新疆非耕地日光溫室標準化設計探討

張彩虹+姜魯艷+鄒平+吐爾遜娜依+馬彩雯

【摘要】為了提高新疆非耕地日光溫室的綜合性能，根據新疆自然氣候條件，對戈壁地、鹽堿地日光溫室建造參數進行標準化設計，通過對兩種非耕地日光溫室性能的測試分析，結果表明：標準化設計的非耕地日光溫室在喀什、克州兩地冬至日時溫室內的平均溫度可達到18.9、20.6℃，最低氣溫10.6、14.3℃，最高氣溫達32.2、35.6℃。標準化設計建造的非耕地日光溫室保溫性能好，在新疆喀什、克州地區冬季不加溫條件下可實現越冬生產。

新疆處于中國西北地區，北緯32°22′～

49°33′，東經73°21′～96°21′，面積166萬hm2，約占全國總面積的1/6，屬于干旱區，降雨少，晝夜溫差大，光熱資源豐富，全年日照時間在2550～3500 h，非常利于農作物的生長和有機質積累。在這樣優厚的條件下，作物果實籽粒飽滿、含糖量高、品質優良，是發展園藝和設施種植的適宜區域。

截止2013年底，新疆設施農業總面積達到91.4萬畝（約6.09萬hm2，數據源自新疆維吾爾自治區農業廳），而設施農業發展用地主要集中在農區土壤肥沃的老農田和熟地，與大農業爭地矛盾日益突出。如何開發和利用廣袤的戈壁地、荒漠地是破解新疆地區耕地資源不足、產業整體效益不高的重要措施。據統計，新疆戈壁、鹽堿、荒漠地等和短期內難以開發利用的土地13.7億畝（約0.91億hm2），占全疆土地面積的54.91%；農林牧用地合計10.51億畝（約0.70億hm2），占全疆土地面積的42.13%，是全國土地利用率最低的省區。

為適應現代設施農業的發展需求，依托“十二五”設施農業技術成果和前期工作基礎，開展戈壁地、荒漠地日光溫室結構、材料及建造技術的溫室研究，開展戈壁地、荒漠地就地取材墻體結構及建造技術研究日光溫室合理采光區域配置、日光溫室標準化結構參數的設計以及災害應急加固技術的研究；形成環境調控與建造材料、經濟性能等方面的最佳模式；建立適合新疆戈壁地日光溫室設計及建造標準，推進新疆非耕地設施園藝產業的可持續發展，對確保農民增收、提高設施經濟效益、增強設施農業可持續發展能力具有重要意義。

非耕地日光溫室標準化設計

新疆喀什、克州地理氣候信息

新疆南北跨越15個緯度，南北東疆氣候特點、地理、光熱條件均有著極大的差異，本文采集南疆克州、北疆塔城兩地區的地理緯度、日照時數、極端最低氣溫、冬至日太陽高度角等氣象數據（表1）。

非耕地日光溫室設計

非耕地日光溫室結構參數設計

日光溫室的結構參數設計主要包括溫室方位角、室外設計溫度、溫室面積（A）、溫室跨度（B）、溫室長度（L）、溫室間距（D）、溫室脊高（H）、墻體厚度、后墻高度（h）、后屋面水平投影（b）、前屋面角（α）、后屋面角（β）等，可根據本地區地理緯度選擇合適的溫室結構參數。非耕地溫室標準化設計考慮到新疆北疆地區光照資源豐富，日照時間較長，跨度選擇在7 m，南疆地區北緯35?～40?，標準化設計從經濟角度考慮，適當增加其跨度，從而擴大栽培面積，因此跨度選擇8 m較為適宜。

非耕地日光溫室前屋面角的大小直接影響到溫室的采光性能，是非耕地日光溫室結構設計的關鍵，根據不同區域地理緯度不同，日光溫室標準化設計的前屋面角南疆地區為31?，北疆地區為32?～33.5?。對于新疆非耕地日光溫室來講，根據南北疆地理氣候特點，標準化設計的后屋面角分別為南疆40?、北疆45?，一方面降低后墻高度，減少建設成本；另一方面增加后屋面蓄熱面積，提高整個溫室蓄熱能力。但是后屋面投影長度不能過長，否則會使栽培區形成遮光區。根據國家標準《日光溫室和塑料大棚結構與性能要求》（GB/T 19165-2003）及地方標準《北疆地區干打壘墻體春提早、秋延晚蔬菜生產型日光溫室設計與建造規程》（DB65/T 3377-2012）中的規定，后屋面投影與跨度之比在0.17～0.25，同時依照兩地區氣候條件，標準化設計的非耕地日光溫室后屋面投影長度南北疆均可為1.6 m。

非耕地日光溫室跨度、前屋面角及后屋面投影確定后，可計算出脊高，合理的脊高取值應達到光照條件和保溫效果相互協調的目的。南疆地區非耕地日光溫室標準化設計的脊高為3.9 m，北疆地區為3.6～4.0 m。兩地溫室結構參數（表2）。

非耕地日光溫室墻體設計

新疆非耕地日光溫室墻體結構所選用的材料，既要符合就地取材，如戈壁料、砂石土等非耕地材料，降低建設成本，又要有保溫蓄熱性能。按照材料的熱阻及新疆南北疆日光溫室墻體結構的低限熱阻計算出墻體厚度（表3）。

戈壁地日光溫室以就地取材的戈壁土為主要材料，當室外設計溫度為-21℃，標準化設計3種類型的墻體，第1種采用戈壁土1.68 m，第2種采用外層戈壁土1.3 m、里層砌體護坡0.37 m，第3種采用里層磚砌體0.24 m、第2層戈壁土0.5 m、第3層磚砌體0.24 m、第4層聚苯乙烯板（戈壁土添加固化劑）0.03 m；鹽堿地日光溫室標準化設計采用里層聚苯乙烯板0.1 m、外層磚砌體0.3 m。

新疆非耕地日光溫室標準化設計

性能測試

對標準化設計的非耕地日光溫室的氣溫、地溫、濕度、光照等性能參數進行監測和室內外對照。通過設施環境因子的統計和分析來驗證標準化設計的溫室性能。測試時間為2016年12月31日～2017年2月24日，采用杭州路格科技有限公司L99系列智能溫濕度光照記錄儀。溫室內測點選擇溫室中心，高度1.5 m。室外設1個溫濕度測點，布置在高度1.5 m，周圍無遮擋物的空地。測試結果如下：

室內外最值與平均值

通過表4可以看出，溫室日氣溫最低溫度為9.78℃，與室外最低溫-15.3℃相比，溫差達到25.08℃，而室內最高溫30.82℃同室外最高溫23℃相比，溫差達到7.82℃。確保了溫室作物在一個相對均衡的環境中生長，不會出現大幅的氣溫變動。endprint

室內外濕度變化

隨機抽取一個晴天，對比室內外濕度變化情況發現室內外濕度變化規律基本一致（圖1），隨著白天掀開棉被，溫室內的濕度逐漸下降，室內最低濕度在14：00左右持續至17：00左右，隨著棉被蓋上，室內濕度逐漸升高，直至飽和。

室內外月溫度變化

該非耕地日光溫室采取冬季不加溫生產，故溫室內氣溫完全受溫室的保溫性能所決定。由圖2、圖3可知溫室內外最大值溫差在5℃左右，最小值溫差在15℃左右，室外1個月內最高溫度上升4.2℃左右，室內上升5.1℃；而1個月內室外最低溫提高11.5℃，室內上升5.1℃；室內始終保持一種穩定的環境。

室內外溫度的日變化

隨機抽取一天，對比室內外溫度的變化規律，由圖4可以看出溫室內隨著外界氣候變化明顯，每天有一個最高值和一個最低值，室內最低溫10.7℃出現在6：00～7：00，此時也出現了室外最低溫為-9.4℃，溫差20.1℃；室內最高溫出現在17：00左右為32.5℃，同時出現的室外最高溫為9℃，相比溫差為23.5℃。約在12：00左右溫室通風，氣溫出現小變化。溫室內的最低氣溫為10.7℃，高于茄果類作物越冬生產溫室10℃，可以滿足作物生長需求。

溫室內氣溫從17：00～24：00，下降緩慢，最大溫差僅為3.01℃，平均每小時下降0.38℃，說明溫室的保溫性能良好。

討論

在進行非耕地日光溫室標準化設計時應考慮溫室跨度、長度、前屋面角、后屋面角、后屋面水平投影、脊高、就地取材的墻體等溫室參數之間的相互影響、相互制約，應尋找溫室各項參數之間的最佳平衡點進行標準化設計，以便達到新疆非耕地日光溫室高效、節能、低成本生產的最終目標。新疆非耕地地理環境復雜，氣候條件特殊，南北東疆不同區域差異很大。因此，要針對不同區域進行設計，不能照搬國內其他省份或某個地區非耕地日光溫室設計建造的模式。

通過性能測試實驗，南疆地區戈壁地和鹽堿地日光溫室標準化設計參數分別為溫室方位角正南偏西7°～9°，溫室室內面積400～640 m2，溫室跨度8 m，溫室長度50～80 m，溫室脊高3.9 m，后屋面水平投影1.6 m，前屋面角31°，后屋面角40°；北疆地區戈壁地和鹽堿地日光溫室標準化設計參數分別為溫室方位角正南偏西7°～10°，溫室室內面積400～640 m2，溫室跨度7 m，溫室長度50～80 m，溫室脊高3.6、4.0 m，后屋面水平投影1.6 m，前屋面角33.5°、32°，后屋面角45°。

經過標準化設計建造的非耕地日光溫室，結構優異、采光保溫效果良好，土地利用率高。截止到2016年12月，新疆南北疆采用經過標準化設計建造的非耕地日光溫室分別達到3.2萬畝（約0.21萬hm2，數據源自新疆維吾爾自治區農業廳）、1.6萬畝（約0.1萬hm2，數據源自新疆維吾爾自治區農業廳）。

參考文獻

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Discussion on the Standardization Design of Non-cultivated Land in Xinjiang

Zhang Caihong， Jiang Luyan， Zou Ping， Tu Erxunnayi， Ma Caiwen**

（ Institute of Agricultural Machinery， Xinjiang Academy of Agricultural Science， Urumqi， Xinjiang 830091， China）

【Abstract】In order to improve the non-cultivated land the comprehensive performance of solar greenhouse in Xinjiang， according to the natural climate condition in Xinjiang， saline-alkali land to gobi， sunlight greenhouse construction parameters for standardization design， through to the performance of the two kinds of non-cultivated land greenhouse test analysis， the results show that the standardized design of non-cultivated land greenhouse in kashgar， Basque winter solstice when the average temperature in greenhouse can reach 18.9、20.6°C， the minimum temperature of 10.6、14.3°C， the highest temperature of 32.2、35.6°C. The standard design of non-cultivated daylight greenhouse heat insulation is good， which can be produced in winter without heating in the Xinjiang region of kashgar and kstate.endprint