蔬菜大棚结构优化设计应把握的问题

马 平

（西安翻译学院 西安 710000）

随着人民生活水平的提高，对反季节蔬菜的需求越来越大，利用大棚种植蔬菜，提高农民收入和人们生活水平具有重要意义。但是，我国大棚建造的整体技术水平还是比较低，主要表现在抗大风雪的能力差、稳定性不够、光照利用不好、通风性差、保暖效果不好等问题，造成蔬菜的减产，增加生产成本。从当前现状看，对大棚的结构优化研究相对不足，农民还处在凭经验建设大棚的阶段。因此，采取科学方法对大棚的结构和管理方法进行优化和改进，对于提高蔬菜产量和质量，具有十分重要的意义。本文通过分析影响大棚蔬菜生产的相关因素，提高蔬菜大棚结构的科学性，从而提高蔬菜大棚产量，增加农民收入。

1 现有蔬菜大棚结构对蔬菜种植的影响及危害

我国幅员辽阔，适宜种植大棚蔬菜的地区很多。因大棚结构设计的不合理，受自然条件的影响，大棚的病虫害也呈现出多样化，影响到蔬菜的产量[1]。存在的主要问题及危害主要表现在:

1.1 空气流通不畅

大棚结构的设计，比如进风口和出风口的大小、位置等，都会影响到大棚内部的空气流动。因为大棚基本上是封闭的，种植过程中，需要人工控制蔬菜生长条件，大棚的管理也显得相当重要。如果通风不及时，蔬菜的根叶腐烂、施肥不当等原因都可能产生有害气体，如二氧化碳、氨气、亚硝酸等，会在很长一段时间里滞留大棚内，使棚内有害气体浓度超标，对蔬菜产生危害。比如，氨气从叶片气孔进入，破坏叶绿体，轻则使蔬菜叶片形成大块的枯斑，影响正常的光合作用，重则蔬菜全株叶片很快全部干枯。

1.2 结构不够稳固

当前，在农村大部分是农用塑料大棚，造价低，结构稳定性差，在遭遇到大风、大雪、大雨的情况下，出现塑料大棚倒塌，从而给种植者造成巨大的损失。比如2012年，台风“苏拉”袭击沿海，很多大棚被大风吹到。2014年，华北东北地区的大雪，造成很多大棚倒塌，对农业生产造成巨大的破坏。

1.3 光照利用不好

光照是影响大棚蔬菜生长的一个很重要的因素，直接影响蔬菜的产量和品质，特别是茄果类、叶类。番茄花粉在弱光条件下会出现机能减退、不育；茄子出现短花序型，影响授粉；丝瓜、黄瓜等植株会出现营养失调，引起落花落果等。但是当前在大棚的设计和管理上还存在很多问题。有的大棚方位选择有问题，由于地块大小和方位的限制，有的种植者往往凭经验，根据田边的道路走向，或者是土地的走向，选择大棚南北走向。这样可能造成大棚受光时间短，特别是在冬季，不能满足4 h以上的光照时间，直接造成蔬菜产量与品质的下降。有的大棚的前后屋面角度偏小、脊高偏矮、棚面坡度过于平缓，这样也会影响棚内的光照。还有的为了节省土地，盲目增加大棚数量，造成两棚间距离缩小，结果使得大棚之间透光性差。

1.4 保温效果不佳

大棚主要是种植反季节蔬菜，特别是在冬天种植。比如，辣椒生长适温白天是26～30℃，夜间是18～22℃，超过这个范围则不能正常生长。但是当前很多蔬菜大棚设计管理时，没有充分考虑到保暖的问题。有的种植者为了节省土地，大棚的南北跨度建得越来越宽，有的从6～7 m增加到10～12 m，甚至有的大棚超过15 m，必然会导致脊高加高。这样不仅不方便盖揭草帘及夜间保温，还会遮挡阳光，降低产量与品质。

2 大棚结构优化设计应把握的问题

虽然不同的地方大棚的结构优化管理有所区别，种植技术也会有所区别，因为条件限制，不能很精确的到每一个地方，但是大棚蔬菜种植基本上遵循相同的原则。本文针对的是蔬菜大棚在结构优化中应重点注意的普遍性问题[2]。

2.1 从经济及稳定性角度对大棚结构进行优化

建造大棚需要考虑的因素很多，要根据实际需要，本着经济实用的原则，以合理的建造成本，最大限度提高大棚的稳定性和种植面积。大棚中的屋架和屋盖是受力的主要地方，屋盖承受是纵向作用的载荷，主要承担是外界的作用，屋面梁与立柱承受了大部分的力量。对老式大棚结构优化的方法很多[3-4]，具体见表1。

表1 结构优化方法及优化效果

2.2 从通风性角度对大棚结构管理进行优化

大棚的换气不仅与管理有关系，还与大棚的结构有关系。常见的塑料大棚两侧通风窗较窄，棚内通风不良，同时也导致温度和湿度超过正常值。棚内温度较高，导致蔬菜生长受阻，病虫害发生严重，如果这个时候采用加大农药使用量的方法去控制病虫害，就会影响蔬菜的品质。

因此，我们在建造大棚时就要考虑通风性[5]。通过对拱型、屋脊型和斜顶型3种大棚内部的气流场进行分析，得出的结论是3种大棚在进气口附近地区都有回流，在远离进口区域趋于均匀。不同的大棚，回流区的范围和流速存在明显不同。测试结果显示,斜顶型大棚换气需要的时问最短，拱型大棚较斜顶型大棚相比时间较长一些，屋脊型大棚换气时问最长。这就说明，对于种植空气质量要求较高的蔬菜时，尽量采用斜顶型大棚。

如果已经采用拱型大棚、屋脊型大棚的，可以采用增加进风口和出风口、延长换气时间等方法来保持大棚内部空气。比如，对于一个8 m跨度、长60 m、肩高1.8 m的钢架大棚，两侧通风窗宽1.35 m的大棚进行改良方法是：南北两端增开一个高1.5 m、宽5 m的通风窗，并且在大门及通风窗均覆盖20目防虫网，并且在两侧通风窗均覆盖20目防虫网。这种改良型通风防虫大棚通风良好，隔离害虫效果较好，空气流通好，可以有效减少农药的使用量，同时在高温季节里可以有效调节大棚内温度和湿度，改善蔬菜生长的环境。并且造价也比较低，每个大棚改造成本不超过200元，具有较好的应用前景。

2.3 从光照角度对大棚结构管理进行优化

光照对蔬菜生长的影响主要是花芽分化、开花、结果。蔬菜分长光照蔬菜类、中光照蔬菜类和短光照蔬菜类[6]。长光照蔬菜类如胡萝卜、大葱等，要求每天日照在12～14 h；中光照蔬菜类如菜豆、黄瓜、西红柿、辣椒等，对日照要求不严；短光照蔬菜类如刀豆、豇豆、扁豆、苋菜等，要求日照在12 h以下。大棚内光照不足，会影响植物的光合作用，直接影响蔬菜的产量和品质。可以采取一些措施来改善大棚内的光照条件。研究发现，大棚的不同部位光照不同，一般情况下，光照分布一般是两侧光照强度高、中部低，上部光照强，下部光照弱。脊高和跨度的大小影响采光角的大小和采光面形状，从而直接影响采光性能。采光屋面角决定着光线透射比率，采光屋面角过小，下雨时会引起“水兜”，造成其他危害。脊高一定，跨度过大，采光屋面角随之降低，大棚难于获得最佳采光效果，大棚有效利用面积减少。一般情况下，跨度一般取6～8 m，且随着地理纬度增加，跨度应相应减小。当前，如果某个地区光照条件好、采光时间长，就可以适当加大跨度，从而增加土地利用率。当跨度一定的时候，可以适当增加脊高，这样采光屋面角便会随之加大，光照就会增加。但是也不能太高，过高会造成大棚空间增大，不利于保温，对大棚主体结构的强度要求就比较高，一方面会增加施工难度，还会增大建造成本。通常情况下，大棚脊高取值范围一般为2.6～3.8 m。对采光面形状的优化对于提高采光率也很重要。在选择采光面时不仅要增加采光率，还要考虑增大室内有效种植面积，以及考虑大棚骨架的承载能力、散热面积等因素，不能单纯只考虑某一个单项指标，必须综合考虑平衡各个因素。通过研究发现，抛物线型效果最好，而曲线型要优于直线型的。当然，也不能单纯以采光量作为优化指标，还要考虑土地使用效率、操作是否方便等因素。比如圆弧面采光就比较好，但是因为圆弧面不仅前部低矮区域过大，而且还存在土地使用效率低、在大棚内操作困难等问题，因此不能被广泛接受。当然在具体建造时，我们要根据当地具体的地形进行优化。当太阳高度比较低时，大棚屋面坡度可以大些；反之，当太阳高度比较高时，大棚坡度可以适当减少。

经过以上因素分析，在具体建造过程中可以从以下7个方面对结构和管理进行优化[7]。

2.3.1 改进大棚结构 在建材选择上，最好使用镀锌管大棚，外形采用琴弦式，碰面采用8号镀锌铁丝固定，这样可以有效节省建材，而且遮挡阳光比较少。大棚方位和棚面角度，可以根据大棚种植的作物对光照条件的要求进行调节。比如，主要种植春秋两季的大棚，棚面角选择15℃左右比较好，棚面可以平缓一些，这样使得透射进来的光线分布比较均匀。如果是主要种植冬季蔬菜的大棚，大棚的棚面角度适当大些，一般在25℃左右，棚面拱起来，便于采光。

2.3.2 根据作物选用合适的塑料膜 消雾无滴棚膜性能比较优越，这种膜不仅透光率强、保温性好、还有一定抗老化作用，而且雨水从薄膜面流到地上不会产生水滴，这样就可以有效避免滴水，棚内湿度就可以保持在一定值。据试验结果，采用消雾无滴棚膜光照强度增加了20%～25%，温度提高了2～3℃。在此基础上，因为不同蔬菜吸光的特性有所不同，可以针对所种植的蔬菜，选用不同颜色的地膜，从而达到增产增收的目的。

2.3.3 可以使用压膜线压膜 为了防止棚膜被风刮起，我们可以在盖上棚膜后，把棚膜的四周固定，在棚膜的上面压上膜线，这样就可以将棚膜压紧，压膜线的间距一般为每0.75～1 m，膜前固定在锚上，一端固定在铁丝上，这样可以增加透光率，延长棚膜的使用寿命。

2.3.4 经常清理，保持棚膜清洁 如果棚膜上面附着一层水滴，透光率会下降30%～50%。如果棚膜上落灰后不打扫，透光率也会大大降低。实验发现一个新棚膜在使用了2、10、15 d以后，棚膜上落灰越来越厚，棚内光照分别减少14%、25%和28%。基于以上分析，要坚持经常打扫棚面薄膜。最好的方式是每天把草帘揭开以后，用软布条或者软刷子，自上而下地把大棚薄膜上的灰尘和落叶等杂物清理干净，这样就可以有效增加光照。

2.3.5 合理搭配种植 光照不仅与大棚结构有关系，还与棚内植株的密度、株距等因素有关系。在种植蔬菜时，可以按照“北高南低”的原则，种植不同品种、不同高度的蔬菜，株、行距选择适当，植株生长整齐，这样合理搭配，尽量减少株间遮光。

2.3.6 采取人工补光的方法可以提高采光率 如果采取多种方法仍不能满足采光要求，只能采用人工方法补光。补光强度一般为以1～3 klx斯。一般种植者测光非常困难，可以根据选择灯的功率大小来确定悬挂的高度。一般40 W的日光灯，离苗45 cm高，光强为3.0～3.5 klx；100 W的高压汞灯，离苗80 cm处，光强为0.8～1 klx。光源的选择也有依据。研究发现，植物对红光和蓝紫光吸收能力比其它颜色的光要强。因此，可以选择日光灯、碘钨灯、高压汞灯。补光时间一般每天2～3 h，当棚外光强到达一定值后就可以停止，遇到阴雨天和下雪天可以全天补光。

2.3.7 悬挂反光幕 反光幕是补光的一种很好的办法，投资少，效果好。一般反光膜为1 m宽，把两块用透明胶带粘连成2 m宽的膜幕，在大棚的中柱南侧或墙的最高处拉一根细铁丝，膜幕的上端可以用胶带粘在铁丝上，下端粘在竹竿或细绳上悬挂，这就是反光幕。实验发现，使用反光幕可以增加光照25%左右，棚内温度提高3～4℃。另外，在地面铺设银灰膜或铝箔，也可以有效增加植株间光照强度，有利于果实的生长，有效提高果实的品质。

2.3.8 使用遮阳网 遮阳网的选用应根据蔬菜种类:夏秋绿叶菜类一般选用黑色，秋冬蔬菜类一般选用银灰色。茄果类留种或延后栽培，最好网膜并用。遮阳网一般在夏秋烈日 10：00—11：00盖，16：00—17：00揭网，这样才会达到近饱和的光照强度。

2.4 从保温角度对大棚结构管理进行优化

蔬菜生长与温度关系很大。西红柿生长适宜温度是17～27℃，芹菜生长适宜温度是15～22℃。草苫是当前温室大棚中常用的保温手段，可根据天气状况，合理确定揭和盖苫的时间。揭盖草苫的一般原则：在日出1 h左右以后揭苫，如果揭苫后棚膜上出现有白霜，这就表明时间有些早，可适当向后推迟。盖苫的时间一般在太阳落山前30 min，一般不能太晚，特别是不能凭经验在太阳落山以后再盖苫，不然大棚内的温度就会下降，影响蔬菜的生长。在阴天的时候也应该适当的揭开草苫，因为阴天的散射光也有增光增温作用。另外需要注意的是，如果连续2～3 d草苫都没有打开，一旦出现晴天，光照很足时，不能马上把草苫全部揭开，要先隔1个揭1个，然后逐渐把草苫全部揭开。在下雪天的时候，一般不再揭开草苫，天气转晴，太阳出来以后，要立即把雪清除掉，然后揭开草苫。在保温上还有一种方法是采用双膜免盖草苫。就是在建造棚室时，棚膜之间间隔一定的距离，再盖一层膜，这样就形成了双膜。因为有双膜的保护，保温效果更好，在夜间也可以不盖草苫，白天也有充足的光照，还能有效减少购买草苫、拉绳、卷帘机的费用。还有一种方法是利用地温,在大棚周边挖防寒沟，这样就可以有效地防止或减少土壤中的热量向周边传导，从而提高大棚内的温度。

在利用大棚种植蔬菜过程中，我们还可以根据不同的品种选择不同的温度，在蔬菜生长的不同时节选择不同的温度。以黄瓜为例，黄瓜早期产量与前期的最低温度关系很大，与光照的关系不大，所以前期的最低温度是决定因素，光照的强弱只是次要因素[8]。在中期，黄瓜产量与最低温度和日均温度关系都很大，因此种植早熟黄瓜，要尽量提高中间的最低温度，当最低温度在14℃以下时，应使用草苫子等防寒物。在中期，在不发生高温伤苗的前提下，尽力提高棚中温度，提高植株的光合能力，以达到增产增收的目的。在中期时，棚内通风也很关键，一般在棚内温度达到30℃时再放风。

3 结论

大棚蔬菜种植在农业现代化的作用越来越高，对于提高农民收入意义非常重要。目前我国农业技术水平还处于粗放型发展阶段，整体水平还不够高。蔬菜大棚结构设计和管理还存在空气流通不畅、结构不够稳固、光照利用不好、保温效果不佳等问题，对于提高大棚蔬菜的产量和品质还有很大差距[1]。本文从提高大棚结构的稳定性、采光率、保暖性3个方面，对优化大棚结构设计管理提出了优化方案，对于提高大棚设计管理的科学性具有一定的指导意义。