周博士考察拾零（六十七）戈壁灘上的設施農業園

記得2015年的3月筆者曾到新疆庫爾勒造訪了位于且末縣的農二師37團的設施農業園區。那是一個位于沙漠邊緣的設施農業科研與生產基地。漫天的沙塵（據說每年3～5月這里都是沙塵天）阻擋了陽光，也蹂躪著人們的眼球，但那里對設施農業技術的創新卻讓人大開眼界[1]。

2017年的3月，又是春暖花開、揚沙興起的季節，受農業部的委派，筆者對南疆設施農業發展進行專題調研。這次選擇了南疆的克孜勒蘇柯爾克孜州（以下簡稱克州，北緯37°41′28″～41°49′41″、東經73°26′05″～78°59′02″）和和田（北緯37°41′28″～41°49′41″、東經73°26′05″～78°59′02″）兩地。事實上，和田地區的民豐縣和庫爾勒的且末縣已經是一衣帶水的鄰居，一條315國道穿過塔克拉瑪干大沙漠，將南疆三地庫爾勒、和田和喀什（克州圍繞在喀什的西北）連接在一起。應該說這次考察，是對筆者2015年工作的延伸，也是筆者對南疆設施農業的一次更深入了解。

3月15日，考察工作的首站來到了克州的阿克陶縣。該縣位于克州的西部，也是中國的邊境縣，其西部、西南部分別與吉爾吉斯斯坦共和國和塔吉克斯坦共和國接壤。

阿克陶縣國土面積為24555.06 km2，其中山地占96.4%，適宜農業種植的平原面積僅占3.6%，18萬居住人口的人均耕地面積不足1000 m2，土地是制約當地農業發展的最大因素之一。此外，平原的農業區干旱少雨、降水量少、蒸發量大，年平均降水量60 mm，完全依靠天然降水的雨養農業難以維繼。

但這里日照充足，全年日照百分率在62%～68%，日照時數2700～3000 h，年總輻射量達130～140 kJ/cm2，高于中國同緯度的華北和東北地區，僅次于青藏高原，而且有大量的戈壁非耕地，地下水資源較為豐富。從氣溫看，這里四季分明，夏季炎熱、冬季寒冷、晝夜溫差大、無霜期長，7月平均氣溫25℃，極端最高氣溫達39.4℃；1月平均氣溫-7.1℃，極端最低氣溫-27.4℃。冬季低于10℃的天數有46.9天，全年無霜期長達221天。

為此，在發展大田農業受限的情況下，開發利用戈壁灘地，發展設施農業成為了當地農業發展和農民致富的一條有效途徑。阿克陶縣現代農業開發區設施農業園就是在18.6萬畝（1.24萬hm2）戈壁灘上興起和建設。目前已經建成了2000棟日光溫室，成為了當地牧民移居、農民致富、民族融合的設施農業特色小鎮。

這里，筆者就該園區農業設施建設及管理的一些經驗和技術特點做簡單介紹。

戈壁灘就地取材，解決溫室墻體建筑材料

在戈壁灘上建造日光溫室，首先解決的問題就是墻體材料。內地日光溫室墻體建設用的黏土紅機磚、蒸壓灰砂磚等在當地造價高、供應困難；山東壽光五代溫室采用的機打土墻結構和北疆等地用的干打壘土墻等，均因這里的土壤基本都是砂石，沒有黏結性能而難以照搬。

既能承重，又能儲熱的建筑材料從哪里獲取？

戈壁，是砂子和石頭的天地。用戈壁的鵝卵石做日光溫室墻體材料，既能承重，又具有良好的儲放熱性能，是被動式日光溫室蓄放熱墻體最理想的材料。就地取材，也省去了商品建材遠距離運輸的成本，就連砌筑鵝卵石用水泥砂漿的骨料（粗砂或細沙）均可以在戈壁灘上就地獲得。廉價的建筑材料，可顯著降低溫室的建設成本，而且用水泥砂漿砌筑的鵝卵石墻體，耐久性好，使用壽命長，按折舊計算的溫室運行成本也會顯著降低。

從運行上看，利用鵝卵石砌筑墻體（圖1a，墻體厚度：下部1.5 m、上部0.5 m）的日光溫室種植韭菜，完全可以越冬生產。日光溫室內的墻體光潔，對墻面的清洗、消毒都不會損壞墻體。

但鵝卵石墻體砌筑需要的時間較長，一是由于鵝卵石的大小不同、規格不一，土建施工必須在砌筑過程中不斷找尋適合尺寸的石料，費時費力；二是墻體砌筑到一定高度后必須養護一定時間待水泥凝固后方可繼續向上砌筑，否則底部墻體承載力不足會造成整堵墻體倒塌；三是鵝卵石墻體必須按照梯形結構砌筑，下大上小，墻體的厚度不能太小（頂部最窄處不宜小于0.5 m），大體量的墻體建造時間長，建造的用材量也大，相應成本也較高。

為了有效解決砌筑鵝卵石墻體建設周期長、耗材量大的問題，一是可以借鑒內地研究提出的用鋼絲網圍護填筑墻體（圖1b）或用鋼絲網盛裝鵝卵石后堆砌成墻的方法（圖1c）；二是摒棄鵝卵石墻體結構，用戈壁的砂料做骨料制作空心水泥磚，用空心水泥磚做建筑材料砌筑墻體（圖2a）。這種墻體材料保留了鵝卵石墻體儲放熱能力強的特點，墻體承載能力也能滿足日光溫室結構承載要求，而且建造速度快，可一次砌筑成型。從戈壁灘中篩砂篩出的大粒石子或鵝卵石可以直接堆筑在日光溫室的后墻外（圖2b），不僅可以增強溫室后墻的保溫性，而且對溫室后墻也有一定支撐作用，有助于增強溫室墻體的承載能力。當然，在溫室后墻外堆筑石料的做法也同樣適用于圖1a所示的鵝卵石砌筑墻體。

從溫室的實際種植情況看，2種材料墻體的日光溫室種植葉菜類作物在當地均能夠安全越冬生產。但同時也看出，當地建造的日光溫室一是后屋面保溫不夠，嚴重的冷凝水不僅浸透了后屋面保溫和承重木板（嚴重影響其使用壽命），而且冷凝水還局部地流滲到溫室后墻，直接影響溫室墻體的保溫性（圖1a）；二是溫室前屋面屋脊處的坡度太緩，兜水嚴重（圖2b）；三是溫室的前屋面保溫被采用了當地加工制造的針刺氈保溫被，由于對產品質量沒有控制或控制沒有標準，保溫被使用一段時間后保溫芯趕堆，出現保溫被內部大片沒有保溫芯的情況（圖3）。以上情況不僅大大降低了溫室的保溫性能，直接導致了溫室夜間室內溫度下降，而且對溫室的結構強度和結構的使用壽命都可能會造成不良影響。

對這類溫室，建議加強溫室細部構造的處理，尤其要增強溫室后屋面的保溫和前屋面保溫被的保溫和防水性能，加強溫室的密封性能，以提高溫室的整體保溫性能。按照同類氣候條件的日光溫室推演，如果能夠提高當地溫室后屋面和前屋面保溫被的保溫性能，在保證溫室嚴格密封的條件下，現有日光溫室在當地實現喜溫果菜安全越冬生產是大有希望的。

引進內地技術，提升溫室建造水平

為了提高當地日光溫室建設和種植技術水平，園區引進了農業部公益性行業科技專項：適合西北非耕地園藝作物栽培的溫室結構和建造技術研究與產業化示范的研究成果，按照專項研究成果建造了國內最前沿技術的試驗日光溫室（圖4）。

試驗溫室從溫室造型上看提高了溫室前屋面的弧度，避免了溫室屋脊處的兜水問題（圖4a），溫室后屋面采用的彩鋼板（圖4b）既承重又保溫，而且材料的商品化程度高，材料自身重量輕，對結構的壓力小，內外鋼板防水，耐久性好。相比傳統的木板承重后屋面做法，不論是材料的保溫性、耐久性還是防水性都有顯著的提升。

此外，為了最大限度提高溫室室內地面的利用率，試驗溫室將傳統日光溫室靠后墻的后走道模式改為了靠溫室前屋面基部的前走道形式（圖4c）。這種改變一是增加了溫室種植區的空間高度，進行攀蔓作物栽培可以保證全部種植區內作物的高度相同；二是避免了溫室前部種植地面的邊際效應，保證了溫室前部栽培作物不受冷害侵襲，土壤和空氣溫度基本能夠和室內其他部位保持相同。均勻的地溫和氣溫是保證作物均勻生長的基礎，對提高作物產品的商品化率也有非常積極的作用。從圖4c還可以看到，設置前走道也便于收集作物灌溉營養液的回液，在栽培床靠走道的邊沿設置通長的回液槽，可很方便地將回流營養液收集到溫室的兩端或一端，為回流營養液的集中處理或循環利用創造了條件。

為了實現溫室內機械化運輸，減輕作業勞動強度，試驗溫室在前走道地面還設置了運輸軌道（圖4c），并配置了電動運輸車，可方便溫室內農資和產品的運輸，極大地減輕操作人員的勞動作業強度。但從實際管理運行看，室內運輸設備并沒有得到有效使用，地面運輸軌道變形、銹蝕比較嚴重。建議研究和生產單位分析原因，不斷改進設備性能，爭取使之成為溫室生產中真正用得上、有效益的輕便裝備。

試驗溫室在承力骨架方面也有新的改進（圖5）。承力骨架沿用了傳統的桁架結構，但上下弦桿均采用了開口結構的外卷邊C型鋼，腹桿則采用了壓型鋼帶，腹桿與上下弦桿之間的連接摒棄了傳統的焊接連接方式，全部采用了螺栓連接方式。這種骨架形式的改變一是保證了骨架材料的表面鍍鋅層不會被破壞（因為沒有了焊點），從而保證了材料的使用壽命；二是骨架可以在施工現場加工制作，減少了骨架的運輸成本，只要將工廠加工成型的外卷邊C型鋼（直桿）運到施工現場，或者直接將卷盤鋼帶運到施工現場，在施工現場用成型設備將鋼帶滾壓成外卷邊C型鋼，然后再在骨架成型臺上利用骨架模具將上下弦桿壓彎成型，最后用螺栓將腹桿連接到上下弦桿上即可完成對骨架的現場制作。實際上，采用外卷邊C型鋼做骨架的弦桿，還可以直接利用C型鋼自身的內槽，上弦桿可作為固定塑料薄膜的卡槽，可省去壓膜卡槽或壓膜線；下弦桿可增設室內二道幕，將透光塑料薄膜反卡在下弦桿上，與上弦桿上塑料薄膜形成雙層中空塑料薄膜夾層，利用空氣的絕熱特性，在基本不影響溫室采光的情況下，顯著提高溫室的保溫性能。

為了收集塑料薄膜內表面的冷凝水，試驗溫室在前屋面骨架基礎內側附加增設了一道用角鋼做成的集水槽（圖6）。從原理上講，設置集水槽后，從塑料薄膜內表面滑落到骨架前沿基礎表面的積水將全部收集到集水槽中，并通過集水槽收集到溫室的兩端或中間集水的位置，從而避免前屋面塑料薄膜內表面積水流淌到溫室基礎內表面，影響基礎的結構和保溫。但從實際運行情況看，集水槽中并沒有形成可以流淌的水流，塑料薄膜表面大部分的積水還是滯留在骨架基礎表面，從圖6溫室骨架在基礎表面處發生銹蝕的情況看，集水槽設置并沒有完全達到設計的目的。或許在基礎表面做一個向集水槽的找坡，才可能有效避免基礎表面的積水。此外，如果將該集水方法移植到溫室后墻頂面，對后屋面保溫性能較差的溫室（圖1a）可有效避免屋面積水對溫室后墻的破壞。有興趣的讀者不妨一試。

在溫室墻體儲放熱技術方面，試驗溫室摒棄了傳統日光溫室后墻被動儲放熱的理念，采用了后墻主動儲放熱的技術（圖7）。在溫室后墻上安裝儲放熱板（該板是用框架將2層間距5～10 mm的塑料薄膜密封，中間通水，上供下回，利用表面黑色塑料薄膜吸熱，中間流水為載熱工質），在溫室中央的地下建設保溫水池（池容10 m3）。白天儲放熱板表面接受陽光加熱板內工質，加熱的工質依靠自重回流到保溫水池，然后再用水泵將其提壓到儲放熱板的上部進水口，往復循環，不斷吸熱提升工質溫度；到了夜間，當室內溫度降到設定溫度后，打開水泵重復白天工質的循環模式，工質攜帶熱量再通過儲放熱板重新釋放到溫室中，起到提升室內溫度的作用。這種方法可以人為控制夜間放熱的時間和放熱量，也能部分地控制白天工質的蓄熱時間和蓄熱量（主要通過控制循環水泵的開啟時間來實現），因此，是一種更主動、更有效的儲放熱方式。當遇到連陰天，工質從溫室后墻上吸收的熱量不足時，也可以對保溫池的工質直接加熱（有的地方采用了地源熱泵技術加熱工質），從而確保了溫室需要的供暖負荷。從設計理念上講，這種主動儲放熱的技術對溫室作物的安全越冬具有更高的保障。但現場考察看到，這種先進的技術設備并沒有開啟運轉，或許是最冷的冬季過去了，設備暫停使用，也或許是整套設備根本就沒有使用，其中的原委不得而知。

在溫室種植攀蔓作物用的吊蔓方式上，試驗溫室也進行了革新。傳統的攀蔓作物其吊蔓線一般是直接吊掛在日光溫室骨架上，或者通過一級吊線、二級吊線、三級吊線吊掛在溫室骨架或后墻上1 ，因此溫室骨架需要額外承載作物荷載的重量，相應骨架的截面和用材量將會加大。試驗溫室采用了可轉動鋼管作為吊蔓線的支撐桿（相當于三級吊線），1壟作物的吊蔓線全部吊掛在1根鋼管上，轉動鋼管可1次操作1壟作物的所有吊蔓線同時吊起或放下，大大提高吊放蔓操作的勞動效率（這種吊蔓、放蔓的原理筆者在《農業工程技術（溫室園藝）》2015年第13期做過介紹[2]）。從原理上講，這是一種高效的生產設施。但現場考察發現，這套吊蔓系統并沒有按照設計理念使用，而是把轉動鋼管直接當作三級吊線（桿）使用了，確實也有些浪費。

發展光伏農業溫室，效果不佳

光伏溫室是近年來國家發改委和國家能源局等部門為了促進綠色能源發展，提出的一種農業生產和光伏發電共生的技術模式。為此，國家投入了不少資金，也撬動了大量社會資本，在全國建設了許多不同類型的光伏溫室。

以日光溫室為載體的光伏溫室在內地也有大量試驗，有的將光伏板放置在日光溫室的后屋面[3]，有的將光伏板鋪設在日光溫室的前屋面[4]，運行的效果也各有千秋。

阿克陶縣現代農業開發區設施農業園也在緊跟政策和技術發展的潮流，建設了多棟試驗示范光伏溫室（圖9）。從外形上看，是傳統的一面坡玻璃溫室。考慮到溫室屋面要安裝光伏板，因為光伏板重量大（相比塑料薄膜），對骨架的變形控制嚴格，所以，溫室骨架采用了大截面桁架結構。與傳統的日光溫室相似，該試驗光伏溫室的后墻也采用了當地傳統鵝卵石砌筑日光溫室墻體，但后屋面采用了直立透光板（實際上是用透光覆蓋材料提升了溫室的后墻），完全取消了保溫后屋面。

先期的試驗溫室采用玻璃做透光覆蓋材料，沒有覆蓋光伏板，未來計劃用部分光伏板替代玻璃，以實現光伏發電和溫室生產雙重的生產效益。

但從目前試驗溫室運行的情況看，在加溫條件下，室內種植的葉菜長勢并不令人滿意。溫室沒有前屋面外保溫，后屋面也基本沒有保溫功能，溫室只能作為春秋棚使用，越冬生產難度極大。

由于目前光伏發電的國家補貼越來越少，光伏發電的上網電價也在不斷降低，尤其中國西部綠色發電（包括風力發電和太陽能發電）的電力難以長距離輸送到東部用電負荷中心，南疆的發電主要靠就地消納，可能會進一步降低光伏發電的效益。鑒于目前光伏發電的現狀以及試驗光伏溫室的性能，建議停止此類光伏溫室進一步建設，對已經建成的光伏溫室，盡量利用溫室的墻體，改造成為傳統的日光溫室（設置日光溫室后屋面，并使后屋面的熱阻達到設計要求），以確保農業生產的效益。

改進管理模式，確保溫室穩定運行

目前園區已經建成的日光溫室共有2000棟，按照規劃，未來18.6萬畝（1.24萬hm2）戈壁灘上還要繼續發展設施農業，溫室生產的面積將會進一步擴大（水資源可能是制約當地日光溫室大面積發展的瓶頸，目前地下水的埋深為43 m，灌溉用水的機井取水深度為120 m，在大面積開發戈壁前應請水利和環保等相關部門就開采地下水資源可能造成的生態問題進行評估），面對如此大規模的生產園區，如何高效運營管理就成了擺在管理者面前必須破解的問題。

目前的做法是政府投資建設，企業或個人承包運營。為了使建設的日光溫室能夠最大限度帶動當地農牧民脫貧增收，開發區管委會從外地引進了一批懂技術、會管理的漢族農民，請他們來承包日光溫室，并要求每戶漢族農民幫扶帶動5戶維族農牧民，語言上相互交流，技術上“傳幫帶”，不僅融洽了民族關系、穩定了社會，而且帶動了當地維族農牧民脫貧致富，收到了良好的效果。

開始運營階段，園區管委會免費給種植戶發放種苗，但通過實踐證明這種做法致使農戶不珍惜種苗、浪費嚴重，而且將生產中遇到的任何問題都歸結到種苗身上，群眾“等靠要”的思想嚴重。為此，園區管理者總結經驗，所有種苗均按照0.2元/株價格銷售，園區建設有智能化的連棟育苗溫室（圖10），統一育苗，在育苗之前，育苗企業深入每個種植戶統計調研種植需求。園區培養了50名技術人員，分區負責技術指導和需求統計，每周匯報各區的生產情況，及時分析決策。銷售種苗時，種植者可以將穴盤連同種苗一起帶走，但每個穴盤押金5元，只要完好無損地將穴盤返回，退回押金，這一政策有效提高了穴盤的回收利用率，也相應降低了育苗的成本。

目前園區內種植有17種蔬菜，冬季每天生產蔬菜約45～50 t，夏季每天生產蔬菜約70 t。由于目前在阿克陶縣沒有蔬菜批發市場，園區生產的蔬菜首先要運送到喀什市場銷售，而當地消費的蔬菜又必須到喀什市場去批發，交易的成本較高。為此，開發區計劃就地建設批發市場，在銷售園區蔬菜的同時，也吸引周邊生產的蔬菜來此交易，從而減少當地蔬菜消費的流通成本。

開發區目前還在計劃建設互聯網+智能化運營管理系統，希望通過農戶手機端的APP與園區管委會的終端智能化管理系統聯網，形成互動，達到農資供應、種植情況、市場商情以及技術指導互融互通，從而實現整個園區的有序穩定運行。

參考文獻

[1] 周長吉.周博士考察拾零（四十四） 開拓創新的新疆兵團農二師37 團——參觀新疆兵團農二師37團設 施農業園側記[J].農業工程技術（溫 室園藝），2015，35（13）：24-28.

[2] 周長吉.周博士考察拾零（十九）日 光溫室高秧作物生產的吊蔓與放蔓 技術[J].農業工程技術（溫室園藝）， 2012，32（28）：24-30.

[3] 周長吉.周博士考察拾零（五十） 光伏日光溫室結構的探索與實 踐——土默特左旗香島現代（光伏） 農業產業園側記[J].農業工程技術 （溫室園藝），2015，35（31）：33-35.

[4] 周長吉.周博士考察拾零（二十九） 不斷創新的山東壽光日光溫室（2）—— 太陽能光伏溫室技術的開發與應用[J]， 農業工程技術（溫室園藝），2013，33 （31）：40-41.