设施农业生态综合性报告

1、温室设施结构及生产应用中能量调节的发展及现状 李萍萍 乔韡轶 江苏大学 生物机电工程研究院（农业工程研究院IAE） 江苏 镇江（）【摘要】：温室大棚建筑设施是近些年来随着农业现代化和农村种植业结构调整而逐渐发展起来的新型农业设施，是设施农业生态研究及应用领域的主要研究对象和构成部件。在其设计、建造和应用方面，温室体系的能量利用效率、利用方式，室内能量流动、转化等转变过程逐渐成为热点探究方向。本文在回顾近现代人工温室大棚近百年的发展历程中，对其不同时期、不同结构类型的温室大棚能量调节方式进行整体回顾、总结及评价和归类，并对其未来发展的主要趋势进行展望。关键字：温室体系 能量调节方式 能量利用效率

2、 一、引言 在人类的农业生产活动中，温室大棚的发明应用由来已久。据记载，古罗马人早在公元3世纪时就曾利用类似的建筑结构进行作物种植。我国西汉时期也有”纸窗温室“的历史记载。现代化形式的大棚在13世纪的地中海区域初具雏形，并在之后的时间里随着农业生产的进步得到改良和推广。近现代以来，温室大棚在世界范围内逐渐成为现代农业设施生态体系主要的组成部分,特别自20世纪中期以来，随着设施生态农业的发展，外部结构从最初的简易的小拱棚转型发展到温室塑料大中棚，如规格化的单栋、连栋大棚，单体造型上也有单屋面大棚和双屋面大棚；按使用的外表覆盖材料分则为塑料大棚、玻璃大棚；从自动化配置的程度上也可分为简易人工大棚、

3、机械自动化大棚、智能化大棚；从现阶段实际投入生产应用的主要类型可分为塑料大棚、日光温室、连栋温室。温室大棚在随着生产推广应用过程中不断的改良发展，其最主要的生产应用目的在于提高农业设施体系的生产效率。能量作为所有生态系统维持存在的最基本动力，其流动的状态，及传递和转化的过程同样也是体现设施农业生态最基本功能作用之一。而对能量利用效率的高低，则成为温室设施作用性能高低的主要评价标准之一。据研究分析，一般情况下，温室生态系统整体的能量流动模型为：释放热量Q作物有机物质积累蒸腾作用释放热量Q叶片反射外层反射能量输出光合作用Pn作物植株可见光吸收日光能调节呼吸作用释放热量Q能量输入补加光照燃料燃烧放热

4、Q直接型人工辅助能电力设备装置协作材料物质、肥料、农药间接型工业辅助能能量输入：日光能和人工辅助能是作为温室生态体系的能量输入。其中人工辅助能的主要形式是有直接工业辅助能和间接工业辅助能。直接工业辅助能是以化石燃料燃烧放热、通电补光等方式直接供能。间接工业辅包括助能钢材、农用塑料等建筑耗材及化肥、农药等有机试剂添加。能量转换：温室里作物利用自然日光能和人工辅助能，通过光合作用合成为有机物，形成初级生产力。能量输出：温室中作物植株内所积累的有机物质随其应用产品的收货产出系统能量。 温室设施体系的能量应用、对能量利用效率的改善和提高，主要就是在上述循环变化过程中不同的环节进行调节完成的，其最终是为

5、增加农作物产出能量利用效率。二、温室能量输入、输出方式及利用率1. 温室设施调节能量输入率方式1.1日光能输入调节1.1.1增加日光进入方式外表覆盖材料透光性：主要覆盖材料以塑料膜、玻璃和阳光板为主。 .塑料材质：以我国设施农业为例，其温室主要的外表覆盖材料主要是以塑料膜为主。其优点是价格便宜，安装简单，维护费用低。1缺点是使用年限短，保温效果差，特别主要是透光率低。塑料膜的主要材料有聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）和醋酸乙烯（EVA）3种树脂之一或复合而成。2聚乙烯（PE）膜相比聚氯乙烯（PVC）材质的膜紫外辐射透光率高，有效可见光辐射透过率基本相等。在外界低温阴冷的情况下，PE棚膜结露重

6、于PVC棚膜, 其透光率低于后者, 但是PVC棚膜在使用一段时间后, 由于增塑剂的析出, 易沾染灰尘,使透光率显著降低。据相关行业研发的新型覆盖材料F-clean 膜其透光率可高达93，而且具有超长耐候性，寿命可达20年。同时，还具有紫外线透过、自洁性和阻燃性等众多优点，温室发言就发展的前沿项目中，有大面积使用的双层充气F-clean膜，既实现了高透光高保温的效果，又可提供均匀的散射光以充足供应作物生长所需日光能。.玻璃材质：2随着国内现代化温室的增加和国外资助项目的引进，玻璃和阳光板作为温室覆盖材料更多地应用于科研基地或高档花卉生产温室，但普通农户使用较少。玻璃是温室常用的覆盖材料之一，由于

7、其具有良好的透光性能，且材料性能稳定，透光率衰减缓慢，常被设计寿命长的温室所采用，玻璃的保温性能介于塑料薄膜和阳光板之间，但其透光性能最高。据相关报道称，河南裕华光伏新材料股份有限公司专业生产温室专用玻璃最大的特点是高透光、高散射、无滴露，其可见光透光度在荷兰瓦赫宁根大学园艺实验室检测透射比达到99%（按荷兰NEN2675 园艺标准），极大地提高投射日光能的作用。玻璃温室所需配件和密封材料价格均较高，由于其质量大，使骨架荷载增加，骨架用量也相应增加，因此总体成本较高，不利于大范围推广。.阳光板:又称为聚碳酸酯（PC）板。作为温室覆盖材料的聚碳酸酯板产品一般分为中空板（两层或三层）和波纹板（也称

8、浪板）两大系列。为满足采光需求，温室通常选用无色透明板材，大大增强了温室的保温性能，使温室能耗降低。同时阳光板又具有优越的透光性能和较长的使用寿命,其通过UV材料用共挤防紫外线层（UV 层）技术添加UV层起到紫外滤光作用保护作物植株。作为一种新型的温室用材，在降低以后的运行成本和用户的维护费用方面起到了很大的作用，但其价格在温室覆盖材料中较高,不适合大面积进行推广。温室主体框架构造：3其本身结构框架在生产应用改良过程上对于日光能采光透射应用上具有典型体现1) 总体结构样式发展历程及现存问题：以我国自主研发的日光温室为例，从最开始的“一坡一立式”到之后的“一面坡式”，又改进到拱顶形，并在框架结构

9、上出现悬索结构、悬梁吊柱结构或焊成拱架结构和高端的全钢架高脊结构，近些年又兴起的大跨度、高效土地利用型连栋温室，各个阶段的典型类型其整体上在采光面积、受光角度、整体保温性能、空间框架稳定性、空间可活动范围、遮光面积等方面进行不同程度的调整和改进，其总体趋势朝着加大采光面积，提升透光率，加强保温性能，扩大室内空间范围，提高连体大棚框架承载力度等方向进行，其中扩大采光面积最为主要。在温室大棚较为集中的我国北方地区,多采用三立一坡式”的被动式温室。“三立一坡式”被动式温室不需要消耗常规能源,一次性投资比主动式温室要小很多,而且后期运行成本低,结构简单,复杂设备较少,方便维护管理,合乎我国国情,但其缺

10、点是人工对温室内环境的可控性差,室内环境受自然条件变化较大,在冬季夜间温度较低或连续阴天时,保温效果较差,需要依靠辅助的加温来维持适宜的温度,2) 前顶面：温室的采光面，就其常见的主要结构类型是单斜面坡形、弧形坡形、圆-抛物面坡形三种类型。这三种主要前顶坡面的采光效果，由相关研究表明，王静等对单斜面温室、抛物面温室和圆-抛物面温室做了试验研究,对这三种结构的温室内光环境进行比较,得出了圆-抛物面温室光照度大于抛物面温室,大于单斜面温室的结论。李有等对日光温室三种高效采光面(圆弧面、椭圆面和抛物面)进行了理论计算分析,并从采光效率、保温效率和土地使用率三个方面考察,分析得出,圆弧面采光效率大于椭

11、圆面,大于抛物面,在三种面里面,椭圆面的土地使用率最高,但保温效率最低。综上所述，抛物-弧形前顶坡面其采光性整体最好。3) 采光面倾角、后屋面坡角：我国早期的日光温室如“一面坡”型，脊高较矮，并且后屋面较长( 占温室总跨度的30% 以上)，保温性能较好，但由于采光面倾角、后屋面坡角均过小，因此采光性能不佳。到“一面坡”式类型时，采光角增至30，增加太阳光透射率，后墙高度和坡度的调整，基本可以保障北纬40以北地区，冬至日正午时刻太阳光可照到后屋面，增加后墙的蓄热量，提高夜间温度。在之后的类型，像由于塑料薄膜作为温室覆盖材料的广泛应用，这一时期开始温室结构相比之前的类型有明显的变化，主要是将前屋面

12、由折线形改为拱圆形，坡度为多种倾角，并且将脊高升高，进一步增加采光面积。80年代后期，连栋型温室大棚采光倾角以圆拱型、锯齿型、人字型的屋顶设计为主，并增加后屋倾角以求最大程度完成采光。4) 室内空间：日光温室最初的单面倾角类型温室俱都存在室内空间较小，设施器件安置、劳动作业进行不便的问题，之后的圆拱形屋顶大棚将屋脊升高，室内空间大为提升。随后出现的悬索结构、悬梁吊柱结构，或焊成拱架结构，均朝着少柱、提高后墙高度、缩短后屋面投影长度的方向发展。在此基础上，同时为提高采光的性能效果，温室的框架结构设计将脊高明显提高。温室结构采用全钢架结构，室内无柱。该类型温室不仅结构稳定，是室内空间大为拓展，透光

13、性能也得到大大提高。1.1.2减少日光进入方式 温室内的作物植株其在进行光合作用生理过程中，有光补偿点和光饱和点两个阈值界限。在炎热高温的晴天时，过强的光照导致热量聚集，温度升高，造成叶面灼伤，加速水分蒸腾，导致气孔关闭，最终会对植株光合作用起到抑制作用。所以有时根据温室光照的情况而定，需要减弱日光能的能量。不同颜色滤光板、滤光贴膜：安放在覆盖材料表面或温室内植株上方。伸缩式外遮阳网：遮阳网覆盖，主要目的是降低温度。使用遮阳网时，要协调好温度与光照之间的矛盾。一般在晴天光照充足，光强大于2万lux，室内温度高于35-40oC时才张开遮阳网，早晚和阴雨天将遮阳网收拢。内保温帆布：在夏季极度光照高

14、温情况下，可打开此装置以反射驱散过多日光能对植株直接照射造成的灼伤及热量聚涌形成的高温造成水分流失加剧。1.1.3日光能接收蓄热保温方式太阳能聚热系统：真空集热管、集热水箱和散热管道几部分组成，将白天集蓄的热能用于夜间加温。技术上可行，经济上目前还不便于大范围推广。温室地表膜：在大棚内部种植作物地表加盖PVC等塑料材质地膜，起到反射入射温室大棚的日光能，同时在吸收部分日光能后放热保温维持室内温度。这样做的效果相比裸地直接覆盖地表膜效果普遍较好。据报道，7贵州省凤冈县农业局通过大棚地膜覆盖与露地地膜覆盖栽培进行对比,大棚内栽培糯玉米,比露地地膜覆，盖栽培提早成熟3 5 d,不仅可以较普通栽培提早

15、生育期, 而且产量较高,能量利用效率高。外表覆盖材料加厚处理：北方地区的连栋大棚在秋冬季低温时期，经常采用通过加厚处理外表覆盖材料，双层薄膜覆盖、双层充气膜或多层覆盖物以对进入温室内部日光能产生的热量保存蓄积以便维持较高温度。内保温帆盖布：冬季大棚内为保持较高温度以便作物植株进行正常的光合生理作用，达到相应的光能产值。内保温设备具有蓄积日光能散发的热量，在低温时期起到保温效果；夏季炎热高温时期，也可起到避光遮阳降温效应。1.2人工辅助能输入调节 人工辅助能的输入是维持生态经济系统所必需。其中，人力、种苗、有机肥料等生物辅助能的输入域一般农业生态系统基本相同。辅助能的输入可以改善温室作物的生活环

16、境，促进作物的光合作用，提高光能利用效率；同时也可改变温室生态经济系统中各种生物组分的比例关系，削弱温室优势生物所遭遇的竞争压力，减少病、虫、杂草危害造成的损失，提高温室优势生物产品的产出量。所以，温室生态经济系统的是指是通过大量工业辅助能的投入构造作物生长的适宜环境，提高土地生产力和生物能产出量。1.2.1间接工业辅助能输入大棚组成部分结构用耗材：如搭建大棚外体轮廓用钢架材料、应用设备金属部分及外表覆盖材料农用塑料、玻璃和感光板等工业技术制造产品，其实都是通过做工将能量通过做功输入这些构建中。这些通过做功贮存在各部件内的能量并不直接参与温室内部的能量流动循环，但在大棚长期使用过程中通过本身的

17、功能起到其所相对的应用性。营养肥料：植物生长所需的矿质元素按含量比例主要有大量元素碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、钙、镁，以及必需的微量元素铁、锰、硼、锌、铜、钼、氯、镍，在施肥时需要根据作物植株具体的生长状况和具体情况需要而定，通常情况下，在实际农作物栽培种植应用中按所含组成成分包括8无机矿质元素化合肥和天然生物有机肥。.化学肥料：在世界范围内，生产、运输和使用的化学肥料主要是分为氮肥、磷肥和钾肥及由以上三种成分为主构成的营养液等添加剂。 a.氮肥：氮元素在植物体内含量约占干重的3%-5%，对植物的生长发育起到极其重要的调节作用，是其核酸，光合色素、生长调节物质等内源激素，各种酶的重要组分。植物

18、补充氮元素主要是以硝酸根离子、铵根离子或者亚硝酸根离子等无机离子为主，少数情况下也可通过可溶性有机氮、尿素、氨基酸及多肽等补充。目前氮肥的构成, 是在过去三十年中发展变化的结果。在五十代末期,硝酸铵取代了硫按,成为世界上最重要的氮肥。到了1970年, 尿素又承代了硝酸按成为世界上应用最多的氮肥品种。硫酸铵基本上稳定在占氮肥总量的10 %的水平上。尿素是目前使用最多的氮肥。 b.磷肥：磷元素在植物体内含量所占干重的0.05%-0.5%。植物吸收的磷元素主要是以正磷态，包括磷酸根离子、磷酸氢根离子、磷酸二氢根离子等无机离子，其中磷酸二氢根离子最易被吸收，此外也可以少量利用偏磷酸和焦磷酸态的磷甚至是

19、小分子有机态磷，如磷脂、核酸。磷元素在植物体内是核酸、磷脂、核蛋白及ATP等许多生理活性物质组成元素，起到加强光合作用、同化物运输，促进氨基酸和脂肪等物质代谢的那份重要作用。现在世界农业所消费的磷肥60%以上是复合肥。一元过磷酸钙和二元过磷酸钙远少于复合肥,占第2位,接着是三元过磷酸钙(12% ),其它添种磷肥,(7%)和钢渣磷肥。这与三十年前的磷肥构成有很大不同, 五十年代末期, 一元过磷酸钙是主要的磷肥品种, 占世界磷肥总量的60% 以上, 钢渣磷肥, 三元过磷酸钙、铵化磷肥和复合肥各占当时的总量的10-15%。七十年代初期, 磷肥构成有了急剧变化: 一元过磷酸钙只占磷肥总量的20% ,而

20、磷酸铵类(磷酸二按和磷酸铵)和N、P、K肥料(统称复合肥)占主导地位,共计约占世界磷肥总量的50%。这一趋势一直保持到现在。今天,磷肥铵和复合肥是世界生产和消费最多的磷肥。 c.钾肥：植物吸收钾元素主要是以钾离子为主，约占植物体总重的1%左右，是植物体内含量最高的金属元素。其在植物体内移动性很大，再利用性很强，在代谢活跃的部位更为集中。在植物的生长发育和渗透调节中起到重要作用。目前世界上应用的钾肥的大部分是氯化钾(54%),其次是复合肥,相对较少的是硫酸钾(2%)、钾镁复盐(1%)或其它品种(3%)。它这种格局与以前大不相同。那时75%的钾肥是氯化钾,复合肥占22%。 d.CO2气体控制技术：

21、在植物进行光合作用过程中，CO2是重要的反应原料，其浓度在温室大棚这样的半封闭式设施中对作物植株的光合作用效率起到很大影响。在温室和大棚密闭的条件下，夜间的棚内CO2浓度高于大气，早晨日出前达到顶峰。白天随着植物光合作用的进行，CO2浓度逐渐降到大气浓度以下，到中午前后，降低到200 ml/l以下, 有时甚至可以低到CO2的补偿点左右,成为限制光合作用的一个重要因素。人工添加CO2调整光合反应条件,火焰燃烧式二氧化碳发生器，燃料为白煤油，1kg白煤油可以产生3kg二氧化碳气体通过化学反应式施肥CO2，将2袋化学药品分别放入水中，产生碳酸，然后分解成二氧化碳和水。.生物肥料：化学肥料在农业生产中

22、存在有很多弊端，污染土壤，使土地板结，造成土壤肥力下降，造成农产品产量降低。9生物肥料高效、无毒、无污染、无公害的新型菌肥。这样通过生物自身的作用，达到对自然资源的充分利用。在保持土壤的生物多样性和自然费力的基础上，以构建一个优质、高效、良性循环和长久维持的农业生态系统。生物肥料也称微生物肥料，是通过人工培养对植物有益的微生物而生产制得的微生物制品。生物肥料的种类主要有：a. 具有固氮能力的生物肥料：其成分以固氮微生物为主，通过其所含的固氮酶，将空气中的N2，转变形成可被吸收利用的NH3。利用生物固氮，大大节约工业能源，也同时减少了氮肥在生产和施用过程中对环境的污染，提高了氮素的利用率。b.

23、分解有机物质的生物肥料：利用微生物分解土壤中的有机质，以产生供作物所吸收养分的生物肥料。像有机磷生物肥料，不仅可以向土壤中农作物提供磷元素养分，还可以使土壤中的有机磷农药残留物进行分解，达到净化土壤的作用。c. 分解难溶矿物的生物肥料：只利用微生物对土壤中难溶矿物的分解作用，为作物生长提供营养元素。自20世纪80年代以后应用较多，如硅酸盐细菌肥料、无机磷细菌肥料。这些微生物可分解土壤中原、次生矿物，并将这些矿物固定的养分释放出来。由于微生物对环境非常敏感，加上土壤矿物的类型又复杂多变，微生物生理代谢不稳定，固其相对应用较少。d. 抗病刺激作物生长的生物肥料：指某些微生物的代谢产物对农作物生产起

24、到刺激促进作用的生物肥料。此种肥料除了促进生物的生长发育，另外同时还可以增加作物的抗病性，但有与对提高土壤养分方面的作用不大，应用范围也有限。综上所述，生物肥料相比化学肥料，还是具有很多方面优点：培肥改良土壤营养结构，创造和协作作物吸收养分，增强植物抗病虫、抗旱能力，提高化肥养分有效利用率，改善和提高农产品品质，起到环保防污染作用。 农药杀虫剂、除草剂：杀虫、除草剂，其都是通过人为的意志进行干预以形成具有目的性的作物生长状态组织方式的处理手段，这种方式与上述的肥料作用原理是一样的，通过人工操作加入化学能量物质，以改变温室内能量的流动和分布，使其主要为目的栽培农作物所吸收利用。.农药杀虫剂：a.

25、 无机杀虫剂:早在石器时代，人类用各种物屑来防治害虫; 我国民间用艾草熏蒸服虫以及用油类、天然植物如鱼藤治虫的年代有近2000年之久远。铁器农耕时代，人们主要根据种植经验也使用有毒矿物质如砒霜(砷紊剂)、水跟或汞制荆, 石灰、硫黄等。工业革命之后，在19世纪，化工业的发展问杀虫剂提供更多的杀虫药物，这些无机试剂作为第一代杀虫剂经历了约两千年的发展史。b.有机杀虫剂：有机氯、有机磷、氮基甲酸甲酯、拟除虫菊醋类杀虫剂, 作为第二代杀虫剂自.40年代至70年代中期先后合成,短短30年就发展至1300余种。尤其是20世纪六七十年代全球的杀虫剂发展最为迅猛，如著名高效有机磷杀虫剂DDT、“666”及E6

26、05、El059、TEPP、西梅晚等。与此同时，其它类型的有机杀虫剂也在研发应用, 例如氨签甲酸醋类,有机锡化合物,有机氟及有机砷化合物,每一类具有不同的应用特点。但有机杀虫剂也在随后数十年的应用过程中逐渐显露出多种问题由于有机氯类在人类及动物体内蓄积,自然环境不易降解.使环境污染等 自七十年代初各国陆续禁用。有机磷及氨基甲酸醋类克服上述缺点, 但对高等动物毒性高,并因长期使用产生了广泛的抗药性。.除草剂：20世纪五六十年代时, 国外最先开发的除草剂有6类,相应剂型可分为4类:1)苯氧羧酸类,主要剂型是钠盐粉剂、乳油和水剂;2)氨基甲酸酯类、二硝基苯胺类,主要剂型均是乳油;3)脲类和三氮苯类,

27、主要剂型均是可湿性粉剂和颗粒剂;4)酰胺类,主要剂型是乳油和可湿性粉剂。以上类型的除草剂主要是在芽前施用。在20世纪六七十年代后期,敌稗、除草醚等除草剂的开发使水田除草有了较大发展,主要剂型是16%、20%乳油。进入20世纪80年代,随着超高效除草剂磺酰脲类化合物出现, 剂型加工主要有水分散性粒剂、可湿性粉剂、可溶性粉剂和干悬浮剂。脲类化合物出现,剂型加工主要有水分散性粒剂、可湿性粉剂、可溶性粉剂和干悬浮剂。除草剂剂型的加工不仅可以将不溶于水的原药加工后方便施用, 还能够通过选择合适的剂型提高药效、避免环境污染等。我国现阶段常用的除草剂剂型主要有以下10种,即水剂、乳油、悬浮剂(胶悬剂)、水乳

28、剂(浓乳剂)、颗粒剂、可湿性粉剂、可溶性粉剂、干悬浮剂、水分散粒剂、片剂。这些剂型在不同类型除草剂中的应用也各有重点,主要根据不同类型除草剂的原药特点、施药对象、应用环境以及成熟的生产技术,来选择较适合的剂型。1.2.2直接人工辅助能输入燃料燃烧、发酵等化学生物反应释放热量：石油、天然气、煤, .火道散热：目前这些化石燃料的应用则基本上以专业供能区域长距离输送提供，仪器燃烧发电或放热供暖以为大棚作物生长创造适宜条件。日光温室在白昼间主要靠日光提供蔬菜生长所需的热量,一般不需要其它方式供暖。夜间由于气温剧烈下降,对于非日光棚即使采取外极防寒草帘或者使用双层薄膜, 棚内温度亦难达到蔬菜生长要求的温

29、度下限值。早期生产中采取的办法一般是是在炉具中直接燃用天然气、原煤,通过火道散热供暖。当然,这种供暖方式热效率低,并非最佳方式,但由于火道造价低廉,而且有一定的蓄热功能,有利于减弱大棚内的温度波动。原煤作为燃烧燃料，主要存在的问题就是温度波动较大、易发生烟害同时也因为厌恶粉尘颗粒降低了大棚薄膜的透光性，近些年里燃烧燃烧的燃料均一般采用无烟煤。 .沼气池供热：沼气池建造的位置一般都在大棚内部一侧，土质坚实，地下水位较低的地方，沼气的进料口一般与厕所或猪舍相通，并安装有管道通路。考虑塑料大棚增温均匀和操作管理方便, 燃气点分布必须均匀, 并设在过道边。一般500 m2塑料大棚设2 3个燃气点。输气

30、管以空中布置为好,一面占用地面面积减小空间造成行动上的不便利。塑料大棚内利用沼气加热的方式很多,但仍数采用灶具在大棚内燃烧沼气的方式比较经济实用。为了使塑料大棚内温度上升比较稳定,同时不会过多地增加棚内湿度,采用加热沙石的方法较好。确定每年加热的时段和每天加热时间都必须考虑生物的生理特性。为保证加热效率，尽量做到每年加热时段的确定、每天加热时间的确定，并为使作物植株尽量多的积累有机物质，应集中在夜间使用。 .锅炉热水采暖系统：由锅炉和散热管道组成，燃料放热方式如同火道气路散热，在锅炉加热升温后以流水通过管道循环进行。这种方式适合于大型的温室，一次性投入设备成本高，但加热的能耗相对较小。电能供应

31、（通过输入电力调整控制相关因素的方式）.人工控制系统设备：人工气象站，整个控制系统体系操作控制部件包括外遮阳、内保温、湿棉帘、天窗、侧窗、风机、排气扇、硫磺喷撒等功能配件均为电力机械系统驱动。.补光：高压钠灯、镝灯等用于花卉等高档花卉栽培；日光灯等普通灯具用于育苗苗床补光；白炽灯用于光周期补光。 .智能化人工供暖系统：冬季大棚蔬菜管理最重要的一个因素就是温度的控制。设计的冬季塑料大棚供暖系统实现了自动测量和自动控制温度,将大棚内温度始终控制在适合蔬菜生长的范围,代替了人工控制,降低了成本,提高了能量的供给利用率,给社会带来经济效益。沼气池的建造位置应选择在大棚.节能型暖风机：大棚温室升温的热力

32、专用设备,它由燃烧室、集热管和吹送机部分组成,其部分为封闭式整体连结。煤炭在设备底部燃烧,产生的热量直接传递给炉腔内的吸热管,由吸热管储热,经管内热介质散热,由专用吹风机吹风,将热能转化为热风吹送出去,使空间温度快速上升,从而达到制热升温的效果。采用该方式升温,具有提温速度快、易于控温和安全方便的特点,而且升温均匀,不会对作物造成损害。 .排气扇：温室大棚经常由于在盛夏高温季节时出现因强烈日光能照射而转化产生大量的热量淤积蓄存在温室内部，则会因为过强光照和过高温度致使植物是谁过多而萎蔫。这时，外遮阳和内保温同时启用效果也有限，需要打开湿棉帘并同时启用排风扇达到降温效果。温室常用的排风扇四种类型

33、: 轴流式、排风扇、离心式排凤扇、混流式排风扇种由前两种形式混合而成的变型产品和横流式排风扇。具体的选购及安装则可通过大棚的面积、结构和农作物种植分布来综合考虑。 .湿棉帘：湿帘降温系统是通过空气与湿帘纸表面的水直接接触，实现空气降温增湿。系统由湿帘、大流量节能风机、循环水系统和控制系统等组成。喷淋水自上而下流过湿帘纸，在湿帘纸上形成水膜，而波纹状的湿帘纸则为空气和水提供了足够大的接触面积(见图1所示)。湿帘是由设计成特殊角度的纤维纸粘结而成的，相邻两层湿帘纸波纹倾斜方向相反，形成一系列相互交错的通道，增强了湿帘表面水膜和空气的传热传质。湿帘通过高分子材料处理，具有吸湿性强、耐腐蚀、使用寿命长

34、和结构强度高的特点。2. 温室能量产出率2.1作物植株的初级生产力2.1.1食叶菜净初级生产力 食叶类型蔬菜一般主要是包括常见的十字花科、伞形科、菊科，食用草本蕨类等，这些蔬菜作物生长过程中光合作用有机质主要积累在茎、叶部分.,在夏季和秋季生长期较短，适应能力较强。一般单种生产量低于谷物粮食类作物。据统计，食叶类蔬菜种植的单位面积干重水平800-2000(MJ/亩）。赵青松、周静等对生菜进行大棚种植研究，夏季产量平均水平是1201MJ/亩，冬季产量较高1530MJ/亩。在植株有机质能量产出当中，叶片有机质能量富集最高，达80%-85%。2.1.2食果菜净初级生产力 食果类型蔬菜是市场上，常见价

35、格较高的蔬菜品种，像葫芦科、豆科、茄科等。这些蔬菜生长发育过程中光合作用产物主要集中在其果实里。单种产量一般高于禾谷类的粮食作物。据近年来粗略统计，食果类蔬菜单位面积干重水平在5000-30000（MJ/亩）。李萍萍、胡永光等近年来对黄瓜在进行温室大棚种植研究测定，结果显示，在夏季每亩产值是10345/亩，冬季平均水平是12345/亩。在总体能量分布时，果实占到了60-70%，属于总体较高水平。2.2温室能量转化效率 温室生态系统的能量转化效率包括温室作物对太阳日光能利用率和对人工辅助能的转化率。2.2.1太阳日光能利用效率：主要是以作物所含热值的多少进行测定。不同科属、品种的作物整体全株的热

36、值水平不同，同一植株不同组织器官的干重热值也具有一定差异，主要是因为不同作物植株或其不同器官部分所含的蛋白质、脂肪、碳水化合物的比例不同。胡永光等研究对比大棚种植的生菜和黄瓜的热值产量，发现与黄瓜相比，茎的热值产量上生菜低得多，而其叶和根的热值远远高于黄瓜。生菜整株的热值比黄瓜高出10%以上。2.2.2人工辅助能利用效率.总投入：作为高档的玻璃自控温室最高，总投入比其他两种类型温室高出两倍多。三类温室的人工费用、基本生产资料以及肥料的投入价值基本接近，玻璃自控温室相比人工最少，肥料投入较高。而在环境调控资本投入方面，玻璃自控温室远高于其他温室；固定资产折旧、及配套设备维修保养费用方面也是远高于

37、其他两种中、低档温室。.人工辅助能：单栋塑料大棚作为低档温室投入最低，占78.95%，玻璃自控温室最高，占98.14%，连栋塑料大棚所占有84.95%左右。连栋塑料温室与丹东塑料温室大棚蔬菜生产相比，其结构根伟复杂，建造费用及固定资产折旧增加，导致总能量投入比单栋大棚高出15.3%.能量产出效率：根据相关数据分析，不同类型的温室人工辅助能转化率如下：项目玻璃自控温室连栋塑料温室单栋塑料温室人工辅助能/(MJ/亩）.353004.145963.1产量能値/（MJ/亩）512342275019850人工辅助能装转率/%24.2242.9243.19由此可看出，单栋塑料大棚的人工辅助能转化率最高，为

38、43.19%；其次为连栋塑料温室42.92%；玻璃自控温室的人工辅助能转化率最低，占24.22%。3、 现状分析及展望1.现状及问题当前，我国温室种植面积虽然位居世界第一,并且已进入巩固、完善、提高、再发展的较成熟阶段，但由于与发达国家相比我国温室发展较晚,大多是在参考借鉴国外技术的基础上自行开发的,在设备配套能力、环境调控技术、机械化与自动化程度、作物栽培与管理等方面的科技含量与技术水平还存在一定差距,尤其在能量利用方面也存在很多不同层次问题，其主要表现在：1. 日光能及其他相关生态因子调节利用方面：温室环境调控水平相对落后,抗御极端天气引发的自然灾害的能力难以满足生产实际要求。目前,国内温

39、室类型主要为小型、简易结构的温室,南方以塑料棚为主,北方以日光温室为主,结构与设施简陋,大多只有简单的聚光保温及防雨功能,温室环境的控制多采用经验管理和单因子定性调控的方法,对光、温、气、湿等环境因子的调控能力差,抵御恶劣天气下的寒冷、风雪等自然灾害能力差,从而影响作物的品质和产量。缺少温室内部环境条件监测的控制系统。温室内的光照、气温、地温、湿度等环境要素是在彼此关联着的环境中对作物的生长产生影响的,而且环境要素的时间变化和空间变化都很复杂,存在有综合的相互作用性。因此,应结合温室内的物理模型、作物的生长模型和温室生产的经济模型,开发与我国温室生产现状相适应的环境监控系统.2. 人工辅助能的

40、调节利用方面：直接人工辅助能：设施农业机械化装备体系不健全，主要是温室栽培技术、机械化程度及运行管理水平低. 温室作业机具较少,配套水平不高,生产过程中的土壤耕作、播种、微量灌溉、施肥、环境监控等大多数还要靠人工作业,劳动强度大,而且作业质量差,生产效率低,导致温室高劳动生产率和高土地利用率的效能得不到充分发挥并且在设置装备工作时因管理控制不当导致的温室加温、通风等过程的能耗大,造成运行成本偏高，能量浪费情况严重。间接人工辅助能：存在问题则是人为因素的温室生态环境恶化. 过量使用化肥、农药,产生土壤的富营养化,造成土壤环境污染及土壤板结,而且连作现象严重,导致病菌大量繁殖,生态条件恶化。能量输

41、出应用方面：栽培技术以小农生产方式为主,凭经验管理,管理水平低,机制不健全,对温室环境及作物栽培生产管理仍然停留在粗放的经验式管理水平上,产品基本为初级产品,而且缺乏专用品种,产量低,质量不高,能量利用及输出率以及相应的经济效益较低。2.应对策略及发展趋势：现代化农业是我国农业发展的必由之路,温室的发展是现代化农业的重要组成部分和实现突破的重要手段,随着国民经济的快速发展和科学技术水平的提高,我国温室的发展趋势是提高科技含量与技术水平,进一步加强科技创新和新技术、新材料、新产品的开发利用,逐步实现规范化、标准化和系统化,通过技术创新,自主地研制结构优化、配套齐全、低成本、节能高效、拥有智能化控

42、制手段和中国区域特色的现代化温室,形成具有中国特色的温室技术和设施体系。同时温室生产向规模化、多样化方向发展，由传统、粗放型向现代化、集约高效方向转变,逐步走上规模化、产业化发展之路。温室栽培种植的作物，除原来作为主栽培品种的蔬菜、水果和花卉外,一些能产生高附加值的植物如香料、特种植物、工业用原料植物、药用植物、食用菌、其他特种观赏植物等都已成为温室栽培的品种,温室类型和栽培品种趋于多样化。 参考文献1.周伟伟.国内温室覆盖材料的应用现状.中国花卉园艺2013年第5期.2 周允将.李保明. 我国塑料大棚覆盖材料的应用分析北京农业工程大学学报.1991第14卷.3 魏晓明,周长吉,曹楠.中国日光

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