蔣衛(wèi)杰博士：聚焦生產(chǎn)一線（五十一）無(wú)后墻新型高效節(jié)能溫室的結(jié)構(gòu)與生產(chǎn)實(shí)踐

李春峰程玉琳于洪軍李忠強(qiáng)胡玉珍宋慶成王秀芝烏朝魯門張稱心余宏軍蔣衛(wèi)杰*

（1中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所，北京 100081；2寧城縣經(jīng)濟(jì)作物工作站，內(nèi)蒙古寧城 024200；3內(nèi)蒙古自治區(qū)經(jīng)濟(jì)作物工作站，內(nèi)蒙古呼和浩特 010010；4赤峰市農(nóng)牧科學(xué)院，內(nèi)蒙古赤峰 024000；5寧城縣大城子鎮(zhèn)農(nóng)牧業(yè)服務(wù)中心，內(nèi)蒙古寧城 024226）

內(nèi)蒙古赤峰寧城縣開發(fā)了一種無(wú)后墻新型高效節(jié)能溫室，新型溫室去掉了1個(gè)土質(zhì)后墻和2個(gè)山墻，在溫室內(nèi)建土質(zhì)蓄熱墻體起到蓄熱和放熱作用，溫室南區(qū)溫度與普通溫室相近。與普通日光溫室相比，同等占地面積，溫室種植面積增加了33%，提高了種植效益。

寧城縣地處蒙冀遼三省交界，北緯41°17′～41°53′之間，內(nèi)蒙古高原向松遼平原過(guò)渡地帶，屬溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候。年日照時(shí)數(shù)2 800～2 900 h（小時(shí)），年平均氣溫6.6～8.2 ℃，是我國(guó)北方日光溫室蔬菜最適宜種植區(qū)之一。目前，全縣日光溫室綜合占地面積1.87萬(wàn)hm2（28.05萬(wàn)畝）。普通土質(zhì)墻日光溫室利用1個(gè)土質(zhì)后墻和2個(gè)山墻來(lái)儲(chǔ)熱放熱，加上棉被或草簾覆蓋保溫，冬季不加溫就能夠確保棚內(nèi)瓜類、茄果類蔬菜安全越冬，進(jìn)而取得較高的蔬菜產(chǎn)量和種植效益。這種類型日光溫室的主要優(yōu)點(diǎn)是就地取材，建棚成本和生產(chǎn)成本較低，種植效益較高，普遍受到從業(yè)者的歡迎，并得到大面積推廣應(yīng)用。但由于土質(zhì)厚墻體（1個(gè)后墻和2個(gè)山墻）的寬度一般均在5 m左右，占地面積較大，土地利用率相對(duì)較低（正常情況下種植面積、土墻面積、采光區(qū)面積各占綜合占地面積的33%）。同時(shí)，在挖建墻體時(shí)破壞了土壤耕作層，回填的土為生土，導(dǎo)致棚內(nèi)耕作層的地力下降，種植時(shí)需補(bǔ)充足量的有機(jī)肥和其他營(yíng)養(yǎng)元素（N、P、K及其他中微量元素），增加了種植成本。為此，筆者于2016年和2017年分別在大城子萬(wàn)畝番茄園區(qū)的瓦中區(qū)和南臺(tái)子區(qū)開展了無(wú)后墻新型高效節(jié)能溫室建造模式的探索與生產(chǎn)實(shí)踐，該類型日光溫室2017年獲得國(guó)家實(shí)用新型專利證書，專利號(hào)ZL201621383121.X。新型日光溫室與普通日光溫室按種植面積計(jì)算，造價(jià)相當(dāng)，但種植面積擴(kuò)大了33%，提高了土地利用率，保護(hù)了土壤耕作層。同時(shí)，縮短了建棚時(shí)間，建棚只需30 d（天），當(dāng)年就比建普通溫室多種植一茬蔬菜。

1 新型高效節(jié)能溫室的結(jié)構(gòu)與建造

1.1 立地條件 選擇地勢(shì)平坦，土質(zhì)肥沃（壤土或沙壤土），周邊無(wú)遮擋物（樹、樓房、山體等），供排水條件便利的地塊。

1.2 方位 與普通土質(zhì)墻日光溫室相同，為了盡可能增加光照時(shí)間和光照強(qiáng)度，無(wú)后墻新型高效節(jié)能溫室方位正南偏西5～10°。

1.3 建造模式 無(wú)后墻新型高效節(jié)能溫室的建造去掉了傳統(tǒng)的土質(zhì)后墻和山墻，形成了南北2個(gè)棚面和2個(gè)種植區(qū)。2個(gè)山墻用磚砌三七墻，紅土泥灌縫抹平墻面。越冬生產(chǎn)時(shí)，南北2個(gè)棚面均用PO膜加1層草簾和1層棉被保溫覆蓋，北棚面白天不揭簾，種植區(qū)種植耐陰作物，如芫荽（香菜）等。越夏生產(chǎn)時(shí)，南北兩區(qū)同時(shí)定植，同期生產(chǎn)。為了保證越冬生產(chǎn)作物對(duì)溫度的需求，在南區(qū)作業(yè)壟北側(cè)2個(gè)脊柱間建土質(zhì)墻垛（就地取土摻10%糜黍秸和泥垛成），用于白天蓄熱、晚上放熱。在極端天氣下，為了防止南區(qū)作物受低溫冷害，在2個(gè)種植區(qū)靠北區(qū)側(cè)用反光幕或棚膜遮擋，盡量減少南區(qū)熱量的散失。具體建造模式和參數(shù)見圖1。

圖1 無(wú)后墻新型高效節(jié)能溫室截面圖

1.3.1 拱架 拱架為上下弦結(jié)構(gòu)，上弦為φ（直徑）20 mm厚壁鋼管，下弦為φ12 mm螺紋鋼筋，上下弦斜拉筋為φ10 mm螺紋鋼筋。拱架間距90 cm，拱架間用φ12 mm螺紋鋼筋相連，南區(qū)拱架拉筋共7道，北區(qū)拱架拉筋6道。

1.3.2 立柱、橫梁 南北兩區(qū)立柱均為φ60 mm厚壁鋼管，南區(qū)立柱高4.5 m，脊高5.0 m，北區(qū)立柱高4.4 m，脊高4.9 m。橫梁為φ89 mm厚壁鋼管。

1.3.3 覆蓋材料 棚膜選用無(wú)滴PO膜。南北兩個(gè)棚面均用1層草簾加1層棉被覆蓋，每平方米草簾3 kg、棉被1.82 kg，長(zhǎng)度和寬度根據(jù)棚體實(shí)際確定。

1.3.4 卷簾機(jī) 采用上拉式卷簾機(jī)，卷簾機(jī)立柱及卷軸為φ40 mm厚壁鋼管，立柱間距2.7 m，180 m長(zhǎng)棚卷簾機(jī)為3.0 kW 。南北2個(gè)棚面均需要保溫覆蓋，因此，南北2個(gè)棚面各安裝一部卷簾機(jī)。單個(gè)棚面根據(jù)溫室長(zhǎng)度確定卷簾機(jī)的安裝數(shù)量，正常情況下，120 m長(zhǎng)棚安裝1個(gè)2.2 kW的卷簾機(jī)。

1.3.5 跨度 溫室跨度15 m，其中南區(qū)8 m，北區(qū)5 m，中間過(guò)道2 m。

1.3.6 蓄熱土墻 在南區(qū)立柱下建高、寬、長(zhǎng)分別為110、40、60 cm的土質(zhì)墻垛，每個(gè)墻垛的間距與南區(qū)立柱間距同步。為了盡量使北區(qū)不被墻垛遮光，土質(zhì)墻垛南高北低（圖1中7所示）。

1.3.7 其他附屬設(shè)施 在人行道鋪設(shè)角鋼軌道（圖1中6所示），用于運(yùn)輸蔬菜產(chǎn)品及其他生產(chǎn)用物料；南區(qū)棚面放風(fēng)口用手智一體模擬通風(fēng)器（圖1中8所示）進(jìn)行放風(fēng)、關(guān)風(fēng)管理；施肥、澆水用水肥一體機(jī)完成。

1.3.8 建造成本 根據(jù)2016、2017年兩年無(wú)后墻新型高效節(jié)能溫室的建造，跨度15 m，每延長(zhǎng)米平均造價(jià)1 600元左右。普通鋼架結(jié)構(gòu)日光溫室跨度8.5 m，每延長(zhǎng)米造價(jià)1 100元左右。

2 種植茬口安排

寧城縣日光溫室番茄大多為雙茬種植，即秋冬茬和越夏茬。無(wú)后墻新型高效節(jié)能溫室兩年生產(chǎn)實(shí)踐的主栽作物均為硬果粉番茄，采用工廠化穴盤集約育苗方式。栽培方式同普通日光溫室番茄，采取大壟高臺(tái)地膜覆蓋水肥一體化栽培模式。

瓦中區(qū)：2016年4月開工建造1棟長(zhǎng)度為100 m的新型節(jié)能溫室，越夏茬番茄5月3日南北區(qū)同時(shí)定植，7月下旬始收，采收期40 d（天）左右；越冬茬番茄南區(qū)定植時(shí)間為9月15日，2017年2月中旬至4月上旬采收上市，采收期60 d（天）左右。北區(qū)于2016年9月26日播種芫荽（香菜）和小白菜（油菜），12月初生產(chǎn)結(jié)束，生產(chǎn)期70 d（天）左右。2017年南北區(qū)越夏茬、南區(qū)越冬茬生產(chǎn)種植情況與2016年相同，北區(qū)越冬茬休耕。

南臺(tái)子區(qū)：2017年5月建造2棟長(zhǎng)度分別為170 、185 m的無(wú)后墻新型高效節(jié)能溫室，秋冬茬番茄定植時(shí)間9月6日（南北區(qū)同時(shí)定植），11月下旬至翌年1月中旬采收上市，采收期45 d（天）左右。

3 溫室溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果

為監(jiān)測(cè)無(wú)后墻新型高效節(jié)能溫室（南區(qū)）和普通日光溫室在相同外界環(huán)境條件下溫室內(nèi)溫度的變化情況，筆者選擇兩年的12月15日至翌年1月15日每天進(jìn)行溫室溫度監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果如下：瓦中區(qū)2016～2017年生長(zhǎng)季，外界環(huán)境日最低溫度為2017年1月15日，溫度為-20.2 ℃，無(wú)后墻新型高效節(jié)能溫室南區(qū)、普通日光溫室內(nèi)最低溫度分別為8.6、9.1 ℃，2種類型溫室相差0.5 ℃，溫度相近（表1）。南臺(tái)子區(qū)2017～2018年生長(zhǎng)季，外界環(huán)境日最低溫度為2017年12月15日，溫度為-22.3℃，無(wú)后墻新型高效節(jié)能溫室南區(qū)、普通日光溫室內(nèi)最低溫度分別為10.2、10.7 ℃，2種類型溫室相差0.5 ℃，溫度相近（表2）。2018年1月2日每隔2 h（小時(shí)）監(jiān)測(cè)外界溫度和南臺(tái)子區(qū)的無(wú)后墻新型高效節(jié)能溫室南區(qū)溫度變化（表3），外界最低溫在8：00為-21.4 ℃，新型高效節(jié)能溫室南區(qū)溫度為9.9℃，說(shuō)明在外界環(huán)境溫度低于零下20 ℃時(shí)，新型溫室南區(qū)溫度接近10 ℃，能確保溫室內(nèi)作物安全越冬，并與普通日光溫室一樣能夠正常生產(chǎn)。

表1 瓦中區(qū)2016年12月15日至2017年1月15日新型節(jié)能溫室南區(qū)與普通溫室溫度變化情況 ℃

4 種植效益

瓦中區(qū)無(wú)后墻新型高效節(jié)能溫室2016年建設(shè)當(dāng)年即投產(chǎn)進(jìn)行越夏茬生產(chǎn)，南北兩區(qū)同時(shí)定植漢姆1號(hào)硬粉番茄，南區(qū)每667 m2番茄產(chǎn)量8 500 kg，平均售價(jià)4.0元·kg-1，效益3.4萬(wàn)元；北區(qū)每667 m2番茄產(chǎn)量7 260 kg，平均售價(jià)4.0元·kg-1，效益2.9萬(wàn)元。越冬茬南區(qū)種植漢姆1號(hào)硬粉番茄，每667 m2番茄產(chǎn)量6 330 kg，平均售價(jià)5.6元·kg-1，效益3.55萬(wàn)元；北區(qū)種植的芫荽（香菜）、小白菜（油菜）每667 m2效益0.73萬(wàn)元。與普通日光溫室相比，同樣的占地面積，新型溫室每年每667 m2可增加效益3.63萬(wàn)元。

表2 南臺(tái)子區(qū)2017年12月15日至2018年1月15日新型節(jié)能溫室南區(qū)與普通溫室溫度變化情況 ℃

表3 南臺(tái)子區(qū)2018年1月2日新型節(jié)能溫室與外界環(huán)境溫度變化情況 ℃

南臺(tái)子區(qū)2017～2018年生產(chǎn)季，南北兩區(qū)秋冬茬同時(shí)定植漢姆1號(hào)硬粉番茄，南區(qū)每667 m2番茄產(chǎn)量6 560 kg，平均售價(jià)3.6元·kg-1，效益2.36萬(wàn)元；北區(qū)每667 m2番茄產(chǎn)量5 450 kg，效益1.96萬(wàn)元。與普通日光溫室相比，僅這一茬口就增加效益1.96萬(wàn)元。

兩年的生產(chǎn)實(shí)踐表明，越冬生產(chǎn)時(shí)，無(wú)后墻新型高效節(jié)能溫室南區(qū)定植越冬硬果粉番茄，與當(dāng)?shù)仄胀ㄈ展鉁厥乙粯?，不用加溫即可進(jìn)行越冬生產(chǎn)；北區(qū)可以種植耐陰、耐低溫的葉菜類蔬菜。越夏生產(chǎn)時(shí)，兩區(qū)同步定植硬果番茄，與普通日光溫室越夏茬相比，擴(kuò)大了種植面積，提高了種植效益。因此，這種無(wú)后墻新型高效節(jié)能溫室在北緯41°左右地區(qū)可以應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。