周博士考察拾零(一百二十三)甘肅省張掖市溫室設施發展現狀調研

周長吉（農業農村部規劃設計研究院，北京 100125）

2 021 年6 月25～29 日，借《張掖市綠色蔬菜產業發展規劃》和《張掖市現代設施農業發展規劃》兩個規劃編制之機，筆者和規劃編寫組一行4 人赴甘肅省張掖市對全市5 個區縣的溫室設施進行了現場調研。

張掖位于河西走廊中段，轄1 區5 縣，即甘州區、高臺縣、臨澤縣、民樂縣、山丹縣和肅南裕固族自治縣，其中肅南裕固族自治縣為牧業縣，溫室設施很少，本次調研沒有涉足。

張掖南枕祁連山，北依合黎山、龍首山，黑河貫穿全境，整個地貌自南向北分為祁連山山地、中部走廊平原、北部山地三大區域，地形自南向北傾斜，形成張掖盆地，中部平原海拔高度在1410～2230 m，是農業生產的主要區域。盆地兩側為戈壁，形成了對盆地農業生產的自然隔離帶。

張掖是典型的大陸性干旱氣候，氣候干燥，降水稀少，蒸發量大，光照充足，夏季涼爽，冬季寒冷。全年平均氣溫7.7℃，1 月份日均最低氣溫-18℃，7 月份日均最高氣溫31℃，年平均日較差14℃，＞10℃積溫3234.3℃，共計199 天，≥5 ℃積溫3800 ℃，共有240 天；全年無霜期115～155 天，年平均降水量130 mm 左右，蒸發量2000～2700 mm；四季云量少、太陽輻射強，太陽總輻射量為148.42 kcal/cm2，年平均日照時數3000 h 左右，日照百分率70%以上，由東南向西北遞增。日照時間長、晝夜溫差大、大氣透明度好，是各類農作物生長發育得天獨厚的光熱條件，由此，張掖是國家規劃的玉米制種優勢區，也是全國重要的高原夏菜生產基地。

圍繞蔬菜的育種和繁種以及高原夏菜的育苗和生產，當地通過引進學習和自主研發，建設了包括日光溫室、鋼架大棚以及連棟玻璃溫室等多種形式的溫室設施。結合露地種植，可滿足周年不同季節、不同茬口各類蔬菜和瓜果的生產。在此，筆者帶你一同穿越河西走廊，走進張掖，去系統考究一下這里的溫室設施建設概況。

日光溫室

日光溫室是中國北方越冬生產溫室設施的主要形式。在日光溫室的建設方面，張掖不僅有自主特色的干打壘土墻結構日光溫室，更有從壽光引進的機打土墻結構日光溫室，還有貫徹國家土地政策、緊跟全國日光溫室發展趨勢研究開發的柔性保溫材料全組裝結構的日光溫室。

干打壘土墻日光溫室

干打壘土墻是黃土高原建筑的一大特點，著名的萬里長城在這里就是采用干打壘的方式建造，至今千年不倒即說明了這種墻體結構的強度和耐久性。用這種墻體建造方法建設日光溫室的后墻和山墻，自然也就成為了當地日光溫室建設的一種選擇。

將具有一定黏性的土壤加水拌濕后填入墻體模板內，用杵或夯壓機分層夯實即形成溫室墻體（圖1）。墻體的高度和厚度可根據溫室設計要求建造，一般墻體厚度在1.5～2.0 m，后墻高度可在3.0 m 左右。

圖1 干打壘墻體結構日光溫室

這種墻體，建筑材料可就地取材，自然環保、節省投資；墻體建造不需要大型施工機械設備，現場施工人工用量少；墻體結構承重能力強，除自承重外還可承擔溫室屋面荷載；墻體具有較強的被動儲放熱能力和一定的濕氣“呼吸”能力，可調節溫室內的空氣溫度和濕度，因此是日光溫室建設中一種價廉物美的建筑墻體。

但這種墻體施工速度慢，每一層施工完畢后需要等待一定時間待下層固化干燥后方可進行上層的施工，此外，施工的勞動強度大，尤其用人工夯杵方法施工時建造效率極低。從國家耕地保護政策看，在基本農田上動用大土方的土層來建造溫室墻體，對土壤的破壞比較嚴重，即使采用耕作層剝離的施工方法，仍然難以滿足“不破壞耕作層”的原則要求。因此，從長遠發展看，土墻結構溫室在基本農田上建設將會受到越來越多的限制，但隨著機械化施工技術的發展，在一般農田上建設干打壘墻體結構日光溫室在西北地區仍然有較大的發展空間和發展潛力。

機打土墻日光溫室

機打土墻結構日光溫室是山東壽光農民發明創造的一種溫室墻體建造方法（圖2）。這種墻體建造方法直接用鏟車或鉤機將墻體兩側的土壤堆積在墻體上，用鏈輪車或壓路機碾壓土層將其壓實即形成溫室墻體。

圖2 典型的壽光五代機打土墻結構日光溫室

由于墻體是大型車輛滾壓成型，考慮到施工的安全性，墻體的厚度一般底部在6～7 m，頂部也不小于3 m，所以，溫室的保溫性能很好，但墻體建設的土方量也很大，為了取土，溫室一般都建設成半地下式。此外，這種結構基本采用屋面“琴弦”結構，用鋼絲縱向布置形成縱向承力的“琴弦”，“琴弦”布置在沿溫室跨度方向的承力拱架上，承力拱架再用室內立柱和后墻及前墻基礎支撐，由此形成縱、橫和豎向的三維承力結構體系。這種結構承力體系與機打土墻相結合即形成典型的“壽光五代”日光溫室。

這種墻體具有和干打壘墻體相同的承重、被動儲放熱和濕氣“呼吸”能力，而且施工速度快，對施工土壤的土質黏性要求不高，建造成本低，因此深受各地溫室建設和生產者的青睞。張掖市引進這種形式的溫室后將其命名為“甘州模式”，進行了較大規模的推廣，在推廣的過程中還不斷對這種形式溫室進行改進和創新。

首先是減少溫室內立柱和增大溫室的跨度（圖3a）。將傳統的10 m 左右跨度干打壘結構日光溫室的跨度加大到14 m 以上，取消室內種植區內的立柱，采用設置在走道邊的斜立柱來減小溫室屋面拱架的支撐長度，這種做法極大地方便了室內機械化作業和種植布局，應該是未來日光溫室發展的主流和方向。但考察中也看到有的溫室由于過分強調加大跨度、取消立柱致使屋面結構發生變形，為此，在工程建設中應精確分析結構承載能力，通過力學強度驗算確保結構的安全性。

其次，抬高日光溫室的屋脊（圖3b）。在保持溫室后墻高度不變的條件下加大溫室跨度勢必會使溫室屋面的坡度減小，不僅影響溫室屋面的采光，而且也影響屋面的排水和結構承載，為此，當地在溫室建設中在原有溫室屋面拱架的基礎上在屋脊位置再附加一段支桿將溫室屋脊局部抬高從而有效解決了上述問題。當然，如果在初始設計時就將溫室屋脊抬高，或許還能有效節約鋼材用量，降低溫室建設投資。

圖3 對機打土墻結構日光溫室的改進

第三，在后墻上張掛反光幕布（圖3c）。在后墻上張掛銀灰色幕布不僅可以反射照射到溫室后墻上的太陽輻射，增加溫室靠后墻部位作物的光照，而且幕布遮蓋了溫室土墻，也裝飾和美化了室內環境。但由于張掛幕布沒有緊貼溫室墻體，在幕布與墻體表面之間形成的空氣間層可能會影響墻體的吸熱和放熱，從而影響溫室的溫度性能，為此，建議在張掛墻面幕布時，一是不一定全墻面張掛，可節約用材；二是要緊貼墻面張掛，以保證墻體的吸熱和放熱性能。

裝配式保溫被日光溫室

用輕質的剛性或柔性保溫材料做墻體和后屋面圍護材料，用全組裝的鋼架結構承重，不僅可以顯著減小上述土墻溫室墻體的占地面積，而且溫室墻體建造不再破壞耕地的土壤耕作層，在溫室使用若干年后還可以根據需要拆除或搬遷。在目前國家嚴格保護耕地的條件下，這種形式的溫室已經成為了業界研究的焦點和未來發展的重點[1-2]。

張掖市也緊跟國內研究熱點和發達地區日光溫室建設模式，自主研究開發并建設了這種裝配式保溫墻日光溫室（圖4）。這種溫室采用柔性保溫被做溫室墻體圍護材料（圖4a)，用C 形鋼做桁架弦桿現場組裝承力結構，實現屋面和后墻立柱一體化。為節約結構用材，溫室結構體系采用了主副梁結構，即用桁架結構做主梁，在相鄰兩主梁之間用單管骨架做副梁，形成輕簡化的完全組裝結構（圖4b）。

從現場溫室建筑的總體尺寸看（圖4a），溫室前部基本直立，非常有利于機械化作業和室內高秧作物種植，應該是目前日光溫室建筑適應機械化作業和高秧作物種植的一種客觀需要和發展方向，但溫室的跨度偏小，在保證結構強度的條件下應盡可能加大溫室跨度，以提高溫室建設和生產的土地利用率。

從室內種植壟的布局看（圖4b），種植作物采用了東西壟種植模式，這也追隨了當前日光溫室機械化耕種的發展要求，耕種、起壟、覆膜作業量小，機械化作業更便捷，是日光溫室種植模式的一種未來發展方向，尤其適合于相互不擋光的低矮作物生產。

圖4 裝配式日光溫室

鋼架大棚

簡易結構塑料大棚

簡易結構塑料大棚主要用于春提早和秋延后種植，是露地種植的一種補充。相比露地種植，一般可提早或延后生產期各1 個月左右時間。大棚內可種植高原夏菜、西甜瓜，也可用于蔬菜或馬鈴薯的育苗以及經濟作物的育種和繁種（圖5）。

圖5 小跨度單拱大棚

從大棚的建筑形式看，跨度一般控制在6～8 m，脊高在2～3 m，大棚屋脊有尖頂和圓拱頂之分。種植高原夏菜或西甜瓜的大棚，主要采用比較低矮的結構，脊高在2 m 左右，由此大棚結構基本采用單管拱架（圖5a、b），這種結構是生產中大量使用的結構形式。根據生產季節的室外溫度，大棚可以覆膜保溫、防蟲或防雨栽培（圖5a），也可以揭膜露地生產（圖5b）。對于馬鈴薯育苗及經濟作物育種和繁種的大棚，由于對室內光照和溫度要求較高，防護隔離的要求也不低，一般均覆膜生產，而且大棚的空間高度也更高（圖5c）。

大跨度塑料大棚

在臨澤縣考察中見到了一種在戈壁荒灘上種植葡萄的大跨度塑料大棚（圖6）。采用塑料大棚種植葡萄可有效提高棚內溫度，避免葡萄枝條冬季埋地越冬的勞作以及對枝條可能造成的損傷。采用30 m 跨度的大棚還可顯著集約利用土地，提高土地的生產效率。

從大棚的結構看，棚面拱架采用了單管橢圓管，有效減少了結構構件對作物采光的遮擋。由于大棚跨度大、屋脊高，屋面單管拱架的承載能力有限，所以設計采用了室內多柱的結構承力體系（圖6a），其中在大棚跨中設立中立柱（局部采用了雙柱組合柱），并在中立柱的柱頂設計V 形通風口（圖6b），在中立柱兩側分別設置兩排立柱，其中靠邊一側短立柱采用了竹材（圖6a），可有效降低大棚的建設成本。

大棚的屋脊外設計了凸出的通風帽（圖6c），不僅有效增加了大棚通風口的高度，從而增大了大棚的通風能力，而且也有效防止了室外雨水的倒灌，采用卷膜通風的方式也可降低設備的建設成本，對屋面覆蓋塑料薄膜不會造成因卷膜的損害。

圖6 種植葡萄的大跨度塑料大棚

該大棚是針對當地條件和種植作物特殊設計的一種大棚形式，雖然在結構抗風以及構造和連接節點方面還有很多需要改進和標準化的地方，但種植者根據生產需要獨立創新設計的精神和膽略仍然是值得肯定的。

保溫大棚

保溫大棚就是在傳統塑料大棚的基礎上增設活動保溫被的一種大棚形式。由于增設了屋面保溫被，相應大棚的山墻也應做成保溫結構，可以是剛性保溫材料，也可以是柔性保溫材料。

由于采用了全范圍的保溫，大棚的保溫性能進一步提高，在種植作物的茬口安排上可介于日光溫室和無保溫塑料大棚之間，由此可進一步豐富蔬菜種植的茬口，不論是提早栽培還是延后栽培，都能延長作物種植季節和產品供應時間，提高土地的利用率，增加農民種植的收益。

考察中發現張掖保溫大棚的形式有兩種：一種是在傳統單體大棚的基礎上形成的標準大棚尺寸的保溫大棚（圖7），另一種是大跨度保溫大棚（圖8）。

圖7 標準跨度外保溫塑料大棚

圖8 大跨度外保溫大棚

標準跨度保溫大棚，山墻采用彩鋼板保溫板（圖7a），配雙側中卷卷簾機和手動卷膜器保溫和通風（圖7c），大棚骨架采用橢圓管單管結構，室內無柱（圖7b），操作方便。從外形看，大棚的兩側直立帶肩，便于種植和機械化作業，但屋面過于扁平，不利于排水和積雪滑落（或許因為這里降水量少，扁平的屋面似乎也不會對結構強度造成多大影響）。

標準跨度的保溫大棚除了按照傳統的大棚南北走向布置種植作物外，還可以東西向布置，利用兩側卷簾機的分別控制實現南側保溫被卷起、北側保溫被展開，類似于日光溫室的保溫運行方式。其溫光性能可接近裝配式日光溫室，但造價卻要遠低于同類日光溫室。到了夏季，打開雙側保溫被和通風口，保溫大棚又成為了傳統的塑料大棚，可實現夏季生產的良好通風和降溫，避免了傳統日光溫室夏季生產降溫負荷大，難以越夏生產的問題。

大跨度外保溫塑料大棚其形式和做法基本和內地的做法相同[3-4]，中部雙排立柱支撐屋面，并形成中間作業走道（圖8a），中柱兩側各設置1 排側立柱（圖8b），屋面拱桿為橢圓管單管，大棚整體上比較輕盈，屋面拱桿遮光少。

保溫大棚的兩側山墻采用了與屋面保溫被相同材料的柔性保溫材料保溫。為了增強結構的抗風能力，在大棚內山墻柱上還增設了加強斜撐柱（圖8c），有效提高了大棚的抗風能力。

大跨度大棚室內操作空間大，采光量大，室內環境緩沖性強，便于機械化作業，可種植高秧吊蔓作物（如番茄等）。

從現場看到的保溫大棚，不論是標準跨度大棚還是大跨度大棚，山墻都采用了永久固定的保溫墻體。這種做法保溫材料的密封性好，但山墻的遮光也是一個不可忽視的因素，尤其是當保溫大棚南北走向布置時，南側山墻的遮光影響更大。為了增大大棚采光，減少南側山墻的遮光，可以將南側山墻的保溫做成活動保溫簾，白天采光時段收起保溫簾，夜間保溫時段展開保溫簾，可以起到保溫與采光兩不誤的效果[5]。

連棟溫室

連棟塑料薄膜溫室

與單棟的塑料大棚相比，連棟塑料薄膜溫室節約用地，便于集中管理，而且由于外墻占比小，相對邊際效應影響也小，室內環境更穩定，因此，在經濟條件允許的情況內應盡可能用連棟塑料溫室替代單棟的塑料大棚，尤其在企業化經營的園區內建設大棚時。

考察中看到在張掖建設的連棟塑料薄膜溫室結構基本和國內外其他地區建設的連棟塑料薄膜溫室相同：圓拱頂結構，配套屋面和側墻卷膜通風系統（圖9）。從設備配套看這種溫室的性能基本和無保溫的塑料大棚相當，只能用于春提早和秋延后的蔬菜育苗和種植。

圖9 連棟塑料薄膜溫室

由于建設成本較單棟的塑料大棚高，而且連棟建設的用地面積大，一般農戶生產基本不用這種溫室。

連棟日光溫室

連棟日光溫室是當地溫室設施中的一種創舉。這種溫室從溫室屋面的形式和保溫方式上看類似日光溫室，但從溫室平面上看又是連棟溫室，實際上是一種變形的鋸齒形連棟塑料薄膜溫室（圖10）。

圖10 連棟日光溫室

這種溫室的最南側一跨完全類同于日光溫室結構，南側采光面為弧形結構，北側后屋面為保溫結構；最北側跨后墻和全部山墻采用保溫板圍護，并在墻體上開設通風窗。溫室所有跨后屋面采用永久保溫被覆蓋保溫，南側采光面采用活動保溫被白天卷起夜間覆蓋，當保溫被夜間覆蓋采光面后卷被軸正好落位到連跨溫室的天溝中，與溫室后屋面的保溫被形成溫室屋面保溫的全覆蓋。保溫被采用側卷擺臂式卷簾機驅動，手動控制保溫被的卷放。

這種溫室形式，與傳統的日光溫室相比，顯著提高了土地利用率，其保溫性能與裝配式保溫結構日光溫室基本相當；與保溫塑料大棚相比，溫室的采光量顯著增加，由此，室內溫度和光照強度也將相應提高。

該溫室在當地主要用于夏季的蔬菜育苗，事實上，用于春提早和秋延后的蔬菜栽培也是完全可行的。

連棟玻璃溫室

大規模連棟玻璃溫室是張掖近年來發展并引起國內外行業內重點關注的工程。2017 年，張掖引進海升集團在民樂生態工業園區投資建設“海升現代農業智能溫室工業化栽培生態示范項目”。目前一期20 hm2、二期23 hm2已建成投產，三期3 個20 hm2溫室已啟動建設，全部工程建成后可形成100 hm2的產業基地。每個20 hm2溫室為一個獨立的運營單元，包括育苗區、生產區、分級包裝區以及冷藏等冷鏈物流區。溫室主要種植番茄和彩椒，產品主要針對高端市場，銷往全國各地。

溫室采用文洛型屋面結構，散射光鋼化玻璃覆蓋溫室屋面和墻面，作物種植采用巖棉基質無土栽培，全營養液灌溉，吊架式無限生長種植模式，溫室環境控制采用半封閉正壓送風，濕簾降溫，天然氣加溫并回收利用燃燒尾氣進行溫室CO2施肥，水肥供應和環境控制均實現自動化控制（圖11）。

圖11 大規模連棟玻璃溫室（種植番茄和辣椒）

這種類型溫室代表了現代溫室的技術水平，高投入、高產出，在戈壁荒灘連片建設不占用耕地，但溫室建設和運行成本高，溫室生產技術要求高，對管理和經營者的要求更高，尤其是大規模生產單一品種產品時開拓和穩定市場并保持產品的高價位是保證這種設施安全可持續發展的基本要求。

對張掖溫室設施的發展建議

根據用途分類設計和建設溫室

溫室大棚形式不同，性能各異，設計建設應根據其用途合理選型和設備配置。溫室大棚的用途一是看種什么；二是看用什么方式種植；三是看在什么季節種植。

就蔬菜的育苗來講，冬季育苗，為早春塑料大棚供苗應選擇日光溫室，為保證育苗的安全生產，一般應配套加溫系統，至少應有臨時加溫系統；為降低投資可用地面穴盤育苗，但對于專業的工廠化育苗場建議采用更高效的活動苗床育苗。同樣的育苗，如果是為夏季露地種植供苗，則可以選擇使用保溫大棚或者連棟塑料大棚進行生產。

對于蔬菜生產而言，如果周年生產喜溫果菜，農戶種植應選日光溫室，大型企業可選擇大規模連棟玻璃溫室；如果是春提早、秋延后生產可選擇保溫塑料大棚或簡易塑料大棚。

對于日光溫室建設應積極相應國家號召，盡量避免或減少對耕作層土層的破壞。為此，不建議大規模建設和推廣山東壽光五代機打土墻結構日光溫室，在可能的情況下可以建設干打壘土墻結構日光溫室，在戈壁灘建設日光溫室可采用塑料袋裝土“碼垛”筑墻或采用護板/ 護網中間夾戈壁石的砌筑方法建造墻體[6]。在保溫圍護材料全組裝結構日光溫室能夠滿足生產要求的條件下，盡量不采用任何形式的土墻結構溫室。

注重溫室的抗風設計和日常管護

張掖年均大風日數14.9 天，大風風力在8 級以上，塑料薄膜吹裂、保溫被吹翻、溫室結構吹塌或吹變形的案例司空見慣，給設施安全生產帶來很大隱患。為此，建議在溫室大棚設計時，一是要充分分析當地風雪荷載，按照國家標準《農業溫室結構荷載規范》GB/T 51186-2016 的要求，以3 s 瞬時風速為依據按照溫室結構設計使用壽命準確計算和確定溫室結構設計基本風壓；二是在設備配套上建議在大風地區的塑料薄膜溫室和大棚應加裝防風網，對日光溫室保溫被應配套壓被繩（圖12），在一個溫室設施集中區域，為節約建設成本，至少應在迎風口的幾棟溫室大棚上安裝上述設施；三是在日常管理中要注意大風預警，有天氣預報大風時應關閉溫室通風口，保證溫室處于密封狀態，以提高溫室大棚的抗風能力。

圖12 日光溫室防風網和壓被繩

因地制宜園區化發展戈壁日光溫室

日光溫室具有保溫儲熱、高效節能的獨特優點，尤其在光照資源豐富的冷涼地區是解決蔬菜周年生產和供應設施的不二選擇。張掖是傳統的農業生產區，土質肥沃、水源充足，因此現有的533 萬畝（35.55 萬hm2）耕地中417 萬畝（27.81 萬hm2）已經被劃分為永久基本農田，按照國家對永久基本農田用途的要求，這些土地只允許種植玉米、小麥和水稻，雖然玉米制種也具有較高的經濟效益，但大量經濟效益更高的高原夏菜需要轉移出永久基本農田，留給設施建設的一般耕地數量也有限。但張掖尚有300 多萬畝（20 多萬hm2）的國有未利用土地，采用無土栽培技術，發展戈壁設施農業大有空間，而且可實現真正的“不與糧爭地”的設施農業發展路徑。

但在戈壁灘建設和發展日光溫室，一是建設投資大；二是水源供應不足；三是可能破壞生態。為此，在開發利用戈壁灘，發展非耕地設施農業時應充分考慮水源供應條件，盡量避免點狀分散開發，集中力量在耕地邊緣組團式、集約化、園區式開發，以便土地統一整理、基礎設施集中建設、產品集中運銷，實現設施建設和運營的節本增效并有效保護環境。

謹慎發展大規模連棟玻璃溫室

在民樂縣已經建設和正在建設的大型連棟玻璃溫室規模已經達到100 hm2，在一個集中園區發展如此規模的連棟玻璃溫室生產茄果類蔬菜在國內也算是首屈一指的。這種形式的溫室雖然能節約建設用地、生產效率高、科技水平高，代表了世界現代溫室發展的水平，但相應溫室建設的一次性投資高、運營成本也高，投資回收期長，尤其對電力和天然氣的依賴性更高，對溫度和營養液的管理技術要求高，產品的市場銷售渠道和價格直接影響企業的效益和生存。大規模發展這種溫室應充分考察產品市場，組建專業的運營和管理團隊，尤其要進行可靠的技術經濟可行性分析，以保障溫室建設后的正常安全運營。我們要學習這種現代溫室的技術和管理，但不一定要照搬建設這類溫室形式。研究中國的日光溫室和保溫大棚，與蔬菜市場供應與種植茬口緊密結合，應該是經濟運行和可持續發展的主要途徑。