设施农业大型连栋温室的研发与产业化

设施农业大型连栋温室的研发与产业化

0设施农业的发展方向近年来，中国大型互联温室发展迅速，但与日光温室相比，具有投资大、运营成本高、设施与生产工艺不完善、气候适应性差等特点。此外，各种特殊的温室的性能需要进一步改善。为实现我国设施农业向规模化、系列化、产业化方向发展的目标,迫切需要研究开发适合我国国情、面向不同的生产对象和具有超前性、先进性、示范性、系统配套的现代农业设施新技术和新产品,为21世纪农业的发展做好技术储备,在技术水平和生产适用方面为未来农业提供成熟的模式和经验。针对国内温室生产现状和用户所需,北京市农业机械研究所在推广温室设施的过程中,根据作物栽培的农艺要求、动物生长的环境需求和各地的实际气候条件等因素,专门设计、开发了新型系列温室,其技术性能接近国际先进水平,但投资成本比国外同类产品低30%以上,能耗低25%～35%,使我国温室设施水平得到了全新的提高。1结构优化设计笔者在已有温室工程技术的基础上,积极引入国内外先进的农业工程技术和成功经验,着重研究面向不同生产对象的新型系列温室设施及装备,结合不同地域的气候特点、科技和经济现状,开发出适合我国国情、一次性投资少、运行费用低、结构合理、经济实用、调控设施完善的新型工厂化蔬菜育苗温室、工厂化林业育苗温室、蔬菜(含果菜)生产温室、花卉生产温室、果品栽培温室、工厂化渔业大型水产养殖温室及配套设施设备。该研究能根据动、植物不同的生长及生理特点,进行相关的结构优化设计及设备选型,并利用自动化控制系统对现代化连栋温室中的各环境因子进行综合调控。通过对自然通风系统、强制通风降温(风机/湿帘)系统、热水或热风补温系统、幕帘保温及遮荫系统、灌溉施肥系统等执行机构的控制,根据用户需要,自动调节温室内温度、湿度、光照、二氧化碳浓度等环境参数,为动、植物生长提供最佳的环境条件。2主要解决的问题2.1增设相应装置,优化生态养殖设施,为蔬菜苗的养殖提供配套重点考虑育苗的农艺要求,采用新材料、新工艺,对温室构件及整体结构进行优化设计。根据蔬菜和林业育苗的特点,温室应配备相应的通风、降温、加温、除湿、施肥、遮荫、国产化移动式喷灌机、林业专用育苗穴盘、移动式苗床等装置,能周年进行蔬菜苗及林业苗木的工厂化培育与驯化。其特点是温室整体密封性好、运行费用低,各系统及设备运行良好,保证苗木的良好生长及周年生产。2.2温室覆盖设计就蔬菜生产温室、花卉生产温室、果品栽培温室而言,其技术关键是要解决好温室的密封及防滴问题。设计时,要与栽培品种及工艺紧密结合,采用热浸镀锌骨架及新型的覆盖材料,保证温室经久耐用、操作空间大;温室抗风载不小于0.5kN/m2,抗雪载大于0.3kN/m2;屋顶及围护结构均采用PC板或玻璃覆盖,温室具有透光率高、保温性能好等特点,使用年限为10～15年。此种温室结构设计要合理,综合性能优越,能对温室内各环境因子进行综合调控,各温室结构及配置的设备应各有侧重,保证栽培品种健壮、快速地生长。2.3新型覆盖材料选择紧密结合水生动物的生长特点和特性,将现代化的农业设施—连栋温室进行科学、合理的设计,研制出适合动物生理学特性及生长特性的新型工厂化水产养殖温室。根据养殖对象的不同,选用不同的新型覆盖材料。该设施不仅能提高动物产量,对养殖业也是一个重大的贡献。技术关键是养殖工艺与工程设施相配套,即生物技术工程要便于工程技术的实施,以便做到渔业生产的工程化和工厂化。3经济效益原则本设计基于以下原则:一是坚持科学性、超前性与实用性相结合的原则,合理选择温室配套设备及种植养殖方式,实现高投入、高产出的经济效益;二是坚持从实际出发,合理确定设计标准,对生产工艺、主要设备和主体工程做到先进、适用、可靠,并利用高科技自控手段实现温室设备的自动运行,达到自动控制温室环境的目的;三是坚持提高土地资源利用率,坚持节能、节水、高效的原则,设计侧重于温室结构的合理性、种植以及养殖方式的科学性、灌溉技术的先进性;四是坚持因地制宜的原则,结合当地气候条件和栽培园艺要求进行设计。4几种新型系列温室4.1蔬菜温室应用该温室要求设施综合性能良好,光照、温度、湿度条件适宜,是能够调控环境条件的加温温室。根据蔬菜育苗温室农艺要求和温室所建地区(北京地区)的气候特点,笔者采用了8m跨小屋脊PC板温室,其透光性、保温性、密封性均优于单层膜温室及双层充气膜温室,免去了换膜的繁杂劳动,较玻璃温室加温费用可降低很多,具有良好的通风采光及抗风雪性能;同时,其外型美观,极具观赏性。4.2跨拱顶结构设计考虑到生产对象—桉树苗(最适合发芽的温度为25°～35℃、湿度为85%～95%RH)育苗周期短、成本低、见效快的特性和建设地区(广西南宁)的气候特点,采用9.6m跨拱顶结构,顶部采用单层PC浪板,四周采用单层膜,具有优良的综合性能,较玻璃温室、PC中空板温室可节省大量成本;针对南方雷雨大、天气炎热等特点,采用大截面水槽,具有良好的排水性能,能有效避免暴雨对温室造成的侵袭;采用外遮阳及侧面卷膜通风,具有较好的通风效果,能节省大量电能;对温室进行了防雷处理,确保设施安全、可靠运行。4.3覆盖材料与温室主体根据蔬菜的生长习性,结合蔬菜在生长发育过程中对光照、温度、湿度等环境条件要求和建设地区(哈尔滨市)的气候特点,覆盖材料采用10mm厚3层聚碳酸酯中空板,其具有保温性强、质轻、韧性好、透光率高、使用寿命长等特点,最适合我国北方气候特点;温室主体采用大屋脊结构,外型美观,檩条、桁架采用几字型钢材,很好地解决了北方地区温室滴露严重的问题,减少了病虫害,提高了蔬菜品质;温室配有内遮荫、二层保温幕系统,可以提高温室的保温效果,降低运行费用。4.4venlo系统设计花卉生产对温度、湿度、光照等环境条件要求严格。根据温室建设地区(云南昆明)的气候特点,充分将花卉栽培的农艺学特性与温室用途、功能相结合,确保良好的采光条件,室内绝对不能形成滴露,以免对花卉造成伤害。笔者采用VENLO式9.6m跨玻璃温室,配置内外遮阳、风机/湿帘降温系统、灌溉施肥系统、防滴露系统、移动式育苗床、环流风机、计算机控制系统等,兼顾了高档花卉生产和温室的整体美观;玻璃透光率高,屋顶支撑结构直接采用铝型材作为檩条,降低了温室主体骨架的成本,减小了屋顶的遮光面,提高了透光率。4.5venlo式温室瓜果作物生产要求具有良好的光照、通风换气及温湿度等环境条件。考虑到生产对象—西甜瓜的喜光特性和整枝吊蔓等特性,同时根据建设地点(北京地区)的气候特点,采用了9.6m跨VENLO式温室结构,顶部采用美国SPS公司的防结露波浪板,具有透光率高、质轻、防紫外线、内防结露的特点,与PC中空板温室相比具有造价低的优点;四周采用进口8mm厚GE板,具有较好的保温性能和使用寿命;同时,温室具有较大的吊挂空间和吊挂载荷。为兼顾周年生产优质高档西甜瓜的农艺要求和温室的整体美观,温室配备内保温系统、热水补温系统、外遮阳系统、移动喷灌机、倒挂喷灌系统、风机湿帘降温系统、电动北开窗系统、电器控制系统,具有节能、节水、高效的特点。4.6材料、设备及温室根据水生动物的生活习性,充分考虑所建地区(武汉)的气候特点以及适于工厂化水产养殖作业的要求,采用跨度为12m的大跨度温室,顶部覆盖材料采用4mm厚浮法玻璃,具有透光率高、美观性好等特点;四周采用希腊进口长寿无滴膜,配备电动侧卷膜自然通风系统、外遮阳系统、供排水系统、环境控制系统、照明系统及配套养殖设备等。由于采用了大跨度、高天沟形式,温室具有较好的通风降温性,适合渔业养殖,具有生产与观赏性俱佳的综合性能。采用特殊设计的供排水系统,配备高性能的增氧机及机械投喂机等,可为水生动物及时补充新鲜水源,保证了养殖作业的安全和高效性。5温室设计、设施养殖在国内发展迅速、为广大开展提供了新的市场空间研制的新型系列温室密封性、整体性好,设备性能优越,运行自如。各温室设备匹配合理,经济节能,具有各自的技术特点,适合不同的生产对象。技术创新点:一是工厂化育苗温室能根据不同的作物及种苗发育过程中不同的生长阶段,进行相应的环境调控,填补了国内高档育苗温室的空白;二是对于水产养殖温室,其创新点为将养殖工艺与工程技术相结合,实现了水产养殖的工程化和工厂化,具有创新性;三是蔬菜生产温室、花卉生产温室、果品栽培温室较好解决了夏季降温和冬季补温能耗大的问题,做到了高效、节能、高产及周年生产;四是各种温室的研发具有独立的知识产权,具有优良的综合性能,较国外同类产品造价低,更适合我国国情;五是该研究首次按不同用途对温室设计及设备配置的合理性、经济性进行了系统研究,基本上涵盖了温室应用的各个重大领域,通过研究积累了丰富的数据和宝贵的实践经验,为以后的温室设计和推广打下了坚实的基础。新型系列温室凭借因地制宜的方案设计、合理的价位、可靠的质量、完善的售后服务,深受用户欢迎,迄今已在全国各地销售各类温室45hm2,产值1.5亿元,获利税1000多万元,取得了较好的经济效益。因温室设计充分考虑了室内动植物生长的环境需求,所以可充分保证作物的高产、高效、优质、环保安全生产。产品品质好、售价高,为温室使用者本身也带来了良好的经济效益。随着种植、养殖结构的调整和效益的驱动,设施栽培、设施养殖在国内发展迅速。目前,全国设施栽培面积已达210万hm2。但我国设施栽培技术的发展还相对滞后,单产低,产品的安全