1、无土栽培主要环境保护设施的结构及性能 （一）日光温室1日光温室的结构日光温室属单屋面温室，俗称“冬暖大棚”，是我国淮河以北地区面积最大的保护生产设施。日光温室骨架由后墙、后坡、前屋面和两山墙组成，各部位的长宽、大小、厚薄和用材决定了它的采光和保温性能，总体要求为采光好、保温好。成本低、易操作、高效益。表47为我国常见日光温室的结构参数。日光温室的基本结构一般采用坐北面南、东西延长的方位，有一个较大的受光面和进光角度，利用太阳能作为温室主要能源。为提高保温性，日光温室的北侧、东西山墙，可采用中空墙体结构，后屋顶也可由多层复合材料建成保温结构。第一代日光温室多由竹木、土墙建成待价较低，内部有支柱（
2、分前柱、中柱、后柱）一般每3m一排，称其为一间。第二代日光温室多由钢材、砖墙建成，内部无支柱，空间扩大，操作性变好，结构牢固，抗风、雪能力较第一代有所提高，使用年限延长，造价较高，但折旧费用较低。也有采用钢竹混合结构、GRC骨架结构等多种形式。 2.日光温室的性能日光温室的特点主要体现在保温性上，从结构上看，进光不及塑料大棚多，尤其是散射光进入室内较少，室内光照分布不均匀，南侧较强、北侧显低（表48）；同时，保温草帘的覆盖，会影响见光时间，在冬季可减少见光时间达23h/d以上。覆盖草帘一般是在温度减低到18方左右时（下午16时前后），直到次日清晨8：30前后揭开，最低温度能够维持在813，平均
3、降温幅度在0.40.6 /h，远远低于塑料大棚的降温幅度（1/h），使得日光温室温度日较差显著低于大棚，最低温度大幅度提高（58 ），作物生长期较塑料大棚可提早（春季）或延后（秋季）各3545d。日光温室内的湿度与塑料大棚相类似，由于容积小，气温和湿度受辐射量变化影响大，在上午快速升温阶段湿度迅速下降，甚至可降低到15左右，下午快速降温阶段，相对湿度迅速提高，下午16时前后湿度就会超过80，在降温迅速的傍晚，室内常会产生雾气，在植株上结露，诱发病害发生，这也是日光温室和塑料大棚病害严重和难以实现无公害生产的重要原因之一。同时由于室内温度分布不均匀，存在一定的局部湿度差，散热较快的南侧早晚湿度较
4、大。无土栽培以基质培果菜类蔬菜较多，但低矮的日光温室，作物的生长空间有限，会影响大株型作物的生长。（二）塑料大棚 1.塑料大棚的结构 塑料大棚结构较简单，骨架主要包括拱架、纵梁、立柱、山墙立柱、骨架连接卡具和门等，由于建造材料不同，骨架构件的结构也不同。拱架是塑料大棚承受风、雪荷载和承重的主要构件，按构造不同，拱架主要有单杆式和桁架式两种形式；纵梁是保证拱架纵向稳定，使各拱架连接成为整体的构件，纵梁也有单杆式和格架式两种形式；拱架材料断面较小，不足以承受风、雪荷载，或拱架的跨度较大，拥体结构强度不够时，则需要在棚内设置立柱，直接支撑拱架和纵梁，以提高塑料大棚整体的承载能力；山墙立柱即棚头立柱，
5、常见的为直立型，在多风强风地区则适于采用圆拱型和斜撑型；塑料大棚的骨架之间连接，如拱架与山墙立柱之间、拱架与拱架之间、纵梁与棚头拱架之间的连接固定，除竹木结构塑料大棚采用线绳和铁丝捆绑之外，装配式镀锌钢管结构塑料大棚和钢筋-玻璃纤维增强水泥结构塑料大棚均由专门预制的卡具连接；塑料大棚的门，既是管理与运输的出入口，又可兼作通风换气口，单栋大棚的门一般设在棚头中央，为了保温，棚门可开在南端棚头，气温升高后，为加强通风，可在北端再开一扇门，棚门的形式有合页门、吊轨推拉门等。作为无土栽培的塑料大棚，应结构牢固，抗风雪能力强，有一定生长空间和较大的面积，同时易于通风换气，进行环境调控，一般以钢结构的无支
6、柱或少支柱大棚为宜，跨度在812m，长度4060m，脊高在2.43.0 m之间。目前以装配式镀锌薄壁钢管大棚为多。塑料大棚在20世纪80年代就有定型产品，主要有中国农业工程设计院研制的GP系列、中国科学院石家庄农业现代化研究所研制的PGP等系列产品，主要产品规格如表49所示。2塑料大棚的性能塑料大棚以覆盖塑料薄膜为特点，具有采光好，光照分布均匀，短波辐射易于进入，而长波辐射较难透过，密闭性好的特点。 （1）光照大棚内的垂直光照强度由高到低逐渐递减，以近地面处为最低。大棚内的水平光照强度，南北延长的大棚比较均匀，东西延长的大棚南侧高于中部及北侧。单株钢材及硬塑结构的大棚受光较好，单栋竹木结构棚及
7、连栋棚受光条件较差。另外，大棚的跨度越大，棚架越高，棚内光照越弱。（2）温度在晴好天气，白天温度上升迅速，夜间又有一定的保温作用。尽管如此，由于缺乏夜间加温措施，存在着明显的温度日变化和季节变化，并且缺乏必要的环境调控设备，多数只是通过通风窗来调节温度、湿度变化，室内环境要素变幅较大。晴日白天太阳出来12h就会进入快速升温期，810h进入直线升温期，每小时升温58，1113时升温速度渐缓。并达到最高温度，可高出露地20以上，随后开始下降，1517时后进入快速降温阶段，平均降温幅度在每小时56，随着内外温差的缩小，夜间降温幅度会迅速变小，大约为1/h，到凌晨时，室温仅比露地高35 。有时室内温度
8、还会低于外界温度，称之为“逆温现象”，逆温现象多发生在早春或晚秋、晴天微风的清晨。（3）湿度由于薄膜的密闭性较好，棚内湿度与露地相比明显较大，日平均提高3540（表410）。在四季明显的北方地区，由于冬季低温期长，利用时间有限（仅比露地提早或延后1个月左右），塑料大棚发展相对较慢，而南方温暖地区或气候温和地区使用较多。无土栽培时，基质培以生长期较长的果菜类蔬菜为主，水培多生产生长速度快、周期短的叶菜类蔬菜。（三）现代化温室 现代化温室能够对各种环境要素实现综合控制，达到适宜作物生长发育的要求。塑料大棚和日光温室可以说是“利用自然”的保护设施形式，现代化温室则是“创造自然”的保护设施形式，除主体
9、结构规模较大外，内部有各种环境调控设备，包括加温系统。保温系统、降温系统、加湿或降湿系统、CO2施用系统、强制通风系统和自然通风系统、补光或遮阳系统、供肥供水系统、排水集雨系统、防护系统（防虫网、除雪设备）、气象站、动力系统、控制系统等。由于系统的构成不同、设备选型不同，造价有较大的差异，扩大温室规模是降低单位面积设备成本的主要途径，将单栋温室连栋化是扩大温室规模的有效途径，大型化是温室的趋向。现代化温室使用年限多在2050年，多用热镀锌钢材或铝型材作结构材料，混凝土做基础材料，采用桁架结构。一般南北向东西延长，见光面积大，冬季进光量较多；而东西向南北延长，室内温、光均匀。由于不同国家、不同地
10、区气候特征不同，尤其是风、雪、雹等灾害性天气状况不同，在温室设计方面差异较大，不同国家和一些国内厂家生产的温室结构如表411。现代化温室一般建筑面积较大，环境调控能力较强，但室内通风、夏季降温能力较低。研究表明，当温室总跨度超过40m时，中部就会出现高温“郁闭”区，影响CO2的输送和植物生长，为此，需要增加强制换气设备或微喷系统、降温系统（遮阳或喷雾）。另外，大型连栋温室难以实施外保温，夜间降温迅速，冬季加温耗能多，为了节能常采用内保温系统。花卉及一些果菜栽培中为调节花期，需进行光照调节，因此，温室应增加补光设备。为控制病害发生，地面需要薄膜覆盖以降低空气湿度，在无土栽培时常将地面硬化，这样导
11、致CO2缺乏来源，必须通过CO2发生器供给，以满足光合成的需要。为防止虫害侵入，在温室通风口及出入口应该设置防虫网（30目左右的尼龙网）。为保持长期稳定的环境，还需设置功率匹配的通风、调湿、加温系统。环境综合调控是一项复杂的系统工程，人工的手动控制和机械控制难以达到经济生产的要求，计算机控制系统是现代化温室采用的主要形式。现代化温室的设备较为完善，温室环境要素能够根据作物生长发育要求来控制，做到周年生产，使温室作物生产保持稳产高产优质。但是温室的建设费用较高，与无土栽培技术结合能够更好地发挥温室设施的生产效能，是无土栽培发展的主要场所。三、无土栽培用日光温室建造总体要求 1.在温室建筑的选择地
12、址时，除注意综合条件外，应考虑到灌排水的方便，特别应注意到消毒药液的流向和处理，避免引起公害。2.在温室建筑时，除注意采光、保温性能外，还应有良好的通风条件，最好附有降温设施。3.在决定温室的高度、跨度及方向时，应根据营养液栽培的方式来确定。营养液育苗温室可以采用东西延长，透光面朝南的温室，为便于多层架式育苗，温室高度可适当增加或采用半地下式（低于地平面6080cm）。塑料大棚营养液栽培还是以南北延长为好，跨度大小应根据栽培床的设计要求及建筑材料等因素综合考虑。4.设施的设计必须注意强化温室效应，注意优化棚型结构，使之尽可能多吸收、蓄积、利用太阳辐射能。在北纬3540地区，日光温室应面向正南，采光角度不应小于25。为减少光量反射损失率，前屋面最好建成矢高与跨度比值大于或等于0.4663的球面体，三面墙体最好用隔热材料或厚泥土层以利保温。塑料大棚应南北延长，矢高与跨度比值应在0.3左右，并应用保温棚膜和加盖保温纸被、草苫、棉被等物。 此外，营养液栽培的设施一般都是固定的，所以温室或大棚也应是固定的。因为营养液栽培中一般不会出现如有土栽培那样的连作障碍，如土壤盐分积累和土壤传染性病害增加等，这对固定设施的利用是有利的。
