試論甘肅省節(jié)能日光溫室的發(fā)展及其“輕簡化”建造

張學(xué)斌，孫述俊，劉 華，祁復(fù)絨，周亞婷

（1.甘肅省經(jīng)濟(jì)作物技術(shù)推廣站，甘肅 蘭州 730030；2.甘肅省白銀市農(nóng)業(yè)技術(shù)服務(wù)中心，甘肅白銀 730900）

以高效節(jié)能日光溫室反季節(jié)蔬菜生產(chǎn)為代表的我國設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展，已經(jīng)走過了30多年歷程。設(shè)施蔬菜的發(fā)展，改變了我國城鄉(xiāng)居民“菜籃子”供應(yīng)嚴(yán)重匱乏的被動局面，由過去的“有啥吃啥”變?yōu)楝F(xiàn)在的“吃啥有啥”，為我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)，同時，設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)受到了各級政府前所未有的政策和項目支持。但隨著新時期我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快和農(nóng)村勞動力就業(yè)途徑的快速轉(zhuǎn)移，以勞動密集型和技術(shù)密集型為特點的現(xiàn)代設(shè)施蔬菜生產(chǎn)，受到了生產(chǎn)成本“地板”上升和市場價格“天花板”下壓的雙重壓力，生產(chǎn)上對設(shè)施建造的標(biāo)準(zhǔn)提出了更高的要求，對設(shè)施建造的過程提出了機(jī)械化、工廠化、裝配式等新“輕簡化”要求。為此，近幾年我們通過引進(jìn)、改進(jìn)和不斷探索，試驗提出了耕地和非耕地均適用的土墻無立柱全鋼架裝配式日光溫室的“輕簡化”建造新技術(shù)，并在生產(chǎn)中得到了示范推廣，實踐證明其可操作性強(qiáng)，應(yīng)用效果十分顯著，是實現(xiàn)甘肅省高效節(jié)能日光溫室“輕簡化”建造的新途徑和新方法，對指導(dǎo)甘肅省日光溫室建設(shè)由低水平重復(fù)向高標(biāo)準(zhǔn)邁進(jìn)具有很強(qiáng)的支撐作用。

1 發(fā)展現(xiàn)狀

截止2014年底，甘肅省蔬菜產(chǎn)業(yè)持續(xù)保持穩(wěn)步增長的良好發(fā)展勢頭，全省蔬菜種植面積達(dá)到50.00萬hm2，較2013年新增30萬hm2；總產(chǎn)量1 650萬t，較2013年新增71萬t，總產(chǎn)值約350億元。其中，露地蔬菜面積38.00萬hm2，新增1.20萬hm2，新增產(chǎn)量35萬t；設(shè)施蔬菜面積12.00萬hm2，新增1.00萬hm2，荒漠、戈壁上興建的非耕地日光溫室面積達(dá)0.13萬hm2，新增產(chǎn)量36萬t。在全省14個市（州）86個縣（市、區(qū)）中，有7個縣（區(qū)）種植面積在1.33萬hm2以上，24個縣（區(qū)）在0.67萬～1.33萬hm2，25個縣（區(qū)）在0.33萬～0.67萬hm2。產(chǎn)業(yè)布局更加合理，河西走廊、沿黃灌區(qū)、涇河流域、渭河流域和“兩江一水”流域五大蔬菜產(chǎn)區(qū)優(yōu)勢更加突出［1］。根據(jù)初步規(guī)劃，甘肅將繼續(xù)發(fā)揮氣候資源優(yōu)勢和西北區(qū)位優(yōu)勢，努力打造以“高原夏菜”為品牌的西北黃土高原夏秋冷涼型蔬菜生產(chǎn)基地和西北冬春淡季反季節(jié)蔬菜生產(chǎn)供應(yīng)中心，到2020年，全省蔬菜面積將達(dá)到66.67萬hm2，其中設(shè)施蔬菜面積達(dá)到13.33萬hm2。在鞏固和擴(kuò)大“西菜東調(diào)”市場份額的同時，緊緊抓住“新絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”建設(shè)的大好機(jī)遇，以設(shè)施精細(xì)蔬菜為主，進(jìn)一步開拓中亞市場。

2 歷史地位

甘肅省的大多地區(qū)屬于典型的大陸性季風(fēng)氣候，冬季寒冷干燥，夏季西部高溫干旱，氣候?qū)κ卟说纳a(chǎn)、供應(yīng)影響很大，尤其是冬季。20世紀(jì)80年代以來，具有中國特色的節(jié)能日光溫室蔬菜產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，有力地推進(jìn)了甘肅設(shè)施園藝的發(fā)展，實現(xiàn)了園藝產(chǎn)品周年供應(yīng)，增強(qiáng)了質(zhì)量安全保障能力，提升了設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)地位，帶動了相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，促進(jìn)了農(nóng)民增收，高效節(jié)能型日光溫室已成為甘肅設(shè)施蔬菜生產(chǎn)的主力，在冬春淡季蔬菜生產(chǎn)供應(yīng)中起到了極其重要的作用。

2.1 是確保食物安全的戰(zhàn)略選擇

食物安全是新世紀(jì)全球需要解決的重大問題，又是一個難以解決的重大問題，對于人多地少的甘肅來說，解決食物安全問題更為重要。然而，作為食物核心的糧食生產(chǎn)，單位面積產(chǎn)量增加幅度已經(jīng)明顯降低，而擴(kuò)大耕地面積的可能性也越來越小。發(fā)展高效節(jié)能日光溫室蔬菜產(chǎn)業(yè)，可以使一作區(qū)變?yōu)閮勺鲄^(qū)，增加復(fù)種指數(shù)，提高土地產(chǎn)出率，減少糧菜爭地矛盾。同時，還可以通過無土栽培等措施，使荒漠、戈壁等不毛之地變?yōu)楦咝Р颂?，從而增加耕地面積。因此，發(fā)展以高效節(jié)能日光溫室為主的設(shè)施農(nóng)業(yè)，是確保我省食物安全的重要戰(zhàn)略選擇。

2.2 是農(nóng)業(yè)增效農(nóng)民增收的支柱產(chǎn)業(yè)

日光溫室蔬菜生產(chǎn)是近20年來種植業(yè)中經(jīng)濟(jì)、社會和生態(tài)效益最大的產(chǎn)業(yè)，為提高城鄉(xiāng)居民的生活水平、保持社會穩(wěn)定做出了歷史性貢獻(xiàn)。一是解決了長期困擾我國北方地區(qū)冬春淡季蔬菜供應(yīng)問題。二是增加了農(nóng)民收入。三是低碳環(huán)保，節(jié)約了能源，避免了溫室加溫造成的環(huán)境污染。四是促進(jìn)了農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，帶動了相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，安置了大量農(nóng)村剩余勞動力。

2.3 是解決甘肅省“三農(nóng)”問題的重要途徑

解決“三農(nóng)”問題的核心是增加農(nóng)民收入，是21世紀(jì)前20年的重點和難點之一。增加農(nóng)民收入的關(guān)鍵是提高農(nóng)業(yè)勞動生產(chǎn)率，要實現(xiàn)這一目標(biāo)，除了要向農(nóng)業(yè)和農(nóng)村大量投入、提高農(nóng)民整體素質(zhì)外，大量轉(zhuǎn)移農(nóng)村勞動力是重要渠道，以勞動密集型為特征之一的高效節(jié)能日光溫室蔬菜生產(chǎn)，完全符合這種要求。據(jù)調(diào)查，每1 hm2日光溫室可解決15個農(nóng)村勞動力的就業(yè)，獲產(chǎn)值30.0萬～60.0萬元，是大田作物的20多倍，是露地蔬菜的10倍。加之蔬菜產(chǎn)業(yè)鏈條較長，圍繞蔬菜產(chǎn)、加、銷服務(wù)的勞動力就業(yè)空間十分龐大。因此，發(fā)展高效節(jié)能日光溫室蔬菜生產(chǎn)，可用較少的土地產(chǎn)出大量的農(nóng)產(chǎn)品，讓出大量土地給糧食生產(chǎn)，為實現(xiàn)糧食規(guī)模化生產(chǎn)提供了空間。

2.4 是彌補(bǔ)農(nóng)業(yè)資源短缺的有力措施

2.4.1 可彌補(bǔ)水資源短缺 我國人均水資源占有量2 150 m3，只有世界人均水平的1/4，是水資源相對貧乏的國家，而甘肅是我國最干旱的省份之一，“十年九旱”已屬常態(tài)。解決農(nóng)業(yè)水資源短缺的重要措施是發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)，而設(shè)施農(nóng)業(yè)可以實現(xiàn)環(huán)境的人工優(yōu)化控制，為工程節(jié)水、生物節(jié)水和農(nóng)藝節(jié)水提供基礎(chǔ)條件，從而實現(xiàn)水資源的高效利用。據(jù)測算，我國設(shè)施農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水空間應(yīng)在50%以上。同時，設(shè)施農(nóng)業(yè)還可以借助農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高效益為農(nóng)業(yè)節(jié)水提供投資可能，因此發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)是彌補(bǔ)我省水資源短缺的重要措施之一。

2.4.2 彌補(bǔ)耕地資源短缺 甘肅是耕地資源十分短缺的省份，隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化和國家大型基礎(chǔ)設(shè)施的快速推進(jìn)，耕地面積還在不斷減少。發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)，可以增加播種指數(shù)，大大提高單位面積產(chǎn)量。同時，隨著農(nóng)業(yè)科技的不斷進(jìn)步，荒山、荒坡及荒漠、戈壁等非耕地農(nóng)業(yè)利用在設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中取得了巨大成功，為解決我省地少人多和糧菜爭地矛盾探索出了一條新路子，為彌補(bǔ)耕地資源短缺，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收找到了一條新途徑。

2.4.3 彌補(bǔ)能源相對短缺 節(jié)能型日光溫室是目前我國設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主力，在我國北方反季節(jié)蔬菜的生產(chǎn)中起著重要的作用。如何最大限度地降低能耗、提高效率一直是溫室生產(chǎn)面臨的首要問題［2］。我省是一個能源相對短缺的省份，大型連棟溫室必須依賴于冬季加溫和夏季降溫才能維持正常生產(chǎn)，對能源的依賴性很大。以高效節(jié)能日光溫室為主的設(shè)施農(nóng)業(yè)，可以更好地利用我省豐富的太陽能進(jìn)行生產(chǎn)，完全符合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)低碳環(huán)保的要求，發(fā)展以高效節(jié)能日光溫室為主的設(shè)施農(nóng)業(yè)，可以彌補(bǔ)農(nóng)業(yè)能源投入不足的狀況。

3 傳統(tǒng)高效節(jié)能日光溫室存在的主要問題

3.1 建造成本越來越高

據(jù)測算，2014年我省每座標(biāo)準(zhǔn)型（50 m×8 m）高效節(jié)能日光溫室的建造成本在5.5萬～6.0萬元，是2004年2萬元的2.75～3.00倍。在增加的建造成本中，鋼材、棚膜等建筑材料成本并沒有太大的變化，而人工成本由20元/（人·天）增加到了80～100元/（人·天），是2004年的4倍以上。隨著外出務(wù)工人數(shù)和收入的不斷增加，從事繁重體力勞動的設(shè)施蔬菜生產(chǎn)者的整體素質(zhì)和產(chǎn)業(yè)人數(shù)在快速下降，勞動用工費用成了高效節(jié)能日光溫室建造、生產(chǎn)的最大成本構(gòu)成要素。

3.2 前后屋面建造費工費時，缺乏標(biāo)準(zhǔn)化

傳統(tǒng)日光溫室建造過程中，前屋面建造材料除去1根3 m鋼管外，其余均采用鐵絲和竹竿組成；后屋面采用鐵絲、塑料、麥草或玉米桿外加壤土和草泥組成，建造過程很難進(jìn)行規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化操作。每個溫室的前、后屋面建造需要120～150個工日才能完成，按目前的工日費計算大約需要人工費1.2萬～1.5萬元，而且勞動強(qiáng)度很大，很難雇到強(qiáng)壯的勞動力，導(dǎo)致日光溫室建造成本上升、質(zhì)量下降。

3.3 維護(hù)成本高

傳統(tǒng)日光溫室由于建造材料多采用竹竿、鐵絲等材料，使用2～3 a后，在高溫高濕環(huán)境影響和草簾、保溫被等外力作用下，易出現(xiàn)鐵絲銹蝕和竹竿斷裂，溫室后屋面也容易出現(xiàn)變形、塌陷、漏水等現(xiàn)象，造成溫室棚膜易破損、保溫性能下降、產(chǎn)量降低、抗災(zāi)能力差，甚至出現(xiàn)絕收，給生產(chǎn)者每年帶來了很大的溫室維修成本，出現(xiàn)了增產(chǎn)不增收的局面，影響了日光溫室的健康發(fā)展。

4 建議

為了解決日光溫室建造中標(biāo)準(zhǔn)化程度低、費工費時、勞動強(qiáng)度大、維修成本高、抗災(zāi)能力差等現(xiàn)實問題，2012年11月，甘肅省農(nóng)牧廳組織全省日光溫室蔬菜生產(chǎn)重點縣區(qū)的技術(shù)人員赴遼寧省遼陽市考察了稻草磚墻體全鋼骨架日光溫室的建造及生產(chǎn)情況，同年引進(jìn)了2座稻草磚墻體全鋼骨架日光溫室，分別在靖遠(yuǎn)縣和天祝縣進(jìn)行了生產(chǎn)試驗，2013年又在古浪縣、臨澤縣、永登縣、合水縣等地進(jìn)行了生產(chǎn)試驗，結(jié)果表明，采用稻草磚作墻體材料建成的日光溫室不適合茄果類等喜溫蔬菜在我省越冬茬栽培。為此，我們于2014年對該溫室進(jìn)行了大膽改進(jìn)，將傳統(tǒng)的素土夯實墻體與全鋼裝配式骨架結(jié)合，研發(fā)出了甘肅省土墻無立柱全鋼架裝配式日光溫室建造技術(shù)，有效解決了溫室“輕簡化”建造與提高蓄熱保溫性能之間的矛盾，為高效節(jié)能日光溫室的“輕簡化”建造找到了新方法和新途徑，開創(chuàng)了甘肅省高效節(jié)能日光溫室產(chǎn)業(yè)新局面。

4.1 采用“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、工廠化生產(chǎn)、裝配式安裝”的溫室骨架材料

目前日光溫室普遍采用桁架結(jié)構(gòu)，但很少有基于日光溫室的采光條件和室內(nèi)作物生長模型對日光溫室的桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化［3］。標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、工廠化加工的溫室骨架材料，前后屋面骨架均采用Q235B熱浸鍍鋅鋼板高頻焊接一次成型，安裝不易變形，采光屋面設(shè)計合理。焊管截面為橢圓形，長軸80 mm，短軸40 mm，壁厚≥2.00 mm，材料符合GB/T 3094要求?？v向拉桿選用Q235B型DN20鍍鋅鋼管（外徑26.9 mm，壁厚≥2.75 mm）橫拉桿東西向拉接骨架。鍍鋅鋼管應(yīng)符合GB/T 13793要求。前屋面共有6道縱向拉桿，后屋面共有3道縱向拉桿。拉桿長度=溫室凈長+2.0 m。該材料的特點是一次成型，標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，采用了一種新型組裝式卡槽型骨架，其特點是骨架構(gòu)件采用現(xiàn)場組裝形式，構(gòu)件連接處無焊點，防腐性能好［4］，強(qiáng)度大，使用壽命長，抗災(zāi)能力強(qiáng)，適合耕地或非耕地高效節(jié)能日光溫室的規(guī)?；?、標(biāo)準(zhǔn)化建造。

4.2 推廣土墻無立柱全鋼架裝配式日光溫室建造技術(shù)

該技術(shù)的核心是溫室的后墻和東、西山墻為素土夯筑墻體，采光屋面為拱圓型、全鋼熱鍍鋅骨架；前采光屋面由兩段圓弧構(gòu)成，材質(zhì)為扁圓型熱浸鍍鋅高頻焊管。通過“梯形連接靴”將每根拱架鋼管縱向與前、后屋腳地桿裝配連接，通過前、后屋面橫向拉桿將整個屋面裝配牽拉固定成為一個整體。后屋面覆蓋材料采用標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的竹膠板、雙層稻草磚和單面彩鋼苯板共四層組成，安裝簡便。主要用于瓜類及蔬菜作物的深冬生產(chǎn)，也可用于花卉和果樹作物反季節(jié)生產(chǎn)以及集約化育苗。設(shè)計型號為甘肅A型（圖1）和甘肅B型（圖2），其跨度分別為8.50 m、10.00 m。A型溫室前屋面骨架總長8.861 m，后屋面骨架總長2.573 m；B型溫室前屋面骨架總長10.589 m，后屋面骨架總長2.601 m。骨架間距0.9 m。前后屋面骨架用插接件連接成為一個整體。該溫室的特點是跨度大，無立柱，空間大，增加了地面的蓄熱能力，熱容量大，溫室內(nèi)氣溫差值較小，夜間溫室內(nèi)土壤及墻體為熱源，單位面積土壤向室內(nèi)放熱是墻體的近3倍［5］，較普通二代日光溫室提高溫度2℃以上，提高了溫室的生產(chǎn)性能。前、后屋面為一個整體，骨架采用裝配式安裝，用工少，6個人4 d可完成1座溫室的全部骨架及后屋面安裝，節(jié)省勞動用工成本80%，實現(xiàn)了高效節(jié)能日光溫室的輕簡化建造。同時還設(shè)計安裝了日光溫室輕簡化物料運(yùn)輸裝置［6］，大大減輕產(chǎn)品及農(nóng)資出入溫室的勞動力投入。該新型溫室的建造技術(shù)正在申報甘肅省地方標(biāo)準(zhǔn)，目前已經(jīng)在我省日光溫室蔬菜主產(chǎn)區(qū)靖遠(yuǎn)縣、涼州區(qū)、永靖縣等6個縣（區(qū)）示范推廣，面積達(dá)66.7 hm2以上，性能優(yōu)越，增產(chǎn)效果明顯。

圖1 甘肅省土墻無立柱全鋼架裝配式A型日光溫室建造標(biāo)準(zhǔn)示意

圖2 甘肅省土墻無立柱全鋼架裝配式B型日光溫室建造標(biāo)準(zhǔn)示意

5 結(jié)束語

設(shè)施內(nèi)生產(chǎn)管理的機(jī)械化是工廠化農(nóng)業(yè)的主要方面，能提高作業(yè)精度、作業(yè)效率、作業(yè)者的安全性和舒適型［7］。采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、工廠化加工的溫室骨架材料建成的高效節(jié)能日光溫室，結(jié)構(gòu)堅固無立柱，跨度和空間大，溫室外可以安裝機(jī)械卷簾設(shè)備，溫室內(nèi)可以安裝溫度、濕度、水肥一體等自動化控制系統(tǒng)，更有利于旋耕機(jī)、起壟覆膜機(jī)、機(jī)動噴霧器、自動化物料運(yùn)輸車、蜜蜂授粉等減輕勞動強(qiáng)度的“輕簡化”生產(chǎn)技術(shù)的集成應(yīng)用，通過推廣高效節(jié)能日光溫室“輕簡化”建造技術(shù)實現(xiàn)生產(chǎn)過程的“輕簡化”從而大大提高勞動生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，增加農(nóng)民收入。

［1］ 錢新宇.甘肅設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及推廣太陽能雙效溫室的建議［J］. 甘肅農(nóng)業(yè)科技，2013（6）：42-44.

［2］ 郭正昊.北方地區(qū)日光溫室生態(tài)動力學(xué)研究［D］.吉林：吉林大學(xué)，2012.

［3］ 劉 建，周長吉，日光溫室結(jié)構(gòu)優(yōu)化的研究進(jìn)展與發(fā)展方向［J］.內(nèi)蒙古大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2007，28（3）：264-268.

［4］ 張秋生，閆俊月.“西北非耕地溫室結(jié)構(gòu)與建造技術(shù)”項目成果匯報（3）—新型組裝式卡槽型日光溫室骨架［J］. 農(nóng)業(yè)工程技術(shù)（溫室園藝），2014（4）：58-60.

［5］ 佟國紅，李天來，王鐵良，等.大跨度日光溫室室內(nèi)微氣候環(huán)境測試分析［G］//陳煥春.2004年中國設(shè)施園藝學(xué)會學(xué)術(shù)年會文集.武漢：《華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報》編輯部.2004：71-77.

［6］ 潘守江，尹義蕾，丁小明.“西北非耕地溫室結(jié)構(gòu)與建造技術(shù)”項目成果匯報（5）—日光溫室輕簡化物料運(yùn)輸裝置［J］. 農(nóng)業(yè)工程技術(shù)（溫室園藝），2014（5）：38-42.

［7］ 劉 云，梁玉芹，劉 文，等.設(shè)施蔬菜簡化栽培的技術(shù)方法探討［J］.華北農(nóng)學(xué)報，2008，23（增刊）：345-348.