“甘州模式”大跨度半地下式日光溫室建造技術及效果評價

白曉軍 華軍 張文斌 李文德 王勤禮

摘 ? ?要： 介紹了甘州區大跨度半地下式日光溫室結構及建造技術。該溫室與傳統日光溫室相比，建造成本低，土地利用率提高，內部空間大，便于機械化作業，降低了人工成本；采光面積大、升溫快、保溫性能好，提高了果蔬產量，冬季生產更加安全。解決了傳統日光溫室空間狹小不利于機械化作業和智能化設備安裝等問題，具有栽培空間大、機械化智能化程度高、上市早、產量高、增收效果明顯等優勢，是西北高原地區周年設施蔬菜生產安全高效實用的新型日光溫室。

關鍵詞： 日光溫室； 大跨度； 建造技術； 效果評價

中圖分類號： S641.2 文獻標志碼： C 文章編號： 1673-2871（2023）09-157-08

The “Ganzhou Model” large-span semi underground solar greenhouse construction technology and effect evaluation

BAI Xiaojun1， HUA Jun2， ZHANG Wenbin2， LI Wende2， WANG Qinli3

（1. Ganzhou District Agricultural Technology Popularization Center， Zhangye 734000， Gansu， China; 2. Zhangye Cash Crop Technology Popularization Station， Zhangye 734000， Gansu， China; 3. Hexi University， Zhangye 734000， Gansu， China）

Abstract：The structure and construction technology of large-span semi underground solar greenhouse in Ganzhou District are introduced. Compared with traditional solar greenhouses， this greenhouse has lower construction costs， increased land use efficiency， large internal space， and is convenient for mechanized operations， reducing labor costs; the large lighting area， fast heating， and good insulation performance have increased the yield of fruits and vegetables， making winter production safer. It solves the problem of limited space in traditional solar greenhouse that is not conducive to mechanized operations and intelligent equipment installation. It has advantages such as large cultivation space， high degree of mechanization and intelligence， early market launch， high yield， and obvious income increase effect. It is a new type of solar greenhouse with safe， efficient， and practical annual facility vegetable production in the northwest plateau region.

Key words：Solar greenhouse; Large span; Construction technology; Effect assessment

甘州區位于甘肅省河西走廊中部，地處東經100°6′～100°52′，北緯38°32′～39°24′之間，南依祁連山，北鄰內蒙古阿拉善右旗，屬大陸性氣候。農業區海拔1200～2500 m，年平均氣溫6～8 ℃，年平均日照2932～3085 h，發展節能日光溫室具有充足的光熱資源。早在20世紀80年代開始就探索發展設施蔬菜，建造了不同類型的日光溫室，逐步增加了冬季鮮菜供給，豐富了城鄉居民的菜籃子，增加了農民收入。但是，這些傳統日光溫室也存在比較突出的問題。一是日光溫室墻體薄（墻體基礎厚度3.0 m，頂部厚度1.2～1.4 m），冬季蓄熱保溫性能差，特別是在深冬季節棚外最低氣溫有時可達到-28 ℃，棚內的蔬菜作物經常發生低溫凍害，損失慘重，嚴重影響了蔬菜的正常供給和菜農收入。二是傳統日光溫室跨度一般在8.0～9.0 m，長度50.0～60.0 m，脊高在4.0 m以下，單座占地面積667 m2左右，室內空間狹小，生產管理主要靠人工，農業機械無法在棚內耕作，智能化管理設施無法安裝使用，導致生產成本高、生產效率低。為了提高日光溫室的光熱性能，保證冬季蔬菜安全生產，實現農機農藝結合和機械化、智能化生產管理，降低生產成本，提高生產效率，張掖市和甘州區農業技術人員成功試驗推廣了甘州區大跨度半地下式日光溫室，被農民朋友稱為“甘州模式”日光溫室，為西北高原地區周年設施蔬菜生產提供了一種安全高效實用的新型日光溫室。據甘州區農業農村局統計，“甘州模式”日光溫室從2018年開始試驗推廣到2022年底，已在甘州區推廣456 hm2，此模式在西北高原及同類地區應用前景廣闊。

1 主要結構參數

1.1 跨度、長度、高度

參考農業部種植業管理司2014年制定印發的《日光溫室發展的適宜地區及優型結構參數》，按照甘州區冬至日合理太陽能截獲設計日光溫室合理前屋面角度，在增加跨度和長度、提高單座溫室面積和土地利用率的同時[1-2]，增加溫室高度，增大溫室前屋面角，使溫室前屋面角不小于27°，提高了溫室的采光蓄熱效能。溫室內凈跨度15.0～16.0 m，長度100.0～135.0 m，脊高達到7.0 m（圖1）。南北方向兩座溫室間距不小于9.0 m。

1.2 后屋面仰角、長度

后屋面仰角關乎后墻冬季日間墻體蓄熱，以不遮光為原則，仰角設計為31°～40°。后屋面長度一般為2.0～3.9 m，在一定的范圍內適當增加后屋面長度可減少溫室前屋面散熱面積，有利于夜間保溫[3-5]。海拔低的區域建造溫室可選擇較短的后屋面，海拔高的區域建造溫室可選擇較長的后屋面。

1.3 墻體厚度、高度

溫室墻體為土墻，用機械碾壓而成，可以減少打墻人工成本。后墻和山墻墻體底寬7.0 m，后墻高5.0 m，頂寬2.2 m以上。山墻最高處7.0 m，頂寬1.9 m以上。山墻和后墻外側全部覆蓋棚膜和棉氈，以利保溫和保護墻體。溫室整體為半地下式，種植區域地面低于零水平面0.7 m左右，半地下式土墻日光溫室蓄熱保溫性能更好[6-14]。

2 場地選擇與規劃

2.1 場地選擇

溫室建造場地要選擇地形開闊、地勢較高、排水良好、土層深厚的地塊，要避開風口、泄洪道，要有水電條件，交通便利。溫室的東西南方向30.0 m內應無高大遮光障礙物。

2.2 場地規劃

場地確定后，要進行總體規劃（圖2），規劃工作包括溫室方位和間距、田間道路和排灌體系以及附屬建筑等。場地規劃好以后，繪制平面設計圖。

2.2.1 規劃準備工作 準備羅盤儀、花桿、鋼尺、米繩、標樁、白灰等，并對規劃區進行總體測量。

2.2.2 連片規模 集中連片新建10座以上，便于配套水電等基礎設施。每座占地面積（包括墻體在內）2000 m2以上。

2.2.3 確定溫室方位 要求坐北朝南，東西延長，正南偏西5°～8°，用羅盤儀準確測定方位。

2.2.4 確定溫室間距 以冬至前后、前排溫室不對后排溫室構成明顯遮光為準，以使后排溫室在冬至前后日照最短的季節里，每天保證6 h以上的光照時間。在甘州區適宜的溫室間距應不小于9.0 m。

2.2.5 溫室間道路設計 依據地塊大小和地形地貌，確定溫室群內溫室的長度和排列方式，長度以100.0～130.0 m為宜。然后再確定田間道路的設置。在溫室群內東西兩列溫室間應留6.0～8.0 m寬的通道（包括綠化帶），并附設排灌溝渠。南北每隔5～7排溫室設1條4.0～5.0 m寬的東西向通道。

2.2.6 排灌水渠的設計 在溫室大棚前臉處挖一條與大棚同長的排水溝，排水溝寬0.5 m以上，深約0.3 m，以便讓棚面上流下的水隨時流走，防止積水過多流入棚內。排水溝與溫室內蓄水池通過暗管相通，收集棚面地面雨水，節約用水。在山坡上建筑的日光溫室，為防暴雨、洪水沖刷，應在溫室南北側和東西兩側各設1條防洪道。

2.2.7 附屬設施設計 低壓線路應設在兩列溫室之間的一側，電桿不能影響日光溫室采光，低壓線不能影響車輛運行。

3 主要建造技術

3.1 土墻砌筑

3.1.1 建造時間 施工時間可以從春季開始，最遲不晚于9月底竣工，應保證在投入使用時墻體干透。

3.1.2 土墻砌筑 該溫室為半地下式設計，種植區域地面低于零水平面0.7 m左右（圖3）。溫室后墻高5.0 m以上，脊高7.0 m以上。山墻應保證同拱架一樣的弧度和長度。土墻砌筑，采用機打土墻的方式，就是用挖掘機、配合鏈軌式推土機進行機械化建造墻體，墻基放線寬度大于墻體實際寬度2.0 m。首先把溫室耕地表層40～50 cm耕作層的熟土取出來，堆放到溫室南側，待墻體建完后回填；然后用挖掘機取土筑墻，每增加50～60 cm用鏈軌式推土機反復碾壓多次，不留縫隙，確保壓緊夯實，一直建設到預定的高度，再用挖掘機切削成上窄下寬的形狀；山墻和后墻連接處采用山墻包后墻的方式。為了保護土墻不受雨水的侵蝕，山墻和后墻外側全部覆蓋棚膜和棉氈。

3.1.3 平整地面 在日光溫室墻體建成之后，首先應及時平整溫室內地面，然后澆大水，利用大水沉實溫室的地面，特別是溫室前圈梁基礎位置必須澆水沉實。

3.2 拱架制作及安裝

3.2.1 前屋腳圈梁和后墻圈梁 在溫室前屋腳設置C25混凝土圈梁，規格為300 mm×300 mm。在后墻頂設置C25混凝土圈梁，規格為250 mm×250 mm，并埋設預埋件用于固定梁架。

3.2.2 屋面拱架與安裝 前后屋面主拱架采用Q235B熱浸鍍鋅高頻焊管，拱架上弦選用直徑50 mm（壁厚2.75 mm）熱鍍鋅鋼管，下弦為直徑25 mm（壁厚2.0 mm）熱鍍鋅鋼管，中間用12 mm鋼筋作為腹桿拉花。溫室前屋面拱架長15.6 m，后屋面骨架長3.9 m。后屋面兩主骨架中間布設1根直徑 50 mm（壁厚2.75 mm）熱鍍鋅鋼管作為檁條，長度3.9 m。主拱架加工好后就可以安裝，將拱架的前端和溫室前底腳圈梁上的預埋件相焊接，后端和后墻圈梁上的預埋件相焊接，主拱架間距3.6 m。前屋面再布設2～3道直徑32 mm（壁厚2.5 mm）鍍鋅鋼管東西向連通每一根主拱架。前屋面兩主拱架中間均勻布設5 道直徑32 mm （壁厚1.4 mm）鍍鋅鋼管副拱架，貫通連接前后屋面，副拱架的前端和溫室前底腳圈梁上的預埋件相焊接，后端和后墻圈梁上的預埋件焊接。在屋脊處用50 mm×50 mm、壁厚5 mm的角鐵做溫室橫梁，角鐵焊接縱向相聯貫通，長度與溫室整體長度（包含山墻）一致，角鐵缺口朝向后屋面。安裝時要保證所有拱架的高度、角度一致，焊接要牢固（圖4）。

3.3 地錨及鋼絞線布設

鋼絞線在溫室前后屋面東西貫通布設，規格為26＃鍍鋅鋼絲。其中在溫室后坡每間距10 cm拉1道東西貫通的鋼絞線，脊高以南經通風口至前屋腳以北6.0 m處每間距15 cm拉1道鋼絞線，從前屋腳以北6.0 m處開始，每間距20 cm拉1道鋼絞線，固定每根拱架。東西山墻外側埋設與鋼絞線同等數量的地錨，每道鋼絞線兩端用地錨固定拉緊，兩山墻地錨長1.2 m（埋深1.1 m）。后墻根外側和溫室前沿底部地錨長0.8 m（埋深0.7 m），用于固定棚膜、棚面和后墻面壓膜繩等，溫室前沿每1.8 m埋設1個地錨，后墻根外側每3.6 m埋設1個地錨。

3.4 后屋面建造

后屋面采用彩鋼板覆蓋，彩鋼板厚200 mm，密度12 kg·m-3，彩鋼板和后屋面鋼骨架固定在一起。板上用水泥砂漿抹面及防水卷材處理。后屋面施工的總體要求是，要保證整個后屋面頂部呈南高北低平緩的斜坡，坡面平整無縫，注意不能讓雨、雪滲入后屋面。

3.5 立柱架設

溫室內東西向共設3排立柱，分別在后墻根處、走道前沿和前屋面棚架中間位置，以分散棚架、棚面覆蓋保溫層和風、雪等載荷。后墻根處立柱間距1.8 m，走道前沿立柱和前屋面棚架中間位置立柱間距均為3.6 m。立柱可用水泥方立柱（120 mm×80 mm，配筋6根），也可用鍍鋅鋼管（直徑75 mm，壁厚3.0 mm）。水泥立柱或鋼管立柱上端與對應的主拱架、檁條焊接固定，下端預制水泥底座，下面安放墊石支撐（圖5）。

3.6 前屋面覆蓋棚膜

前屋面覆蓋棚膜選用水晶PO消霧流滴膜、EVA膜等，要在無風的晴天中午進行，分清膜面正反，棚膜上下各穿一條鋼絲固定，東西和上下兩端拉緊，用壓膜繩（用漁網絲質壓模繩）壓實。前屋面頂部、底部共設通風口2道，采用卷膜器通風，頂部風口寬度為3.0 m，底部通風口寬度為0.8 m，通風口均加設40目防蟲網。

3.7 輔助設施建設

3.7.1 卷簾機及保溫被 保溫被（由無紡布、拉力氈、泡氈、PE布組成，層數5～7層）寬2.0～3.0 m，單位質量3.5 kg·m-2以上，表層具備防水、防老化性能，芯層具備良好的保溫隔熱性能。卷簾機有后置上拉式、前置卷軸上推式、側置卷軸上推式和軌道式等類型，安裝方式各不相同。要根據溫室的長、寬、高和保溫被質量，選擇適宜卷簾機的類型和功率。

3.7.2 吊蔓鋼絲 室內東西拉10道橫向吊蔓鋼絞線，在每個種植壟上方的鋼絞線上南北方向固定2根鐵絲；根據不同吊蔓作物的質量，每隔3.0～6.0 m用鐵絲將鋼絞線與前屋面骨架連接。

3.7.3 蓄水池 水池為半地下式，建在溫室臨近水源一側，距山墻0.5～0.8 m。蓄水池長8.0 m、寬2.0 m、深2.0 m，容積32 m3，中間用120 cm磚墻隔開，隔墻底部距池底15 cm處留一直徑5.0～8.0 cm的過水孔。

3.7.4 看護房 單棟日光溫室只能有一個看護房，且要與溫室相連通，占地面積應小于15 m2，地面不能用水泥硬化?？醋o房墻體為磚混結構，配套安裝鋼結構或鋁合金門窗，屋頂為10 cm厚保溫彩鋼板?？醋o房建在溫室山墻側面，看護房與山墻之間的門洞內壁采用磚頭襯砌，各溫室看護房要統一規格、統一標準設計建造。

3.8 智能化設施設備安裝

溫室安裝空氣溫度、空氣濕度、土壤溫度、土壤濕度、光照度、二氧化碳濃度等智能感知設備，實現環境數據的顯示、遠程傳輸和遠程監測。配套自動卷簾、自動放風通風、水肥一體化灌溉等物聯網智能化管控系統和視頻圖像采集監控系統。配套建立室外小型氣象站（圖6）。

4 效果分析

4.1 土地利用率高

筆者團隊對甘州區黨寨鎮雷寨村、花家洼村的大跨度和普通小溫室的土地利用率進行了統計分析，結果詳見表1和表2。

從表1中可以看出，隨著日光溫室長度的增加，日光溫室室內凈種植面積占總占地面積的比率逐漸提高。100.0～135.0 m長的大跨度半地下式日光溫室室內凈種植面積與總占地面積的比值為0.373～0.393，平均數0.385；50.0～65.0 m長的日光溫室凈種植面積與總占地面積的比值為0.326～0.342，平均數0.335。這一結果說明在相同面積的土地上，建造大跨度日光溫室比建造小溫室可增加室內種植面積3%～6%。從表2可以看出，在6.67 hm2的土地上，全部建造長度為65.0 m的小溫室，則溫室內凈種植總面積為2.28 hm2。如果全部建造成長度為135.0 m的大跨度日光溫室，則溫室內凈種植總面積可以達到2.62 hm2，室內凈種植面積比小溫室多0.34 hm2。從表2還可以推算出，建成室內凈種植面積2.28 hm2的日光溫室基地，采用大跨度日光溫室模式只需要占用土地5.8 hm2，采用小溫室模式需要占用土地6.67 hm2，大跨度溫室模式比小溫室模式可以節省用地0.87 hm2。

4.2 建造成本比較低

2020年甘州區黨寨鎮陳寨村、雷寨村等建造的全鋼架智能化大跨度日光溫室按照后墻長度計算，平均造價為2200 元·m-1，長度100.0～135.0 m的大跨度日光溫室室內凈種植面積平均造價為178元·m-2。同年上述2個村建造的全鋼架小溫室按照后墻長度計算，平均造價為1300元·m-1，長度50.0～65.0 m的小日光溫室的室內凈種植面積平均造價為182元·m-2。1 m2室內凈種植面積的平均造價大跨度日光溫室比小溫室低4元，大跨度日光溫室長度超過小溫室的2倍時，造價就比小溫室的低（表3）。

4.3 蓄熱保溫性能好

一方面在夏秋高溫炎熱季節白天日光環境下，大跨度半地下式日光溫室墻體厚蓄熱能力強，能夠吸收更多的棚內熱量，可以顯著降低棚內溫度，延緩棚內溫度升高速度。另一方面在冬春低溫寒冷季節大跨度半地下式日光溫室由于墻體厚，白天采光蓄積的熱量多，夜間釋放的熱量也多，可以顯著提高夜間棚內空氣溫度，延緩棚內溫度降低速度，不易出現低溫凍害。筆者在甘州區黨寨鎮雷寨村和花家洼村對大跨度溫室和普通小溫室的夏季和冬季室內溫度變化進行了觀察試驗，結果表明在6—7月份夏季高溫時期大跨度半地下式日光溫室白天室內溫度較墻體薄跨度?。▔穸?～3 m、跨度8～9 m）的日光溫室低2～3 ℃，不容易出現高溫危害。在12月至翌年1月冬季最冷時期大跨度半地下式日光溫室室內夜間最低溫度平均8 ℃，較墻體薄跨度?。▔穸?～3 m、跨度8～9 m）的日光溫室溫度高出6.5 ℃。大跨度半地下式日光溫室能很好地滿足秋冬茬、早春茬黃瓜、辣椒、茄子、番茄等各類蔬菜作物生長發育溫度10～30 ℃的溫度需求。

4.4 環保生態高效實用

一是大跨度半地下式日光溫室設施主體材料為土壤，采取就地取土壘積而成，未破壞耕地生產功能，不釋放影響作物生長的有害物質，不會導致土壤污染，對設施內作物生長的影響較小，在建設的整個過程中環保、生態。溫室建成后除墻體和道路等占用的土地不能耕種外，陽光帶的空地和溫室內土地一樣（圖7），也具有良好的可耕種性，增加了可耕種土地面積。二是通風采光更好，棚內溫度波動幅度小，空氣濕度小，病蟲害發生輕，精準施肥灌溉程度高，農藥水肥使用量少，使農產品品質提高。三是棚內空間大，適宜中小型機械棚內作業（圖8），方便智能化設施設備安裝使用，更易于農機與農藝相結合，大幅減少耕種、管理、采收等環節人工投入，降低生產成本，提高生產效率。適宜種植植株較高大的果樹等經濟作物[15]，適合發展觀光休閑農業，開辟了設施農業增收新途徑。

4.5 增產增收效果良好

生產實踐證明，大跨度日光溫室與小溫室相比，冬春季節蔬菜長勢良好，種植的番茄、辣椒、茄子、黃瓜等蔬菜667 m2產量提高10%～15%，上市期可提早7～10 d。通過2020—2022年對甘州區黨寨鎮陳寨村、雷寨村、花家洼村、梁家墩鎮五號村、長安鎮二閘村進行調查，大跨度日光溫室平均年產值1000元·m-1（按照后墻長度），小日光溫室平均年產值500元·m-1（按照后墻長度）。按占地面積計算，大跨度日光溫室產值31.2元·m-2，折合667 m2產值20 810.4元；小日光溫室產值23.4元·m-2，折合667 m2產值15 607.8元。大跨度溫室667 m2產值較小溫室高出5 202.6元。也就是說，同樣占地面積為6.67 hm2的日光溫室基地，建造大跨度溫室可比建造小溫室每年多增加產值52萬元以上。

按凈種植面積計算，大跨度日光溫室凈種植面積產值為81元·m-2，折合667 m2產值54 027元；小日光溫室凈種植面積產值為70元·m-2，折合667 m2產值46 690元；大跨度溫室年667 m2產值比小溫室高7337元。也就是說，同樣室內凈種植面積為6.67 hm2的日光溫室基地，建造成大跨度溫室可比建造成小溫室每年多增加產值73萬元以上（表4）。大跨度溫室與小溫室相比，其優勢主要在于提高了冬春季室內溫度，提高了蔬菜產量、質量，提早了上市時間。接受調查的農戶反映，同樣時節種植同樣的蔬菜在大跨度日光溫室單位面積所投入的生產資料和人工成本并不比在小溫室高，大跨度日光溫室單位面積建造成本還低于小溫室，因此大跨度日光溫室較小溫室增加的產值也是增加的純收入。按室內凈種植地面積計算，大跨度日光溫室比小日光溫室每年667 m2可多增加純收入7000元以上。

5 結 語

建設“甘州模式”大跨度半地下式日光溫室可以節約土地（圖9），建造成本相對較低，其冬季采光保溫性能好，農機農藝結合度高，生產性能、生產效率和經濟效益比小溫室都較高。西北高原地區采用大跨度半地下式日光溫室進行冬季蔬菜生產會更安全。據甘州區農業農村局統計，目前，這種大跨度半地下式日光溫室已在甘州區推廣456 hm2，在西北高原地區具有廣闊的推廣應用前景。

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