美国现代化温室考察（一）｜ 温室结构与环境调控技术
美国俄亥俄州GreenCircleGrower农场
的现代化温室考察
（一）温室结构与环境调控技术
2014~2016年3年期间，承担国家科技支撑计划“设施园艺清洁高效生产技术及配套装备”的课题组成员，在美国农业部农业工程应用技术研究所(USDA-ARS)首席研究员、病虫害防治专家朱和平博士、俄亥俄州立大学温室工程专家PeterLing博士等陪同下，多次在美国俄亥俄州进行现代设施园艺装备与技术的考察。先后走访了多个温室种植业农场（企业），如占地4000英亩的GreenCircleGrower“ExpressSeedCompany”（在美国2017Top100Growers中排列第9位），有占地2000英亩、栽培4000种花卉苗木的全州最大苗圃willowryNurseryInc等企业。其中GreenCircleGrower农场（图1）的温室装备设施较齐全，笔者将所见所闻所感整理成文，以飨读者。
GreenCircleGrower农场位于美国Ohio州Cleveland市的Oberlin。这是一个规模较大的农场，农场内大部分地域都已经被建成一个智能化程度较高的大型连栋温室群，整个温室生产的育苗、栽培、加工、包装都在此进行，只有少量的土地用作单栋塑料大棚、硬质露地和小池塘。GreenCircleGrower的产品主要是向该地区的HomeDepot、Heinen's、Sam'sClubandGiantEagle等大型商超提供高质量的花卉和种苗。顾名思义，GreenCircle的目标专注于绿色循环利用，该公司的整个生产过程中几乎没有浪费，水被植物利用后返回到储存罐中，在那里过滤并反复使用。生产过程中还通过使用高效率的保温幕来实现温室保温和降低能源成本的目的。农场主要生产鲜切花，也有部分盆景植物及其种苗。我们参观中看到，种植面积最大的是兰花，主要是蝴蝶兰和吊兰，其次是菊花、一品红等花卉，还有特制盆栽的辣椒和番茄，以及凤梨花、菊花等的种苗。据了解，该农场日最大销售量可以达到30万盆鲜切花。
温室的框架结构
该温室为大型的Venlo型小屋脊温室，天窗为屋顶全开启型，即屋脊处的覆盖物可以向天沟方向打开到呈向上垂直，天沟和立柱采用钢结构。图1GreenCircleGrower农场全貌这样的结构最主要的特点就是立柱之间横向距离（跨度）较大，因此在天沟高度处跨度方向桁架的连接则比较密集，承受轴向拉力，从而增加温室结构的稳定性。这种大跨度小屋面结构（图2），不仅提高抗风、承受雪载能力，而且由于温室的肩高在4m以上，从地面看其空间结构十分宽敞，温室中间为栽培床，而四周水泥路面可供搬运车辆通过。
温室采用热镀锌钢制骨架、聚碳酸酯阳光板（PC中空板）或玻璃作覆盖材料。温室中安装很多环境控制和水分供应的管路，因此在部分温室的北面覆盖材料内被砌上了固定的保温墙（图3），将需要安装湿帘和风机的地方直接安装到了墙体中。同时为了便于管理，每个温室均在立柱上标有条形码以对温室进行识别（图4）。温室内部由PVC板分隔出几个分室（图5），以满足不同植物产品生产需要。温室的地面都是水泥地坪，有利于各种搬运车辆及搬运机器人的作业。
栽培床
由于种植的花卉都是单株比较矮小的，所以以床式栽培为主（图6）。栽培床下面由钢架支撑，上部安装钢丝床。栽培床下有凹槽可以嵌在导轨上，床在宽度方向紧密排列在一起，通过动力装置沿屋脊方向纵向移动；在每排栽培床头部有横向移动装置，可以实现栽培床换行作业；在部分温室中安装有移动式栽培床搬运装置，实现栽培床的横向移动。由于栽培床可以移动，每跨温室为两排栽培床，两排之间仅有1个行人通道，因此土地利用率很高。
悬挂式立体栽培模式
在天沟以下处，装有悬挂花盆的钢管及挂钩用于将吊兰、常春藤等植物挂在种植床的上方（图7）。由于温室上部的采光性较好，所以可以垂直悬挂2~3排，每个悬挂钢管间留有间距，以减少对下方种植床中植物的遮阳。这种立体种植模式，进一步提高了土地利用率。
地面栽培模式
对于冠层直径相对较大型作物，其长大后需要的横向生长空间相对较大，且重量相对较重，因此采用地面栽培模式（图8）。在种植过程中需要调整间距或换盆，地面栽培模式可以通过叉车来搬运，通过小型搬运机器人来实现摆放作业。
对于一些植株较高的植物，开发了专用种植盆架（图9），即在普通花盆基础上，配上一个空心的圆形塑料支架，用来种植番茄、辣椒等植物，使这些蔬菜可以连盆架出售，抓取运输非常方便，既可作为观赏植物，也可在需要时作为食用蔬菜使用。
温度调节系统
温室降温主要依靠屋面开窗自然通风，由于是全开启的天窗，全开启天窗比常规Venlo温室天窗的通风面积要大，除了开天窗进行自然通风、开启遮阳网通过降低光强进行温度调节外，在夏季高温条件下还要通过降温系统进行温湿度调节。温室使用由UltraCool公司设计的降温和湿度调节系统，部分温室使用湿帘风机系统进行降温，同时可以调节空气湿度（图10~11）。
俄亥俄州所处的纬度较高，冬季的最低温度可达-20℃，而该农场种植的蝴蝶兰等主栽花卉又是喜温植物，所以冬季加温是环境控制中的重要部分。该公司最大的特色就是绿色生产，通过使用废木屑、废轮胎屑等废弃物燃烧给温室供暖（图12~13），这样不仅节约了40%左右的天然气，同时还可以为温室增施CO2气肥，其燃烧装置是有专门处理装置的，不会造成过多污染。
光照调节
屋顶全开启型Venlo型温室的采光性能较好，一方面立柱少、遮光少，另一方面在全开启条件下太阳光可以直射进温室，温室受到的遮光少。尽管透光性好，但是考虑阴雨天气和延长日照时间，该温室还是有植物补光系统，该补光系统主要采用高压钠灯补光（图14）。
灌溉与施肥系统
该温室中的营养液灌溉系统是一个非常庞大的系统。温室的植物栽培方式都是基质加营养液灌溉，不同植物需要的营养液的配方都是农场自己在长期生产实践中摸索出来的。营养液的控制和储存都在一个控制室里进行，控制系统根据不同作物的营养液配方实现温室的分区营养液精确配制，并通过灌溉管路进行精确灌溉（图15）。
床式栽培模式中的植物灌溉主要通过移动式喷雾系统进行（图16）。在跨度平行方向安装了喷雾系统，喷雾系统栽培床之上，在与喷雾系统垂直方向的上方有一条钢管用于挂住连接着水源的软管，由于软管可以移动，所以喷水时喷雾系统自动行走，喷量、时间、上下高度等都可以任意调节。a.营养液储存罐b.灌溉管路c.营养液精确调配图15灌溉施肥系统对于地面栽培模式，灌溉方式除了与上面类似的移动式喷灌外，还有地面基部供水灌溉方式（图17）。
基部供水方式在建造温室时在地面预设供水管路，并在地面预留供水口，灌溉时通过在地面下预设的供水管路进行供水，通过供水口涌出（图18），当植物吸收足够的水分之后，再通过供水口剩余水分排出。这种方式减少了水分的消耗，是一种较为简便的节水灌溉方式。
作者：李萍萍（南京林业大学生物与环境学院)
王纪章(江苏大学农业装备工程学院)
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