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中国西部除了干旱之外，春秋的风沙和冬季的寒冷，也是发展农业的不利因素。如果能建温室，可以最大程度地降低这些不利因素的影响。同时，最大程度地利用高原地区阳光充足，气温较低的优势。阳光充足意味着白天容易维持温度，气温较低意味着不需要消耗很多能量制冷。夜间温度低，还有利于植物保持养分。 中国北部，包括内蒙，河北北部，东三省西部等，有大量宜耕土地，并不干旱，风沙也不太严重，同样拥有西部适宜发展农业的自然条件（阳光充足，温度不太高，昼夜温差大），非常适合发展温室农业。 有一点似乎令人奇怪，中国的太阳能资源，或者说用于植物生长的阳光资源，中国的北方比南方更丰富。主要原因是西部及北部地势高，被云及低海拔（浑浊）空气遮挡的阳光少。查一查中国太阳能资源分布图就可以发现这一点。 植物生长需要充足的阳光，一定的温度，一定的养分，和充足的水分。在中国的西部和北部，阳光资源更加丰富，如果能够人为增加地表温度，会比南部更适合发展农业。而对温室来说，只要有阳光，温度自然会提升到合适的程度。温室中的水分和养分本来就可以得到最大程度的利用。由于总的气温较低，温室不像在南方那样需要很强的降温措施，从而有助于降低能源消耗和运行成本。强烈的阳光和很大的昼夜温差，对昆虫的生长不利。所以这些地区的自然病虫害也较少。 西部也是可再生能源非常丰富的地区，包括风能，太阳能，水力等。如果需要对作物补光，延长作物的每天的光合作用时间，缩短成熟时间，会有丰富的绿色电力供应。植物补光并不需要非常规律。效果是累积的，即使来电不稳定也没有关系。有就补一点，没有就不补，最多成熟晚几天。 在前面论证太阳能的困难的时候，我们说过，要开发数十万平方公里土地发展太阳能是非常困难的。但是结合高原温室农业发展则有很大的前途。因为高原太阳光能丰富，而植物对太阳光的利用有一个极限，为每平方米100瓦。但是高原太阳光能高峰时可以达到每平方米1000瓦，植物无法利用。如果把这部分太阳能利用起来，即在温室顶部铺设一定比例的太阳能电池板，既可以充分利用太阳能，又可以减少温室的降温需求，是一个两全其美的方案。 温室中的植物由于温度、湿度、水分、光照、养料都足够丰富，生长很快。但是还缺乏一个必要的因素，那就是空气中的二氧化碳。二氧化碳是植物光合作用必不可少的。对于露地种植，这不是一个问题，因为空气中自然含有一定浓度的二氧化碳，况且也无法控制。一般来说二氧化碳浓度越高，植物生长越快。但在温室中，植物生长很快，容易很快降低二氧化碳浓度。城市周边，二氧化碳浓度本来就偏高，只要持续换气就可以了，但一般也会补充一些二氧化碳。但在高原地区，二氧化碳浓度偏低，必须在温室中补充。 中国的西北部也是化石能源资源丰富地区，有大量的煤炭和坑口电站，每年排出大量二氧化碳。如果把这些电站的排放收集起来，作为温室的碳肥，无疑皆大欢喜。但长期来看，这些电站是要停掉的。在几十年的时间内，逐步停掉内陆的火电站，保留西部的火电站，可以保证温室对二氧化碳的需求。如果火电站不够了，那么还可以走人工碳循环的路线，即封闭农业和畜牧业，让碳在人工控制的小范围内循环。 可以将三维城市和温室基地用管道连接起来，或者在三维城市中用物理、化学的方法捕获二氧化碳，运输到温室。畜牧业基地可以直接和温室基地间隔布置，建立独立的生态圈。 在有足够的能源发展独立于自然的室内种植以前，在西部和北部开发温室农业是很好的选择。考虑到温室土地利用效率的倍增能力，西部开发一平方公里温室，至少可以代替东部经济发达地区六平方公里耕地。东部可以保留部分土地开发温室，种植瓜果蔬菜，这样可以降低瓜果蔬菜的运输费用和损失，而将粮食搬到西部和北部的温室中种植。 也许有人会问，三维城市已经非常节约土地了，还要发展温室，搬迁粮食种植干什么？土地不是够用了吗？理由如下：我们的长远目的重建是一个自然的“自然”，尽量降低人类对自然的影响，为地球上其它的动植物留下更多的生存空间。西北部是自然条件恶劣地区，本来没有多少动植物。我们改造过来保证人类食物供应，可以最大程度地减小对自然环境的影响。 实际上我们需要要把所有的耕地都改造成温室，这样才能建立一个健康、有保障、受气候变化和自然灾害影响小的农业。 那么，中国的西部和北部，并不是传统的种植农业地区，将农业基地建在这里，合适吗？ 需要知道的是，温室农业和传统农业有很大的差别。它们对自然环境和资源的要求是不一样的。 作物生长的条件是阳光，温度，水分，和含有必需养分的土壤。传统农业完全依靠气候条件和肥沃的土壤。有了灌溉和肥料之后，对气候和土壤的要求降低，但是仍然需要保证环境的温度及光照。传统条件下，只能依靠地理位置和气候条件来保证。即使有现代农业技术的帮助，传统露地农业仍然有不少问题，比如灌溉的能力有限，病虫害不好控制等。大范围干旱的情况下，灌溉技术也无能为力。露地农业对严重一些的其它自然灾害，如暴风，暴雨，冰雹，等，也没有很强的抵抗能力。 温室农业唯一需要的外部资源是阳光。温度可以在很大范围内控制，水分、养分都不是问题。西部北部阳光充足，昼夜温差大，降尘量少，都是发展温室农业的天然优势。所以，要发展温室农业，西部和北部是更好的选择。 国际上，现代农业，或者叫温室农业，设施农业，主要不是在传统农业地区发展。除了日本主要是因为土地不足以外，以色列，美国，还有西班牙南部的自动化设施农业都是在沙漠或者戈壁地区。即使温室花卉养殖发达的荷兰等地，也不是传统的农业地区（因为纬度太高）。 现在南方也有很多塑料大棚。在南方，大棚在冬天的优势比较明显，但在夏天有很多弊端。夏天南方气温高，昼夜温差小，大棚内温度更高，湿度也很高，超过了作物生长的适宜温度区间，作物反而生长不好。昼夜温差小，生长季节夜间延续时间也很长，这样作物在夜间消耗养分也多，白天合成的养分难以积累，导致农作物的产量和品质都下降。普通大棚的降温只能掀开塑料膜，这样大棚的意义就没有了。 基于同样的原因，由于环境温度高，温室大棚建在南方降温成本过高，作物的生长条件不如北方。 大片温室人工降温非常困难。太阳直射时功率可以高达1千瓦每平方米，一亩地近700千瓦，即使制冷效率很高，至少也需要200千瓦，每小时电费超过100元，一天超过1000元。夏季如果按一百天计，仅制冷的电费成本就会超过10万元。这显然是不可能接受的。况且大面积制冷，废热甚至没有地方可以排放。南方夏季高温期间，不但白天温度高，夜间温度也很高。如果要维持较低的温度，夜间也需要制冷。在高原由于环境温度低，可以适当设计温室，以节能的方式散热和控温。 南方多暴风雨和虫害，北方多风沙和雪害。 对于大片的温室，只有局部位置需要加强对大风的防护，温室采用钢结构，加强设计和施工可以避免风沙的危害。只要温室结构不破坏，风沙对植物生长是没有影响的。 对于温室来说，雪害不容易成灾。一是因为降雪量不像降水量那么大，一般定义的暴雪，降水量只有暴雨的十分之一左右。二是温室依靠阳光加热，土壤和多层玻璃保温，能够常年维持在一定的温度。下雪持续时间不会很长，能够很快融化，不容易积累。我们也不用在特别冷，雪灾特别严重的地方建温室。 温室的成本高。现在农产品基地更多采用塑料大棚。简易的大棚以竹竿和木头为拱架。优点是取材容易，施工方便，造价低廉，平均每平方米仅需5元人民币；但它的缺点是强度低，抗风、雨、雪能力差，容易朽烂，需要经常维修和更换，操作管理也不方便。竹木支架跨度小，大棚内空间狭小，需要很多柱子，棚内工作不方便，增大了劳动强度。 增强的钢架式大棚以方钢管为拱架，涂防锈漆或镀锌防锈。强度高，抗风雨雪能力强，跨度大，大棚空间大，操作管理方便，使用寿命较长，可达10-15年。钢架大棚成本比较高，约每平方米30元人民币。 塑料大棚的保温效果不太好，夜间需要覆盖保温层，白天在太阳直射下温度又容易过高。过高的温度增大蒸发量，增加湿度，导致霉菌大量繁殖，引起减产及作物品质下降。 玻璃联排温室的造价每平方米100元左右。但国内目前的“玻璃温室”，“阳光温室”智能化程度还不够。本章用的“温室”一词专指自动控温，自动灌溉，自动施肥，自动监测，等等，的智能温室。小面积智能温室投入很大，主要是控制部分的成本高。框架，玻璃，管道等的成本并不高。控制部分对于大面积的温室也是一样的，所以规模上去后，控制部分的成本平均起来会大幅下降。 温室可以为作物提供优化的生长条件。我们经常在新闻中看到，某一科研单位开发的新品种，可以使粮食作物亩产达到多少公斤，比如说亩产1500公斤的玉米，“吨粮田”，等等，但是那么多年来，经过长期努力，全国粮食（包括稻谷、小麦、玉米）亩产平均仅仅只有353公斤（2012年）。考虑到南方很多土地已经实现了多季种植，这个数字是非常低的。试验田的产量都很高，但是一旦推广，产量马上下降。这是因为试验田有很好的其它条件，如光、温、肥等，种植人员的专业水平也要高一些。 对粮食产量有决定影响的因素，除了种子之外，其它物理条件也非常重要，比如雨水，积温，光照等。在全部耕地面积中，比例更大的是低产田。作物生长需要的各种条件，只要一项不具备或者不足，就足以大幅度影响产量。这些条件在露地是很难控制的，但是在温室则可以。温室可以充分发挥良种的优势，提高粮食产量。 除了产量之外，物理条件不够，粮食的品质也会受到很大影响。目前国内几大粮食品种的优质率在50%上下。温室能够提供优化的生长条件，优质率更有保证。 我们也可以看到，自动化智能温室的产量非常高，瓜果蔬菜类是露地的十几倍到几十倍，那么推广之后，是不是也会发生同样的“推广难”问题呢？刚开始的时候，应该是会有的，因为大量人员需要培训。 温室与露地相比，还有一个重大差别：智能温室是可以复制的，但是土地和气候不可以。经过人员培训之后，所有的温室都应该能按照设计的性能工作。智能温室专业性很强，但是可以将用户界面做得很友好。就像汽车制造很专业，但是司机只需要定期开车到4S店就可以了。在物联网充分发展的三维城市时代，只需要少量专业人员，甚至专家系统（种植管理软件），监控温室、维持设备正常运行就行。 |
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