蔬菜大棚結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)把握的問(wèn)題

馬 平

（西安翻譯學(xué)院 西安 710000）

隨著人民生活水平的提高，對(duì)反季節(jié)蔬菜的需求越來(lái)越大，利用大棚種植蔬菜，提高農(nóng)民收入和人們生活水平具有重要意義。但是，我國(guó)大棚建造的整體技術(shù)水平還是比較低，主要表現(xiàn)在抗大風(fēng)雪的能力差、穩(wěn)定性不夠、光照利用不好、通風(fēng)性差、保暖效果不好等問(wèn)題，造成蔬菜的減產(chǎn)，增加生產(chǎn)成本。從當(dāng)前現(xiàn)狀看，對(duì)大棚的結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究相對(duì)不足，農(nóng)民還處在憑經(jīng)驗(yàn)建設(shè)大棚的階段。因此，采取科學(xué)方法對(duì)大棚的結(jié)構(gòu)和管理方法進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，對(duì)于提高蔬菜產(chǎn)量和質(zhì)量，具有十分重要的意義。本文通過(guò)分析影響大棚蔬菜生產(chǎn)的相關(guān)因素，提高蔬菜大棚結(jié)構(gòu)的科學(xué)性，從而提高蔬菜大棚產(chǎn)量，增加農(nóng)民收入。

1 現(xiàn)有蔬菜大棚結(jié)構(gòu)對(duì)蔬菜種植的影響及危害

我國(guó)幅員遼闊，適宜種植大棚蔬菜的地區(qū)很多。因大棚結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不合理，受自然條件的影響，大棚的病蟲(chóng)害也呈現(xiàn)出多樣化，影響到蔬菜的產(chǎn)量[1]。存在的主要問(wèn)題及危害主要表現(xiàn)在:

1.1 空氣流通不暢

大棚結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，比如進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口的大小、位置等，都會(huì)影響到大棚內(nèi)部的空氣流動(dòng)。因?yàn)榇笈锘旧鲜欠忾]的，種植過(guò)程中，需要人工控制蔬菜生長(zhǎng)條件，大棚的管理也顯得相當(dāng)重要。如果通風(fēng)不及時(shí)，蔬菜的根葉腐爛、施肥不當(dāng)?shù)仍蚨伎赡墚a(chǎn)生有害氣體，如二氧化碳、氨氣、亞硝酸等，會(huì)在很長(zhǎng)一段時(shí)間里滯留大棚內(nèi)，使棚內(nèi)有害氣體濃度超標(biāo)，對(duì)蔬菜產(chǎn)生危害。比如，氨氣從葉片氣孔進(jìn)入，破壞葉綠體，輕則使蔬菜葉片形成大塊的枯斑，影響正常的光合作用，重則蔬菜全株葉片很快全部干枯。

1.2 結(jié)構(gòu)不夠穩(wěn)固

當(dāng)前，在農(nóng)村大部分是農(nóng)用塑料大棚，造價(jià)低，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，在遭遇到大風(fēng)、大雪、大雨的情況下，出現(xiàn)塑料大棚倒塌，從而給種植者造成巨大的損失。比如2012年，臺(tái)風(fēng)“蘇拉”襲擊沿海，很多大棚被大風(fēng)吹到。2014年，華北東北地區(qū)的大雪，造成很多大棚倒塌，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成巨大的破壞。

1.3 光照利用不好

光照是影響大棚蔬菜生長(zhǎng)的一個(gè)很重要的因素，直接影響蔬菜的產(chǎn)量和品質(zhì)，特別是茄果類(lèi)、葉類(lèi)。番茄花粉在弱光條件下會(huì)出現(xiàn)機(jī)能減退、不育；茄子出現(xiàn)短花序型，影響授粉；絲瓜、黃瓜等植株會(huì)出現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)失調(diào)，引起落花落果等。但是當(dāng)前在大棚的設(shè)計(jì)和管理上還存在很多問(wèn)題。有的大棚方位選擇有問(wèn)題，由于地塊大小和方位的限制，有的種植者往往憑經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)田邊的道路走向，或者是土地的走向，選擇大棚南北走向。這樣可能造成大棚受光時(shí)間短，特別是在冬季，不能滿(mǎn)足4 h以上的光照時(shí)間，直接造成蔬菜產(chǎn)量與品質(zhì)的下降。有的大棚的前后屋面角度偏小、脊高偏矮、棚面坡度過(guò)于平緩，這樣也會(huì)影響棚內(nèi)的光照。還有的為了節(jié)省土地，盲目增加大棚數(shù)量，造成兩棚間距離縮小，結(jié)果使得大棚之間透光性差。

1.4 保溫效果不佳

大棚主要是種植反季節(jié)蔬菜，特別是在冬天種植。比如，辣椒生長(zhǎng)適溫白天是26～30℃，夜間是18～22℃，超過(guò)這個(gè)范圍則不能正常生長(zhǎng)。但是當(dāng)前很多蔬菜大棚設(shè)計(jì)管理時(shí)，沒(méi)有充分考慮到保暖的問(wèn)題。有的種植者為了節(jié)省土地，大棚的南北跨度建得越來(lái)越寬，有的從6～7 m增加到10～12 m，甚至有的大棚超過(guò)15 m，必然會(huì)導(dǎo)致脊高加高。這樣不僅不方便蓋揭草簾及夜間保溫，還會(huì)遮擋陽(yáng)光，降低產(chǎn)量與品質(zhì)。

2 大棚結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)把握的問(wèn)題

雖然不同的地方大棚的結(jié)構(gòu)優(yōu)化管理有所區(qū)別，種植技術(shù)也會(huì)有所區(qū)別，因?yàn)闂l件限制，不能很精確的到每一個(gè)地方，但是大棚蔬菜種植基本上遵循相同的原則。本文針對(duì)的是蔬菜大棚在結(jié)構(gòu)優(yōu)化中應(yīng)重點(diǎn)注意的普遍性問(wèn)題[2]。

2.1 從經(jīng)濟(jì)及穩(wěn)定性角度對(duì)大棚結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化

建造大棚需要考慮的因素很多，要根據(jù)實(shí)際需要，本著經(jīng)濟(jì)實(shí)用的原則，以合理的建造成本，最大限度提高大棚的穩(wěn)定性和種植面積。大棚中的屋架和屋蓋是受力的主要地方，屋蓋承受是縱向作用的載荷，主要承擔(dān)是外界的作用，屋面梁與立柱承受了大部分的力量。對(duì)老式大棚結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法很多[3-4]，具體見(jiàn)表1。

表1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法及優(yōu)化效果

2.2 從通風(fēng)性角度對(duì)大棚結(jié)構(gòu)管理進(jìn)行優(yōu)化

大棚的換氣不僅與管理有關(guān)系，還與大棚的結(jié)構(gòu)有關(guān)系。常見(jiàn)的塑料大棚兩側(cè)通風(fēng)窗較窄，棚內(nèi)通風(fēng)不良，同時(shí)也導(dǎo)致溫度和濕度超過(guò)正常值。棚內(nèi)溫度較高，導(dǎo)致蔬菜生長(zhǎng)受阻，病蟲(chóng)害發(fā)生嚴(yán)重，如果這個(gè)時(shí)候采用加大農(nóng)藥使用量的方法去控制病蟲(chóng)害，就會(huì)影響蔬菜的品質(zhì)。

因此，我們?cè)诮ㄔ齑笈飼r(shí)就要考慮通風(fēng)性[5]。通過(guò)對(duì)拱型、屋脊型和斜頂型3種大棚內(nèi)部的氣流場(chǎng)進(jìn)行分析，得出的結(jié)論是3種大棚在進(jìn)氣口附近地區(qū)都有回流，在遠(yuǎn)離進(jìn)口區(qū)域趨于均勻。不同的大棚，回流區(qū)的范圍和流速存在明顯不同。測(cè)試結(jié)果顯示,斜頂型大棚換氣需要的時(shí)問(wèn)最短，拱型大棚較斜頂型大棚相比時(shí)間較長(zhǎng)一些，屋脊型大棚換氣時(shí)問(wèn)最長(zhǎng)。這就說(shuō)明，對(duì)于種植空氣質(zhì)量要求較高的蔬菜時(shí)，盡量采用斜頂型大棚。

如果已經(jīng)采用拱型大棚、屋脊型大棚的，可以采用增加進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口、延長(zhǎng)換氣時(shí)間等方法來(lái)保持大棚內(nèi)部空氣。比如，對(duì)于一個(gè)8 m跨度、長(zhǎng)60 m、肩高1.8 m的鋼架大棚，兩側(cè)通風(fēng)窗寬1.35 m的大棚進(jìn)行改良方法是：南北兩端增開(kāi)一個(gè)高1.5 m、寬5 m的通風(fēng)窗，并且在大門(mén)及通風(fēng)窗均覆蓋20目防蟲(chóng)網(wǎng)，并且在兩側(cè)通風(fēng)窗均覆蓋20目防蟲(chóng)網(wǎng)。這種改良型通風(fēng)防蟲(chóng)大棚通風(fēng)良好，隔離害蟲(chóng)效果較好，空氣流通好，可以有效減少農(nóng)藥的使用量，同時(shí)在高溫季節(jié)里可以有效調(diào)節(jié)大棚內(nèi)溫度和濕度，改善蔬菜生長(zhǎng)的環(huán)境。并且造價(jià)也比較低，每個(gè)大棚改造成本不超過(guò)200元，具有較好的應(yīng)用前景。

2.3 從光照角度對(duì)大棚結(jié)構(gòu)管理進(jìn)行優(yōu)化

光照對(duì)蔬菜生長(zhǎng)的影響主要是花芽分化、開(kāi)花、結(jié)果。蔬菜分長(zhǎng)光照蔬菜類(lèi)、中光照蔬菜類(lèi)和短光照蔬菜類(lèi)[6]。長(zhǎng)光照蔬菜類(lèi)如胡蘿卜、大蔥等，要求每天日照在12～14 h；中光照蔬菜類(lèi)如菜豆、黃瓜、西紅柿、辣椒等，對(duì)日照要求不嚴(yán)；短光照蔬菜類(lèi)如刀豆、豇豆、扁豆、莧菜等，要求日照在12 h以下。大棚內(nèi)光照不足，會(huì)影響植物的光合作用，直接影響蔬菜的產(chǎn)量和品質(zhì)。可以采取一些措施來(lái)改善大棚內(nèi)的光照條件。研究發(fā)現(xiàn)，大棚的不同部位光照不同，一般情況下，光照分布一般是兩側(cè)光照強(qiáng)度高、中部低，上部光照強(qiáng)，下部光照弱。脊高和跨度的大小影響采光角的大小和采光面形狀，從而直接影響采光性能。采光屋面角決定著光線(xiàn)透射比率，采光屋面角過(guò)小，下雨時(shí)會(huì)引起“水兜”，造成其他危害。脊高一定，跨度過(guò)大，采光屋面角隨之降低，大棚難于獲得最佳采光效果，大棚有效利用面積減少。一般情況下，跨度一般取6～8 m，且隨著地理緯度增加，跨度應(yīng)相應(yīng)減小。當(dāng)前，如果某個(gè)地區(qū)光照條件好、采光時(shí)間長(zhǎng)，就可以適當(dāng)加大跨度，從而增加土地利用率。當(dāng)跨度一定的時(shí)候，可以適當(dāng)增加脊高，這樣采光屋面角便會(huì)隨之加大，光照就會(huì)增加。但是也不能太高，過(guò)高會(huì)造成大棚空間增大，不利于保溫，對(duì)大棚主體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度要求就比較高，一方面會(huì)增加施工難度，還會(huì)增大建造成本。通常情況下，大棚脊高取值范圍一般為2.6～3.8 m。對(duì)采光面形狀的優(yōu)化對(duì)于提高采光率也很重要。在選擇采光面時(shí)不僅要增加采光率，還要考慮增大室內(nèi)有效種植面積，以及考慮大棚骨架的承載能力、散熱面積等因素，不能單純只考慮某一個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)，必須綜合考慮平衡各個(gè)因素。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，拋物線(xiàn)型效果最好，而曲線(xiàn)型要優(yōu)于直線(xiàn)型的。當(dāng)然，也不能單純以采光量作為優(yōu)化指標(biāo)，還要考慮土地使用效率、操作是否方便等因素。比如圓弧面采光就比較好，但是因?yàn)閳A弧面不僅前部低矮區(qū)域過(guò)大，而且還存在土地使用效率低、在大棚內(nèi)操作困難等問(wèn)題，因此不能被廣泛接受。當(dāng)然在具體建造時(shí)，我們要根據(jù)當(dāng)?shù)鼐唧w的地形進(jìn)行優(yōu)化。當(dāng)太陽(yáng)高度比較低時(shí)，大棚屋面坡度可以大些；反之，當(dāng)太陽(yáng)高度比較高時(shí)，大棚坡度可以適當(dāng)減少。

經(jīng)過(guò)以上因素分析，在具體建造過(guò)程中可以從以下7個(gè)方面對(duì)結(jié)構(gòu)和管理進(jìn)行優(yōu)化[7]。

2.3.1 改進(jìn)大棚結(jié)構(gòu) 在建材選擇上，最好使用鍍鋅管大棚，外形采用琴弦式，碰面采用8號(hào)鍍鋅鐵絲固定，這樣可以有效節(jié)省建材，而且遮擋陽(yáng)光比較少。大棚方位和棚面角度，可以根據(jù)大棚種植的作物對(duì)光照條件的要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。比如，主要種植春秋兩季的大棚，棚面角選擇15℃左右比較好，棚面可以平緩一些，這樣使得透射進(jìn)來(lái)的光線(xiàn)分布比較均勻。如果是主要種植冬季蔬菜的大棚，大棚的棚面角度適當(dāng)大些，一般在25℃左右，棚面拱起來(lái)，便于采光。

2.3.2 根據(jù)作物選用合適的塑料膜 消霧無(wú)滴棚膜性能比較優(yōu)越，這種膜不僅透光率強(qiáng)、保溫性好、還有一定抗老化作用，而且雨水從薄膜面流到地上不會(huì)產(chǎn)生水滴，這樣就可以有效避免滴水，棚內(nèi)濕度就可以保持在一定值。據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，采用消霧無(wú)滴棚膜光照強(qiáng)度增加了20%～25%，溫度提高了2～3℃。在此基礎(chǔ)上，因?yàn)椴煌卟宋獾奶匦杂兴煌梢葬槍?duì)所種植的蔬菜，選用不同顏色的地膜，從而達(dá)到增產(chǎn)增收的目的。

2.3.3 可以使用壓膜線(xiàn)壓膜 為了防止棚膜被風(fēng)刮起，我們可以在蓋上棚膜后，把棚膜的四周固定，在棚膜的上面壓上膜線(xiàn)，這樣就可以將棚膜壓緊，壓膜線(xiàn)的間距一般為每0.75～1 m，膜前固定在錨上，一端固定在鐵絲上，這樣可以增加透光率，延長(zhǎng)棚膜的使用壽命。

2.3.4 經(jīng)常清理，保持棚膜清潔 如果棚膜上面附著一層水滴，透光率會(huì)下降30%～50%。如果棚膜上落灰后不打掃，透光率也會(huì)大大降低。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)一個(gè)新棚膜在使用了2、10、15 d以后，棚膜上落灰越來(lái)越厚，棚內(nèi)光照分別減少14%、25%和28%。基于以上分析，要堅(jiān)持經(jīng)常打掃棚面薄膜。最好的方式是每天把草簾揭開(kāi)以后，用軟布條或者軟刷子，自上而下地把大棚薄膜上的灰塵和落葉等雜物清理干凈，這樣就可以有效增加光照。

2.3.5 合理搭配種植 光照不僅與大棚結(jié)構(gòu)有關(guān)系，還與棚內(nèi)植株的密度、株距等因素有關(guān)系。在種植蔬菜時(shí)，可以按照“北高南低”的原則，種植不同品種、不同高度的蔬菜，株、行距選擇適當(dāng)，植株生長(zhǎng)整齊，這樣合理搭配，盡量減少株間遮光。

2.3.6 采取人工補(bǔ)光的方法可以提高采光率 如果采取多種方法仍不能滿(mǎn)足采光要求，只能采用人工方法補(bǔ)光。補(bǔ)光強(qiáng)度一般為以1～3 klx斯。一般種植者測(cè)光非常困難，可以根據(jù)選擇燈的功率大小來(lái)確定懸掛的高度。一般40 W的日光燈，離苗45 cm高，光強(qiáng)為3.0～3.5 klx；100 W的高壓汞燈，離苗80 cm處，光強(qiáng)為0.8～1 klx。光源的選擇也有依據(jù)。研究發(fā)現(xiàn)，植物對(duì)紅光和藍(lán)紫光吸收能力比其它顏色的光要強(qiáng)。因此，可以選擇日光燈、碘鎢燈、高壓汞燈。補(bǔ)光時(shí)間一般每天2～3 h，當(dāng)棚外光強(qiáng)到達(dá)一定值后就可以停止，遇到陰雨天和下雪天可以全天補(bǔ)光。

2.3.7 懸掛反光幕 反光幕是補(bǔ)光的一種很好的辦法，投資少，效果好。一般反光膜為1 m寬，把兩塊用透明膠帶粘連成2 m寬的膜幕，在大棚的中柱南側(cè)或墻的最高處拉一根細(xì)鐵絲，膜幕的上端可以用膠帶粘在鐵絲上，下端粘在竹竿或細(xì)繩上懸掛，這就是反光幕。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，使用反光幕可以增加光照25%左右，棚內(nèi)溫度提高3～4℃。另外，在地面鋪設(shè)銀灰膜或鋁箔，也可以有效增加植株間光照強(qiáng)度，有利于果實(shí)的生長(zhǎng)，有效提高果實(shí)的品質(zhì)。

2.3.8 使用遮陽(yáng)網(wǎng) 遮陽(yáng)網(wǎng)的選用應(yīng)根據(jù)蔬菜種類(lèi):夏秋綠葉菜類(lèi)一般選用黑色，秋冬蔬菜類(lèi)一般選用銀灰色。茄果類(lèi)留種或延后栽培，最好網(wǎng)膜并用。遮陽(yáng)網(wǎng)一般在夏秋烈日 10：00—11：00蓋，16：00—17：00揭網(wǎng)，這樣才會(huì)達(dá)到近飽和的光照強(qiáng)度。

2.4 從保溫角度對(duì)大棚結(jié)構(gòu)管理進(jìn)行優(yōu)化

蔬菜生長(zhǎng)與溫度關(guān)系很大。西紅柿生長(zhǎng)適宜溫度是17～27℃，芹菜生長(zhǎng)適宜溫度是15～22℃。草苫是當(dāng)前溫室大棚中常用的保溫手段，可根據(jù)天氣狀況，合理確定揭和蓋苫的時(shí)間。揭蓋草苫的一般原則：在日出1 h左右以后揭苫，如果揭苫后棚膜上出現(xiàn)有白霜，這就表明時(shí)間有些早，可適當(dāng)向后推遲。蓋苫的時(shí)間一般在太陽(yáng)落山前30 min，一般不能太晚，特別是不能憑經(jīng)驗(yàn)在太陽(yáng)落山以后再蓋苫，不然大棚內(nèi)的溫度就會(huì)下降，影響蔬菜的生長(zhǎng)。在陰天的時(shí)候也應(yīng)該適當(dāng)?shù)慕议_(kāi)草苫，因?yàn)殛幪斓纳⑸涔庖灿性龉庠鰷刈饔谩Ａ硗庑枰⒁獾氖牵绻B續(xù)2～3 d草苫都沒(méi)有打開(kāi)，一旦出現(xiàn)晴天，光照很足時(shí)，不能馬上把草苫全部揭開(kāi)，要先隔1個(gè)揭1個(gè)，然后逐漸把草苫全部揭開(kāi)。在下雪天的時(shí)候，一般不再揭開(kāi)草苫，天氣轉(zhuǎn)晴，太陽(yáng)出來(lái)以后，要立即把雪清除掉，然后揭開(kāi)草苫。在保溫上還有一種方法是采用雙膜免蓋草苫。就是在建造棚室時(shí)，棚膜之間間隔一定的距離，再蓋一層膜，這樣就形成了雙膜。因?yàn)橛须p膜的保護(hù)，保溫效果更好，在夜間也可以不蓋草苫，白天也有充足的光照，還能有效減少購(gòu)買(mǎi)草苫、拉繩、卷簾機(jī)的費(fèi)用。還有一種方法是利用地溫,在大棚周邊挖防寒溝，這樣就可以有效地防止或減少土壤中的熱量向周邊傳導(dǎo)，從而提高大棚內(nèi)的溫度。

在利用大棚種植蔬菜過(guò)程中，我們還可以根據(jù)不同的品種選擇不同的溫度，在蔬菜生長(zhǎng)的不同時(shí)節(jié)選擇不同的溫度。以黃瓜為例，黃瓜早期產(chǎn)量與前期的最低溫度關(guān)系很大，與光照的關(guān)系不大，所以前期的最低溫度是決定因素，光照的強(qiáng)弱只是次要因素[8]。在中期，黃瓜產(chǎn)量與最低溫度和日均溫度關(guān)系都很大，因此種植早熟黃瓜，要盡量提高中間的最低溫度，當(dāng)最低溫度在14℃以下時(shí)，應(yīng)使用草苫子等防寒物。在中期，在不發(fā)生高溫傷苗的前提下，盡力提高棚中溫度，提高植株的光合能力，以達(dá)到增產(chǎn)增收的目的。在中期時(shí)，棚內(nèi)通風(fēng)也很關(guān)鍵，一般在棚內(nèi)溫度達(dá)到30℃時(shí)再放風(fēng)。

3 結(jié)論

大棚蔬菜種植在農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的作用越來(lái)越高，對(duì)于提高農(nóng)民收入意義非常重要。目前我國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)水平還處于粗放型發(fā)展階段，整體水平還不夠高。蔬菜大棚結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和管理還存在空氣流通不暢、結(jié)構(gòu)不夠穩(wěn)固、光照利用不好、保溫效果不佳等問(wèn)題，對(duì)于提高大棚蔬菜的產(chǎn)量和品質(zhì)還有很大差距[1]。本文從提高大棚結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、采光率、保暖性3個(gè)方面，對(duì)優(yōu)化大棚結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)管理提出了優(yōu)化方案，對(duì)于提高大棚設(shè)計(jì)管理的科學(xué)性具有一定的指導(dǎo)意義。