  1.温室设计建造与选材 1.1场地选择 1.2设计与建造 2.温室环境调控 2.1温度调控 2.2水肥调控 2.3温室CO2调控 2.4光照调控 3.温室生产管理 3.1人工管理 3.2产品营销 4.存在问题 4.1前期投入成本高 4.2专业化分工缺乏 4.3自主创新技术不够完善 5.发展建议与对策 5.1优化温室结构，强化技术创新 5.2加大政策鼓励，完善链条体系 近年来，我国新建了很多大型连栋玻璃温室，这些新建温室单栋面积大、设计建造水平高、管理方法先进。笔者先后赴北京、天津、山东、甘肃等地，调研了北京宏福国际农业科技有限公司、北京极星农业有限公司、河北翻翻高技派乐活农场、北京瑞雪环球科技有限公司、天津滨海国际花卉科技园区、凯盛浩丰（德州）智慧农业有限公司、平凉超越农业有限责任公司等企业的大型连栋玻璃温室以及北京京鹏环球科技股份有限公司、北京航天华阳环境工程有限公司、昆山永宏温室有限公司等温室建造企业，调研中的大型连栋玻璃温室单体面积最大的为30hm2，最小的为2hm2。这类大型连栋玻璃温室（图1）不仅增加了温室的实际种植面积，还便于大型机械、智能控制系统的应用，为温室的规模化、集约化生产奠定了良好基础。目前，欧美等发达国家在发展设施园艺过程中，不仅能高水平地进行设施建设和能源利用，还配套有先进的栽培管理技术，获得极高的经济效益，并逐渐向多样化发展。为此，笔者结合文献与实际调研情况，分析了我国大型连栋玻璃温室的设计、建造、选材要点以及环境控制、生产管理等现状，并提出了相关建议。  大型连栋玻璃温室是现代化温室的发展趋势之一，但单体面积的增加会对建造设计造成一定难度，设计时需考量各种荷载以及极端天气影响，并为机械设备、智能化系统的进入留出端口，还要将生产区域的面积最大合理化。经过精密核算后设计建造的温室可以为后续生产节省能源，降低运营成本。 1.1 场地选择 大型连栋玻璃温室场地选择主要考虑地形及环境的限制，在冬季有季节风的地区，最好选择在迎风面有山、防风林或高大建筑物等挡风的区域建造温室，还需综合考虑交通、地形高差、能源、景观位置等因素，当然也要充分考虑冰雹、地震等自然灾害的影响。调研过程中，昆山永宏温室有限公司的温室设计者谈到大型连栋玻璃温室的选址依据时表示，①尽可能的避开基本农田和一般农田，尽可能减少温室建造对农田的侵占。②尽可能选择靠近有热源的地方，如热电厂，可以充分利用热电厂的热水进行加温，降低其运营成本。③尽可能选择靠近主营销区域，降低仓储和运输成本。④在现代化大型温室和大棚的实际生产中需要用电，因此，应考虑电力供给，线路架设等问题。要力争进电方便，路线简捷，并能保证电力供应。在有条件的地方，可以准备两路供电设备或自备一些发电设施，供临时应急使用。⑤尽量远离有污染的区域。温室的土壤、水源、空气如果受到污染，会给作物生产带来安全隐患，影响消费者健康。因此，在污染性工厂附近最好不要建造温室，特别是这些工厂的下风或河道下游处。 1.2 设计与建造 ★温室荷载 大型连栋玻璃温室的建造成本相对较高，在设计时需充分考虑温室运营过程中可能会遇到的一切荷载情况，并进行验算，以保证温室的强度要求及安全运行。在设计过程中，屋顶的荷载必须考虑当地风荷载及雪荷载的情况来进行计算（包括不同作物的栽培方式及内外遮阳的因素，要在温室整体结构中计算荷载）。风载与雪载需根据项目建设地的气象资料为依据，按照国家现行结构规范进行计算，屋面等上部荷载应考虑作物吊挂、其他设备管线以及最大雪覆盖等重量进行计算。 ★温室设计建造 温室结构设计要充分考虑作物的生长需求，大型连栋玻璃温室结构设计与普通温室相比更为严格，需充分考虑设计布局的合理性、材料的热胀冷缩以及各种数据的积累误差，同时还需考虑温室内环境的均匀性。在设计建造过程中，应实地考察，进行合理布局。北京航天华阳环境工程有限公司的温室设计者表示，建造过程中应该按照相关标准，选用质量与加工精度、加工工艺合格的材料，并在安装过程中及时校正，减少积累误差。同时，大型连栋玻璃温室的安装（图2）必须配置吊装及起重设备，以确保温室安装的质量及安全。另外，温室的基础埋置深度需根据温室的类型，如跨度、高度及建造场地的地质勘探资料等确定，一般要求在项目所在地冰冻线以下，基础开挖到老土层。还需提前做好极端天气防御措施，例如融雪系统的设置等，减少自然灾害对生产的影响。大型连栋玻璃温室的覆盖材料需综合考虑种植作物的习性要求、当地的气候条件以及用户投资力度等因素来确定，北京京鹏环球科技股份有限公司设计者表示通常情况下推荐使用散射钢化玻璃，由于该覆盖材料的高散射特性，其温室内部无阴影，光照均匀，叶面无灼伤，温室气候更温和，减少植物光抑制，植物底部可吸收更多阳光，增加植物底部光合作用，减少植物底部灰霉病的发生，可以提高作物品质。  温室内部（图3）的温度、湿度、光照、CO2浓度等环境因素与植物生长有密切的关系，而在大型连栋玻璃温室中，栽培面积的增大会导致病虫害破坏力成比例增长，因此对环境调控的要求与病虫害预警的要求会更为严格。另外，为提高温室产品的规模化效应，还需保证环境以及各种操作工序的一致性，提高产品商品性，从而增加收益。 温室环境是一种非线性、强耦合性、多干扰性、时滞性的动态环境系统，温室内环境因子与环境因子、植物生长情况与环境因子之间都存在复杂的能量关系。因此，如何高效经济地实现温室内多因子间的复合控制是温室环境控制过程要解决的关键问题。据报道，当前温室生产中冬季加温、夏季降温除湿等能源消耗占总生产成本的10%~40%，高纬度地区温室能耗甚至占到温室生产成本的50%~60%，笔者走访多家大型连栋玻璃温室也发现，能源成本居高不下是制约大型连栋玻璃温室盈利的关键因素。 图3 大型化连栋玻璃温室内部 2.1温度调控 作为一种高能耗抗逆性生产设施，温室需对温度进行控制来抵御外界的影响。温室冬季对温度的调控主要从“开源”与“节流”两方面来进行，“开源”即增加加温设备，此项对能源消耗有一定要求。“节流”则指通过增加温室的密闭性以及增设保温幕布来保证温室内热量不外泄。因此北方以及部分南方温室通常配有内保温幕布以及加温系统来保证温室内的作物可以安全过冬。而温室夏季温度调控则主要从“外遮”与“内散”两方面来进行，“外遮”是指遮挡夏季强烈的太阳辐射，“内散”则是指通过强制手段增加温室内空气流通从而降低温度。 ★冬季温度调控 在温室生产的能源消耗中，加温占了能耗的绝大部分，因此减少温室热量流失，可以有效降低温室冬季运营的加温成本，所以大型连栋玻璃温室冬季生产对于温室的气密性、保温幕布的保温性均有较高要求。除定期对顶窗、侧窗等可能通风透气的地方进行密闭性检测外，还要保证保温幕布的性能良好。凯盛浩丰（德州）智慧农业有限公司与北京极星农业有限公司的大型连栋玻璃温室均采用了三段式保温幕布（图4），该幕布可以分段打开，协调了各个时段对于温度与光照的不同要求。另外，在温室设计要对加温环节予以特别重视。目前，温室加温主要有热水循环加温与热风加温2种方式。热水循环加温是温室采用的最普遍加温方式，其系统包括热水锅炉（燃煤、燃油、燃气），上水、回水管道，热水散热器和控制阀。随着环保政策的出台，建议大型连栋玻璃温室采用燃气锅炉。为此宏福国际农业科技有限公司充分利用燃气锅炉，将产生的气体进行CO2分离提纯（图5），用于温室内的CO2气肥补充，在一定程度上降低了成本。
加温时，应选择热效率较高、与热负荷匹配的热水锅炉以及温室专用的散热效率高、所占空间小、防腐性能好的热镀锌圆翼形高频焊翅片散热器或热镀锌圆翼形缠绕式翅片散热器。同时散热器的位置也很重要，要根据温室所需的总热量以及温室的散热特点合理布局。热水循环加温（图6）的优点是热稳定性好，运行费用相对较低，使用可靠，但其一次性投资较大。因此，在采暖时间长、供热量大、每天加温时段长的北方寒冷地区宜采用热水循环加温的方式。热风加温是采用热风炉直接或间接加热空气，通过输送管道把热风均匀地送到温室各处。
热风加温设备简单，只有热风炉和输风管道。热风加温最大的优点是一次性投资低、升温快、调控方便，但存在着停止供热后降温也快，热稳定性差，总体上运行费用高等问题。因此，在采暖期较短，每天供热时段也短，总体补热量较小的南方地区宜采用热风加温方式。为了节能，在设计温室时就应考虑利用温室建造地的天然优势，例如天津滨海国际花卉科技园区就利用了当地丰富的地热资源来进行温室加温，而平凉超越农业有限责任公司的番茄星球温室生产基地则利用了附近设有电厂这一优势，用电厂余热来加温，均大幅度的降低了能耗。其中，番茄星球生产基地还采用了ATU空气处理系统，冬天，该系统可以利用电厂余热进行室内加温，夏天还能配合风机湿帘实现室内降温，而且该系统对于温度的控制较为灵敏，可以在半小时内完成对生产区的温度调控。同时，为了节约能耗，温室研发人员还设计了地源热泵和空气源热泵，其中地源热泵适合中国北方温室，空气源热泵则适合中国长江以南地区使用。柴立龙等试验证实，地源热泵供暖、天然气供暖、燃煤热水供暖以及燃油热风供暖的相对运行费用分别为1.20、1.31、1.00、3.36，与燃煤热水采暖系统相比，地源热泵系统供暖可节约42%的能耗，整体对比情况见表1。 表1 温室不同供暖方式的经济性对比分析
对于温室的温度调控，Lacroix等通过对不同温度设定模式的节能效应模拟，开发了积温模拟控制器，可以降低7%的温室能耗。Aslyng等通过建立作物叶片的光合作用、呼吸作用及光辐射吸收的预测模型，根据自然光照来控制温室内的温度来达到节能的效果。Korner等研究结果表明，利用积温的方法可以比常规温度调控降低9%的能耗。伍德林等研究表明，将温室作物整个生长阶段分为营养生长阶段、生殖生长阶段。在不同生长阶段采用不同的调控策略，既保证了作物正常生长的需要，又兼顾了节能降耗。李志伟等将作物1天中生长所需要的温度划分为若干阶段，以此实现温室加温环境的节能管理。因此，温室温度管理节能的关键点是基于植物生长最佳条件和环境控制成本最低来优化温度控制参数。 ★夏季温度调控 夏季太阳辐射量过大，室内温度偏高会影响作物正常生长，温室内降温方式常见的有通风、遮阳等。大型连栋玻璃温室大多采用开启顶部通风窗进行自然通风来达到降温的目的，通风窗口的数量、尺寸、传动方式以及开启的角度等都对温室的温度控制产生重要影响，在调研过程中笔者了解到，凯盛浩丰（德州）智慧农业有限公司温室的顶窗为双向连续开窗（图7），大大改善了室内的通风效果。调研中的一些温室内还配有涡流风机与高压喷雾，增大室内降温效果。目前，研究人员已经研发出了模拟计算方法，通过控制开窗的各个参数以及设置在温室内的干湿温度计收集数据，实现温度的自动控制。 此外，还可以增加外遮阳与内遮阳来降低温室夏季辐射，但这种降温方式存在一次性投入成本大，造成不必要遮光带等缺点，由此衍生出了在屋顶玻璃上喷洒白色涂层的技术，瑞雪环球小汤山基地的温室就使用了该技术，将一种名为“利索”的白色涂料喷洒在玻璃表面，以减少夏季的太阳辐射，进而达到降温的目的。秋冬季节，通过清洗可全部去除外涂层，同时还能清洁温室屋顶，保证冬季采光需求。
2.2水肥调控 大型连栋玻璃温室为更精准的把控水肥用量，大多采用无土栽培技术，常用基质有岩棉、椰糠2种，但由于岩棉需要每年更新，废弃的岩棉必须由专门的公司回收处理，而国内缺乏相关专业公司，因此调研中的大型连栋玻璃温室生产大多采用椰糠基质，笔者在调研中发现，为了更精准、灵活的调控幼苗期营养液的EC与pH，温室的无土栽培槽多为组合型（图8）。无土栽培技术可以不受土壤类型的影响，实现栽培过程水肥精准可控，作物产品质量得到明显提高，而且无土栽培技术杜绝了土传病害的发生，减少了土壤消毒等投入品的使用。 在大型连栋玻璃温室中为提高水肥利用率，大多引进了水肥一体化管理系统与滴灌技术（图9），水肥通过同一个管道运输并在每个分支前端有一过滤网中杂质堵塞滴灌出水口。施肥系统采用A液和B液混合施用，防止矿物离子出现沉降现象。整套系统通常由中央处理计算机统一控制，具有以下特点：①根据水质、作物种类、生长阶段、回液反馈调节等确立营养液配方；②根据季节、作物种类和生长阶段确定供液量；③根据季节、作物种类及对品质的要求调整EC；④监测回液及基质内营养液成分，当离子（Na+、C1-、HCO3-）含量超标时可以及时冲洗；⑤可以采用紫外线辐射、加热、慢砂过滤等新技术进行营养液消毒。
2.3温室CO2调控 CO2施肥能提高作物的光合作用效率，促进作物生长发育，增加作物的株高、茎粗和叶片面积，有利于作物的新陈代谢，加速植物对养分的吸收运输与光合产物的运输，能使植株生长健壮，抗逆性增强，显著增加产量，改善产品品质，投入产出比可达到1:30。据报道，当温室CO2浓度从350μL/L增加到450μL/L时，可实现增产12％；而从1000μL/L增加到1100μL/L时，仅可增产1.5％，因此温室CO2最经济的控制浓度一般设定在450~500μL/L。CO2施肥一般有6种方式，分别为通风换气法、土壤施肥法、生物生态法、化学反应法、燃烧法、液态CO2法。考虑到利用费用问题，国内大型连栋玻璃温室可利用天然气在锅炉燃烧后产生的烟气一部分排出室外，另一部分由引风机引出，经过检测合格后的CO2通过白色塑料软管散播到温室各处。白色塑料软管一般设置于植物下端，上布满小孔，以供CO2溢出（图10）。
2.4光照调控 光照作为作物光合作用的能量来源，是影响作物生长的最关键环境因子之一，设计出合理的温室光照控制系统是保证作物良好生长与避免能源浪费的有效手段。当前对于设施内补光的研究也逐渐趋于精细化，例如在2017国际设施园艺大会上，加拿大农业和农产品中心的Hao通过试验证实，对于番茄等蔬菜来说，优化光谱可以促进冠层生长。他们利用14C同位素示踪技术，发现垂直光照条件会使温室番茄和迷你黄瓜的叶片光合作用、叶片大小、果实产量和品质产生显著差异，并得出优化后的垂直光照条件可以提高植物全年生长量以及果实产量、品质的结论。美国密歇根州立大学园艺学院的Park则发现红光与远红外光的比例（R:FR）可以调控光敏色素介导的光形态建成响应，以促进植物在遮阳条件下对辐射的捕获量和留存量。虽然各种研究证实补光对于植株生长具有相当的促进作用，但在大型连栋玻璃温室内进行补光，首先要考虑的是投入回报比。无论是一次性投入还是后续电能的耗费，都会对温室的运营成本造成影响。调研过程中，笔者发现温室内在育苗区应用补光灯的较多，生产中则由于成本的制约以及补光方案的不成熟，很多温室管理者还持观望态度，并尝试进行不同补光灯的对比试验（图11），探索提高产出/投入的方法。因此，选用适宜的补光灯以及补光方案具有重要意义。
 温室面积扩大后，作物产量有所提升，后续的销售以及温室的运营管理都需要更为严谨的把控。大型连栋玻璃温室运营要求温室种植者不仅要成为精湛的园艺专家，更要成为优秀的管理者。 3.1人工管理 大型连栋玻璃温室的人工管理需要通过对人工进行合理分配，把握工作效率与质量之间的平衡才能提高工作效率。调研过程中笔者发现，翻翻高技派乐活农场（图12）的管理者将温室内的各项工作进行合理拆解、组合，并通过早期奖励、专人专岗、计件管理等方式激励员工工作，帮助员工提高工作效率，将传统农民转变为职业农民。而有的温室则引进了劳工管理系统（图13），可根据管理者的设置给相应的员工分配工作任务，从而提高员工的工作效率。凯盛浩丰（德州）智慧农业有限公司则在温室正式运营前在青岛基地做过两年预种植试验，把番茄种植过程中各个步骤进行逐项拆分，由公司的IE部门进行优化。例如绕蔓这个工序，是先做动作1，还是先做动作2呢？是顺时针还是逆时针绕呢？该部门对这些问题都进行了严格的试验和工效计算，并通过综合比较，选出最优方案。该公司还对这些技术进行了标准化、系统化整理，汇编成员工操作手册（SOP），不同地区的温室均可以直接用来进行员工培训，大大提高了工作效率。
3.2产品营销 大型连栋玻璃温室生产的产品具有商品性强、可持续供应、可安全生产等优势，在一定程度上与现代农产品的消费习惯相匹配。从调研的结果来看，大型连栋玻璃温室生产的产品主要有2种销路，一是商超，进行订单式合作。这种销售方式对于产品的稳定供应有较高要求，而且根据用途对口感会有所要求。以番茄为例，鲜食类番茄品种要求甜度高、沙瓤、籽粒饱满、口感上乘，而对于切片类番茄则要求货架期长、硬度高。二是高端私人订制。此类销售模式多与电商、高档餐厅、商场等进行合作，对于产品的口感、外观均有较高要求（图14）。由于大型连栋玻璃温室内环境可控，并且采用无土栽培模式，因此生产的果蔬极少施用农药，生产过程较为安全，迎合高收入人群的消费习惯。但在制定营销方案时需先进行市场调研，确定产品的定位，才能保证供需合理。
大型连栋玻璃温室的显著特点是以高新技术和大面积温室为基础载体进行设施农业生产，创造较高的经济和社会效益。在一定程度上，大型连栋玻璃温室是设施农业发展到一定程度的必然趋势，但还存在以下问题。 4.1前期投入成本高 随着面积的增大，温室的设计以及建造成本均会有所增加，各式环境调控设备的进入也增加了温室的前期投入。因此，建造大型连栋玻璃温室首要面对的就是前期投入的问题，而且农产品的生产周期较长，短期内很难收回成本，对于投资者具有一定挑战。 4.2专业化分工缺乏 资料显示，很多设施园艺强国已经进行大型连栋玻璃温室研究很多年，其中荷兰政府将具有港口优势和以温室园艺生产为主的5大区域定义为绿色区域（Greenport），坚持走以市场为导向的特色园艺产品生产的发展道路，形成了农工商联合体（图15）。而国内还缺乏相关政策，各个行业间的专业分工也不明确，产业链条有所缺失，不利于整体发展。
4.3自主创新技术不够完善 目前中国大型连栋玻璃温室的很多技术来源于荷兰、以色列等设施大国，而国内自身温室科技创新能力相对薄弱。荷兰园艺的基础研究和技术研发能力较强，受到世界园艺界的关注，在温室建造设计、种植技术、能源利用、肥水管理、物流运输等方面的技术较为成熟。而中国无土栽培面积仅有1000余hm2，只占设施栽培面积的0.1%，远远低于发达国家50%的水平。生产中缺乏具有自主知识产权的设施栽培专用品种，在商品品质、复合抗病性、抗逆性等方面的育种水平与国外差距较大，大型温室生产，成套操作技术规范较少，缺少量化指标。 在大型温室产业化的发展进程中，科学种植管理是农业发展的一个必然趋势，越多的先进技术能够应用到温室大型化的生产中，就可以让温室生产更加自动化、智能化，提高温室的产品质量。中国的大型连栋玻璃温室发展应充分发挥本土资源优势，因地制宜、因势利导地发展优势产业，以有效利用资源、保护生态环境为前提，实现“高效、安全、节能”生产，并打造建造施工、物流运输、配套服务等专业产业链与现代农业体系。 5.1优化温室结构，强化技术创新 与荷兰相比，中国的气候条件更为适宜，日光资源更为充足，因此未来应利用自身优势，结合气候地域特点，以低碳节能设施为重点，优化设施结构，加强对能量循环型温室的研发，实现温室能源转换的更大效益，更经济有效地利用太阳能，降低温室能源消耗，研究智能环境控制及生产管理信息化系统和温室控制专用传感器、物联网技术和云技术，实现对温室内光、温、水、气、肥等诸多因子的优化精准控制，研发出适合中国国情的大型连栋玻璃温室栽培模式，提高经济效益与大型连栋玻璃温室生产的可持续发展能力。 5.2加大政策鼓励，完善链条体系 荷兰具有完善的农产品拍卖市场与冷链运输，以色列有完善的灌溉系统以及专门的研究服务部门，为生产者进行专业性指导。因此强化政策支持、科技支撑、产业配套、利益联结等举措，加大对大型连栋玻璃温室关键技术研发力度，加大补贴，完善信贷和保险服务对于大型连栋玻璃温室的发展具有重要意义。要强化政府、科研机构和农户之间的合作，构建以生产需求为导向的设施农业技术装备创新体系和新技术推广体系，打造中国自主知识产权的大型连栋玻璃温室关键技术和设备体系。 本公众号欢迎分享，凡转载文章，除了为作者署名外，还请在文章最前或者最后注明：本文转载自：温室园艺农业工程技术公众号。 |
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