蔬菜大棚結(jié)構優(yōu)化設計應把握的問題

馬 平

（西安翻譯學院 西安 710000）

隨著人民生活水平的提高，對反季節(jié)蔬菜的需求越來越大，利用大棚種植蔬菜，提高農(nóng)民收入和人們生活水平具有重要意義。但是，我國大棚建造的整體技術水平還是比較低，主要表現(xiàn)在抗大風雪的能力差、穩(wěn)定性不夠、光照利用不好、通風性差、保暖效果不好等問題，造成蔬菜的減產(chǎn)，增加生產(chǎn)成本。從當前現(xiàn)狀看，對大棚的結(jié)構優(yōu)化研究相對不足，農(nóng)民還處在憑經(jīng)驗建設大棚的階段。因此，采取科學方法對大棚的結(jié)構和管理方法進行優(yōu)化和改進，對于提高蔬菜產(chǎn)量和質(zhì)量，具有十分重要的意義。本文通過分析影響大棚蔬菜生產(chǎn)的相關因素，提高蔬菜大棚結(jié)構的科學性，從而提高蔬菜大棚產(chǎn)量，增加農(nóng)民收入。

1 現(xiàn)有蔬菜大棚結(jié)構對蔬菜種植的影響及危害

我國幅員遼闊，適宜種植大棚蔬菜的地區(qū)很多。因大棚結(jié)構設計的不合理，受自然條件的影響，大棚的病蟲害也呈現(xiàn)出多樣化，影響到蔬菜的產(chǎn)量[1]。存在的主要問題及危害主要表現(xiàn)在:

1.1 空氣流通不暢

大棚結(jié)構的設計，比如進風口和出風口的大小、位置等，都會影響到大棚內(nèi)部的空氣流動。因為大棚基本上是封閉的，種植過程中，需要人工控制蔬菜生長條件，大棚的管理也顯得相當重要。如果通風不及時，蔬菜的根葉腐爛、施肥不當?shù)仍蚨伎赡墚a(chǎn)生有害氣體，如二氧化碳、氨氣、亞硝酸等，會在很長一段時間里滯留大棚內(nèi)，使棚內(nèi)有害氣體濃度超標，對蔬菜產(chǎn)生危害。比如，氨氣從葉片氣孔進入，破壞葉綠體，輕則使蔬菜葉片形成大塊的枯斑，影響正常的光合作用，重則蔬菜全株葉片很快全部干枯。

1.2 結(jié)構不夠穩(wěn)固

當前，在農(nóng)村大部分是農(nóng)用塑料大棚，造價低，結(jié)構穩(wěn)定性差，在遭遇到大風、大雪、大雨的情況下，出現(xiàn)塑料大棚倒塌，從而給種植者造成巨大的損失。比如2012年，臺風“蘇拉”襲擊沿海，很多大棚被大風吹到。2014年，華北東北地區(qū)的大雪，造成很多大棚倒塌，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成巨大的破壞。

1.3 光照利用不好

光照是影響大棚蔬菜生長的一個很重要的因素，直接影響蔬菜的產(chǎn)量和品質(zhì)，特別是茄果類、葉類。番茄花粉在弱光條件下會出現(xiàn)機能減退、不育；茄子出現(xiàn)短花序型，影響授粉；絲瓜、黃瓜等植株會出現(xiàn)營養(yǎng)失調(diào)，引起落花落果等。但是當前在大棚的設計和管理上還存在很多問題。有的大棚方位選擇有問題，由于地塊大小和方位的限制，有的種植者往往憑經(jīng)驗，根據(jù)田邊的道路走向，或者是土地的走向，選擇大棚南北走向。這樣可能造成大棚受光時間短，特別是在冬季，不能滿足4 h以上的光照時間，直接造成蔬菜產(chǎn)量與品質(zhì)的下降。有的大棚的前后屋面角度偏小、脊高偏矮、棚面坡度過于平緩，這樣也會影響棚內(nèi)的光照。還有的為了節(jié)省土地，盲目增加大棚數(shù)量，造成兩棚間距離縮小，結(jié)果使得大棚之間透光性差。

1.4 保溫效果不佳

大棚主要是種植反季節(jié)蔬菜，特別是在冬天種植。比如，辣椒生長適溫白天是26～30℃，夜間是18～22℃，超過這個范圍則不能正常生長。但是當前很多蔬菜大棚設計管理時，沒有充分考慮到保暖的問題。有的種植者為了節(jié)省土地，大棚的南北跨度建得越來越寬，有的從6～7 m增加到10～12 m，甚至有的大棚超過15 m，必然會導致脊高加高。這樣不僅不方便蓋揭草簾及夜間保溫，還會遮擋陽光，降低產(chǎn)量與品質(zhì)。

2 大棚結(jié)構優(yōu)化設計應把握的問題

雖然不同的地方大棚的結(jié)構優(yōu)化管理有所區(qū)別，種植技術也會有所區(qū)別，因為條件限制，不能很精確的到每一個地方，但是大棚蔬菜種植基本上遵循相同的原則。本文針對的是蔬菜大棚在結(jié)構優(yōu)化中應重點注意的普遍性問題[2]。

2.1 從經(jīng)濟及穩(wěn)定性角度對大棚結(jié)構進行優(yōu)化

建造大棚需要考慮的因素很多，要根據(jù)實際需要，本著經(jīng)濟實用的原則，以合理的建造成本，最大限度提高大棚的穩(wěn)定性和種植面積。大棚中的屋架和屋蓋是受力的主要地方，屋蓋承受是縱向作用的載荷，主要承擔是外界的作用，屋面梁與立柱承受了大部分的力量。對老式大棚結(jié)構優(yōu)化的方法很多[3-4]，具體見表1。

表1 結(jié)構優(yōu)化方法及優(yōu)化效果

2.2 從通風性角度對大棚結(jié)構管理進行優(yōu)化

大棚的換氣不僅與管理有關系，還與大棚的結(jié)構有關系。常見的塑料大棚兩側(cè)通風窗較窄，棚內(nèi)通風不良，同時也導致溫度和濕度超過正常值。棚內(nèi)溫度較高，導致蔬菜生長受阻，病蟲害發(fā)生嚴重，如果這個時候采用加大農(nóng)藥使用量的方法去控制病蟲害，就會影響蔬菜的品質(zhì)。

因此，我們在建造大棚時就要考慮通風性[5]。通過對拱型、屋脊型和斜頂型3種大棚內(nèi)部的氣流場進行分析，得出的結(jié)論是3種大棚在進氣口附近地區(qū)都有回流，在遠離進口區(qū)域趨于均勻。不同的大棚，回流區(qū)的范圍和流速存在明顯不同。測試結(jié)果顯示,斜頂型大棚換氣需要的時問最短，拱型大棚較斜頂型大棚相比時間較長一些，屋脊型大棚換氣時問最長。這就說明，對于種植空氣質(zhì)量要求較高的蔬菜時，盡量采用斜頂型大棚。

如果已經(jīng)采用拱型大棚、屋脊型大棚的，可以采用增加進風口和出風口、延長換氣時間等方法來保持大棚內(nèi)部空氣。比如，對于一個8 m跨度、長60 m、肩高1.8 m的鋼架大棚，兩側(cè)通風窗寬1.35 m的大棚進行改良方法是：南北兩端增開一個高1.5 m、寬5 m的通風窗，并且在大門及通風窗均覆蓋20目防蟲網(wǎng)，并且在兩側(cè)通風窗均覆蓋20目防蟲網(wǎng)。這種改良型通風防蟲大棚通風良好，隔離害蟲效果較好，空氣流通好，可以有效減少農(nóng)藥的使用量，同時在高溫季節(jié)里可以有效調(diào)節(jié)大棚內(nèi)溫度和濕度，改善蔬菜生長的環(huán)境。并且造價也比較低，每個大棚改造成本不超過200元，具有較好的應用前景。

2.3 從光照角度對大棚結(jié)構管理進行優(yōu)化

光照對蔬菜生長的影響主要是花芽分化、開花、結(jié)果。蔬菜分長光照蔬菜類、中光照蔬菜類和短光照蔬菜類[6]。長光照蔬菜類如胡蘿卜、大蔥等，要求每天日照在12～14 h；中光照蔬菜類如菜豆、黃瓜、西紅柿、辣椒等，對日照要求不嚴；短光照蔬菜類如刀豆、豇豆、扁豆、莧菜等，要求日照在12 h以下。大棚內(nèi)光照不足，會影響植物的光合作用，直接影響蔬菜的產(chǎn)量和品質(zhì)。可以采取一些措施來改善大棚內(nèi)的光照條件。研究發(fā)現(xiàn)，大棚的不同部位光照不同，一般情況下，光照分布一般是兩側(cè)光照強度高、中部低，上部光照強，下部光照弱。脊高和跨度的大小影響采光角的大小和采光面形狀，從而直接影響采光性能。采光屋面角決定著光線透射比率，采光屋面角過小，下雨時會引起“水兜”，造成其他危害。脊高一定，跨度過大，采光屋面角隨之降低，大棚難于獲得最佳采光效果，大棚有效利用面積減少。一般情況下，跨度一般取6～8 m，且隨著地理緯度增加，跨度應相應減小。當前，如果某個地區(qū)光照條件好、采光時間長，就可以適當加大跨度，從而增加土地利用率。當跨度一定的時候，可以適當增加脊高，這樣采光屋面角便會隨之加大，光照就會增加。但是也不能太高，過高會造成大棚空間增大，不利于保溫，對大棚主體結(jié)構的強度要求就比較高，一方面會增加施工難度，還會增大建造成本。通常情況下，大棚脊高取值范圍一般為2.6～3.8 m。對采光面形狀的優(yōu)化對于提高采光率也很重要。在選擇采光面時不僅要增加采光率，還要考慮增大室內(nèi)有效種植面積，以及考慮大棚骨架的承載能力、散熱面積等因素，不能單純只考慮某一個單項指標，必須綜合考慮平衡各個因素。通過研究發(fā)現(xiàn)，拋物線型效果最好，而曲線型要優(yōu)于直線型的。當然，也不能單純以采光量作為優(yōu)化指標，還要考慮土地使用效率、操作是否方便等因素。比如圓弧面采光就比較好，但是因為圓弧面不僅前部低矮區(qū)域過大，而且還存在土地使用效率低、在大棚內(nèi)操作困難等問題，因此不能被廣泛接受。當然在具體建造時，我們要根據(jù)當?shù)鼐唧w的地形進行優(yōu)化。當太陽高度比較低時，大棚屋面坡度可以大些；反之，當太陽高度比較高時，大棚坡度可以適當減少。

經(jīng)過以上因素分析，在具體建造過程中可以從以下7個方面對結(jié)構和管理進行優(yōu)化[7]。

2.3.1 改進大棚結(jié)構 在建材選擇上，最好使用鍍鋅管大棚，外形采用琴弦式，碰面采用8號鍍鋅鐵絲固定，這樣可以有效節(jié)省建材，而且遮擋陽光比較少。大棚方位和棚面角度，可以根據(jù)大棚種植的作物對光照條件的要求進行調(diào)節(jié)。比如，主要種植春秋兩季的大棚，棚面角選擇15℃左右比較好，棚面可以平緩一些，這樣使得透射進來的光線分布比較均勻。如果是主要種植冬季蔬菜的大棚，大棚的棚面角度適當大些，一般在25℃左右，棚面拱起來，便于采光。

2.3.2 根據(jù)作物選用合適的塑料膜 消霧無滴棚膜性能比較優(yōu)越，這種膜不僅透光率強、保溫性好、還有一定抗老化作用，而且雨水從薄膜面流到地上不會產(chǎn)生水滴，這樣就可以有效避免滴水，棚內(nèi)濕度就可以保持在一定值。據(jù)試驗結(jié)果，采用消霧無滴棚膜光照強度增加了20%～25%，溫度提高了2～3℃。在此基礎上，因為不同蔬菜吸光的特性有所不同，可以針對所種植的蔬菜，選用不同顏色的地膜，從而達到增產(chǎn)增收的目的。

2.3.3 可以使用壓膜線壓膜 為了防止棚膜被風刮起，我們可以在蓋上棚膜后，把棚膜的四周固定，在棚膜的上面壓上膜線，這樣就可以將棚膜壓緊，壓膜線的間距一般為每0.75～1 m，膜前固定在錨上，一端固定在鐵絲上，這樣可以增加透光率，延長棚膜的使用壽命。

2.3.4 經(jīng)常清理，保持棚膜清潔 如果棚膜上面附著一層水滴，透光率會下降30%～50%。如果棚膜上落灰后不打掃，透光率也會大大降低。實驗發(fā)現(xiàn)一個新棚膜在使用了2、10、15 d以后，棚膜上落灰越來越厚，棚內(nèi)光照分別減少14%、25%和28%?；谝陨戏治?，要堅持經(jīng)常打掃棚面薄膜。最好的方式是每天把草簾揭開以后，用軟布條或者軟刷子，自上而下地把大棚薄膜上的灰塵和落葉等雜物清理干凈，這樣就可以有效增加光照。

2.3.5 合理搭配種植 光照不僅與大棚結(jié)構有關系，還與棚內(nèi)植株的密度、株距等因素有關系。在種植蔬菜時，可以按照“北高南低”的原則，種植不同品種、不同高度的蔬菜，株、行距選擇適當，植株生長整齊，這樣合理搭配，盡量減少株間遮光。

2.3.6 采取人工補光的方法可以提高采光率 如果采取多種方法仍不能滿足采光要求，只能采用人工方法補光。補光強度一般為以1～3 klx斯。一般種植者測光非常困難，可以根據(jù)選擇燈的功率大小來確定懸掛的高度。一般40 W的日光燈，離苗45 cm高，光強為3.0～3.5 klx；100 W的高壓汞燈，離苗80 cm處，光強為0.8～1 klx。光源的選擇也有依據(jù)。研究發(fā)現(xiàn)，植物對紅光和藍紫光吸收能力比其它顏色的光要強。因此，可以選擇日光燈、碘鎢燈、高壓汞燈。補光時間一般每天2～3 h，當棚外光強到達一定值后就可以停止，遇到陰雨天和下雪天可以全天補光。

2.3.7 懸掛反光幕 反光幕是補光的一種很好的辦法，投資少，效果好。一般反光膜為1 m寬，把兩塊用透明膠帶粘連成2 m寬的膜幕，在大棚的中柱南側(cè)或墻的最高處拉一根細鐵絲，膜幕的上端可以用膠帶粘在鐵絲上，下端粘在竹竿或細繩上懸掛，這就是反光幕。實驗發(fā)現(xiàn)，使用反光幕可以增加光照25%左右，棚內(nèi)溫度提高3～4℃。另外，在地面鋪設銀灰膜或鋁箔，也可以有效增加植株間光照強度，有利于果實的生長，有效提高果實的品質(zhì)。

2.3.8 使用遮陽網(wǎng) 遮陽網(wǎng)的選用應根據(jù)蔬菜種類:夏秋綠葉菜類一般選用黑色，秋冬蔬菜類一般選用銀灰色。茄果類留種或延后栽培，最好網(wǎng)膜并用。遮陽網(wǎng)一般在夏秋烈日 10：00—11：00蓋，16：00—17：00揭網(wǎng)，這樣才會達到近飽和的光照強度。

2.4 從保溫角度對大棚結(jié)構管理進行優(yōu)化

蔬菜生長與溫度關系很大。西紅柿生長適宜溫度是17～27℃，芹菜生長適宜溫度是15～22℃。草苫是當前溫室大棚中常用的保溫手段，可根據(jù)天氣狀況，合理確定揭和蓋苫的時間。揭蓋草苫的一般原則：在日出1 h左右以后揭苫，如果揭苫后棚膜上出現(xiàn)有白霜，這就表明時間有些早，可適當向后推遲。蓋苫的時間一般在太陽落山前30 min，一般不能太晚，特別是不能憑經(jīng)驗在太陽落山以后再蓋苫，不然大棚內(nèi)的溫度就會下降，影響蔬菜的生長。在陰天的時候也應該適當?shù)慕议_草苫，因為陰天的散射光也有增光增溫作用。另外需要注意的是，如果連續(xù)2～3 d草苫都沒有打開，一旦出現(xiàn)晴天，光照很足時，不能馬上把草苫全部揭開，要先隔1個揭1個，然后逐漸把草苫全部揭開。在下雪天的時候，一般不再揭開草苫，天氣轉(zhuǎn)晴，太陽出來以后，要立即把雪清除掉，然后揭開草苫。在保溫上還有一種方法是采用雙膜免蓋草苫。就是在建造棚室時，棚膜之間間隔一定的距離，再蓋一層膜，這樣就形成了雙膜。因為有雙膜的保護，保溫效果更好，在夜間也可以不蓋草苫，白天也有充足的光照，還能有效減少購買草苫、拉繩、卷簾機的費用。還有一種方法是利用地溫,在大棚周邊挖防寒溝，這樣就可以有效地防止或減少土壤中的熱量向周邊傳導，從而提高大棚內(nèi)的溫度。

在利用大棚種植蔬菜過程中，我們還可以根據(jù)不同的品種選擇不同的溫度，在蔬菜生長的不同時節(jié)選擇不同的溫度。以黃瓜為例，黃瓜早期產(chǎn)量與前期的最低溫度關系很大，與光照的關系不大，所以前期的最低溫度是決定因素，光照的強弱只是次要因素[8]。在中期，黃瓜產(chǎn)量與最低溫度和日均溫度關系都很大，因此種植早熟黃瓜，要盡量提高中間的最低溫度，當最低溫度在14℃以下時，應使用草苫子等防寒物。在中期，在不發(fā)生高溫傷苗的前提下，盡力提高棚中溫度，提高植株的光合能力，以達到增產(chǎn)增收的目的。在中期時，棚內(nèi)通風也很關鍵，一般在棚內(nèi)溫度達到30℃時再放風。

3 結(jié)論

大棚蔬菜種植在農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的作用越來越高，對于提高農(nóng)民收入意義非常重要。目前我國農(nóng)業(yè)技術水平還處于粗放型發(fā)展階段，整體水平還不夠高。蔬菜大棚結(jié)構設計和管理還存在空氣流通不暢、結(jié)構不夠穩(wěn)固、光照利用不好、保溫效果不佳等問題，對于提高大棚蔬菜的產(chǎn)量和品質(zhì)還有很大差距[1]。本文從提高大棚結(jié)構的穩(wěn)定性、采光率、保暖性3個方面，對優(yōu)化大棚結(jié)構設計管理提出了優(yōu)化方案，對于提高大棚設計管理的科學性具有一定的指導意義。