适宜树莓种植的专用型设施结构

张卓岩（星季实业发展集团有限公司，河北张家口 075000）

近些年来全球市场对草莓、蓝莓、树莓、黑莓等浆果需求急速增长，全球范围来看浆果种植面积和规模每10 年就翻一倍，中国的浆果种植面积增长更是惊人。随着北欧浆果种植面积不断减少，东欧、撒哈拉以南和中国种植面积迅速增长。在这些国家，浆果种植跳过了露地土壤种植的初级阶段，直接进入了拱棚盆钵种植的中级阶段，浆果市场的增长促进了适宜浆果种植的智能温室发展。

浆果种植普通温室类型及特点

浆果在中国北方实现全年产出，需要采取温室种植的方式[1]。而利用日光温室、连栋温室、薄膜温室等多种类型设施在实际种植过程中发现了各种问题。

薄膜温室

薄膜温室种植浆果的优势在于温室两侧以及顶部设有共四个通风口，每个通风口宽度50～80 cm，通风效果好。但因为不方便加盖棉被等保温材料，所以保温效果较差。北方冬季夜间最低平均温度在-9℃，薄膜温室内平均温度为-8℃，冬季无法种植浆果。

日光温室

日光温室种植浆果的优势在于北方冬季夜间最低平均温度在-9℃时，日光温室内平均温度可达8 ℃。但日光温室土墙导致其土地利用率低。同时日光温室的南侧以及顶部设有共两个通风口，每个通风口宽度50～80 cm，通风效果不佳。

连栋温室

连栋薄膜温室种植浆果的优势在于连栋温室结构不占用额外的农田，土地利用率高。连栋温室的四侧以及顶部共设有八个通风口（以30 m×30 m 连栋温室为例），每个侧通风口宽度150～200 cm，每个顶部通风口宽度30 cm，通风效果有保障。但北方冬季夜间最低平均温度在-9 ℃时，连栋薄膜温室内平均温度为-7 ℃。冬季想要保持室内最低温度达到浆果正常生长的15 ℃每天需要的能耗可达340 kW·h/667 m2。

2018～2022 年，笔者团队经过试验比较了薄膜温室、日光温室和连栋温室的应用效果（表1，图1）。同时针对性地设计建造了适宜浆果种植的智能温室。

表1 不用温室主要特点对比

图1 薄膜温室、日光温室和连栋温室实景

浆果专用双跨式温室

在普通温室基础上，笔者团队设计建造了针对浆果种植的双跨式温室（图2），并以树莓为例开展试种，结果表明新型温室创造了更加贴合浆果种植的生长环境，优化了树莓的口感和营养成分（表2）。双跨式温室是以日光温室为原型改良建造的通风效果、光照效果、土地利用率更为适宜浆果种植的新式温室大棚（图3），结构参数见表3。

表2 果实营养成分对比

图2 双跨式温室

图3 双跨式温室剖面图/mm

表3 双跨式温室结构参数

浆果的种植不同于传统蔬菜的种植高度，经过培育的树莓品种可以达到2 m 以上，在温室的低一侧下风口处会出现浆果植株过高扎破棚膜的情况。浆果的生长需要很强的光照（太阳总辐射度400～800 个辐射单位（104W/m2）)，由表4 得知夏季光照时间长、光照强度大对浆果影响不明显，而到了冬季光照强度低光照时间短，浆果产量明显下降。日光温室内南北两侧的光照幅度也存在差异导致南北两侧的植株长势差异[2]。日光温室的土墙建造土层破坏大，土地利用率只有一半而且防雨措施随着使用年限增加出现了破损（表5）。

表4 冬夏季光照强度和光照时长对树莓产量的影响

表5 土地利用率

温室通风

新式双跨式温室加高了最低位置的下风口高度，以保证在种植区域内没有棚膜可以阻挡植株的生长（图4）。相较于普通日光温室0.4～0.6 m宽度的下通风口，双跨式温室1.2～1.5 m 宽度的风口加大了一倍有余的通风面积。

图4 温室内景

温室土地利用率与增温保温

双跨式温室依靠16 m 的跨度与5.5 m 的高度，相较于普通日光温室扩大1.5 倍的内部空间，无需建造土墙得到了95%的实际种植面积，提高了40%以上的土地利用率。不同于日光温室为了保温蓄热建立的土墙，双跨式温室采用内保温系统以及地暖管加热系统这种不占用种植面积的方式。大跨度带来双倍的透光面积和透光量让土壤同比增长了0～5 ℃的蓄热。同时温室内增加了内保温棉被以及一组地暖管加热系统来维持北方冬季时温室内部的温度在-20℃的寒潮下可以维持到15℃以上，从而保障冬季浆果的正常产出。

温室光照

浆果生长对光照要求很高，需要太阳总辐射度400～800 个辐射单位（104W/m2）的光照强度，影响温室光照的因素包括天气状况、季节、纬度和建筑结构。前三者是自然现象，非人力所控制，而后者则由人为控制来掌握影响，温室光照主要与温室方位（偏南或偏北10°以内）、屋面角度（20～40°）、建筑材料遮阳面积、塑料薄膜透光能力及污染、水滴、老化程度有关，这些都是影响温室采光主要因素。取消外保温采用内保温的结构，可以降低20%遮阳面。为了保证棚膜的透光性能和有效使用寿命需要及时清除棚膜表面的雨水以及积雪，经过试验得知屋面角在25～27°时更有利于雨水积雪滑落。而温室跨度大和南北向排布可以使光照均匀解决同一个温室内植株长势不一致的问题。

浆果专用大跨度保温塑料大棚

为了实现全年产出浆果，温室选择就要有保温或者加温的先决条件，这样就排除了不能保温的春秋棚。日光温室又因为需要破坏土层以及50%的土地利用率等问题也不是一种完美的解决方案，为了增加土地利用率同时保持冬季室内温度（15℃以上），笔者团队研究建造了一种大跨度温室（图6），结构参数见表6。此温室大棚在建造性价比、浆果产量产出以及保温性能上有着巨大优势。

图6 大跨度温室结构

表6 大跨度温室结构参数

温度优势

大跨度温室不需要土墙，对比普通日光温室土地利用率提高了30% 以上。经测定，大跨度外保温型塑料大棚在未种植作物且不开启加热系统的情况下，当室外温度为-15℃时，棚内温度可以达6℃，室内外温度差为21℃。在保温方面与日光温室性能相近（表7）。

表7 冬季大跨度温室与日光温室保温散热性能对比

结构优势

该设施结构合理，基础坚固，抗风能力达10 级，雪载荷0.43 kN/m2，抵抗暴雨、积雪等自然灾害能力强，使用寿命在15 年以上。与普通大棚相比，同占地面积下内部空间增大2～3 倍，便于开展机械化作业，适宜植株较高（2 m±1 m）作物的种植。

光照和空间环境优势

大跨度温室在规模化种植中非常利于人员管理与调度，可以有效避免人力浪费。大跨度温室的屋面设计充分考虑到不同纬度条件下的太阳高度角及太阳光对棚面的入射角，使其在不同的季节和不同的太阳光入射时段，都可形成理想的照射条件（结合雨水积雪滑落综合考虑选定为棚面与地面夹角27°），尽可能减少光的散射和折射，最大限度的利用太阳能[3]。大跨度温室的空间增大2 倍以上，相对空气的CO2就增多2 倍以上，有利于作物生长，达到增产目的。

浆果种植不同设施比较

建造更为适宜浆果种植的温室，目的就是获得浆果种植中重要的生长环境和环境控制，而植株的长势直观的体现了其生长环境的优劣（表8、图8）。

表8 不同温室树莓的长势对比

图8 不同温室树莓的长势对比图

树莓的果实产出数量和质量同样依靠生长环境和环境控制。一级果达标率70%以上的[4]和产量4 t/667 m2意味着更高的利润（表9、图9）。

图9 树莓产品

表9 不同温室产量与一级果达标率比对

总结

合理的结构参数是影响温室内部环境条件优劣和环境调控能力的首要因素。温室跨度、棚面大小、棚面角度等参数的配套设计也影响到温室的性能。棚面角度和棚面大小影响着温室的透光量和热稳定，跨度的大小影响日光温室土地利用率、单位面积造价、温室采光能力和保温性能。跨度越大，土地利用率越高、单位面积投资越小。温室内的生长环境和土地利用率直接影响产量与果实质量，对于浆果的种植有着至关重要的作用。