北京市柔性保溫墻溫室應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展建議

王艷芳 雷喜紅 李 蔚 牛曼麗 王冰華 王福東

（北京市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，北京 100029）

日光溫室是我國(guó)北方冬季蔬菜越冬生產(chǎn)的重要設(shè)施，可在不加溫或少量加溫的情況下實(shí)現(xiàn)較高的室內(nèi)外溫差，滿足室內(nèi)作物的生長(zhǎng)需求。作為北京市冬季生產(chǎn)的主要園藝設(shè)施，日光溫室不僅為豐富市民“菜籃子”、告別冬季“老三樣”發(fā)揮了重要作用，對(duì)發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、提高農(nóng)民收入、增加就業(yè)也有著非常重要的意義。日光溫室逐漸成為北京新農(nóng)村建設(shè)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，是京郊農(nóng)民致富的首選產(chǎn)業(yè)。

目前，北京市日光溫室以改良?jí)酃? 代土墻日光溫室和復(fù)合磚墻日光溫室為主，存在前屋面曲線不合理、墻體結(jié)構(gòu)不合理、保溫性能較差、防寒溝及排水措施缺乏等問(wèn)題。2017年以來(lái)，北京市陸續(xù)引進(jìn)柔性保溫墻溫室用于蔬菜生產(chǎn)，經(jīng)過(guò)5年的示范應(yīng)用，效果良好。本文就北京市柔性保溫墻溫室應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查研究，明確該溫室在北京市的應(yīng)用效果，為北京市園藝設(shè)施轉(zhuǎn)型升級(jí)發(fā)展提供支撐。

1 基本情況

柔性保溫墻溫室是近年來(lái)北方地區(qū)發(fā)展起來(lái)的一種新型裝配式溫室，其結(jié)構(gòu)與普通磚墻溫室基本相同，由地下基礎(chǔ)、后墻山墻前屋面全鋼骨架、東西北三側(cè)（包括后屋面）柔性保溫墻體、前采光覆蓋膜、采光屋面保溫被等5 部分構(gòu)成（圖1），跨度10.0～14.0 m，區(qū)別是以鍍鋅鋼架+柔性保溫材料替代磚墻或土墻，屬于輕型墻體，配備保溫棉被、棚膜及卷放設(shè)備（周長(zhǎng)吉，2018）。為提高柔性溫室后墻保溫性能，北京京鵬環(huán)球科技股份有限公司新研發(fā)出雙后墻結(jié)構(gòu)，即北側(cè)后墻及東西山墻均采用雙層骨架、雙保溫被結(jié)構(gòu)（圖2）。

圖1 柔性保溫墻溫室

圖2 雙層柔性保溫墻溫室

柔性保溫墻溫室2017年自內(nèi)蒙古引入北京，其設(shè)計(jì)理念是用“帳篷”保溫的原理設(shè)計(jì)溫室，北京懷柔廟城、順義孫河、海淀上莊、昌平興壽、房山良鄉(xiāng)等地均已開始示范應(yīng)用。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前北京市已建有柔性溫室約1 000 棟，面積93.4 hm2，生產(chǎn)作物包括番茄、黃瓜、茄子、辣椒、草莓、葉菜等（表1）。果菜多采用冬春和秋冬茬口，草莓、葉菜采用越冬茬口生產(chǎn)，不加溫生產(chǎn)產(chǎn)量與普通磚墻溫室基本一致。

表1 北京市部分柔性保溫墻溫室應(yīng)用統(tǒng)計(jì)

2 應(yīng)用情況

2.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

北京地區(qū)柔性保溫墻溫室跨度10.0～14.0 m 不等，脊高5.0～6.5 m，后墻高4.0～5.0 m，弧形前屋面底角一般在70°～75°，后屋面仰角35°～45°，朝向?yàn)檎匣蚰掀珫|5°～8°，基本無(wú)土建施工，對(duì)原有土地破壞性小，土地利用率較高（50%～65%），便于機(jī)械化操作，設(shè)計(jì)使用壽命10年。

柔性保溫材料主要類型包括滌棉、噴膠棉、草苫、針刺氈、塑料薄膜和發(fā)泡塑料等材料，也有按照防水、密封、抗老化和不同保溫要求定制的多重復(fù)合材料等，保溫材料一般厚10.0～12.0 cm，不低于1.4 kg·m-2，應(yīng)用較多的是抗UV-PE 編織膜+噴膠棉保溫材料。棚膜選型與磚墻溫室基本相同。

配套裝備包括水肥一體化設(shè)備（可實(shí)現(xiàn)基于時(shí)序的自動(dòng)化灌溉，雙EC 和雙pH 傳感器；吸肥通道數(shù)量≥4；混合罐容積≥100 L，配肥精度為EC ± 0.1、pH ± 0.1）、自動(dòng)卷簾機(jī)（帶限位開關(guān)的減速電機(jī)，電功率40～120 W）、濕簾風(fēng)機(jī)（風(fēng)機(jī)風(fēng)量2.5 m3·s-1，水泵流量25 L·min-1，濕簾濕潤(rùn)面積95%）、環(huán)流風(fēng)機(jī)（功率≥0.5 kW，每小時(shí)風(fēng)量可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)溫室空氣循環(huán)2 次及以上）、智能管控系統(tǒng)（實(shí)現(xiàn)水肥、棉被、風(fēng)口等設(shè)備的遠(yuǎn)程操作，集中控制）等，可實(shí)現(xiàn)溫室環(huán)境、水肥管理的半自動(dòng)化。

2.2 性能特點(diǎn)

通過(guò)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，柔性保溫墻溫室與磚墻溫室春夏秋季保溫性能基本相同，冬季保溫性能則低于磚墻溫室，例如，昌平地區(qū)冬季極端天氣最低氣溫-18℃左右時(shí)，柔性保溫墻溫室室內(nèi)最低溫度0～3.5℃（圖3），明顯低于常規(guī)磚墻（37.0 cm 磚+10.0 cm 苯板）溫室（4.0～6.0 ℃），在冬季無(wú)配套集熱裝備的情況下，難以滿足果類蔬菜生產(chǎn)需求。但是，晴好天氣柔性保溫墻溫室升溫快，升溫幅度大，夜間溫度下降速度較慢，增溫性能方面具有一定優(yōu)勢(shì)；陰天室內(nèi)溫度基本與磚墻溫室相同。柔性保溫墻溫室配套相應(yīng)裝備，相對(duì)傳統(tǒng)磚墻溫室，自動(dòng)化程度較高。

圖3 昌平地區(qū)1月柔性溫室室內(nèi)外溫度變化情況

2.3 建設(shè)成本

經(jīng)調(diào)研，北京地區(qū)柔性保溫墻溫室建設(shè)成本主要構(gòu)成包括地下基礎(chǔ)、溫室墻體、前坡覆蓋材料、配套裝備、人工成本等，總造價(jià)235.0～311.0元·m-2，比磚墻溫室（458.0～601.0 元·m-2）節(jié)省50%以上。其中，地下基礎(chǔ)、墻體、人工成本占比分別為11%、45%、14%，比磚墻日光溫室分別節(jié)省33 百分點(diǎn)、77 百分點(diǎn)和50 百分點(diǎn)（表2）。

表2 北京市主要設(shè)施類型成本組成及單價(jià) 元·m-2

2.4 典型案例

北京地區(qū)柔性保溫墻溫室代表性園區(qū)包括懷柔錦會(huì)有機(jī)農(nóng)場(chǎng)、昌平金惠農(nóng)專業(yè)合作社、密云綠火生態(tài)農(nóng)場(chǎng)等，主要進(jìn)行果菜、葉菜、草莓等作物的輪作生產(chǎn)，效益良好（表3）。

表3 代表性園區(qū)柔性保溫墻溫室投入產(chǎn)出分析 元·m-2

懷柔廟城錦會(huì)有機(jī)農(nóng)場(chǎng)于2017年建成柔性保溫墻溫室1 棟，溫室跨度10.0 m，長(zhǎng)50.0 m，脊高5.2 m，配備自動(dòng)卷簾機(jī)，不加溫條件下，冬季溫室內(nèi)室最低溫度3.0 ℃（圖4）。2019—2020年進(jìn)行草莓和番茄輪作，有機(jī)栽培模式下，2019年5—9月種植番茄，產(chǎn)量2 000.0 kg·（667 m2）-1，售價(jià)30.0 元·kg-1，產(chǎn)值90.0 元·m-2〔6.0 萬(wàn)元·（667 m2）-1〕；2019年9月至2022年5月種植草莓，產(chǎn)量1 250.0 kg·（667 m2）-1，售價(jià)60.0 元·kg-1，產(chǎn)值112.4 元·m-2〔7.5 萬(wàn)元·（667 m2）-1〕；全年總產(chǎn)值202.4 元·m-2〔13.5 萬(wàn)元·（667 m2）-1〕，溫室建設(shè)成本290.9元·m-2，生產(chǎn)資料、人工等投入18 元·m-2，溫室按10年折舊，合計(jì)年投入47.1 元·m-2〔3.1 萬(wàn)元·（667 m2）-1〕，折合效益155.3 元·m-2〔10.4 萬(wàn)元·（667 m2）-1〕。

圖4 懷柔錦會(huì)有機(jī)農(nóng)場(chǎng)溫室實(shí)例圖

昌平興壽金惠農(nóng)合作社2021 建成8 棟柔性保溫墻溫室，用于番茄、草莓、葉菜等生產(chǎn)（圖5）。溫室跨度12.0 m，長(zhǎng)100.0 m，脊高5.5 m，配備水肥一體化、自動(dòng)卷簾機(jī)等設(shè)備，不加溫條件下，冬季室內(nèi)最低溫度0.5 ℃。2021年9月至2022年5月種植草莓，產(chǎn)量1 945.4 kg·（667 m2）-1，售價(jià)49.5 元·kg-1，產(chǎn)值144.4 元·m-2〔9.6 萬(wàn)元·（667 m2）-1〕，溫室建設(shè)成本305.0 元·m-2，生產(chǎn)資料、人工等投入30 元·m-2，溫室按10年折舊，合計(jì)年投入60.5 元·m-2〔4.0 萬(wàn)元·（667 m2）-1〕，折合效益83.9 元·m-2〔5.6 萬(wàn)元·（667 m2）-1〕。

圖5 昌平金惠農(nóng)合作社柔性保溫墻溫室

密云十里堡綠火生態(tài)農(nóng)場(chǎng)于2020年引進(jìn)5 棟柔性保溫墻溫室，溫室跨度12.0 m，脊高5.5 m，長(zhǎng)度50.0 、60.0 、125.0 m 不等，配備水肥一體化、自動(dòng)卷簾機(jī)等設(shè)備（圖6）。不加溫條件下，冬季室外最低氣溫-20 ℃時(shí)，室內(nèi)最低溫度3.5 ℃。2020—2021年進(jìn)行番茄越冬+葉菜越夏輪作生產(chǎn)，番茄產(chǎn)量5 150.0 kg·（667 m2）-1，售價(jià)16.0 元·kg-1，產(chǎn)值123.5 元·m-2〔8.2 萬(wàn)元·（667 m2）-1〕，葉菜產(chǎn)量2 435.0 kg·（667 m2）-1，售價(jià)8.5 元·kg-1，產(chǎn)值31.0 元·m-2〔2.1 萬(wàn)元·（667 m2）-1〕，年總產(chǎn)值154.6 元·m-2〔10.3 萬(wàn)元·（667 m2）-1〕，溫室建設(shè)成本297.0 元·m-2，生產(chǎn)資料、人工等投入25.0 元·m-2，溫室按10年折舊，合計(jì)年投入54.7 元·m-2〔3.6 萬(wàn)元·（667 m2）-1〕，折合效益99.9 元·m-2〔6.7 萬(wàn)元·（667 m2）-1〕。2022年，園區(qū)擴(kuò)大規(guī)模，投資新建128 棟柔性保溫墻溫室，目前已基本完工，部分投產(chǎn)。

圖6 密云綠火生態(tài)農(nóng)場(chǎng)柔性保溫墻溫室

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

與普通磚墻溫室相比，柔性保溫墻溫室具有標(biāo)準(zhǔn)化、宜機(jī)化程度高的優(yōu)勢(shì)：一是完全裝配式結(jié)構(gòu)，可進(jìn)工廠化生產(chǎn)、一體化安裝，建設(shè)周期短，80～120 個(gè)工日可建設(shè) 100.0 m 長(zhǎng)溫室（大規(guī)模建設(shè)時(shí)交叉作業(yè)還可進(jìn)一步減少用工），較常規(guī)磚墻溫室（200 個(gè)工日）節(jié)省80～120 個(gè)工日；二是拆裝簡(jiǎn)單，移動(dòng)方便，可根據(jù)需要拆卸搬遷；三是土建施工少，基本不破壞耕作層，符合國(guó)家農(nóng)業(yè)用地使用要求；四是土地利用率較高，墻體占地面積小，土地利用率達(dá)50%～65%，較常規(guī)磚墻溫室提高5 百分點(diǎn)；五是溫室跨度大，空間大，室內(nèi)無(wú)立柱，便于機(jī)械化生產(chǎn)。

柔性保溫墻溫室綜合生產(chǎn)能力仍需進(jìn)一步提升。根據(jù)調(diào)研和監(jiān)測(cè)，生產(chǎn)者普遍反映柔性保溫墻溫室蓄熱保溫能力與磚墻溫室相比相對(duì)較差，特別是11月至翌年2月冬春季，柔性保溫墻溫室由于墻體失去了傳統(tǒng)墻體蓄熱保溫能力，室內(nèi)最低溫度較低（0～3.5 ℃），若出現(xiàn)連續(xù)陰雨雪天氣，易造成冷害甚至凍害，冬季不宜生產(chǎn)喜溫果類蔬菜。這與宛金等（2020）研究結(jié)果一致。

3.2 發(fā)展建議

① 建議分區(qū)試點(diǎn)建設(shè)柔性保溫墻日光溫室。在設(shè)施新建及老舊設(shè)施改造中，分區(qū)開展柔性保溫墻溫室試點(diǎn)建設(shè)工作，將柔性保溫墻溫室作為傳統(tǒng)土墻溫室與磚墻溫室的補(bǔ)充。在密云、順義、大興、房山、通州等區(qū)可推廣建造跨度12.0 m 以上，脊高6.0 m 以上，單體面積1 200.0 m2以上的大跨度溫室。同時(shí)，結(jié)合作物生長(zhǎng)情況和設(shè)施性能監(jiān)測(cè)，持續(xù)優(yōu)化溫室結(jié)構(gòu)、配套材料及裝備，逐步形成結(jié)構(gòu)科學(xué)合理、配套材料裝備完備實(shí)用、設(shè)施性能顯著提高的新型溫室發(fā)展格局。

② 研究應(yīng)用配套增溫保溫裝備和材料。示范應(yīng)用暖風(fēng)機(jī)、熱風(fēng)爐、電熱泵、增溫塊等應(yīng)急增溫措施，支持開展柔性溫室增溫保溫能力配套裝備和材料的研究，探索應(yīng)用土壤升溫儲(chǔ)熱系統(tǒng)（風(fēng)循環(huán)）、壁掛水循環(huán)蓄熱增溫系統(tǒng)等，通過(guò)自動(dòng)化控制對(duì)空氣或土壤進(jìn)行加熱提高溫室溫度，滿足生產(chǎn)需要。

③ 探索傳統(tǒng)磚墻溫室“柔性”改造。探索跨度8.0 m 的磚墻日光溫室“柔性”改造，即保留現(xiàn)有后墻作為新建柔性溫室蓄熱層的做法，降低改造成本，提高溫室綜合性能。建議改造方案：拆除原有鋼骨架，僅保留原后墻，在原后墻外加設(shè)立柱，后墻和后屋面覆蓋柔性保溫被，形成完全組裝結(jié)構(gòu)溫室，北部冷涼地區(qū)還可增加外遮陽(yáng)系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)濕簾系統(tǒng)提升其越夏生產(chǎn)性能。

④ 加強(qiáng)高效栽培模式集成應(yīng)用。一是構(gòu)建農(nóng)藝農(nóng)機(jī)融合的栽培模式。以東西向長(zhǎng)壟作為葉菜、草莓等低矮作物主要種植壟向，選用鋪管、覆膜、移栽一體化等農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備，提高設(shè)施機(jī)械化水平；二是通過(guò)農(nóng)藝技術(shù)提高溫室周年利用率。集成耐寒品種、適宜茬口、低溫誘導(dǎo)等抗逆栽培技術(shù)，探索草莓—葉菜、果菜—葉菜、西甜瓜—葉菜等輪作模式，促進(jìn)溫室高效利用和效益提升。