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1、 第八章 设施农业机械化技术 农业生产机械化技术设施农业概念：设施农业是具有一定设施，能在局部范围改善或创造环境气象因素，为动植物生长发育提供良好的环境条件，而进行有效生产的农业。设施农业内容：包括设施栽培和设施养殖。设施栽培：蔬菜、花卉、瓜果类的设施栽培。设施包括：塑料棚、温室和人工气候室(箱) 设施养殖：畜禽、水产品和特种动物的设施养殖。设施包括：保温遮荫棚舍和现代化饲养 畜禽舍及配套设施设备。8.1 国内外设施农业的基本概况8.1.1 国外设施农业现状与发展全世界现有大型现代化玻璃温室3万hm2，主要 集中在欧洲，仅荷兰就有1.1万hm2；采用聚碳酸酯 板或片材(PC)等覆盖材料的现代化
2、温室面积有1万 hm2；普通塑料温室约有35万hm2，主要集中在东亚及环地中海国家。大多数国家生产上以塑料和玻璃温室为主。温室骨架材料为钢材骨架和铝合金屋顶，覆盖材料一般多用各种塑料薄膜、玻璃、玻璃纤维加强聚酯板 和聚酸酯板。具有高适光性、高保温性、无滴、抗老 化、使用期长等特点，近年来日本、美国研制出的功 能膜具有光谱选择、降温、杀菌、防虫等功能。在温室的管理上应用计算机对温室内的温度、湿度、二氧化碳浓度和温室外的温度、风雨、日照以及植 物生长状况的自动控制。(1) 国外设施农业现状1）温室大型化 温室不断向大型化方向发展，温室户营规模一般为 2hm2左右，每座温室的单栋面积都在0.5hm2
3、左右。2）高新技术化、工厂化 主要有营养液调配技术、环境监测调控技术、二氧 化碳施肥技术、基质消毒技术、机械消毒技术、机械 化作业技术等，使设施农业逐步向工厂化农业演变。3）温室产品多样化、特色化除蔬菜、水果和花卉等温室常规作物外，凡是能 产生高附加值的如香料、特种植物、药用植物、食用 菌和其它观赏植物均已成为温室栽培的主要品种。（2）设施农业的发展趋势8.1.2 我国设施农业的发展和存在的问题（1）国内设施农业的现状我国设施农业的发展始于20世纪50年代初期。1956年北京 开始试用塑料薄膜拱棚，1958年华北地区先后试建了大型单栋 温室。60年代初东北地区建成1hm2的大型温室。随后以阳畦
4、、塑料中小棚、温室、日光温室为主体的保护地栽培得到了迅 速发展。此后，吉林长春市郊区首先创建了占地面积为667m2 的塑料大棚，内蒙古地区出现了前沟加温的改良式温室。70年 代，塑料大棚遍及全国，成为保护地中的主要生产设施。1978 年开始推广地膜覆盖栽培。1975年北京玉渊潭公社开始设计建 造大型连栋玻璃温室.1979年北京市四季青公社从日本引进2hm2全自动化的连栋温室 ，屋面为丙烯酸树脂玻璃纤维加强板。1980年哈尔滨园艺研究所从荷 兰引进占地0.6hm2的荷兰式现代化温室。80年代初，农业部陆续安排 塑料大棚及栽培技术等单项技术研究。到1999年底我国设施农业栽培 面积已达150万hm
5、2，其中塑料中、小拱棚65万hm2，占43.3%，塑料 大棚35万hm2，占23.3%；各种温室50万hm2（主要是日光温室，占 99.8%），占33.3%；现代化连栋大型温室617公顷,其中引进国外产 品200公顷,国产大型连栋温室417公顷,并且每年以100150公顷面积的 速度递增。另外还使用遮阳网1.6亿平方米,防虫网400万平方米。随着 我国农业产业结构的调整,全国各省市涌现了一批不同设施水平和不 同技术特点的农业高科技示范园区,标志着我国设施农业的发展进入了新的阶段。存在的重要问题：（1）我国温室环境调控水平，装备成套水平，抗灾能力均不能满足生产实际要求；（2）设施农业高劳动生产率
6、，高土地利用率的效能得不到充分发挥。温室播种育苗和加热、通风降温设备没 有定型产品、性能参数与温室生产要求不匹配；（3）温室内耕种机具操纵方便性差，绝大多数还要靠人工作业，工效低、劳动强度大、费用高。（2）设施农业发展中存在的问题我国是小型动力耕种机械的生产大国，技术成熟；温室播种育苗设备已经有了从韩国、日本引进的样机；大量使用在畜 禽规模化饲养上的加热、通风降温设备只需针对温室生产要求 进行总体布置和结构设计即可。完全可以依托我国机械工业基 础较好，设施农业技术装备制造技术成熟的条件，经过产品技 术组配集成和企业的适当重组与调整，制造出符合要求的设施 农业技术装备。 8.1.3 辽宁设施农业
7、的基本概况辽宁地处北纬3943，属北方寒冷地区，但冬季有充足的光照资源，优于长江、黄河流域。辽宁首创的节能型日光温室，可在北纬4041地区，在冬季不加温条件下生产喜温果菜。近年来，辽宁地区设施农业发展迅猛，到2012年底，辽宁省设施农业总面积突破1100万亩（其中日光温室800万亩）位居全国首位。设施农业已经成为辽宁省农业的优势主导产业。虽然设施农业生产已成为辽宁省冬季蔬菜生产的主要形式，但从微观上看，一户一棚，一棚一亩，生 产规模较小，生产工艺落后，配套技术不完善，产前 、产中、产后不配套，特别是没能实现工厂化、标准 化生产，其产品质量与经济效益较低，与世界上先进 的农业国荷兰相比，温室设施
8、数量与其相当，但效益 不及荷兰的10%。主要差距就在生产设施、生产技术、管理水平远远落后。因此，将温室生产提高一个技 术档次，已成为辽宁农业经济发展的当务之急。8.2 适合机械作业的塑料大棚和日光温室机械作业对棚室的要求：适当高度、宽度及长度，尽量减少中间障碍物。机械作业的棚室：棚室结构结实，内部空间宽敞。此外，大棚底脚的角度也应尽可能大，这样机械作业可 靠近棚边，减少耕作空白区。 棚室对机械的要求：一方面尽量缩小机械体积，增大 动力机械功率；另一方面就是在棚室设计上向满足机 械作业要求靠拢。塑料大棚是用各种材料做支架，架设成一个整体结构，形成一定空间，支架上覆盖塑料薄膜，宽 6m以上、长30
9、m以上、高1.8m以上，四周无墙体的设施。8.2.1 适合机械作业的塑料大棚无柱钢架塑料大棚（图8-1）在北方广大地区应用很 普遍，一般宽1014m，长4060m，中高2.53m。棚内无支柱，拱杆用材为钢材。遮荫少，透光好，便于机械化 作业，坚固耐用，使用期10年以上。采用直径为1216mm的圆钢焊接成人字形花架当拱 架。上下弦之间用810 mm钢条做成人字形排列，把上下弦焊接成整体。工厂批量生产只做成半截拱架，装棚 时再焊接成整体。为使整体牢固和拱架不变形，纵向用4 条或6条拉杆焊接在拱架下弦上，拱架两端固定在两侧的水泥墩上。 （1）钢架塑料大棚图8-1 无柱钢架塑料大棚 1.上弦 2.下弦
10、 3.水泥墩 4.上下弦间的人字形钢条 5.拉无柱钢架塑料大棚装配式镀锌钢管大棚（图8-2）骨架由工厂生产标准配件安装而成。跨度有6m、8m、10m等几种，长度3066m，高2.53m，均为拱圆形。棚体南北向，棚内无立柱。有卡膜槽、卡膜弹簧、棚头、门、侧部通风装置等，通过各种卡具组装而成。特点：大棚结构合理，棚体坚固，抗风雪能力强，搬迁组装方便；无立柱，棚内操作管理方便，便于透风、 透光，使用年限长达10年以上。图8-2 装配式镀锌钢管大棚 （2）装配式镀锌钢管大棚透光前屋面用钢筋或钢管焊成桁架结构作为承力骨架。为了 节省钢材，对前屋面承重结构的做法有多种形式：两行桁架间 距3m左右，中间设3
11、道竹片骨架。桁架和钢管骨架间隔设置， 3.3m为一开间，中间设钢管骨架，钢管骨架与桁架间再用竹片骨架数道。这种结构由于前后屋面未做成整体结构，因而仍需要设 置后柱，以承受主要来自后屋面的荷载，如图8-3所示。8.2.2 适合机械作业的日光温室日光温室介于塑料大棚与温室之间，其保温性比塑料大棚好，造价比铝合金温室便宜。日光温室以北京改良式温室和鞍山 日光温室的模式为主，其朝向为坐北朝南，东西山墙及北墙用砖 或土砌成，北屋较窄。（1）无前柱钢竹混合结构日光温室图8-3 无前柱钢竹混合结构日光温室（单位：m） 1.中柱 2.拱杆 3.横向拉杆 4.钢架 5.吊柱 6.纸被 7.草垫 8.后墙、后坡
12、鞍型日光温室骨架温室（图8-4）骨架常做成平面行桁架， 上弦用厚壁管，下弦和腹杆用钢筋焊接而成，纵向设45道系杆用螺栓与桁架连接，便于安装和拆卸。室内无柱跨度大，空间大，便 于机械作业，承载力强，遮挡少。图8-4 鞍型日光温室骨架（2）焊接钢管或钢筋骨架温室由沈阳农业大学等单位研制的辽沈I型日光温室骨架（ 图8-5），以其设计合理、进光量大、增温快、承载力大、 用钢量省，屋脊鹅顶状突起解决了施工方便和保温层在屋脊 处厚度的矛盾，已形成67.5m不同跨度的系列温室骨架，并 取得了国家专利，正逐步取代其他类型骨架。图8-5 辽沈I型日光温室骨架选择温室的建设地点，主要考虑气候、地形、地质、土壤，以
13、及水、暖、电、交通运输等条件。1)气候条件气候条件是影响温室的安全与经济性的重要因素之一，它包括气温、光照、风、雪、冰雹与空气质量等。8.2.3 棚室规划与设计（1）场地的选择气温：在掌握各个可能建造温室地域的气温变化过程的基础上，着重对冬季可能所需的加温以及夏季降温的能源消耗进行估算。无气温变化过程资料时，可着重对其纬度、海拔高度以周围的海洋、山川、森林等对气温的主要影响因素进行综合分析评价。 光照强度和光照时数对温室内植物的光合作用及室内温度状况有着很重要的影响，它主要受地理位置和空气质量 等影响。风速、风向以及风带的分布在选址时也必须加以考虑。对于主要用于冬季生产的温室或寒冷地区的温室应
14、选择背 风向阳的地带建造；全年生产的温室还应注意利用夏季的 主导风向进行自然通风换气；避免在强风口或强风地带建 造温室，以利于温室结构的安全；避免在冬季寒风地带建 造温室，以利于冬季的保温节能。由于我国北方冬季多西 北风，一般庭院温室应建造在房屋的南面；大规模的温室 群要选在北面有天然人工屏障的地方，而其他三面屏障应 与温室保持一定的距离，以免影响光照。雪压是温室这种轻型结构的主要荷载，特别是对排雪困难的大中型连栋温室，要避免在大雪地区和地 带建造。普通玻璃温室，安全是至关重要的。要根据气象资料和局部地区调查研究确定冰雹的可能危害性，从 而使普通玻璃温室避免建在可能造成雹情危害的地区 。空气质
15、量的好坏主要取决于大气的污染程度。大气 的污染物主要是臭氧、过氯乙酰硝酸酯类（PAN）以及二氧化硫、二氧化氮、氟化氢、乙烯、氨、汞蒸汽等。 在选址时，应尽量避开城市污染地区，选在造成上述污 染的城镇、工矿的上风向，以及空气流通良好的地带。 调查了解时要注意观察该地附近建筑物是否受公路、工 矿灰尘影响及其严重程度。 2)地形与地质条件 平坦的地形便于节省造价和便于管理，同时，同一栋温室内坡度过大会影响室内温度的均匀性，过小的地面坡度又会使温室的排水不畅 ，一般认为地面应有不大于1%的坡度为宜。要尽量避免在向北面倾斜的斜坡上建造温室群，以避免造成遮档朝夕的阳光和加大占地面积。对于建造玻璃温室的地址
16、，有必要进行地质调查和勘探，避免因局部软弱带、不同承载能力地基等原因导致不均匀沉降，确保温室安全。3)土壤条件 对于进行有土栽培的温室，由于室内要长期高密度种植，因此要对地面土壤进行选择。选择的 基本原则是：就土壤的化学性质而言，砂土储藏阳离子 的能力较差，养分含量低，但是养分输送快。粘土则相 反，它需要的人工总施肥量低。对于现代高密度种植作 物而言需要精确而又迅速地达到施肥效果，因而选用砂 土比较合适；土壤的物理性质包括土壤的团粒结构好坏 、渗透排水能力快慢、土壤吸水力的大小以及土壤的透 气性等都与温室建造后的经济效益有密切的关系，选择 时要选择土壤改良费用较低而产量较高的土壤。值得注 意的是，排水性能不好的土壤比肥力不足的土壤更难于 改良。4)水、电及交通条件 水量和水质也是温室选址时必须考 虑的因素。虽然室内的地面蒸发和作物的叶面蒸腾比露地要小得 多，然而用于灌溉、水培、供热、降温等用水的水量、水质都必 须得到保证，特别是对大型温室群，这一点更为重要。要避免将 温室置于污染水源的下游，同时，要有排、灌方便的水利设施。对于大型温室而言，电力
