北方日光温室构造的研究进展.pdf

2024 年 6 期现代农业智慧农业导刊Journal of Smart Agriculture北方日光温室构造的研究进展张惠楠，李明*，祝鹏（内蒙古农业大学 职业技术学院，内蒙古 包头 014109）尽管可以手动调节室内日光温室中的小气候，但是温室的主要能源为太阳，并且室内环境的变化仍然很大程度上受到户外天气变化的影响。如果遇到连续的冬季天气，则无法在温室中获得有效的热量供应，也无法满足正常蔬菜生长所需的光照和温度条件1，北方地区气候严寒，传统农业生产受到季节限制，而日光温室可以提供稳定的温度和光照条件，有利于农作物的生长和增产，其次日光温室利用太阳能进行温室内部的加温和照明，可以减少对传统能源的依赖，节约能源资源。日光温室技术的引入可以促进北方地区农业的现代化发展，提高农业生产的科技含量和竞争力。而且日光温室可以为北方地区引入一些南方地区的农产品种植，丰富农产品种类，提供更多选择。近年来，日光温室（包括温室）发展迅速，但日光温室生产面临的主要问题是天气低迷造成的低温。研究内部隔热的日光温室的温度变化规律以及在连续冬季条件下与外界的关系，对于扩大农业气象服务领域和减少气象灾害对室内温室生产的影响具有重要意义2。本文是以北京、新疆为研究目标，对他们的日光温室进行了一系列的研究，对日光温室冬季如何保温提出了有效的保温调控措施。1日光温室的发展路程1.1北方日光温室的发展日光温室是一种利用太阳能进行温室种植的设施，其通常由钢架或铝架和玻璃或塑料材料制成，能够有效地吸收和保留太阳能，提供温暖和光照条件，有利于植物的生长和生产，日光温室获取光能的效率有限3，日光温室可以延长种植季节，提高作物产量和品质，对农业生产具有重要作用，日光温室虽然有很好的保温采光性能，但在寒冷季节内，日光温室内的温光条件仍满足不基金项目：内蒙古自治区农牧厅基层农技推广体系改革与建设补助及重大农业技术协同推广资金项目（无编号）；内蒙古自治区高校基本科研业务费项目（BR221048）；内蒙古自治区科技计划项目（2020GG0033）第一作者简介：张惠楠（1998-），女，硕士研究生。研究方向为日光温室环境调控。*通信作者：李明（1975-），男，博士，教授。研究方向为园林工程。摘要：随着蔬菜、花卉种植业的不断发展和对设施要求的不断提高，以及当前对蔬菜质量和安全问题的关注，日光温室在结构坚固、性能耐用、操作舒适方面提出更高的要求。从中国北方现代日光温室的发展现状和市场对高质量、高附加值产品的需求来开展评价和影响分析，从温度、湿度、光照等维度来比较日光温室的冬季性能，分析北方部分地区日光温室的建设情况，对日光温室的未来发展进行研讨并提出一定的建议，但无论在哪个地区，日光温室作为现代农业生产的重要方式，都具有不可替代的作用，能够提高农业生产效率，促进农业的可持续发展。关键词：北方日光温室；构造；光照；冬季保温；湿度中图分类号院S625文献标志码院A文章编号院2096-9902渊2024冤06-0064-05Abstract:With the continuous development of vegetable and flower planting industry and the continuous improvement of facilityrequirements,as well as the current attention to the quality and safety of vegetables,solar greenhouse has put forward higherrequirements in terms of sturdy structure,durable performance and comfortable operation.The evaluation and impact analysis arecarried out from the present situation of the development of modern solar greenhouse in northern China and the market demand forhigh quality and high value-added products,and the winter performance of solar greenhouse is compared from the dimensions oftemperature,humidity and light.This paper analyzes the construction of solar greenhouse in some areas of North China,puts forwardsome suggestions for the future development of solar greenhouse and discusses the future progress,but no matter in which region.As an important way of modern agricultural production,solar greenhouse plays an irreplaceable role in improving agriculturalproduction efficiency and promoting the sustainable development of agriculture.Keywords:northern solar greenhouse;structure;illumination;winter heat preservation;humidityDOI：10.20028/j.zhnydk.2024.06.01564-2024 年 6 期智慧农业导刊Journal of Smart Agriculture现代农业了黄瓜等作物正常生长的需要4。日光温室是一种在农业生产中被广泛应用的设施，其能够有效地控制环境条件，提供良好的生长环境，从而提高作物产量和品质。日光温室的历史可以追溯到古代。在古埃及、古希腊和古罗马时期，人们已经开始利用玻璃覆盖土地，创造温暖湿润的环境来种植和培养植物。然而，当时的技术和材料限制了温室的规模和效果。直到 19 世纪，随着工业革命和现代化农业的兴起，温室技术得到了迅速发展。玻璃和金属的生产技术不断提高，使得温室结构更加坚固耐用，并且能够更好地保留太阳能和温度。随着对温室技术的深入研究，人们开始生产各种类型和规模的温室，以满足不同地区和不同作物的需求。20 世纪以来，随着新材料和新技术的不断涌现，日光温室得到了进一步的发展。塑料材料的使用使得温室的成本大大降低，同时也提高了温室的耐久性和透光性。另外，自动化设备的应用使得日光温室的管理和维护更加便利，减少了人力成本，提高了生产效率。近年来，随着人们对食品安全和环境保护的关注，日光温室在全球范围内得到了广泛的应用和推广。高科技温室、智能温室、光热一体化温室等新型温室设施不断涌现，为农业生产提供了更多的可能性。同时，一些新兴技术如太阳能发电、雨水收集利用等也被应用到日光温室中，提高了温室的可持续性和环保性。总的来说，日光温室经过了数千年的发展，已经成为现代农业生产中不可或缺的一部分。随着新技术的不断涌现和应用，日光温室将继续发挥重要作用，为全球粮食生产和食品安全做出更大的贡献。此外，它能获得充足的光照资源，是一种适合北方的温室，经过 20 多年的发展，日光温室已经形成了相对固定的基本结构，主要是保温蓄热墙，保温屋面朝北，采光屋面朝南，昼夜开放覆盖保温复合，以塑料薄膜或 PE 太阳能板作为透明屋面材料，东西向延伸。然而，由于生产水平差异大，对日光温室的结构缺乏了解，加上建筑水平不同，日光温室的结构和建筑材料的选择差异很大。太阳能温室的结构类型很多，建筑质量水平差异很大，种植环境也有差异，这些都在不同程度上影响了园林作物的生产，对种植区的冬季保温策略也有影响。1.2国内外日光温室现状如今，国外的技术和配套设施更加成熟和稳定，生产过程也更加标准化。随后，各种版本的温室设计模型被提出，可以有效降低温室布局和管理的成本，促进植物在温室中的生长。在温室结构研究中，改进温室结构以节省能源、保护环境、节约和提高效率是大势所趋，通过使用模型方程和新能源技术来创造更大、更自动化、更机械化、更智能的温室。通过数据分析方法，可以将资本投资、土地使用和人力资源等因素考虑在内。国内对日光温室设计的研究主要是利用环境监测工具来分析和比较不同设计、不同屋顶角度、不同屋顶形状及不同墙体材料等的差异，以选择最佳的温室设计。目前，太阳能温室的设计一般以结构的跨度大小、选择合适的屋顶角度和整体结构尺寸为基础。1.3研究的目的为了使温室尽可能多地从太阳辐射中获取能量，以提高冬季日光温室所需的内部温度，由于北方地区的土壤条件、气候要求，我们需要从温室的采光、保温性能、材料的选择和人为动机等方面考虑，最终找到一个整体解决方案，实现低成本、节能、高效，使温室在没有人为干预的情况下达到植物所需的温度。温室中的光照和温度条件主要是指光照强度、光照时间、光照质量、光照分布以及最低温度、最适温度和最高温度，是温室中植物生长的最直接环境因素，日光温室截获光能效率有限，最多不到 70%，因此，改善日光温室、透光率应是首要任务，改善和调节温室内的光照和温度条件是温室研究的目标，也是实现温室作物高产和优质的重要手段。为此，我们主要从建筑材料、覆土材料、温度和建造方法等方面对北方地区进行比较，以实现预期目标。2北方各地区的日光温室结构2.1北京日光温室的发展近况2.1.1墙体保温材料的改进以前的太阳能温室墙体大多是由黏土制成的，虽然保温效果好，价格便宜，但不是很稳定，也不能使用。随后，人们开发了两层背砖墙或内墙和外墙，中间填充煤渣、珍珠岩、石棉等。这些填充物最初具有良好的保温性能，但经过一段时间后，材料本身会吸收水分，导致保温性能明显下降。此外，由于墙体填充物的隔热性能不足，所以采用更厚的墙体来提高其保温性能，将增加墙体的成本，从而增加其尺寸5。因此，使用了新的绝缘材料，如 LD 聚苯乙烯，特殊的 T-W 绝缘涂层和聚乙烯泡沫板。2.1.2聚乙烯泡沫保温毯的研发北京蔬菜研究中心开发的保温毯不仅具有良好的保温性和防水性，而且使用寿命长6，因为其经过加工和处理，不仅能保证长期保温，而且具有良好的防水65-2024 年 6 期现代农业智慧农业导刊Journal of Smart Agriculture性，易于保存。缺点是自身重量太低，不能解决抗风问题，而其外观好，强度高，所以保温毯及其传动装置经过 2 年的推广，不仅覆盖了北京的郊区，也覆盖了山东、河南的辐射区，它的使用寿命长，年平均成本低，比草苫子还低，有很多优点，所以被大多数农民采用，得到成功的研发，其自身的质量以及工艺效果也是很不错的，优点多于缺点。2.1.3双层膜保温及扭盖材料在冬季，当有足够的阳光时，坚实而密闭的双层薄膜也可以显著提高温室在夜间的保温效果，在冬季没有足够的阳光时，可以使用内衬薄膜。此外，PC 板价格较高，尽管其是一种新型的温室覆盖材料，具有透光性好、光照质量好、保温性强、耐冲击和寿命长等优点，但因其价格超标，一般不被采用。2.1.4北京日光温室面临的难点首先，对日光温室园艺的认识问题，有相当多的人认为日光温室不能现代化，即使能现代化也不适应当前的生产；有的人只计算一次性的大投资，而不计算多年的折旧和土地成本；还有的人只注意用电，大多数农民没有经济实力，采取消极的态度去对待所面临的问题。其次，农民在温室园艺中缺乏示范基地，实用、高效的技术体系还不成熟。应用太阳能理论和传热理论，实现冬季对太阳能的最大吸收和最佳保温效果，以及日光温室的设计和建造，对保证冬季蔬菜植物的正常生长发育和实现高产尤为重要，但农民的整体示范作用较差。再次，农民的经济和技术实力不足，园艺区的农民经济条件较好，但难以拆除现有设施，建设新的设施；而谷物种植区的农民经济困难，加之温室园艺改造技术水平低，难以一次性大量投资建设高质量的日光温室用于生产，阻碍了现代日光温室产业的发展。最后，政府对日光温室产业的支持力度不够，导致日光温室发展缓慢，技术水平不高，不能满足市场需求。同时，政府在对日光温室建设和生产过程中的监管不力，导致温室质量不高，生产环节出现安全隐患，影响农产品质量和安全。2.1.5北京冬季日光温室性能改进影响保温性能的因素很多，如温室的朝向、跨度，屋脊的高度和长度，墙体的深度、基质和树皮层等。如果是近期建造的建筑，成本太高，只能改善建筑结构。首先，增加后墙和斜墙的厚度。后墙和斜墙是建筑物暴露在冷风中的主要部分，为了减少夜间室内房间的热量损失，地板的高度应与后墙的高度相等。其次，墙体组成。为保证墙体厚度为 11.2 m，墙体组成为异质复合墙。再次，开挖和设计抗寒沟槽。抗寒沟槽是为了减少热量损失，以提高保温性能、在温室内檐前挖出一条深50 cm、宽 30 cm 的沟，用稻草、芦苇或聚苯乙烯保温板填充，以防止水分对保温层的侵蚀和抗寒性能的丧失。最后，篷布。篷布是提高温度的最好措施，其中最好选择双层篷布。铺设时应迎风铺设，两边应压住棚体，避免在寒风中吹动。2.2新疆日光温室的发展近况2.2.1新疆设施农业发展历史与现状早在 20 世纪 50 年代，新疆就开始探索设施农业。但由于当时技术、材料和设备的限制，设施农业发展相对缓慢。20 世纪 80 年代，新疆设施农业得到了一定的发展，但规模较小，主要以塑料大棚为主，用于种植蔬菜和水果。21 世纪初，随着科技进步和政策支持，新疆设施农业得到了迅速发展，规模不断扩大，种类也日益丰富。2011 年，物联网农业总面积超过6.67伊104 hm2（100 万亩，1 亩约等于 667 m2），近年来逐步进入适应和质量提升阶段。经过 20 多年的发展，截至 2012 年底，新疆农业总面积（不含体）达到 60 941.28 hm2，覆盖全疆 14 个地（州、市）和 91 个县（市、区）。2.2.2试验材料试验于 2013 年 12 月至 2014 年 12 月在新疆农业研究所示范区进行，选取具有代表性的第五代日光温室，温室长 120 皂，跨度 8 皂，脊高 3.5 皂，温室内种植葡萄。2.2.3新疆冬季日光温室的结构种类新疆冬季日光温室是利用日光温室技术进行蔬菜、水果等农作物种植的一种设施。新疆冬季气温较低，但通过日光温室可以有效地利用太阳光照射，保持温室内部温度在适宜农作物生长的范围内，而且新疆几乎所有的县市都有日光温室7。根据结构材料可分为钢架日光温室、竹木日光温室、塑料日光温室等。钢架日光温室使用钢铁作为主要结构，优点是结构稳定，可以使用较长时间，缺点是造价较高；竹木日光温室则使用竹子和木头作为主要结构，优点是结构简单，造价低廉，缺点是使用寿命较短；塑料日光温室则使用塑料薄膜作为覆盖材料，优点是保温性能好，缺点是使用寿命较短。根据前屋面的构造可分为圆拱型、双层型和三层型。根据内部结构、可分为有柱和无柱的结构。根据墙体的不同材料，可分为土结构、砖结构和复合结构等。66-2024 年 6 期智慧农业导刊Journal of Smart Agriculture现代农业2.2.4角度、高度、跨度、长度和厚度新疆日光温室在设计时，需要考虑其角度、高度、跨度、长度和厚度等关键参数，以满足当地的气候条件和作物生长需求。新疆日光温室的后屋面角度一般较大，以保证冬季阳光能够充分照射到温室内部。通常，后屋面与水平面之间的夹角在 6080毅。高度设计需要兼顾保温性能和作物生长需求。高度包括前屋面高度和后屋面高度。前屋面高度一般为2.53.5 m，后屋面高度一般为 1.52.5 m。跨度设计需要考虑土地利用效率和温室结构稳定性。跨度是指温室前后墙之间的距离，一般为 610 m。长度设计需要考虑作物生长需求和土地利用效率。长度是指温室沿地面的长度，一般为 3060 m。后屋面厚度需要保证温室的保温性能。后屋面厚度一般为 1020 cm。2.2.5新疆冬季日光温室的保温性能在冬季，一年中最冷的时候，室内温度需保持在2025 益，在晴天，夜间高于 10 益，短时间内不低于5 益，土壤温度在 15 益左右，这对蔬菜的生长和发育很重要，满足这些要求的关键在于日光温室的采光。自然光照：为确保保温，日光温室的照明设计必须提供超过 4 000 lx 的最低光照强度，6 h 内的综合平均光照强度至少为 20 000 lx。按照这个速度，可以保证日光温室中蔬菜整个施肥过程的正常生长，保证产量在3豫左右，除了光照，在冬季温室里温度是植物生命活动最基本的因素8。2.2.6日光温室所面临的问题第一，首先设计不当主要表现在太阳能温室后部屋顶的跨度、高度和间距角度。太阳能温室前屋面的跨度越大，间距越小，反射系数越大，入射系数越小，从而降低了太阳能产量。此外，当跨度大时，后屋面的俯仰角小，所以在冬至前后，阳光不能到达后屋面内部，形成光照死角，影响温升。第二，忽视了前屋面的保温性能。白天储存在温室中的大部分热量在夜间通过前屋面消失殆尽，一些太阳能温室在建设过程中往往只注重后墙和后屋面的保温，而忽视了前屋面的保温工作，导致温室内温度不足。第三，多年连作由于土壤病害严重加上病虫害防治不到位，造成叶霉病的出现，影响产量，导致温室内保温效果降低，不能达到预期目的，温室内土壤消毒困难由于连作较多，轮作较少，对土壤中养分平衡的一种破坏，造成土壤病害严重。2.2.7保温增温的方法第一，使用不滴水的聚氯乙烯薄膜。大棚膜上的一层水滴可以减少 20%30%的透光率。无滴水聚氯乙烯薄膜的透光系数为 89%，反射损失小，绝缘性能好，防老化，易于粘贴9。使用无滴膜可以使棚内温度提高 24 益，并防止大量的冷凝水滴到蔬菜上。第二，使用滴水灌溉。冬天浇大量的水会使棚内的土壤温度明显下降，湿度过高，浪费水。滴灌方法有利于保持土壤温度和控制湿度。第三，温室内建有水池。由于水的比热较高，水箱中的水在白天吸收热量，在夜间散发热量，这对温室有增温作用。在温室里建一个水箱也可以使浇灌蔬菜更容易，注意采用透光性好的薄膜，每年必须使用新膜，栽培期间经常擦拭薄膜10。第四，保持温室的气密性好。要封住大棚内的漏气孔，在大棚门口挂上双层棉帘，及时修补破损的棚膜，保持大棚的气密性，提高保温效果。第五，地热线。温室地面上的热地线，埋在地下，是通过电阻丝发热，提高地面温度。热地线通常适用于蔬菜芽苗菜的使用。第六，使用双层稻草和防风墙。冬季使用双层稻草覆盖温室，可以减少夜间温室内的热量损失，使温室内的温度提高 10 益以上。稻草的厚度约为 5 cm，应该是密实、薄而不透风的。在稻草上加一层铝箔或纸也会提高保温效果。在温室的前面，在铝箔旁边放置一个 1 m长的草帘，以阻挡风，这样可以增强保温效果。最后，各地的专家和科学家从不同的角度对农业就进行了分析，从温度、纬度、湿度等因素出发在不同季节开展了研究，主要是针对冬季展开。新疆几乎所有的县市都有日光温室，从北纬 35毅的和田到北纬 47毅的塔城和伊犁，从海拔-154 m 的吐鲁番到海拔 3 000 m的帕米尔高原。近年来做了许多分区研究，但大多数没有与生产实际相结合，纯属理论研究。3结束语在北京、新疆等地日光温室的类型和结构在一定程度上存在差异。北京地区的日光温室多采用玻璃温室，结构复杂，但耐用性和隔热性能较好。而新疆地区的日光温室结构更为多样化，除了传统的玻璃温室和大棚外，还有塑料温室和草地温室等各种类型。北京、新疆的气候条件各不相同，对日光温室生产也有不同的影响。新疆地区的气候干旱寒冷，适宜种植苹果、葡萄、草莓等作物。67-2024 年 6 期现代农业智慧农业导刊Journal of Smart Agriculture北京、新疆的日光温室生产的作物种类和收益也有所不同。北京地区的日光温室生产的作物以花卉、蔬菜、水果为主，出口收益较高。而新疆地区的日光温室生产的作物以苹果、葡萄、草莓等水果为主，收益较高。综上所述，北京、新疆的日光温室在类型、结构、气候条件、作物种类和收益等方面都存在一定的差异。但无论在哪个地区，日光温室作为现代农业生产的重要方式，能够提高农业生产效率，而且政府、企业、高校、科研院所和金融等各部门需形成工作合力加大力度11，促进农业的可持续发展。参考文献院1 魏瑞江，王西平，常桂荣，等.连阴天气塑料日光温室内外温度的关系及调控J.中国农业气象，2001（3）：25-28.2 袁静，李树军，崔建云，等.山东寿光冬季日光温室内温度变化特征及低温预报J.中国农学通报，2012，28（3）：300-304.3 王建勋，刘彬，朱恒奎.阿拉尔市寒冬日光温室温光性能的实验J.新疆农业科学，2006（1）：53-56.4 刘克长，任中兴，张继祥，等.山东日光温室温光性能的实验研究J.中国农业气象，1999（4）：35-38.5 徐刚毅，朴明权，陈斌.北京日光温室发展近况J.北京农业科学，1999（S1）：24-27.6 王浩，马月虹，杨关勇，等.新疆设施农业区域布局及其生产功能区划研究J.新疆农业科学，2014，51（12）：2328-2337.7 刘云祥.安徽日光温室结构优化的研究D.合肥：安徽农业大学，20138 李军.西北型节能日光温室光温环境研究D.杨凌：西北农林科技大学，2003.9 张爱敏.北方地区日光温室冬季保温增温技术J.现代农村科技，2013（20）：19-20.10 于振民.豫东日光温室温光性能的浅析J.耕作与栽培，2001（6）：21-22.11 焦娟，徐慧媛，王健，等.山东省光伏阴阳棚菌菜生产现状及对策分析J.食用菌，2023，45（5）：78-80.性，为保障学生的学习质量提供切实的保障。3.5创新教学模式和评价方式当前教学方式主要有线上直播教学、面授教学、线上自主学习，直播教学和面授教学主要以讲解课程复习指导为主，由于学生基础专业基础弱，文化基础参差不齐，常常是参加了课堂学习但效果并不理想，直播教学和面授教学对学生的吸引力并不大，学生更希望的是能听得懂，能指导自己实际工作的实用性强的理论知识和专业实践知识。因此，可以拓展直播教学模式，教师要走出“课堂”，深入基层实地直播、带领学习者进入基层产业基地、实训基地等现场直播教学的形式，对枯燥难懂的理论知识可以结合实际进行案例教学，提升学习者的学习兴趣，扩展其眼界和视野。对于学习者文化基础的差异可以采用分层次教学，对学员进行因材施教、分类施策，最终达到教学目标。总之，随着乡村振兴的不断深入，线上学习和教育已经成为推动基层干部学历提升的重要手段，保障学习质量才能切实提高基层干部的综合素质和能力，面对未来，需要进一步加强对“一村一”项目的在线教育投入，更好地满足基层干部的教育学习需求，切实保障学习质量和效果，真正提高其政治素质和业务能力，使他们成为真正有文化的带领乡村发展的新时代乡村干部，在乡村振兴发展中发挥其应有的作用。参考文献院1杜鹃.双循环格局下高素质、专业化基层干部培养路径探析J.领导科学，2021（9）：48-51.圆刘刚，王华.“农村干部学历提升工程”教学模式探究J.山西广播电视大学学报，2020（1）：55-58.3孙小燕.基于新时期乡村教育振兴的开放教育人才培养模式探索与思考J.智慧农业导刊，2013（19）：65-68.4朱城城.布鲁姆的掌握学习理论之我见J.现代职业教育，2017（2）：92-93.5BEKELE T A.Motivation and satisfaction in internet-supportedlearning environments;A review J.Educational Technology&So原ciety，2010，13（2）：116-127.渊上接 63 页冤68-