周博士考察拾零(一百二十三)甘肃省张掖市温室设施发展现状调研

周长吉（农业农村部规划设计研究院，北京 100125）

2 021 年6 月25～29 日，借《张掖市绿色蔬菜产业发展规划》和《张掖市现代设施农业发展规划》两个规划编制之机，笔者和规划编写组一行4 人赴甘肃省张掖市对全市5 个区县的温室设施进行了现场调研。

张掖位于河西走廊中段，辖1 区5 县，即甘州区、高台县、临泽县、民乐县、山丹县和肃南裕固族自治县，其中肃南裕固族自治县为牧业县，温室设施很少，本次调研没有涉足。

张掖南枕祁连山，北依合黎山、龙首山，黑河贯穿全境，整个地貌自南向北分为祁连山山地、中部走廊平原、北部山地三大区域，地形自南向北倾斜，形成张掖盆地，中部平原海拔高度在1410～2230 m，是农业生产的主要区域。盆地两侧为戈壁，形成了对盆地农业生产的自然隔离带。

张掖是典型的大陆性干旱气候，气候干燥，降水稀少，蒸发量大，光照充足，夏季凉爽，冬季寒冷。全年平均气温7.7℃，1 月份日均最低气温-18℃，7 月份日均最高气温31℃，年平均日较差14℃，＞10℃积温3234.3℃，共计199 天，≥5 ℃积温3800 ℃，共有240 天；全年无霜期115～155 天，年平均降水量130 mm 左右，蒸发量2000～2700 mm；四季云量少、太阳辐射强，太阳总辐射量为148.42 kcal/cm2，年平均日照时数3000 h 左右，日照百分率70%以上，由东南向西北递增。日照时间长、昼夜温差大、大气透明度好，是各类农作物生长发育得天独厚的光热条件，由此，张掖是国家规划的玉米制种优势区，也是全国重要的高原夏菜生产基地。

围绕蔬菜的育种和繁种以及高原夏菜的育苗和生产，当地通过引进学习和自主研发，建设了包括日光温室、钢架大棚以及连栋玻璃温室等多种形式的温室设施。结合露地种植，可满足周年不同季节、不同茬口各类蔬菜和瓜果的生产。在此，笔者带你一同穿越河西走廊，走进张掖，去系统考究一下这里的温室设施建设概况。

日光温室

日光温室是中国北方越冬生产温室设施的主要形式。在日光温室的建设方面，张掖不仅有自主特色的干打垒土墙结构日光温室，更有从寿光引进的机打土墙结构日光温室，还有贯彻国家土地政策、紧跟全国日光温室发展趋势研究开发的柔性保温材料全组装结构的日光温室。

干打垒土墙日光温室

干打垒土墙是黄土高原建筑的一大特点，著名的万里长城在这里就是采用干打垒的方式建造，至今千年不倒即说明了这种墙体结构的强度和耐久性。用这种墙体建造方法建设日光温室的后墙和山墙，自然也就成为了当地日光温室建设的一种选择。

将具有一定黏性的土壤加水拌湿后填入墙体模板内，用杵或夯压机分层夯实即形成温室墙体（图1）。墙体的高度和厚度可根据温室设计要求建造，一般墙体厚度在1.5～2.0 m，后墙高度可在3.0 m 左右。

图1 干打垒墙体结构日光温室

这种墙体，建筑材料可就地取材，自然环保、节省投资；墙体建造不需要大型施工机械设备，现场施工人工用量少；墙体结构承重能力强，除自承重外还可承担温室屋面荷载；墙体具有较强的被动储放热能力和一定的湿气“呼吸”能力，可调节温室内的空气温度和湿度，因此是日光温室建设中一种价廉物美的建筑墙体。

但这种墙体施工速度慢，每一层施工完毕后需要等待一定时间待下层固化干燥后方可进行上层的施工，此外，施工的劳动强度大，尤其用人工夯杵方法施工时建造效率极低。从国家耕地保护政策看，在基本农田上动用大土方的土层来建造温室墙体，对土壤的破坏比较严重，即使采用耕作层剥离的施工方法，仍然难以满足“不破坏耕作层”的原则要求。因此，从长远发展看，土墙结构温室在基本农田上建设将会受到越来越多的限制，但随着机械化施工技术的发展，在一般农田上建设干打垒墙体结构日光温室在西北地区仍然有较大的发展空间和发展潜力。

机打土墙日光温室

机打土墙结构日光温室是山东寿光农民发明创造的一种温室墙体建造方法（图2）。这种墙体建造方法直接用铲车或钩机将墙体两侧的土壤堆积在墙体上，用链轮车或压路机碾压土层将其压实即形成温室墙体。

图2 典型的寿光五代机打土墙结构日光温室

由于墙体是大型车辆滚压成型，考虑到施工的安全性，墙体的厚度一般底部在6～7 m，顶部也不小于3 m，所以，温室的保温性能很好，但墙体建设的土方量也很大，为了取土，温室一般都建设成半地下式。此外，这种结构基本采用屋面“琴弦”结构，用钢丝纵向布置形成纵向承力的“琴弦”，“琴弦”布置在沿温室跨度方向的承力拱架上，承力拱架再用室内立柱和后墙及前墙基础支撑，由此形成纵、横和竖向的三维承力结构体系。这种结构承力体系与机打土墙相结合即形成典型的“寿光五代”日光温室。

这种墙体具有和干打垒墙体相同的承重、被动储放热和湿气“呼吸”能力，而且施工速度快，对施工土壤的土质黏性要求不高，建造成本低，因此深受各地温室建设和生产者的青睐。张掖市引进这种形式的温室后将其命名为“甘州模式”，进行了较大规模的推广，在推广的过程中还不断对这种形式温室进行改进和创新。

首先是减少温室内立柱和增大温室的跨度（图3a）。将传统的10 m 左右跨度干打垒结构日光温室的跨度加大到14 m 以上，取消室内种植区内的立柱，采用设置在走道边的斜立柱来减小温室屋面拱架的支撑长度，这种做法极大地方便了室内机械化作业和种植布局，应该是未来日光温室发展的主流和方向。但考察中也看到有的温室由于过分强调加大跨度、取消立柱致使屋面结构发生变形，为此，在工程建设中应精确分析结构承载能力，通过力学强度验算确保结构的安全性。

其次，抬高日光温室的屋脊（图3b）。在保持温室后墙高度不变的条件下加大温室跨度势必会使温室屋面的坡度减小，不仅影响温室屋面的采光，而且也影响屋面的排水和结构承载，为此，当地在温室建设中在原有温室屋面拱架的基础上在屋脊位置再附加一段支杆将温室屋脊局部抬高从而有效解决了上述问题。当然，如果在初始设计时就将温室屋脊抬高，或许还能有效节约钢材用量，降低温室建设投资。

图3 对机打土墙结构日光温室的改进

第三，在后墙上张挂反光幕布（图3c）。在后墙上张挂银灰色幕布不仅可以反射照射到温室后墙上的太阳辐射，增加温室靠后墙部位作物的光照，而且幕布遮盖了温室土墙，也装饰和美化了室内环境。但由于张挂幕布没有紧贴温室墙体，在幕布与墙体表面之间形成的空气间层可能会影响墙体的吸热和放热，从而影响温室的温度性能，为此，建议在张挂墙面幕布时，一是不一定全墙面张挂，可节约用材；二是要紧贴墙面张挂，以保证墙体的吸热和放热性能。

装配式保温被日光温室

用轻质的刚性或柔性保温材料做墙体和后屋面围护材料，用全组装的钢架结构承重，不仅可以显著减小上述土墙温室墙体的占地面积，而且温室墙体建造不再破坏耕地的土壤耕作层，在温室使用若干年后还可以根据需要拆除或搬迁。在目前国家严格保护耕地的条件下，这种形式的温室已经成为了业界研究的焦点和未来发展的重点[1-2]。

张掖市也紧跟国内研究热点和发达地区日光温室建设模式，自主研究开发并建设了这种装配式保温墙日光温室（图4）。这种温室采用柔性保温被做温室墙体围护材料（图4a)，用C 形钢做桁架弦杆现场组装承力结构，实现屋面和后墙立柱一体化。为节约结构用材，温室结构体系采用了主副梁结构，即用桁架结构做主梁，在相邻两主梁之间用单管骨架做副梁，形成轻简化的完全组装结构（图4b）。

从现场温室建筑的总体尺寸看（图4a），温室前部基本直立，非常有利于机械化作业和室内高秧作物种植，应该是目前日光温室建筑适应机械化作业和高秧作物种植的一种客观需要和发展方向，但温室的跨度偏小，在保证结构强度的条件下应尽可能加大温室跨度，以提高温室建设和生产的土地利用率。

从室内种植垄的布局看（图4b），种植作物采用了东西垄种植模式，这也追随了当前日光温室机械化耕种的发展要求，耕种、起垄、覆膜作业量小，机械化作业更便捷，是日光温室种植模式的一种未来发展方向，尤其适合于相互不挡光的低矮作物生产。

图4 装配式日光温室

钢架大棚

简易结构塑料大棚

简易结构塑料大棚主要用于春提早和秋延后种植，是露地种植的一种补充。相比露地种植，一般可提早或延后生产期各1 个月左右时间。大棚内可种植高原夏菜、西甜瓜，也可用于蔬菜或马铃薯的育苗以及经济作物的育种和繁种（图5）。

图5 小跨度单拱大棚

从大棚的建筑形式看，跨度一般控制在6～8 m，脊高在2～3 m，大棚屋脊有尖顶和圆拱顶之分。种植高原夏菜或西甜瓜的大棚，主要采用比较低矮的结构，脊高在2 m 左右，由此大棚结构基本采用单管拱架（图5a、b），这种结构是生产中大量使用的结构形式。根据生产季节的室外温度，大棚可以覆膜保温、防虫或防雨栽培（图5a），也可以揭膜露地生产（图5b）。对于马铃薯育苗及经济作物育种和繁种的大棚，由于对室内光照和温度要求较高，防护隔离的要求也不低，一般均覆膜生产，而且大棚的空间高度也更高（图5c）。

大跨度塑料大棚

在临泽县考察中见到了一种在戈壁荒滩上种植葡萄的大跨度塑料大棚（图6）。采用塑料大棚种植葡萄可有效提高棚内温度，避免葡萄枝条冬季埋地越冬的劳作以及对枝条可能造成的损伤。采用30 m 跨度的大棚还可显著集约利用土地，提高土地的生产效率。

从大棚的结构看，棚面拱架采用了单管椭圆管，有效减少了结构构件对作物采光的遮挡。由于大棚跨度大、屋脊高，屋面单管拱架的承载能力有限，所以设计采用了室内多柱的结构承力体系（图6a），其中在大棚跨中设立中立柱（局部采用了双柱组合柱），并在中立柱的柱顶设计V 形通风口（图6b），在中立柱两侧分别设置两排立柱，其中靠边一侧短立柱采用了竹材（图6a），可有效降低大棚的建设成本。

大棚的屋脊外设计了凸出的通风帽（图6c），不仅有效增加了大棚通风口的高度，从而增大了大棚的通风能力，而且也有效防止了室外雨水的倒灌，采用卷膜通风的方式也可降低设备的建设成本，对屋面覆盖塑料薄膜不会造成因卷膜的损害。

图6 种植葡萄的大跨度塑料大棚

该大棚是针对当地条件和种植作物特殊设计的一种大棚形式，虽然在结构抗风以及构造和连接节点方面还有很多需要改进和标准化的地方，但种植者根据生产需要独立创新设计的精神和胆略仍然是值得肯定的。

保温大棚

保温大棚就是在传统塑料大棚的基础上增设活动保温被的一种大棚形式。由于增设了屋面保温被，相应大棚的山墙也应做成保温结构，可以是刚性保温材料，也可以是柔性保温材料。

由于采用了全范围的保温，大棚的保温性能进一步提高，在种植作物的茬口安排上可介于日光温室和无保温塑料大棚之间，由此可进一步丰富蔬菜种植的茬口，不论是提早栽培还是延后栽培，都能延长作物种植季节和产品供应时间，提高土地的利用率，增加农民种植的收益。

考察中发现张掖保温大棚的形式有两种：一种是在传统单体大棚的基础上形成的标准大棚尺寸的保温大棚（图7），另一种是大跨度保温大棚（图8）。

图7 标准跨度外保温塑料大棚

图8 大跨度外保温大棚

标准跨度保温大棚，山墙采用彩钢板保温板（图7a），配双侧中卷卷帘机和手动卷膜器保温和通风（图7c），大棚骨架采用椭圆管单管结构，室内无柱（图7b），操作方便。从外形看，大棚的两侧直立带肩，便于种植和机械化作业，但屋面过于扁平，不利于排水和积雪滑落（或许因为这里降水量少，扁平的屋面似乎也不会对结构强度造成多大影响）。

标准跨度的保温大棚除了按照传统的大棚南北走向布置种植作物外，还可以东西向布置，利用两侧卷帘机的分别控制实现南侧保温被卷起、北侧保温被展开，类似于日光温室的保温运行方式。其温光性能可接近装配式日光温室，但造价却要远低于同类日光温室。到了夏季，打开双侧保温被和通风口，保温大棚又成为了传统的塑料大棚，可实现夏季生产的良好通风和降温，避免了传统日光温室夏季生产降温负荷大，难以越夏生产的问题。

大跨度外保温塑料大棚其形式和做法基本和内地的做法相同[3-4]，中部双排立柱支撑屋面，并形成中间作业走道（图8a），中柱两侧各设置1 排侧立柱（图8b），屋面拱杆为椭圆管单管，大棚整体上比较轻盈，屋面拱杆遮光少。

保温大棚的两侧山墙采用了与屋面保温被相同材料的柔性保温材料保温。为了增强结构的抗风能力，在大棚内山墙柱上还增设了加强斜撑柱（图8c），有效提高了大棚的抗风能力。

大跨度大棚室内操作空间大，采光量大，室内环境缓冲性强，便于机械化作业，可种植高秧吊蔓作物（如番茄等）。

从现场看到的保温大棚，不论是标准跨度大棚还是大跨度大棚，山墙都采用了永久固定的保温墙体。这种做法保温材料的密封性好，但山墙的遮光也是一个不可忽视的因素，尤其是当保温大棚南北走向布置时，南侧山墙的遮光影响更大。为了增大大棚采光，减少南侧山墙的遮光，可以将南侧山墙的保温做成活动保温帘，白天采光时段收起保温帘，夜间保温时段展开保温帘，可以起到保温与采光两不误的效果[5]。

连栋温室

连栋塑料薄膜温室

与单栋的塑料大棚相比，连栋塑料薄膜温室节约用地，便于集中管理，而且由于外墙占比小，相对边际效应影响也小，室内环境更稳定，因此，在经济条件允许的情况内应尽可能用连栋塑料温室替代单栋的塑料大棚，尤其在企业化经营的园区内建设大棚时。

考察中看到在张掖建设的连栋塑料薄膜温室结构基本和国内外其他地区建设的连栋塑料薄膜温室相同：圆拱顶结构，配套屋面和侧墙卷膜通风系统（图9）。从设备配套看这种温室的性能基本和无保温的塑料大棚相当，只能用于春提早和秋延后的蔬菜育苗和种植。

图9 连栋塑料薄膜温室

由于建设成本较单栋的塑料大棚高，而且连栋建设的用地面积大，一般农户生产基本不用这种温室。

连栋日光温室

连栋日光温室是当地温室设施中的一种创举。这种温室从温室屋面的形式和保温方式上看类似日光温室，但从温室平面上看又是连栋温室，实际上是一种变形的锯齿形连栋塑料薄膜温室（图10）。

图10 连栋日光温室

这种温室的最南侧一跨完全类同于日光温室结构，南侧采光面为弧形结构，北侧后屋面为保温结构；最北侧跨后墙和全部山墙采用保温板围护，并在墙体上开设通风窗。温室所有跨后屋面采用永久保温被覆盖保温，南侧采光面采用活动保温被白天卷起夜间覆盖，当保温被夜间覆盖采光面后卷被轴正好落位到连跨温室的天沟中，与温室后屋面的保温被形成温室屋面保温的全覆盖。保温被采用侧卷摆臂式卷帘机驱动，手动控制保温被的卷放。

这种温室形式，与传统的日光温室相比，显著提高了土地利用率，其保温性能与装配式保温结构日光温室基本相当；与保温塑料大棚相比，温室的采光量显著增加，由此，室内温度和光照强度也将相应提高。

该温室在当地主要用于夏季的蔬菜育苗，事实上，用于春提早和秋延后的蔬菜栽培也是完全可行的。

连栋玻璃温室

大规模连栋玻璃温室是张掖近年来发展并引起国内外行业内重点关注的工程。2017 年，张掖引进海升集团在民乐生态工业园区投资建设“海升现代农业智能温室工业化栽培生态示范项目”。目前一期20 hm2、二期23 hm2已建成投产，三期3 个20 hm2温室已启动建设，全部工程建成后可形成100 hm2的产业基地。每个20 hm2温室为一个独立的运营单元，包括育苗区、生产区、分级包装区以及冷藏等冷链物流区。温室主要种植番茄和彩椒，产品主要针对高端市场，销往全国各地。

温室采用文洛型屋面结构，散射光钢化玻璃覆盖温室屋面和墙面，作物种植采用岩棉基质无土栽培，全营养液灌溉，吊架式无限生长种植模式，温室环境控制采用半封闭正压送风，湿帘降温，天然气加温并回收利用燃烧尾气进行温室CO2施肥，水肥供应和环境控制均实现自动化控制（图11）。

图11 大规模连栋玻璃温室（种植番茄和辣椒）

这种类型温室代表了现代温室的技术水平，高投入、高产出，在戈壁荒滩连片建设不占用耕地，但温室建设和运行成本高，温室生产技术要求高，对管理和经营者的要求更高，尤其是大规模生产单一品种产品时开拓和稳定市场并保持产品的高价位是保证这种设施安全可持续发展的基本要求。

对张掖温室设施的发展建议

根据用途分类设计和建设温室

温室大棚形式不同，性能各异，设计建设应根据其用途合理选型和设备配置。温室大棚的用途一是看种什么；二是看用什么方式种植；三是看在什么季节种植。

就蔬菜的育苗来讲，冬季育苗，为早春塑料大棚供苗应选择日光温室，为保证育苗的安全生产，一般应配套加温系统，至少应有临时加温系统；为降低投资可用地面穴盘育苗，但对于专业的工厂化育苗场建议采用更高效的活动苗床育苗。同样的育苗，如果是为夏季露地种植供苗，则可以选择使用保温大棚或者连栋塑料大棚进行生产。

对于蔬菜生产而言，如果周年生产喜温果菜，农户种植应选日光温室，大型企业可选择大规模连栋玻璃温室；如果是春提早、秋延后生产可选择保温塑料大棚或简易塑料大棚。

对于日光温室建设应积极相应国家号召，尽量避免或减少对耕作层土层的破坏。为此，不建议大规模建设和推广山东寿光五代机打土墙结构日光温室，在可能的情况下可以建设干打垒土墙结构日光温室，在戈壁滩建设日光温室可采用塑料袋装土“码垛”筑墙或采用护板/ 护网中间夹戈壁石的砌筑方法建造墙体[6]。在保温围护材料全组装结构日光温室能够满足生产要求的条件下，尽量不采用任何形式的土墙结构温室。

注重温室的抗风设计和日常管护

张掖年均大风日数14.9 天，大风风力在8 级以上，塑料薄膜吹裂、保温被吹翻、温室结构吹塌或吹变形的案例司空见惯，给设施安全生产带来很大隐患。为此，建议在温室大棚设计时，一是要充分分析当地风雪荷载，按照国家标准《农业温室结构荷载规范》GB/T 51186-2016 的要求，以3 s 瞬时风速为依据按照温室结构设计使用寿命准确计算和确定温室结构设计基本风压；二是在设备配套上建议在大风地区的塑料薄膜温室和大棚应加装防风网，对日光温室保温被应配套压被绳（图12），在一个温室设施集中区域，为节约建设成本，至少应在迎风口的几栋温室大棚上安装上述设施；三是在日常管理中要注意大风预警，有天气预报大风时应关闭温室通风口，保证温室处于密封状态，以提高温室大棚的抗风能力。

图12 日光温室防风网和压被绳

因地制宜园区化发展戈壁日光温室

日光温室具有保温储热、高效节能的独特优点，尤其在光照资源丰富的冷凉地区是解决蔬菜周年生产和供应设施的不二选择。张掖是传统的农业生产区，土质肥沃、水源充足，因此现有的533 万亩（35.55 万hm2）耕地中417 万亩（27.81 万hm2）已经被划分为永久基本农田，按照国家对永久基本农田用途的要求，这些土地只允许种植玉米、小麦和水稻，虽然玉米制种也具有较高的经济效益，但大量经济效益更高的高原夏菜需要转移出永久基本农田，留给设施建设的一般耕地数量也有限。但张掖尚有300 多万亩（20 多万hm2）的国有未利用土地，采用无土栽培技术，发展戈壁设施农业大有空间，而且可实现真正的“不与粮争地”的设施农业发展路径。

但在戈壁滩建设和发展日光温室，一是建设投资大；二是水源供应不足；三是可能破坏生态。为此，在开发利用戈壁滩，发展非耕地设施农业时应充分考虑水源供应条件，尽量避免点状分散开发，集中力量在耕地边缘组团式、集约化、园区式开发，以便土地统一整理、基础设施集中建设、产品集中运销，实现设施建设和运营的节本增效并有效保护环境。

谨慎发展大规模连栋玻璃温室

在民乐县已经建设和正在建设的大型连栋玻璃温室规模已经达到100 hm2，在一个集中园区发展如此规模的连栋玻璃温室生产茄果类蔬菜在国内也算是首屈一指的。这种形式的温室虽然能节约建设用地、生产效率高、科技水平高，代表了世界现代温室发展的水平，但相应温室建设的一次性投资高、运营成本也高，投资回收期长，尤其对电力和天然气的依赖性更高，对温度和营养液的管理技术要求高，产品的市场销售渠道和价格直接影响企业的效益和生存。大规模发展这种温室应充分考察产品市场，组建专业的运营和管理团队，尤其要进行可靠的技术经济可行性分析，以保障温室建设后的正常安全运营。我们要学习这种现代温室的技术和管理，但不一定要照搬建设这类温室形式。研究中国的日光温室和保温大棚，与蔬菜市场供应与种植茬口紧密结合，应该是经济运行和可持续发展的主要途径。