东北冬季大棚种植技术-东北地区农村蔬菜大棚保温技术综述

1蔬菜大棚的定义

蔬菜大棚是一种简易园艺设施，主要是利用太阳能资源，尤其是寒冷地区不需要任何人为形式的加热加温，就可以在越冬的时候进行蔬菜栽培。新鲜蔬菜可以在四季不间断的供应，此类型的园艺栽培设施独具中国色彩，如图2-1所示。是适应我国经济发展独有的大棚设施，而且大棚在我国各地区的结构形式都不是相同的，大棚的类型也是比较多。干打垒土大棚，砖石结构大棚，复合结构大棚等是依据大棚墙体所使用的材料进行分类的，也可以根据大棚后屋面的长度分类，分为长后坡和短后坡两种类型；大棚前屋面的类型主要有拱圆式、微拱式、二次折式，三次折式等。从大棚使用结构形式来看，有竹木、钢材和木头组合、钢筋混凝土、轻钢材等结构组成。在夜间用保温被来覆盖大棚的前坡面，围护结构的墙体材料是有由东西北三面塑料组成的，称为蔬菜大棚。最早的型式是单坡面塑料大棚，后期大棚前坡面的覆盖材料是用透光性能好的玻璃材料组成的。蔬菜大棚投资成本低、节能、保温性能好，和我国现有经济发展相吻合。

1.2蔬菜大棚保温原理

蔬菜大棚的保温主要是由围护结构和保温被组成的。对于前坡面的处理，在保温方面主要使用柔性材料，这样方便收起和放下。现在新开发的屋面材料应该首先满足易于批量化生产、价格合适、重量轻、耐腐蚀、防水性能优越等多方面的要求。蔬菜大棚最主要的三个部分是围护墙体、后坡面和前坡面，前坡面是大棚采光面最为集中的部分，白天在采集光照时段，只需要打开用于前屋面的覆盖塑料薄膜，当大棚外面的光照强度减弱的时候，按时用易于折叠的保温被覆盖住塑料薄膜，来加强大棚的保温效果。

随着塑料技术的不断发展，传统的玻璃材料容易破碎，在我国农村地区的蔬菜大棚大多数都是以塑料薄膜作为主要材料。尤其是在我国北方地区，多数蔬菜大棚都是在土墙基础上建立起来的，再搭配上简易塑料棚膜，这种大棚建造成本低，节能效果一般，但是可以满足农户的基本需求，在广大农业劳动者中有一定发展基础。对于发展高效的、优质的、科技含量高的大棚有很大的发展潜力，将会在未来飞速发展。根据有关资料显示，在我国最寒冷的地区，利用塑料蔬菜大棚，可以在冬季满足农作物越冬需要的温度，使得作物更好生长。

1.3保温措施

1保温被

蔬菜大棚的保温被是覆盖在大棚的前坡面，主要的作用是确保夜间大棚棚内温度不至于降低很多。保温被的首要作用是要具有较好的保温性能，然后要求蔬菜大棚的保温被能很好地卷起放下。相对应的保温系统可以智能的控制活动式保温被，所以选择柔性材料作为保温被的材料是很关键的因素。蔬菜大棚的保温被是用于室外露天环境，因此，需要保温被能够防自然腐蚀，抗老化，适应日常生活中恶劣的自然环境。最后，蔬菜大棚保温被应该容易生产，所用材料应该取材很广泛，造价非常低适合在市场推广。

2保温被材料及性能

（1）草苫

最开始使用的保温被主要由草苫组成，原因是非常容易得到，来源广泛，可以充分利用农村农作物的废弃物，而且价格非常便宜，在保温方面来讲是很不错的。因此，之前的农村蔬菜大棚保温被主要是由草苫做成的。但是随着蔬菜大棚大规模发展，草苫的供应已经跟不上发展需要。而且草苫在性能方面存在很多劣势：自身重量过于大、而且收起和放下的时间特别长，工作的时候特别消耗时间，很难结合现代化设备；在防水方面性能特别差，遇到水，自重会增大，给大棚骨架造成很大压力，而且失去了保温性能。还有草苫本身孔隙比较多，在寒冷和气候异常的区域，如果不与其它材料配合使用，保温性能比较差，因此，科研人员对新保温被材料上的研究从来没有停止过，如图2-2所示。

（2）纸被

纸被最早的时候，主要与草苫配合使用，两者一起做保温材料。纸被主要是废弃水泥袋做成的，现在是在废品收购站直接订购，二次加工。但是后面的第二种措施比第一种措施的成本要高的很多。纸被的作用主要是铺在草苫下面，来防止草苫把塑料薄膜划破，纸被最主要的作用是在草苫和塑料膜阻挡温度传递，形成密实的保温层，这样可以使大棚的保温性能得到很大的提升，据测定，在严寒冬季，用多层的废旧水泥袋和普通的草苫配合使用，这种做法可以使蔬菜大棚棚内温度比单方面使用草苫时的温度提升很多。但是纸被和草苫一样，存在同样的缺陷，只要被浸湿后，保温性能很快下降，耐腐蚀性比较差，特别容易损坏。如果在制作纸被的时候，在纸被的外面添加一些草苫或者芦苇，多种材料结合起来使用，保温效果可以得到加强，使用周期比较长不容易被破坏。

（3）棉被

棉被是产棉区和农业欠发达地区首选的保温材料，在使用过程中保温性能要比纸被、草苫强得很多。在制作棉保温被的时候，要在外侧用一层防水材料，防止棉花被雨、雪淋湿。在一些牧区，因为畜牧业比较发达，所以用羊毛来代替棉花做蔬菜大棚的保温被。保温被选用的材料不管是棉花还是羊毛，都应该首先使用废弃的下脚料，来降低生产成本，便于推广，如图2-3所示。

上面都是传统的保温被材料，科研院所在新的蔬菜大棚保温被材料上一直在进行研究开发，目前市场上最常用的材料有两类：一种是用针刺毡作保温芯，最外面用防水保护层与空气产生隔离；另一种是用发泡聚乙烯材料。第一种价格比较低，经济适用性强，可以最大程度利用工业生产中剩下的下脚料，从而实现资源的循环再利用，是一种对环境友好型材料。但是这种材料由于原材料来源渠道范围比较广，产品所呈现的性能差异比较大。缝制的保温被在表面有很多针眼大小的孔洞，如果不做防水处理，在雨天或者雪天很容易使保温被的保温层被水浸湿，使保温层受潮失去保温性能，影响保温被的整体保温性能。另外保温层只要被水浸湿，里面的水分不容易通过针孔排出去，保温层很容易受潮发霉。产生这些问题的主要原因是针眼孔洞处大部分都没有做防水方面的处理，即使做了防水处理的保温被，在使用过程中经常要被反复卷起放下，针眼孔洞处的防水基本不能保持很好，由于自身缺陷，使用周期不是很长。保温被在使用初期，保温层非常蓬松，保温性能特别好，在长时间使用过程中，保温层很容易变形，或者将保温层拉成厚度不均匀、出现孔洞，使保温被的保温性能整体不均衡。这种类型的保温被经过改进后，常用的表面材料有混合防水性能的帆布、高密度牛津布等，这些改进的保温被是通过在材料表面做防水处理措施而获得的。为了能够更好的增强保温被保温性能，在保温层和防水层的基础之上，还应该在二者之间增添其它材料，增加保温被功能，可以在保温被内侧增加铝箔来阻挡大气中的长波辐射，或者添加牛皮纸、塑料薄膜等增加保温性能。这样的保温被在市场上种类比较多，相同类型的产品所添加的材料不同，在价格方面差异比较大。建设蔬菜大棚的农户在材料选择上必须要注重材料的关键性能，才能更好的生产出品质高的农作物。

3改善墙体的结构

近些年来大棚的后墙在发展过程中，墙体结构最开始从传统土墙结构发展到砖墙结构，然后又从多种材料复合型墙体转变到单一功能的墙体。所需要的建筑材料来源广泛，方便取材。从农村的废弃秸秆、石块、夯土等非常传统的建筑材料转变到现在新型保温彩钢面板、发泡水泥块、大型预制屋面板等。蔬菜大棚建造不断标准化、规范化，使墙体的设计思想得到不断提升，现在的蔬菜大棚墙体结构和所使用的材料都已经到了一个新的发展时代。

3.1土墙结构

土墙是我国的传统建筑材料，已经有相当长的历史，主要有两种形式的做法：干打垒和堆土碾压。在我国的西北地区四季变化很大，降雨比较少，属于干旱或半干旱地区；建造墙体的材料主要以黏土和黄土为主，方便取材，为了提高墙体的耐久度，会掺杂一些废弃的稻草。干打垒主要采用人工的方式，工作效率低，建造过程灰尘大。我国东部地区改革开放比较早，对外交流比较方便，在土墙施工方面早已经实现了机械化，用大型机械设备制做成比较夯实的墙体，直接利用模具在墙面上刻画图案。这种墙体的优势主要是保温性能突出，承载力比较强，在广大的农村地区实现大规模推广，建造速度快，成本比较低。土墙结构自身也存在一定缺陷：各地区土质差异比较大，导致建造的墙体性能差距比较大；土墙容易吸水，抗雨水冲刷的能力比较差，在下雨天或者雪天后存在坍塌的可能性；对于土地的利用率比较低，为了能够让墙体具有很好的保温性能，必须把墙体建造的很厚，建造过程中需要消耗大量黏土，占用土地比较多；墙体建造对当地自然环境造成很大危害，土壤肥力降低，有机土层破坏严重，对于当地的生态环境造成不可估量的影响。随着科学技术的进步，人们一直在研究新的建筑材料和新的工艺来代替土墙结构，如图2-4、图2-5所示。

3.2砖墙结构

砖是黏土烧制而成的，早期时候是为了能够替代土墙的建筑材料。具有耐久性、使用周期长、承载力强等特点，广泛运用于各种建筑中，但是相对应得建造成本比较高。黏土砖与土壤的导热性是很类似的，在施工方面与土墙相比，施工速度快，工期比较短。为了使墙体有很好的保温性，需要在墙体两侧加入保温材料来提高墙体的保温性能。墙体材料的保温性优劣关键是填充材料的性能决定的。对于空心砖墙来讲，现有的施工技术远远不能够达到让墙体内部空气静止流通，墙体中存在空气上下流通，保温性能远远达不到要求理想的静止空气保温隔热要求。在现实中，很多项目都不采用空心砖墙砌成的墙体，而是采用填充墙体。保温材料被添加在墙体两侧，时间长了容易受潮，保温性能下降，因此在材料的选择上要注重吸潮能力差、热阻性强的材料，聚苯乙烯泡沫板在建筑项目中大量作为墙体的保温材料，这种材料可以减少墙体厚度，占地面积小，可以很快施工，尽管价格成本很高，但是在一些追求品质的的项目中被大量的采用，图2-6所示。

3.3新型墙体结构与材料

（1）粉煤灰墙体

材料主要依靠工业废弃物粉煤灰为主要材料建造的墙体，在建造过程中把水泥与粉煤灰搅拌在一起，水泥可以作为很好的胶凝材料，同时添加适量的激发剂，经过烧制或者配合模具加压成型。与传统的砖墙相比较，建造比较方便，并且粉煤灰自身为活性材料，能够和水泥发生化学反应，二者形成的结构非常密实，可以避免灰砂砖、黏土砖等墙体材料容易吸收水分的特点，影响建筑使用性能。粉煤灰还可以与玻璃粉混合使用，在混合的时候会产生大量密闭的空气泡，可以使墙体具有很好的隔音和吸热效果，如图2-7所示。

（2）聚苯乙烯泡沫空心砖墙

原理是将聚苯乙烯发泡后，压制成空心砖，然后组成砖墙，根据需要的不同，可以将空心砖制成不同形状，在现场进行施工，相比较传统砖墙材料优势很明显，施工速度快，只需要将这些砖块相互拼接起来，材料浪费少。而大棚框架结构只需要安装在砖墙上预留的孔洞中，不需要重新做模板，大棚的墙面很平整。白色的聚苯乙烯板还具有反射光的能力，可以很好的给大棚内提供均匀的光照，有利于提高大棚墙体温度。通常聚苯乙烯泡沫板墙体有两种做法：一种是在彩钢板中间填充聚苯乙烯、纤维等混合保温材料，压制成整体版面，搬运到现场来施工组装。另一种是将大棚骨架结构搭建好，把聚苯乙烯泡沫板挂在上面，板的两侧直接涂刷水泥砂浆防水。两种方法各有利弊，前者施工速度比较快，使用周期比较长，产品类型齐全，有点贵，而后者施工速度比较划算，适合成本预算比较低的项目。

（3）发泡水泥墙

建造过程首先做好模板，然后再搭建设计好的墙体。在做好的模板里浇灌发泡水泥，发泡水泥会迅速膨胀形成墙体。这种一次成型的墙体，有很好的密封性，在发泡水泥内部会形成有大量密闭空气泡。墙体表面本身具有良好的防水性，不需要再经过任何处理。发泡水泥材料经过膨胀后自身导热系数非常小，与聚苯乙烯泡沫板有一样的功能，具有良好的保温隔热效果。这种墙体在施工的时候需要工人制作大量的模板，在经过现场浇筑后，需要精心养护才能够达到比较好的效果，如图2-8所示。

上面的这些墙体结构的新型材料，都是未来发展的热点。随着技术不断提升和进步，这些技术很快就会推广到社会上，成为未来蔬菜大棚建设的核心技术支撑，未来还会有很多新的材料和墙体结构研发出来，能够加快我国蔬菜大棚现代

化。

3.4建造防寒沟

1防寒沟的定义

防寒沟是蔬菜大棚棚内墙体前下挖的一条沟，来阻隔棚内地下热量的散热。尺寸设置是宽在30-40cm,深度40-60cm。如果考虑将防寒沟的深度挖到与严寒地区冬季冻土层相同的深度，对于严寒地区纬度高的区域来讲，存在很大的困难，一般冻土层都超过1m，而一般的防寒沟深度在50cm。沟的内部通常放置干草或者密封起来，而且要在顶部设置一层15cm左右的黏土，使顶部倾斜，防止棚内灌溉用的水倒灌进沟里，如图2-9所示。

2设置防寒沟的好处

一是大棚内空气中的水蒸气有时候会过量，防寒沟内填入杂草，主要是可以将棚内空气湿度降低，有利于农作物防治病虫害。二是比较全面的防止了土壤热量向外传递，提高了土壤温度[5]；三是沟内废弃杂草，在吸收空气中水分后。土壤中存在着大量微生物细菌，细菌分解沟内的杂草在棚内释放热量，可以提高大棚棚内环境温度，同时在分解的过程中释放二氧化碳，为大棚内农作物生长提供光合作用肥料，这样做可以对农作物生长提供很好的帮助。

3调控室内的环境

蔬菜大棚是利用自然中的太阳能，对农作物进行四季生产的园艺装备设施，影响农作物生长的环境因素是光照、湿度、温度、二氧化碳浓度等，通过智能化的调控系统对大棚棚内的环境进行综合调整，这样可以极大改善农作物的生长环境，提高产量，达到提高蔬菜大棚经济效益目的。每年当气温急剧下降的时候，自然中的光照时间必将会缩短，蔬菜大棚冬季生产管理在这个时期比较关键，因此，应该做好以下四个方面的调控工作：

4光照调控

冬季的时候太阳光照时间会缩短，光照强度会变弱，这样的环境不利于棚内农作物的生长。因此，采用各种方法、各种手段，提高光照强度，最大程度上延长太阳光的光照时间。最好的办法是：每年都要给大棚更换新的保温膜替换掉旧的膜，可以加强棚膜的透光性，而且还要定期清扫棚膜表面。保温被的厚度要达到6-7cm左右，为了能够最大程度使棚内的农作物多见日光，增强光合作用产量，必须按时升降保温被。如果是阴天或者雨雪天，一定要利用大棚内的人照光源来补光，同时可以在棚内的后墙悬挂反光材料幕布，增强棚内的光照强度；棚内作物种植应该按照南北方向的种植方式，可以改进农作物通风透光条件，提高光合作用时间，也可以适当的摘除农作物一部分多余的侧枝和下部分枯死的枝叶，增强农作物下部的光照。

5温度调控

温度对作物生长起到关键作用，要根据不同类型的农作物要求来调整棚内的温度，大棚内温度过高或者过低都会导致作物生长状况，在冬天最寒冷的时候，棚内温度一般控制在9℃以上比较合理，棚内温度调控的主要措施主要有：通风窗开闭要及时，白天气温高的时候，开启通风窗降低棚内储藏的热量，相反温度低的时候，不要过早的开启通风窗，尽可能的使大棚蓄积更多热量。夜间室外气温会降低，可以在大棚外围增加废弃草料作为遮挡物，也可以在保温被上加盖一层薄膜，这样做的好处，即可能起到保温作用，又可以避免保温被雨雪浸湿；另外在大棚在再添加一层膜，内外两层膜可以提高大棚棚内整体温度。在棚内设置地膜、或者在育苗期在棚内设置拱棚都是可以提高棚内温度的措施。

6湿度调控

蔬菜大棚在密封性方面比较强，需要对棚内农作物进行灌溉，影响棚内空气中的湿度。如果棚内空气中湿度过高，不利于农作物生长，影响农作物育种和栽培，湿度过高会加快棚内微生物繁殖，在棚内引起病虫害。所以大棚内应该采取以下措施：采用先进的滴灌技术或者在地面保温膜下挖一条暗沟进行灌溉；与棚内通风降温设备搭配起来使用，合理调节棚内空气中的湿度。也可以在大棚内用于灌溉作物的蓄水池上加盖棚膜，来降低大棚空气中的湿度。

7气体调控

农作物吸收空气中的二氧化碳，会把有害气体排到空气中，一般来讲大棚的密封性比较好，所以需要气体调控装置调节二氧化碳含量，增加二氧化碳浓度可以提高农作物的光合作用强度，增加产量，提升作物品质。增施二氧化碳的主要措施有：增施有机肥；使用二氧化碳气肥装置；在作物生长的行间利用生物反应堆技术，不但可以增补二氧化碳气体的浓度，还可以提高大棚棚内的温度。

2重点

本章介绍了蔬菜大棚的定义和大棚保温的原理。然后对大棚的保温措施进行了简单介绍，选择合适的保温被中阐述了保温被的作用、保温被材料及性能，然后对于传统保温被优缺点进行总结。改善墙体结构中对于土墙结构、砖墙结构、新型墙体结构与材料进行了分别介绍，分析了各个结构的定义、性能。防寒沟讲了它的定义，还有设置防寒沟的好处。调控室内环境主要讲了四个方面的环境调控，光照调控、温度调控、湿度调控、气体调控，针对每个调控措施进行详细介绍和具体分析。

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