架的强度弱,支持力也差,容易损坏,持久性差。

在主拱架上纵向固定粗铁丝或钢筋,将副拱架固定到粗铁丝上,拱架、铁丝构成琴弦状的屋架。琴弦式屋架综合了主拱架和副拱架的优点,用材经济,费用低,温室内的温度、光环境也比较好。但主拱架的负荷较大,容易损坏,加之副拱架的持久性差等原因,整个屋架的牢固程度不如普通式屋架。目前,琴弦式屋架主要用于简易日光温室。

②透明覆盖物　透明覆盖物的主要作用是白天使温室增温,夜间起保温作用。使用材料主要为塑料薄膜、玻璃和硬质塑料板材等。

(4)立柱

普通温室内一般有3～4排立柱。按立柱所在温室中的位置,分别称为后柱、中柱、前柱和边柱。后柱的主要作用是支持后屋面,中柱和前柱主要支持和固定拱架。立柱主要为水泥预制柱,横截面规格为(10～15) cm×(10～15) cm。高档温室是用粗钢管作立柱。立柱一般埋深40～50 cm,后排立柱距离后墙0.8～1.5m,向北倾斜5°左右埋入地里,其他立柱则多垂直埋入地里。

钢架结构温室以及管材结构温室内一般不设立柱。

(5)保温覆盖物

保温覆盖物的主要作用是在低温期减少温室内的热量散失,保持温室内的温度。温室保温覆盖物主要有草苫、纸被、无纺布以及保温被等。

2)日光温室设计

(1)规格设计

①顶高　节能型日光温室的顶高要求不少于3m,以3.5～4.5m为宜,以确保温室内有足够的栽培和容热空间,并保持适宜的前屋面采光角度。普通日光温室以2.5m左右为宜。加温温室不宜过高,以2～2.5m为宜,温室过高,空间过大,加温时升温缓慢,不利于提高温度,同时也增加加温开支。

②内部跨度　节能型日光温室的内跨以8～10m为宜,加温温室以6～8m为宜。

③长度 适宜的温室长度为60～70m,一般要求不短于40m,不超过80m。

(2)前屋面设计

①倾角设计

a.冬季栽培用温室的前屋面倾角

●单斜面温室前屋面倾角按公式“α=φ-δ”进行计算。

公式中的“φ”为当地的地理纬度;“δ”为赤纬,是太阳直射点的纬度,随季节而异,与温室设计关系最密切的为冬至时节的赤纬(δ=-23°27′);“α”为前屋面的最大倾角。

由于太阳入射角在0°～45°范围内时,温室的透光量变化不大,为避免温室的顶高过大,使顶高与跨度保持合理的比例,实际的“α”值通常按“理论值α-(40°～45°)来确定。

●多折式温室 前屋面的底角一般按公式“α=φ-δ”计算出的“α”值确定或稍大一些即可;中部主要采光面的倾角按“理论α值-(40°～45°)”确定;顶部倾角要求不小于10°, 以15°左右为宜,否则顶面坡度太小,容易积水,卷放草苫也不方便。

●拱圆形温室 最好设计成中部坡度较大的圆面形、抛物面形以及圆—抛物面组合形屋面。不论选用何种性状,温室山墙顶点与前点连线的地面交角应符合表2.12中的参考角度值。

表2.12　温室前屋面与地面的参考交角值

●连栋温室 连栋温室的屋面倾角按国际标准(δ=26°50′)确定即可。

b.春季栽培用温室的前屋面倾角

温室的前屋面倾角可较冬季用温室的小一些,最大倾角可用立春的赤纬值(δ= -16°20′)进行计算,并参考冬季用温室的角度分布要求,以确定各部位的角度大小。

②屋前边设计　塑料薄膜温室应尽量设计成弧形屋边,以便覆膜后使棚膜绷紧,减少风害。塑料板材温室则设计成直立形屋边。

弧形屋边的制作方法:竹竿骨架温室一般是在粗竹竿的前端绑接一厚竹片,竹片弯成弧形,下端插入地里;钢架温室的拱架前端一般直接加工成弧形。

(3)后屋面设计

①后屋面的结构

a.永久性温室的屋架要用木材或钢材、钢筋水泥预制柱等作支架,用水泥预制板铺底。

b.临时性温室的屋架可采取粗木(或水泥预制柱)、水泥板结构形式,粗木作支架,水泥板铺底。一些地方为降低建造成本,采用粗木作支架,在支架上纵向拉粗铁丝,在粗铁丝上直接铺盖秸秆、压土。该做法虽然建造费用降低,但后屋面不稳固,也容易因秸秆腐烂或铁丝生锈拉断,导致屋顶局部塌陷,缩短使用寿命(一般为3年左右),且增加维修费用,不宜提倡。

②后屋面的宽度　后屋面的适宜地面垂直投影宽度为0.8～2 m。冬季严寒地区(最低温度-20℃以下)以及加温温室应适当宽一些,日光温室以及冬季不甚严寒的地区(最低温度-20℃以上)可适当窄一些,以减少后屋面的遮阳。

③后屋面的厚度 后屋面保温层的适宜厚度为20～40 cm。若屋顶过厚,屋架的负荷过大,则容易塌陷。为减轻屋顶重量,水泥屋顶的夹层应填充质地较轻的珍珠岩、蛭石或聚苯板等。泥、草屋顶的秸秆层厚度为20～30 cm,封顶的草泥层要薄,一般不超过10 cm。

④防雨设计 水泥屋顶温室底部铺水泥板并用水泥弥缝隔湿,顶部用一定厚度的水泥封顶;简易温室的后屋顶底部铺盖完好的加厚塑料薄膜隔湿,秸秆上(包括前端)再覆盖完好的加厚塑料薄膜防止雨(雪)水渗入,并在薄膜上压土保护薄膜。

⑤后屋面的倾斜角度 为避免冬季后屋面对后墙遮阳造成光照死角,冬季用温室的后屋面倾角要等于或稍大于当地冬至时的太阳高度角。某地冬至时节太阳高度角的计算公式为“66°33′-φ”。

(4)墙体设计

①砖墙　砖石墙应设计成“夹心墙”,内填充轻质保温材料,不要填充吸湿后体积容易发生膨大的保温材料(包括泥土),以免体积膨大后从内部“鼓破”墙体,发生倒塌。砖墙底部要用石头砌一道50 cm左右高的隔潮墙,以保持砖体干燥,延长墙体寿命。

②泥、土墙　要设计成梯形墙,并且墙体厚度要适当大一些,以增强保温性以及抗倒塌能力,一般要求不少于1.5 m,冬季严寒地区以及多雨水地区的厚度不少于2m。

墙的底部要用石头或砖砌一道50 cm左右高的隔潮墙,以保持墙体干燥,延长墙体寿命。墙顶要覆盖薄膜防雨水渗入,薄膜上压土保护。墙的外沿要安装瓦片或铺水泥板作屋檐挡雨,防止雨水冲刷墙面。

(5)方位设计

冬季及早春严寒、上午多雾地区,应按偏西5°的方位建造温室,以多接受下午的光照,提高夜温。冬季及早春下午多雾、光照不良的地区,应选偏东5°的方位建造温室,以增加上午的采光量。其他情况下,选择正南北方位即可。

(6)通风口设计

①通风口的种类　目前,日光温室的通风口主要为扒缝式结构,自动化程度较高的钢架结构温室多采用自动开关的窗式结构,还有部分温室采用手动或电动卷膜式通风口。

②通风口的面积比例　由于温室的主要栽培季节为冬季,通风量较少,为增强温室的严密性,通风口的面积比例不宜过大。一般,冬季温室的通风口面积占前屋面表面积的5%～10%即可,春秋季扩大到10%～15%即可。

③通风口的位置设计 温室高度大,并且3面有墙,室内的通风均匀性比较差,因此合理安排通风口位置十分重要。

小型温室一般设置上部通风口和下部通风口即可。大型温室除了设有上、下部通风口外,在后墙的中上部还应设有背部通风口,以便在高温期协助上、下部通风口放风,增大通风量。

上部通风口设于温室的顶部,下部通风口设于温室的前部离地面1～1.5m高处,背部通风口设于后墙上距离地面1.5 m以上高处。有的温室不专设下部通风口,而是将前边棚膜从地里扒出,卷起后代替通风口,该法容易形成“扫地风”,伤害蔬菜,不宜提倡。冬季严寒地区,可以设计成半地下式温室,室内地面低于室外0.8m左右,以增强温室自身的保温能力。

3)日光温室的分类

(1)根据日光温室的结构和增温、保温能力不同分

通常将日光温室划分为节能型日光温室和普通型日光温室两种类型。

①节能型日光温室　节能型日光温室又称为冬暖型日光温室。温室前屋面的采光角度大,白天增温较快。温室的墙体较厚,所用覆盖材料的增温、保温性能好,并且温室内空间较大,容热量大等,故自身的保温能力比较强,一般可达15～20℃,在冬季最低温度-15℃以上或短时间-20℃左右的地区,可于冬季不加温下生产出喜温的蔬菜。

②普通型日光温室 普通型日光温室也叫春秋型日光温室、冷棚等。温室的前屋面较平,采光角度比较小,采光能力差,增温性不佳。温室的墙体比较薄,没有后屋顶或后屋顶较窄,温室低矮,空间小,容热量小,加上所用覆盖材料的规格较小等原因,自身的保温能力较弱,一般只有10℃左右。在冬季严寒地区,只能于春、秋两季和冬初、冬末生产喜温性蔬菜。

节能型和普通型日光温室结构的主要区别见表2.13。

表2.13　节能型和普通型日光温室的主要结构比较

(2)根据温室的前屋面坡形分

通常将温室划分为拱圆形和斜面形两种类型,每类温室又分为多种形式(图2.25)。

①拱圆形温室　拱圆形温室以多角度采光,采光量比较大,温度高,同时温室内的空间也比较大,保温性好,有利于蔬菜生长。

其主要缺点是:对拱架材料要求比较严格,所用材料必须易于弯拱并且还要有一定的强度。该类温室中,以圆—抛物面组合形的综合性能最好,应用也最多。椭圆形温室的南部空间较大,适合栽培高架蔬菜,但坡面较平,采光性差,并且草苫卷放困难,排水和排雪性能也比较差,冬季寒冷地区以及多雪地区不宜使用。

图2.25　温室前屋面的形状
(a)圆面形;(b)抛物面形;(c)椭圆面形; (d)圆—抛物面组合形;(e)二折式;(f)三折式

②斜面形温室　屋面建造材料主要有木材、角钢、槽钢等,玻璃及塑料板材温室的前屋面属此类型。斜面形温室的排水、排雪性能比较好,也易于卷放草苫。

其主要缺点是:二折式温室的中、前部比较低矮,栽培效果较差;三折式温室虽然中、前部加高、加大,但结构的牢固性下降,并且对建造材料和施工的要求也变高。

(3)根据骨架的材料分

根据骨架的材料可分为竹拱结构温室、水泥预制骨架结构温室、钢骨架结构温室和混合骨架结构温室4种。

①竹拱结构温室　竹拱结构温室用横截面(10～15)cm×(10～15)cm的水泥预制柱作立柱,用径粗8 cm以上的粗竹竿作拱架,建造成本比较低,容易施工建造。

其主要缺点是:竹竿拱架的使用寿命较短,需要定期更换拱架;棚内的立柱数量比较多,地面光照不良,也不利于棚内的整地作畦和机械化管理。

竹拱结构温室是普通日光温室的主要结构类型,一般采取悬梁吊柱结构形式,二拱一柱,以减少立柱的数量。节能型日光温室目前在广大农村也普遍采用此类结构,为了减少立柱的数量,大多采用琴弦式结构或主副拱架结构形式。

②玻璃纤维增强水泥结构　玻璃纤维增强水泥结构即GRC结构温室。该温室的拱架由钢筋、玻璃纤维、增强水泥、石子等材料预制而成。

③钢骨架结构温室 钢骨架结构温室所用钢材一般分为普通钢材、镀锌钢材和铝合金轻型钢材3种,我国目前以前两种为主。单栋日光温室多用镀锌钢管和圆钢加工成双弦拱形平面梁,用塑料薄膜作透明覆盖物。双屋面温室和连栋温室一般选用型钢(如角钢、工字钢、槽钢、丁字钢等)钢管和钢筋等加工成骨架,用硬质塑料板作透明覆盖物。

钢架结构温室结构比较牢固,使用寿命长,并且温室内无立柱或少立柱,环境优良,也便于在骨架上安装自动化管理设备,是现代温室的发展方向。但钢架温室的建造成本较高,设计和建造要求也比较严格,尚不适合在广大农村建造使用。

④混合骨架结构温室 混合骨架结构温室主要为主、副拱架结构温室。主拱架一般选用钢管、钢筋平面梁或水泥预制拱架,副拱架用细竹竿或细钢管。在主拱架上纵向拉几道钢筋或焊接几道型钢,将副拱架固定到纵向钢筋或型钢上。

混合骨架结构温室综合了钢骨架温室和竹拱架温室的优点,结构简单,结实耐用,制造成本低,生产环境优良,较受农民欢迎,发展较快,是当前我国农村温室发展的主要方向。

(4)根据后屋面长短分

①长后屋面式温室　后屋面内宽2m左右,温室自身的保温性能较好,主要用于冬季比较寒冷的地区。该类温室后屋面所承受的负荷比较大,对屋架材料的种类和规格要求比较严格,同时后屋面的遮光面也比较大,温室北部的光照不良。

②短后屋面式温室　后屋面内宽小于1.5m,所承受的负荷减少,对建造材料和规格的要求不甚严格,易于建造。同时,温室的遮光面减少,室内的光照条件也较好。但温室自身的保温性能不如前者,多用于华北、西北等一些冬季不甚寒冷的地区。

(5)根据薄膜的层数分

可分为单层膜温室和双层膜充气式温室两种。

①单层膜温室　前屋面只覆盖一层棚膜,大多数温室属于此类。该类温室的透光性好,薄膜管理简单,但自身的保温性较差。

②双层充气式温室　前屋面覆盖双层棚膜,膜间距30～50 mm,膜间用鼓风机不停地鼓入空气,形成动态空气隔热层(图2.26)。该类温室的保温性能好,冬季不甚严寒地区可以代替“薄膜+草苫”覆盖形式进行冬季栽培,节能效果好。但双层膜充气式温室由于需要不间断充气,不仅需要电力支持,其使用范围受到电力限制,而且维持费也较高。

图2.26　双层膜充气式温室

4)日光温室的场地选择与布局

(1)场地选择

①场地选择的一般原则　场地选择一般应有利于控制设施内的环境,有利于蔬菜的生长与发育,有利于控制病虫害,有利于产品与农用物资的运输。

②对建造场地的具体要求

a.避风向阳 要求场地的北面及西北面有适当高度的挡风物,以利于低温期设施的保温,但挡风物也不宜过高,否则高温期设施周围通风不畅,影响降温效果。比较而言,村南建造温室、大棚的综合效果优于村北,村东优于村西。另外,小山前、树林前也是设施建造的优良场所。

b.光照充足 要求场地的东、西、南3面无高大的建筑物或树木等遮光。

c.地下水位低 地下水位高处的土壤湿度大,土壤容易发生盐渍化,不宜选择。

d.病菌、虫卵含量少 一般,老菜园、果园、花圃地中的病菌和虫卵数量较多,不适合建造温室、大棚等,应选土质肥沃的良田。

e.土壤的理化性状有利于生产 要求土壤的保肥保水能力强、通透性好、酸碱度中性。

f.地势平坦 要求地面平整,以减少设施内局部间的环境差异。

g.地势高燥 要求所选地块的排水性良好,雨季不积水。

h.方便运输 要求场地靠近主要的交通线路,使产品能及时运出。但建造场地也不宜离公路(尤其是土路)太近,以减少汽车尾气、尘土等对设施和作物的污染。

i.建造场地的土壤、空气、水等条件应符合无公害蔬菜生产的标准要求。

(2)布局

①集中管理、连片配置　保护地生产在集中经营管理中多数是连片生产,集中管理,多种形式相结合的。这对于加强科学管理,合理利用土地,节约劳动力,配套生产是十分有利的。

例如,在建造一个设施基地时,需要栽培室、育苗室、管理室、仓库、锅炉房、电气房、水源水泵室等设施应合理设置布局。一般,管理栋、作业场、电气室、锅炉房等应设在中心,便于管道、线路设计,节约工事费和热量消耗。锅炉不能离温室过远,同时不要建在温室的上风口,以免造成烟尘对温室的污染,两边要有足够的堆煤场和灰渣场。

②因时因地,选择方位　温室方位是指屋脊的延长方向(走向),大体都为东西延长的方位。温室的方位与采光有很大关系。当太阳光照到温室大棚时,室内光照的强度主要取决于直射光的入射角,入射角小,室内光照强度高;入射角大,室内光照强度低(图2.27)。这是因为:当光线射到透明体上时,一部分光线透过了物体,一部分光线被物体吸收,一部分光线被物体反射掉了,其关系可用下式表示:

透射率+吸收率+反射率=100%　　　　　(2-5)

式中吸收率是物体本身固有的特性,是一个常数,这样反射率愈小,透射率愈大;而反射率与光线的入射角有关,当入射角为零时,反射角也为零,这时反射率为零,透射率为最大。

直射光的入射角除了受太阳高度角(太阳的直射光线与地面交成的角度)变化影响之外,还受温室大棚的方位和屋面角度的影响。

图2.27　阳光入射角与反射角的关系

在我国南方,为了适应这一特点,单层面温室以东西延长为好,即坐北朝南,这样在一天太阳光较充足的情况下,温室里可以得到较强的光照。根据测定计算,中纬度地区温室冬季透光率,东西延长的比南北延长的光照多12%。

③邻栋间隔,合理设计 温室和温室的间隔叫作栋间隔。如果从土地利用率上考虑,其间隔越狭窄越好;但从通风遮阴上考虑,过狭窄不利。一般,东西延长的前后排距离为温室高度2～3倍或以上,即6～7m。

④温室的出入口和畦的配置 温室的配置,除了间距问题外,还有通路,温室的出入口和畦的配置。道路配置应有利于作业用机器、产品物、生产用料等的运输,一般宽度在3m以上,简单铺装就可以了。

5)温室建造程序与方法

(1)放线平整地面

按做好的平面图,测定方位后就可以平整地面、插木橛、放线、开始挖地基,地基一般40～50 cm。

(2)建墙体

墙体主要包括北墙和东西面墙,对于墙体可用土直接打制,或用草泥堆砌,或建砖墙。砖墙一般应为外24 cm、加中空12 cm、内12 cm的方式建筑,并且每隔3m建48 cm×24 cm的砖柱,在中空处填珍珠岩、蛭石、煤渣、泡沫等保温材料。如果温室的墙体为土墙,在建造时应避开雨季或不能太晚。

(3)埋设立柱

墙体完工后,可在离北墙0.8 m处,按1.8m的距离埋设后立柱,埋深0.5 m,上部高2.9m;其次埋中立柱,距后立柱2m,按3.6m的间距埋深也为0.5m,上部高2.5m,垂直埋入。埋前立柱,前立柱在埋时应该稍向前斜,主要起承担前坡重力的分力和横向拉杆的支架作用。对于各排立柱基部,一般都要放入基石,防止下沉。

(4)上后坡

上直径为10 cm、长200 cm的杂木架柁,将小端架在后墙上,大端放在后排的立柱上,为了防止其发生滚动,可先在大端锯出“V”形坡口。

柁架完后要架背檩,用直径10 cm、长200 cm的木头,按照后立柱的间距搭在柁架上,脊檩对接可用两斜面对合,然后铺檩条,铺设2条即可,然后铺小的木头或竹竿。

(5)架前屋面

前屋面由拱架、薄膜、铁丝、压膜线、草帘等组成。

①有立柱温室前屋面施工要点

a.安装拱架 竹拱架结构温室的竹竿粗头朝上,上端固定到后屋面的横梁上,下端依次固定到南北向立柱顶端的“V”形槽内,并用粗铁丝绑牢固。

用钢管作拱架时,应将钢管依次焊接到后屋顶和南北立柱顶端的焊接点上。

琴弦式结构温室的屋架在固定好粗竹竿或钢管后,按25 cm左右间距在粗竹竿或钢管上东西向拉专用钢丝。钢丝的两端固定到温室外预埋的地锚上。钢丝与竹竿或钢管交叉处用细铁丝固定紧,避免钢丝上下滑动。最后,在铁丝上按60 cm间距固定加工好的细竹竿。

b.扣膜 选无风或微风天扣膜。采用扒缝式通风口类温室,主要有双膜法和三膜法两种扣膜方法(图2.28)。双膜法扣膜后只留有上部通风口,下部通风口一般采取揭膜法代替。三膜法扣膜后,留有上、下两个通风口,下部通风口的位置比较高,可避免“扫地风”的危害。扣膜时,上幅膜的下边压住下幅膜的上边,压幅宽不少于20 cm。

图2.28　温室薄膜扣盖方法示意图
(a)二膜法;(b)三膜法;
1—上部通风口;2—下部通风口

不管采取何种扣膜法,叠压处上、下两幅薄膜的膜边均应粘成裙筒。下幅膜的裙筒内穿粗铁丝或钢丝,并用细铁丝固定到前屋面的拱架或钢丝上,防止膜边下滑;上幅膜的裙筒内要穿钢丝,利用钢丝的弹性,拉直膜边,使通风口关闭时合盖严实。

扣膜后,随即上压膜线或竹竿压住薄膜。

②无立柱温室的前屋面施工要点　无立柱温室的拱架为钢梁或工厂生产的成型屋架,施工比较简单。安装时,需要用支架临时固定住拱架,待焊牢连接点或上螺丝固定住连接点后再撤掉支架。拱架间用纵向拉杆连成一体。

(6)上后屋面

先用一层薄膜铺设,铺好后铺玉米、高粱或稻草秸秆,铺设时将其捆成一捆一捆,每捆约20 cm粗,捆与捆之间挤紧,并绑缚在檩条上;然后抹2 cm厚的泥,待泥干后再抹2 cm 厚;最后在草泥上铺设一层3～4 cm的草泥。同时,要在后坡上留上东西方向的人行走道,便于揭盖草帘。

(7)挖防寒沟

在距拱杆前端40 cm处,挖宽40 cm、深50 cm东西走向的防寒沟,沟内填入柴草、炉渣等隔热材料,上部压15 cm黏土,并铺一层旧薄膜用土盖好。

(8)铺设薄膜

薄膜铺好后,上压膜线,上端用铁钉固定在脊檩上,下端系在地锚上,一般每隔2 m左右压一道压膜线。

(9)上草帘

草帘一般长8～10m、宽1.5～1.7m、厚3～5 cm,每条重40～50 kg,卷草帘的绳为帘长的2倍,每隔草帘相互重叠15 cm。

一般,建造时间在7—8月,9月上旬完工,建造过晚会影响育苗生产,也会影响到冬季温室温度。

6)日光温室的性能

日光温室方位多为坐北朝南东西延长,再加上后部有后墙和保温好的后屋面,两侧有山墙,前屋面在夜间外加草苫、保温被等防寒覆盖物保温,因此其采光和保温性能均较好,是我国温室的主要类型。其性能如下:

(1)光照

①光照强度　由于可见光通过温室透明屋面时一部分被反射,一部分被覆盖材料(薄膜)吸收,因此,进入日光温室内的可见光比外界减少。通常在直射光的入射角为0°(直射光线与透明覆盖材料的平面相垂直)时,新的干洁的塑料薄膜(聚乙烯或聚氯乙烯)的透光率可达90%左右。但在实际应用中,新薄膜覆盖后,透光率便不断下降。如果日光温室的结构不好,还会因骨架遮阴,以及太阳直射光线不可能总是垂直照射在日光温室的透明覆盖面,从而造成反射光损失。透明覆盖材料本身对光线吸收以及覆盖材料的老化、尘埃污染、附着水滴等原因,而使透光率大大下降,室内的透光率甚至会低至自然光强的50%以下。冬季温室内光照不足,往往成为喜光园艺作物生产的限制因子。

②光照时数　日光温室在寒冷季节多采用草苫和纸被等覆盖保温。这种保温覆盖物多在日出以后揭开,在日落之前盖上,从而减少了日光温室内的光照时数,由此常常影响冬季和早春日光温室内作物的生长发育。进入春季后,则光照时数逐渐增加,作物生长发育健壮,产量高,品质优良。

③光照分布 由于日光温室为单屋面温室,只有朝南的前屋面覆盖透明材料可以透过可见光,其余部分均为不透明部分,因此光照垂直和水平分布都不均匀(表2.14)。加之骨架结构和建筑材料的遮阴以及屋面角度和建设方位影响等原因,也对温室内的光照分布有很大影响。一般,日光温室的北侧光照较弱,南侧较强;温室上部靠近透明覆盖物表面处光照较强,下部靠近地面处光照较弱;东西靠近山墙处,在午前和午后分别出现三角形弱光区,午前出现在东侧,午后出现在西侧,而中部全天无弱光区。此外,温室骨架遮阴处光照弱,无遮阴处光照较强。

表2.14　日光温室光照强度的垂直分布

续表

④光质 日光温室以塑料薄膜为透明覆盖材料,与玻璃相比,光质优良,其紫外线的透过率比玻璃高,因此园艺作物产品维生素C含量及含糖量高。果实花朵颜色鲜艳,外观品质也比单屋面玻璃温室好。但不同种类的薄膜光质有差异,聚乙烯膜的紫外光透过率最多,在270～380 nm,紫外光区可透过80%～90%;聚氯乙烯薄膜由于添加紫外光吸收剂,因此紫外光透过率较低。

(2)温度

①气温的季节变化　日光温室的气温虽然一年四季均比露地高,但仍然直接受外界气候条件的影响。通常高纬度的北方地区,日光温室内存在着明显的四季变化。根据气象上的规定,一般日光温室内的冬季天数可比露地缩短3～5个月,夏季天数可比露地延长2～3个月,春、秋季天数可比露地分别延长20～30 d;在北纬41°以南地区,保温性能好的优型日光温室几乎不存在冬季,可以四季生产蔬菜。

②气温的日变化　日光温室内气温的日变化规律与外界基本相同,即白天气温高,夜间气温低。通常在早春、晚秋及冬季的日光温室内,晴天最低气温出现在揭草苫后0.5 h左右,此后温度开始上升,上午每小时平均升温5～6℃,到中午12时左右,温度达到最高值(偏东温室略早于12时,偏西温度略晚于12时),下午14时后气温开始下降,从14时到16时左右盖草苫时,平均每小时降温4～5℃,盖草苫后气温下降缓慢,从16时到第二天8时降温5～7℃(图2.29)。阴天室内的昼夜温差较小,一般只有3～5℃,晴天室内昼夜温差明显大于阴天。

③气温的分布 日光温室内的气温分布存在着严重的不均现象,这与光照分布不均匀是一致的。通常温室内白天上部温度高于下部,中部温度高于四周,日光温室夜间北侧的温度高于南侧。但在寒冷季节外面无保温覆盖时,靠近透明覆盖材料内表层处的温度往往较低。此外,温室面积越小,低温区域所占的比例越大,温度分布也就越不均匀。一般,水平温差为3～4℃,垂直温差为2～3℃。

图2.29　温室内地温与气温的日变化
1—室外气温;2—室内气温;3—室内15 cm气温

④地温的变化 日光温室内的地温虽然也存在着明显的日变化和季节变化,但与气温相比,地温比较稳定。从地温的日变化看,日光温室上午揭草苫后,地表温度迅速升高, 14时左右达到最高值,14—16时温度迅速下降,16时左右盖草苫后,地表温度下降缓慢。随着土层深度的增加,日最高地温出现的时间逐渐延后。一般,距地表5 cm深处的日最高地温出现在15时左右,距地表10 cm深处的日最高地温出现在17时左右,距地表20 cm深处的日最高地温出现在18时左右,距地表20 cm以下深层土壤温度的日变化很小。从地温的分布看,温室周围的地温低于中部地温,而且地表的温度变化大于地中温度变化,随着土层深度的增加,地温的变化越来越小。地温变化滞后于气温,相差2～3 h。

(3)空气湿度

①空气湿度　日光温室内空气的绝对湿度和相对湿度一般均大于露地。空气湿度大,会减小作物蒸腾量,作物不易缺水,从而有利于作物的生长发育;但空气湿度过大,加上弱光的影响,会引起作物营养生长过旺,易发生徒长,影响作物的开花结实,还易诱发病害。因此,栽培上应特别注意防止空气湿度过大。

②空气相对湿度的日变化大　日光温室内的空气相对湿度的日变化比露地大得多。白天中午前后,温室内的气温高,空气相对湿度较小,通常在60%～70%;夜间由于气温迅速下降,空气相对湿度也随之迅速增高,可达到饱和状态。

③局部湿差大 日光温室内的局部湿差比露地大,但这种局部湿差依温室空间大小不同而异。设施越高大,其容积也越大,使得空气相对湿度及其日变化较小,但局部湿差较大;反之,空气相对湿度不仅易达到饱和,而且日变化也剧烈,但其局部湿差较小。

④作物易于沾湿 由于空气相对湿度大、作物表面结露、吐水、日光温室覆盖物表面水珠凝结下滴以及室内产生雾等原因,作物表面常常沾湿,即濡湿现象,易引发多种病害。

(4)气体的变化状况

①CO2　日光温室内如果不进行通风换气,其CO2浓度的日变化非常显著。据笔者等(1991)对栽培黄瓜的日光温室内CO2浓度的测定,早晨揭草苫前温室内的浓度最高,可达1 100～1 300μl/L,而揭苫2 h后,CO2浓度降至250μl/L以下,放风前的11时左右则降至150μl/L,此后由于放风,室内CO2浓度可基本保持在300μl/L左右,盖草苫后CO2浓度又逐渐增加,直到第二天早晨又达到最高值。

②有害气体　日光温室内的有害气体主要有氨气、亚硝酸、二氧化硫、乙烯、氯气等,在加温温室内除以上几种有害气体外,还有一氧化碳气体。氨气和亚硝酸气体的发生原因主要是由于过量施用有机肥、铵态氮肥或尿素等(特别是在土壤表面施用过量)而致。炉火加温易产生CO和SO2,有些煤中含有硫化物,燃烧过程中会产生二氧化硫,如果烟道漏烟,则会产生二氧化硫毒害;如果煤燃烧不完全就会产生CO毒害。此外,乙烯和氯气主要是不合格的农用塑料制品中挥发出来的。

(5)土壤环境

①土壤养分转化和有机质分解速度加快　日光温室内的土壤温度一般都高于露地,再加上土壤湿度较高,因此土壤中的微生物活动比较旺盛,这就加快了土壤养分转化和有机质分解的速度。据测定,在冬季的日光温室内土壤有机质分解放出的CO2为0.3～0.4 g/(m·h)。

②肥料的利用率高　日光温室内的土壤一般不受或较少受雨淋,土壤养分流失较少,因此施入的肥料便于作物充分利用,从而提高了肥料的利用率。

③土壤盐分浓度大　日光温室内的土壤一般不受雨淋,其土壤水分因蒸发的作用经常由下层向表层运动;又由于温室连年过量施肥,使残留在土壤中的各种盐分随水分向表土积聚。因此,温室和大棚内表土常常出现盐分积聚而浓度过高,致使作物生育发生障碍。

④土壤湿度稳定　因日光温室内的土壤湿度主要靠人工灌水来调节,而不受降雨的影响,因此其土壤湿度相对稳定。

⑤土壤中病原菌集聚　由于日光温室往往连续种植高附加值的园艺作物,连作栽培十分普遍;又因温室一年中栽培时间很长,甚至周年利用,因此也导致了土壤中病原菌的大量集聚,造成土传病害的大量发生。

⑥土壤营养失衡　由于日光温室中的盲目过量施肥现象十分普遍,土壤中硝酸盐浓度的增高使土壤逐步酸化,从而会抑制土壤中硝化细菌的活动。据测定,一些日光温室内土壤中的NO3-N含量在1 000mg/kg以上,P2O5也超过1 000mg/kg,造成了氮和磷的严重过剩。另外,由于土壤酸化,还会增加Fe、Al、Mn等元素的可溶性,而降低Ca、Mg、K、Mo等元素的可溶性,从而导致作物营养元素缺乏或过剩,营养失去平衡。

7)日光温室的应用

(1)蔬菜的育苗

可以利用日光温室为大棚、小棚和露地果菜类蔬菜栽培培育幼苗。

(2)蔬菜周年栽培

目前,利用日光温室栽培蔬菜已有几十种,其中包括瓜类、茄果类、绿叶菜类、葱蒜类、豆类、甘蓝类、食用菌类、芽菜类等蔬菜的春茬、冬春茬、秋茬、秋冬茬栽培。各地还根据当地的特点,创造出许多高产、高效益的栽培茬口,如一年一大茬、一年两茬、一年多茬等。

2.4.2　现代化温室

现代化温室主要指大型的、把几栋或十几栋温室连接、环境基本不受自然气候的影响、可自动化调控、能全天候进行园艺作物生产的连接屋面温室,是园艺设施的最高级类型。荷兰是现代化温室的发源地,代表类型为芬洛型(Venlo)温室。

1)现代化温室的类型

现代化温室按屋面特点主要分为屋脊型连接屋面温室和拱圆型连接屋面温室两类。

(1)屋脊型连接屋面温室

主要以玻璃作为透明覆盖材料,其代表型为荷兰的芬洛型温室。这种温室大多数分布在欧洲,以荷兰面积最大,目前为1.2万hm2,居世界之首。日本也设计建造一些屋脊型连接屋面温室,但覆盖材料为塑料薄膜或硬质塑料板材。我国自行设计的屋脊型连接屋面温室在生产中应用较少。

(2)拱圆型连接屋面温室

主要以塑料薄膜为透明覆盖材料,这种温室主要在法国、以色列、美国、西班牙、韩国等国家广泛应用。我国目前自行设计建造的现代化温室也多为拱圆型连接屋面温室。

2)现代化温室的生产系统

荷兰温室是屋脊型连接屋面温室的典型代表,也是我国现代化温室的主要代表。这种温室的骨架采用钢架和铝合金构成,透明覆盖材料为4mm厚平板玻璃。温室屋顶形状和类型主要有多脊连栋型和单脊连栋型两种。

多脊连栋型温室的标准脊跨为3.2m或4m,单间温室跨度为6.4m、8m、9.6m,大跨度的可达12m和12.8m。早期温室柱间距为3～3.12 m,目前以采用4～4.5 m较多。该型温室的传统屋顶通风窗宽0.73 m、长1.65 m;目前玻璃宽度为1 m左右,最常用的是1.25m。以4m脊跨为例,通风窗玻璃长度为2.08～2.14m。同样地,随着时间的推移,排水槽高度也在逐渐调整。目前,该型温室的柱高2.5～4.3m,脊高3.5～4.95m,玻璃屋面角度为25°。

单脊连栋型温室的标准跨度为6.4m、8 m、9.6 m、12.8 m。在室内高度和跨度相同的情况下,单脊连栋型温室较多脊连栋型温室的开窗通风率大。

以荷兰温室为代表的屋脊型连接屋面温室,由下列系统组成:

(1)框架结构

①基础　基础是连接结构与地基的构件,它将风荷载、雪载、作物吊重、构件自重等安全地传递到地基。基础由预埋件和混凝土浇注而成,塑料薄膜温室基础比较简单,玻璃温室较复杂,且必须浇注边墙和端墙的地固梁。

②骨架　荷兰温室骨架,一类是柱、梁或拱架都用矩形钢管、槽钢等制成,经过热浸镀锌防锈蚀处理,具有很好的防锈能力;另一类是门窗、屋顶等为铝合金型材,经抗氧化处理,轻便美观、不生锈、密封性好,且推拉开启省力。目前,大多数荷兰温室厂家都采用并安装铝合金型材和固定玻璃;也有公司用薄壁型钢,但外层用镀锌、铝和硅添加剂组成的复合材料,该涂层的化学成分为55%铝、43.4%锌、1.6%硅添加剂,该构件结合了铝合金型材耐腐蚀性强、钢镀锌件强度高的优点。

③排水槽　又叫“天沟”,它的作用是将单栋温室连接成连栋温室,同时又起到收集和排放雨(雪)水的作用。排水槽自温室中部向两端倾斜延伸,坡降多为0.5%。连栋温室的排水槽在地面形成阴影,约占覆盖地面总面积的5%,因此要求在保证结构强度和排水顺畅的前提下,排水槽结构形状对光照的影响尽可能最小。研究结果认为,按照排水槽结构设计的流体力学要求,当排水倾斜度为0.5%、5min降雨强度为300 L/(s·hm2)时,排水槽的排水能力是其断面形状、坡度以及长度的函数,即在排水能力一定的情况下,每一种结构形式的排水槽都对应着一个最大的长度,这一参数也为温室的整体布局提供了设计依据。

为防止冬季寒冷夜晚覆盖物内表面形成冷凝水而滴到作物上或增加室内湿度,在排水槽下面还安装有半圆形的铝合金冷凝水回收槽,将冷凝水收集后排放到地面,或将该回收槽同雨水回收管相连接,直接排到室外或蓄水池。

(2)覆盖材料

理想的覆盖材料应是透光性、保温性好,坚固耐用,质地轻,便于安装,价格便宜等。屋脊型连栋温室的覆盖材料主要为平板玻璃(西欧、北欧、东欧玻璃温室比较多)、塑料板材(FRA板、PC板等,美国、加拿大多用)和塑料薄膜(亚洲、以色列、西班牙等多用)。寒冷地区、光照条件差的地区,玻璃仍是较常用的覆盖材料,保温透光好,但其价格高,约是薄膜温室的5倍,且易损坏,维修不方便。玻璃重量大,要求温室框架材料强度高,也增加投资。

塑料薄膜价格低廉,易于安装,质地轻,但不适于屋脊型屋面,且易污染老化,透光率差,故屋脊型连接屋面温室少用。近年来新研究开发的聚碳酸酯板材(PC板),兼有玻璃和薄膜两种材料的优点,且坚固耐用不易污染,是理想的覆盖材料,唯其价格昂贵,还难以大面积推广。

(3)自然通风系统

有侧窗通风、顶窗通风或两者兼有3种类型。通风窗面积是自然通风系统的一个重要参数,研究测试结果表明,空气交换速率,取决于室外风速和开窗面积的大小,并证明顶窗加侧窗通风效果比只有侧窗好。在多风地区,如何设计合理的顶窗面积及开度十分重要,因其结构强度和运行可靠性受风速影响较大,设计不合理时易被损坏,并限制其空气交换潜力的发挥。顶窗开启方向有单向和双向两种,双向开窗可以更好地适应外界条件的变化,也可较好地满足室内环境调控的要求。玻璃温室开窗常采用联动式驱动系统,工作原理是发动机转动时带动纵向转动轴,并通过齿轴—齿轮机构,将转动轴的转动变为推拉杆在水平方向上的移动,从而实现顶窗启闭。因此,在整个传动机构中,齿轮、齿条的质量和加工精度,是开窗系统运行可靠性的关键。

(4)加热系统

现代化温室因面积大,没有外覆盖保温防寒,只能依靠加温来保证寒冷季节园艺作物正常生产。加温系统采用集中供暖分区控制,有热水管道加温和热风加温两种方式。

①热水管道加温　主要是利用热水锅炉,通过加热管道对温室加温。该系统由锅炉、锅炉房、调节组、连接附件及传感器、进水及水口主管、温室内的散热管等组成。

温室内的散热管排列有以下要求:

a.保证温室内温度均匀,一般水平方向的温度差不超过1℃。

b.热源能根据温室作物生长的变化而变化,从而保证作物生长的温度。

c.保证热水在管道内循环流畅 根据温室内作物生长的变化,温室内散热管的排列按管道的移动性可分为升降式和固定式管道,按管道的位置则可分为垂直排列和水平排列管道。热水管道采用燃煤进行加热,其特点是:温室内温度上升速度慢,室内温度均匀,在停止加热后温室内温度下降的速度也慢,因此有利于作物生长;且加热管道可兼作高架作业车的轨道,便于温室作物的日常管理。但所需的设备和材料多,安装维修费时、费工,一次性投资大,且需另占土地修建锅炉房等附属设施。温室面积大时,一般采用热水管道加温。

②热风加温　主要是利用热风炉,通过风机将热风送入温室加热。该系统由热风炉、送气管道(一般用聚乙烯薄膜作管道)、附件及传感器等组成。热风加热采用燃油或燃气进行加热,其特点是:温室内温度上升速度快,在停止加热后,温度下降也快,加热效果不及热水管道。但设备和材料较热水管道节省,安装维修简便,占地面积小。热风加温适用于面积比较小的连栋温室。

荷兰目前多利用白天CO2施肥时燃烧天然气或重油放出的热量将水加热,然后将热水贮存在地下蓄热罐中,晚间让热水通过管道循环,从而达到温室加温的目的。一个供热量6.5 t的蒸汽锅炉,每小时耗油量300 kg/台,供热量16 538×106 J/h,可满足外界最低气温在-15℃地区10 000m2不加保温覆盖温室的供暖。

(5)帘幕系统

帘幕系统具有双重功能,即在夏季可遮挡阳光,降低温室内的温度,一般可遮阴降温7℃左右;冬季可增加保温效果,降低能耗,提高能源的有效利用率,一般可提高室温6～7℃。

帘幕材料有多种形式,较常用的一种采用塑料线编织而成,并按保温和遮阳的不同要求,嵌入不同比例的铝箔。帘幕可分为节能型、节能/遮光型、遮光型和全遮光型等多种类型,各种类型又有许多产品,每种产品的节能率和遮阳率有所不同,生产上可根据需要进行选择。

帘幕开闭驱动系统根据其采用构件的不同分为两种形式:一种是齿轮—齿条驱动机构,由发动机转动带动驱动轴转动,经过齿轮箱、驱动轴的转动转换为推拉杆的水平移动,从而实现帘幕的展开和收拢;另一种是钢丝绳牵引式驱动机构,由齿轮减速电机、轴承、传动管轴、牵引钢丝绳、滑轮组件、链轮和链条等组成。传动钢丝绳安装在两端山墙横梁上的滑轮组件内,并与传动管轴相绕,钢丝绳用张紧器张紧至适当的张紧度,当传动管轴旋转时,借助摩擦力带动钢丝绳运动,从而牵引帘幕,通过电机的正反转实现帘幕的展开与收拢。

(6)计算机环境测量和控制系统

计算机环境测控系统是创造符合园艺作物生育要求的生态环境,从而获得高产、优质产品不可缺少的手段。调节和控制的气候目标参数包括温度、湿度、CO2浓度和光照等。针对不同的气候目标参数,宜采用不同的控制设备(表2.15)。控制设备多种多样,按控制原理可分为开关控制和比例或比例加积分两种类型(表2.16)。

表2.15　温室气候的目前参数及其控制设备

表2.16　控制设备及其控制原理

续表

无论是开关控制还是比例或比例加积分控制,都存在测量目标值和实际值之间有偏差。例如温室温度传感器的实测值,往往迟滞于温室内的实际温度值。因此,国际上许多研究机构正在研究开发更加现代化的控制方法,如最优控制和适应式控制等。

(7)灌溉和施肥系统

完善的灌溉和施肥系统,通常包括水源、贮水及供给设施、水处理设施、灌溉和施肥设施、田间网络、灌水器如滴头等。其中,贮水及供给设施、水处理设施、灌溉和施肥设施构成了灌溉和施肥系统的首部,首部设施可按混合罐原理制作成一个系统。在土壤栽培时,作物根区土层下需铺设暗管,以利于排水;在基质栽培时,可采用水肥回收装置,将多余的肥水收集起来,重复利用或排放到温室外面。

在灌溉和施肥系统中,肥料均匀注入水中非常重要。目前采用的方法主要有文丘里注肥器法、水力驱动式肥料泵法、电驱动肥料泵法。

①文丘里注肥器法　使用根据流体力学的文丘里原理设计而成的文丘里注肥器进行施肥的一种方法。也就是利用输液管某一部分截面变化而引发的水的速度变化,使管道内形成一定负压,将液体肥料带入水中,随水进行施肥。

②水力驱动式肥料泵法　通过水流流过柱塞或转子,将液体肥料带入水中,注肥比率可以进行准确控制。

③电驱动肥料泵法　通过电驱动肥料泵将液体肥料施入田间的方法。这种方法简便,泵的价格低,运行可靠,在有电源的地方即可使用。电驱动肥料泵型号较多,小到每小时注入几升肥料液,大到每小时注入几百升肥料液。

灌溉和施肥系统设有电子调节器及电磁阀,通过时间继电器,调整成时间程序,可以定时、定量地进行自动灌水。如果是无土栽培,则可以定量灌液,并能自动调节营养液中各种元素的浓度。在寒冷季节,可以根据水温控制混合阀门调节器,把冷水与锅炉的热水混合在一起,以提高水的温度。喷灌系统也可进行液肥喷灌和喷施农药,并在控制盘上可测出液肥、农药配比的电导度和需要稀释的加水量。

温室盆栽观赏蔬菜多采用针式滴头施肥灌溉,可在滴灌管线上每隔一定距离安置增压器,每个增压器最多可带动50个滴头,可有效改善滴灌效果(图2.30)。

(8)二氧化碳气肥系统

大型连栋温室因是相对封闭的环境,CO2浓度白天低于外界,为增强温室园艺作物的光合作用,需补充进行气体施肥。大型温室多采用二氧化碳发生器,将煤油或天然气等碳氢化合物通过充分燃烧产生CO2。通常1 L煤油燃烧可产生1.27m3的气体。另外,也可将贮气罐或贮液罐安放在温室内,直接输送CO2到温室中。CO2一般通过电磁阀、鼓风机和管道,输送到温室各个部位。为了控制CO2浓度,需在室内安置CO2气体分析仪等设备。

图2.30　采用增压器和未采用增压器时滴灌效果示意图
(a)增压器在箭式滴头系统中的应用;(b)脉动增压滴灌和常规滴灌

(9)温室内常用作业机具

①土壤和基质消毒机　温室长年使用,作物连作较多,土壤中有害生物容易积累,影响作物生长,甚至使作物发生严重病虫害。无土栽培的基质在生产和加工的过程中也常会携带各种病菌,因此采用土壤消毒方法消除土壤中的有害生物十分必要。土壤和基质的消毒方法主要有物理和化学两种。

a.物理方法 包括高温蒸汽消毒、热风消毒、太阳能消毒和微波消毒,其中高温蒸汽消毒较为普遍。采用土壤和基质蒸汽消毒机消毒,在土壤或基质消毒之前,需将待消毒深度的土壤或基质疏松好,用帆布或耐高温的厚塑料薄膜覆盖在待消毒的土壤或基质表面上,四周要密封,并将高温蒸汽输送管放置到覆盖物之下,每次消毒的面积同消毒机锅炉的能力有关,要达到较好的消毒效果,每立方米土壤每小时需要50 kg的高温蒸汽。

b.化学方法 化学方法消毒时,土壤消毒机可使液体药剂直接注入土壤到达一定深度,并使其汽化和扩散。

②喷雾机械 在大型温室中,使用人力喷雾难以满足规模化生产需要,故需采用喷雾机械防治病虫害。荷兰温室多采用EnbarLVM型低容量喷雾机,可定时或全自动控制,无需人员在场,安全省力。每小时用药液量为2.5 L,每台机具一次可喷洒面积达3 000～4 000 m2,运行时间约45min。为使药剂弥散均匀,需在每1 000m2的区域内安装一台空气循环风扇。

3)现代化温室的性能

(1)光照

现代化温室全部由透明覆盖物——塑料薄膜、玻璃或塑料板材(PC板)构成,全面进光采光好,透光率高,光照时间长,而且光照分布比较均匀。光照充足与否,直接影响着园艺作物生长的好坏、产量的高低和品质的优劣,因此这种全光型的大型温室,即使在最冷的日照时间最短的冬季,仍然能正长生产喜温瓜果和蔬菜,且能获得很高的产量。在荷兰,温室黄瓜产量70 kg/m2,番茄54 kg/m2;上海孙桥园艺公司引进的荷兰温室,黄瓜产量也达到30 kg/m2。

双层充气薄膜温室由于采用双层充气膜,因此透光率较低,北方地区室内光照较弱,对喜光的园艺作物生长不利。发达国家在温室内配备人工补光设备,在光照不足时进行人工光源补光,保证园艺作物尤其是蔬菜的优质丰产。

(2)温度

无论是寒冬和酷暑,现代化温室都具有相应的恒温设备,以维持温室室内蔬菜生长所需要的温度。在寒冷的冬季,现代化温室有热效率高的加温系统,不论是晴好天气还是阴雪天气,都能保证蔬菜正常生长发育所需温度,12月至翌年1月,夜间最低温不低于15℃。上海孙桥荷兰温室,气温甚至达到18℃,地温均能达到作物要求的适温范围和持续时间。炎热夏季,采用外遮阳系统和湿帘风机降温系统,保证温室内达到作物对温度的要求。北京瑞雪环球科技有限公司,在夏季采用其自行研发生产的遮阳降温涂料,不仅可以灵活的选择遮阳率,确保蔬菜在理想的光照条件下生长,而且降温效果显著,可降温5～12℃,如2009年6月24日15:37,室外温度为39.1℃,而温室内部温度为26.1℃,温度适宜,蔬菜生长发育得到很好的保证。

采用热水管道加温或热风加温,加热管道可按作物生长区域合理布局,除固定的管道外,还有可移动升降的加温管道,因此温度分布均匀,作物生长整齐一致。此种加温方式清洁、安全、没有烟尘或有害气体,不仅对作物生长有利,也保证了生产管理人员的身体健康。因此,现代化温室可以完全摆脱自然气候的影响,一年四季全天候进行园艺作物生产,反季节栽培,高产、优质、高效。但温室加温能耗很大,燃料费昂贵,大大增加了成本。双层充气薄膜温室夜间保温能力优于玻璃温室,中空玻璃或中空聚碳酸脂板材(阳光板),导热系数最小,故保温能力最优,但价格也最高(表2.17)。

表2.17　不同温室覆盖材料性能比较

(3)湿度

塑料薄膜连栋温室,由于薄膜的气密性强,尤其双层充气结构,气密性更强,因此空气湿度和土壤湿度均比玻璃连栋温室高。连栋温室空间高大,作物生长势强,代谢旺盛,作物叶面积指数高,通过蒸腾作用释放出大量水汽进入温室空间,在密闭情况下,水蒸气经常达到饱和。现代化温室有完善的加温系统,加温可有效降低空气湿度,比日光温室因高湿环境给园艺作物生育带来的负面影响小。

夏季炎热高温时,现代化温室内有湿帘风机降温系统,使温室内温度降低,而且还能保持适宜的空气湿度,为园艺作物创造了良好的生态环境。

现代化的温室越来越多地采用无土栽培技术,即使土壤栽培也都采用喷灌、滴灌、渗灌等先进技术,取代传统的平畦漫灌,不仅节水,还减少了温室的空气湿度和土壤湿度,防止作物表面,特别是叶片濡湿,对减轻病害有利。

(4)气体

现代化温室的CO2浓度明显低于露地,不能满足园艺作物的需要,白天光合作用强时常发生CO2亏缺。据上海测定,引进的荷兰温室中,白天10—16时CO2浓度仅有0.024%,不同种植区有所差别,但总的趋势一致,因此须补充CO2,进行气体施肥,显著地提高了作物产量。

(5)土壤

国内外现代化温室普遍采用无土栽培技术,基本上解决温室土壤的连作障碍、土壤酸化、土传病害等一系列问题;同时通过计算机自动控制,可以为不同蔬菜,不同生育阶段,以及不同天气状况下,准确地提供蔬菜生长所需的大量营养元素及微量元素。

现代化温室是最先进、最完善、最高级的园艺设施,机械化、自动化程度很高,劳动生产率很高,是用工业化的生产方式进行园艺生产,也被称为工厂化农业。

4)现代化温室的应用

现代化温室主要应用在喜温果类蔬菜栽培及育苗等。其中,蔬菜生产中又以生产番茄、黄瓜和青椒为主。在生产方式上,荷兰温室基本上全部实现了环境控制自动化,作物栽培无土化,生产工艺程序化、标准化,生产管理机械化、集约化。因此,荷兰温室黄瓜产量大面积可达到800 t/hm2,番茄可达到600 t/hm2,不仅实现了高产,而且达到了优质,产品行销世界各地。设施园艺已成为荷兰国民经济的支柱产业。

我国引进和自行建造的现代化温室,绝大部分也用于蔬菜育苗和栽培,很多温室已实现了工厂化生产。如深圳青长蔬菜有限公司和北京顺登长青蔬菜有限公司等,引进加拿大HYDRONOV公司深池浮板种植技术进行水培生产,已经实现了温室蔬菜生产的工业化。运用生物技术、工程技术和信息管理技术,以程序化、机械化、标准化、集约化的生产方式,采用流水线生产工艺,充分利用温室的空间,加快蔬菜的生长速度,使蔬菜产量比一般温室提高10～20倍,充分显示了现代化设施园艺的先进性和优越性。

项目小结

蔬菜栽培设施是在不适宜蔬菜生长发育的地区、寒冷季节或炎热夏季,人为地利用专门的保温防寒或降温防热、防雨、防虫、遮阴等特定的设施,人为地创造适宜蔬菜生长发育的小气候条件而进行的蔬菜生产,它是一种重要的蔬菜栽培方式,在蔬菜的生产上占有很大的比例。在我国南方,蔬菜设施栽培主要是指冬春之季露地非生长季节的栽培或是在炎热夏季的防雨、防虫、遮阴栽培,是供应大量新鲜蔬菜或调节淡季的蔬菜种类,达到蔬菜产品种类多样化的重要途径之一。随着人们生活水平的不断提高,对于周年供应多种类的新鲜蔬菜的要求越来越迫切,蔬菜设施栽培的作用也就越来越显得重要。因此,在这种情况下,各种栽培蔬菜的设施显得非常重要,只有在适合的设施内才能种出高产、优质、安全、高效的蔬菜产品。

复习思考题

1.蔬菜栽培设施主要有哪些种类?构型有何特点?各有哪些主要用途?

2.冷床和温床在结构和性能上有何区别?

3.电热温床的铺设方法和注意事项有哪些?

4.地膜覆盖的方式有哪些?在性能上有何区别?

5.塑料大棚的结构及建造方法是什么?

6.土壤和基质的消毒方法有哪些?

7.现代化温室的发展现状及前景如何?