福建设施农业温室大棚适用棚型集成推广
徐 磊等
为全面推进实施乡村振兴战略，福建省围绕“智慧农业、生态农业、品牌农业”，加快园艺产业转型升级，充分利用蔬菜等设施园艺产业气候好、区位佳、季节异、民资足、效益高等资源和生产优势，将设施农业作为发展特色现代农业的重要抓手。但作为新兴产业，福建设施农业在发展过程中不可避免存在一系列问题，如总体发展水平不高，配套设施装备水平不高，适宜模式有待进一步研发等，影响其可持续发展，同时园艺产业发展不均衡和不充分现状下的增效需求、摆脱灾害性天气限制的降损需求、提高绿色高质高效生产的优品需求、推动轻简化智能化的节本需求等当下现代农业发展需求也亟待解决。为此，从 2013 年以来，福建省种植业技术推广总站组织相关单位实施“福建设施农业绿色高质高效生产模式研究与推广”项目，应用管型、结构、组配件、棚型等研究成果，针对不同地区蔬菜、果树、花卉等设施园艺作物种植需求，以抗台风、防寒保温、避雨、降湿、降温等为目标，优化集成了适用于福建省的 7 种棚型，包括智能温控大棚、立柱式大棚、避雨大棚、插地式拱棚、锯齿型温控大棚、双层覆盖立柱式大棚、多层覆盖拱棚，广泛应用于蔬菜、果树、花卉、中药材等生产，推广总面积约 2 万 hm 2 ，加快了设施大棚升级换代和园艺产业转型升级，成效显著，项目获全国农牧渔业丰收奖农业技术推广成果奖三等奖。现将 7 种棚型的结构、主要建造技术参数、适用范围以及推广应用成效等介绍如下。
1 智能温控大棚
1.1 结构及主要建造技术参数 主要针对福建省环境湿度大、春末夏初和夏秋季节气温高而冬春季节遇极端低温农作物又易受冻害的气候特点，以及人工成本日益高涨的现状，优化集成智能温控大棚（图 1）。建造用材和工艺参数：棚体高度不低于4.6 m，肩高不低于 3 m。主立柱方管≥ 80 mm × 60mm × 2 mm 或 50 mm × 100 mm × 2 mm，柱距≤ 4m，主立柱采用≥ C20 砼 50 cm × 50 cm × 60 cm 点式独立基础。拱管圆管≥ 32 mm × 1.5 mm，纵梁、横梁方管≥ 50 mm × 50 mm × 2 mm 或 60 mm × 40mm × 2 mm。温室外遮阳幕沿屋脊平行布置，距温室垂直距离 0.5 m，遮阳材料为透光率低的圆丝遮阳网，能阻止多余的太阳辐射进入温室，遮光率达 75%～85%。每排柱顶架设联系梁 32 mm × 1.5mm。天沟采用壁厚≥ 1.5 mm 的热浸镀锌水槽。主要管材均采用热浸镀锌管，焊接构件先焊接后镀锌处理，现场组装采用热镀锌螺栓螺帽连接或 M5 自攻螺栓紧固（以下其余棚型均为如此）。配备湿帘风机系统或顶部喷淋等降温系统、电动内外遮阳系统、自动水肥一体化设施、电动开窗系统等。此外，部分示范基地还配建物联网系统，实现了智能自动化操控。同时，针对沿海地区夏秋季台风频发的问题，大棚两侧每根立柱均要向外斜拉 1 条抗风钢丝绳或钢绞线，若条件允许可采用抗风斜支撑钢管，或在大棚四周增设副立柱、主立柱上加拉杆支撑、棚头棚尾两侧增加八字撑。
图 1 智能温控大棚结构图
智能温控大棚的优点是智能化控温控湿、便于机械化操作，可实现周年生产。部分地区冬春季节寒流侵袭时，夜间棚内温度可提高 3～5 ℃ ；降低病虫害发生几率；夏秋高温季节降温性能、抗台风性能强，多地实践证明，该棚型春季梅雨季节可有效控制湿度，通常可抵御 12～14 级台风，在配备外遮阳条件下棚内温度可降低 10 ℃左右。缺点是造价偏高，每 667 m 2 造价通常在 12 万～20 万元，推广规模受限。
1.2 适用范围及推广应用成效 项目实施前智能温控大棚在福建省推广面积不足 33.3 hm 2 ，仅用于蔬菜育苗以及高价值花卉和中药材生产，经过 8 年多推广，目前该棚型已建设逾 1 333.3 hm 2 。主要推广地区为闽江口以南沿海高优设施蔬菜优势生产带以及各主产县的主要生产基地等，主要用于蔬菜、花卉、中药材等设施生产，少量用于蔬菜、花卉、果树、中药材等集约化育苗。
2 立柱式大棚
2.1 结构及主要建造技术参数 针对福建省环境湿度大、用工成本高的现状，优化集成立柱式大棚（图 2）。建造用材和工艺参数：棚体高度不低于3.5 m，肩高不低于 2 m。四周采用水泥柱或热浸镀锌方管或圆管作为立柱支撑，立柱方管≥ 60 mm × 40 mm × 2 mm 或 50 mm × 50 mm × 2 mm，圆管≥60 mm × 2 mm，水泥立柱外径≥ 110 mm × 110mm，柱距≤ 3 m。肩管方管≥ 40 mm × 40 mm × 1.8mm；圆管≥ 47 mm × 1.8 mm。钢管立柱大棚拱管圆管≥ 32 mm × 1.5 mm，跨度 6 m 的大棚拱管圆管≥ 25 mm × 1.5 mm；水泥立柱大棚拱管圆管≥32 mm × 1.2 mm 或≥ 25 mm × 1.4 mm。
图 2 立柱式大棚结构图
台风影响较小的山区可适当降低标准：立柱方管≥ 40 mm × 40 mm × 2 mm，圆管≥ 47 mm × 2mm，其中跨度 6 m 的大棚圆管≥ 42 mm × 2 mm；水泥立柱外径≥ 100 mm × 100 mm。柱距≤ 3 m。肩管方管≥ 40 mm × 40 mm × 1.5 mm，圆管≥ 40mm × 1.5 mm。拱管圆管≥ 25 mm × 1.2 mm，其中跨度 6 m 的大棚拱管圆管≥ 22 mm × 1.2 mm。
主要材料均采用热浸镀锌管。棚内配套水肥一体化设施，大棚四周或顶部开窗，棚两侧的每根立柱均要向外斜拉 1 条抗风钢丝绳或钢绞线。通过改进棚型结构，寒流天气棚内夜间温度可提高 3 ℃左右，可抵御 12 级左右台风，较好实现了基本控制温湿度、便于微型机械作业、农艺操作空间大、水肥药一体化等功能，达到农艺操作轻简化、建设投入低、产出高等目的，每 667 m 2 造价通常在 2 万～4万元，易于大规模推广；缺点是大棚内光照、温度、湿度等主要环境因子不易智能化操控。
2.2 适用范围及推广应用成效 立柱式大棚性价比高，发展快，6 年多来福建省共建设或改造标准立柱式大棚超过 5 333.3 hm 2 ，主要用于蔬菜生产，少量用于水果、花卉和中药材等生产。
3 避雨大棚
3.1 结构及主要建造技术参数 针对福建省雨水多的特点，优化集成避雨大棚（图 3）。建造用材和工艺参数：棚体高度不低于 3 m，肩高不低于 2m，顺夏季风向或坡向建棚。立柱圆管≥ 47 mm ×1.8 mm；水泥立柱外径≥ 90 mm × 90 mm。立柱间距≤ 3 m。纵梁圆管≥ 40 mm × 1.8 mm。拱管圆管≥ 20 mm × 1.2 mm，至少拉 1 根纵向拉杆。肩管、拱管、拉杆采用套管连接，肩管上的拱杆套桩用 16 mm 螺纹钢焊接，底部弯曲成 87°的圆弧形。肩管用48 mm × 1.8 mm套管连接，8 mm螺栓固定。纵向拉杆用 18 mm 螺纹钢材连接，液压器固定。
图 3 避雨大棚结构图
主体骨架与地面接触材料采用热浸镀锌管。棚内配套滴灌等节水灌溉系统。大棚四周不设棚膜围挡或安装手动卷膜器，晴天卷起棚两侧薄膜。为提高抗风、抗暴雨性能，棚两侧每根立柱均向外斜拉1 条抗风钢丝绳或钢绞线，棚内立柱之间用钢丝绳横向连接，并与地钩拉紧。
避雨大棚每 667 m 2 造价通常在 1 万～2 万元，优点是建设成本低，可避雨从而减少农药使用，提高产品品质，并有一定的保温作用，但夏秋季节受台风影响较大，严格设置抗风绳情况下可抵御10～12 级台风。
3.2 适用范围及推广应用成效 截至目前，福建省建设或改造标准钢架避雨大棚约 666 6.7 hm 2 ，主要在闽东地区、闽西北和闽西山区以及主要休闲采摘基地推广，主要用于设施葡萄避雨栽培，少量用于叶菜类蔬菜避雨栽培。
4 插地式拱棚
4.1 结构及主要建造技术参数 主要针对福建省雨水多的特点，将普通单拱棚改进为插地式拱棚（图4）。建造用材和工艺参数：棚体高度不低于2.5m，棚宽 6～9 m。棚宽 7 m 以下时拱管≥ 25 mm ×1.2 mm，棚宽大于 7 m 时拱管≥ 32 mm × 1.2 mm。顶部纵向拉杆≥ 20 mm × 1.2 mm，拱管间距≤ 1.2m。棚头棚尾两侧各增加 1 根≥ 25 mm × 1.2 mm 的斜拉撑。肩部可采用弧形连接夹连接，以增加两侧空间。
图 4 插地式拱棚结构图
插地式拱棚优点：配备滴灌等节水灌溉系统；具有一定保温性能，在夜间棚外极端低温 0 ℃以上时严封拱棚，棚内温度可提高 2～3 ℃ ；可避雨降湿，减少病虫害发生，从而减少农药用量，提高产品品质；棚膜易拆卸且造价低，每 667 m 2 造价通常在 1 万～2 万元，易大规模推广。缺点：抗灾性能不高，遇 10 级以上大风天气宜拆除棚膜；通风效果一般，无法结合智能操控设备。
4.2 适用范围及推广应用成效 截至目前，福建省建设或改造插地式拱棚逾 666 6.7 hm 2 ，推广地区为冬春温光条件充足的闽南漳州一带，多用于冬春越冬果菜生产及花卉种植；其他山区也有一定发展，主要用于叶菜类蔬菜及花卉栽培。
5 锯齿型温控大棚
5.1 结构及主要建造技术参数 锯齿型温控大棚是在智能温控大棚基础上改进的棚型。主要技术创新点：① 在棚顶单侧或者拱架上高低交错设置垂直于水平面的锯齿型开窗口，利用热空气上升原理，强化棚内空气对流，可以起到排出棚内热气的作用。② 山墙侧卷帘内可设置两段或三段式防虫网，根据防虫规律，下部为 60 目防虫网，防底层蓟马等小型害虫，中上部为 32 目防虫网，上部可采用 16 目防虫网。与智能温控大棚相比，锯齿型温控大棚通风除湿效果更佳，但抗台风性能相对较弱；造价略高，每 667 m 2 造价 10 万～15 万元，且密封性不够。
锯齿型温控大棚（图 5）建造用材和工艺参数：顶高不低于 5.2 m，肩高不低于 3.7 m，棚宽 7 m，锯齿面务必避开种植季风向；立柱方管或矩形管100 mm × 50 mm × 2 mm，柱距 4 m；纵梁、横梁方管≥ 50 mm × 50 mm × 2 mm 或 60 mm × 40 mm × 2mm，或 C 型钢 70 mm × 30 mm × 2 mm。棚顶拱管32 mm × 1.5 mm，拱间距 1 m，天沟采用壁厚≥ 1.5mm 的热浸镀锌水槽。大棚基础采用 50 m × 50 m ×80 m 的钢筋混凝土圈梁，顶部预埋螺栓，与上部钢柱连接。棚内配备湿帘风机系统或顶部喷淋等调温系统、电动内外遮阳系统、自动水肥一体化设施、自动或半自动开窗系统等，棚两侧每根立柱均要向外斜拉 1 条抗风钢丝绳或钢绞线，条件允许的情况下可采用抗风斜支撑钢管。
图 5 锯齿型温控大棚结构图
5.2 适用范围及推广应用成效 福建省共推广建设锯齿型温控大棚约 333.3 hm 2 ，涵盖山区和沿海地区，多用于需排热除湿的蔬菜、花卉、中药材等设施生产及育苗。
6 双层覆盖立柱式大棚
6.1 结构及主要建造技术参数 主要针对福建省山区气温低以及沿海喜温园艺作物设施栽培不耐寒的问题，在智能温控大棚及立柱式大棚基础上进行研究改进，优化集成双层覆盖立柱式大棚（图 6），每667 m 2 造价通常较原棚型造价提高0.5万元以上。
Ⅰ：节点示意图
Ⅱ：节点示意图
图 6 双层覆盖立柱式大棚结构图
建造标准同智能温控大棚及立柱式大棚，主要改进创新点：将立柱增高 0.5 m 以上，外侧立柱以内 30 cm 处增设≥ 25 mm × 1.5 mm 的副立柱，内立柱在肩管下 30 cm 左右的装备套管均用≥ 25mm × 1.5 mm 的副肩管连接，内层拱管≥ 20 mm ×1.2 mm，拱管间距≤ 1.2 m，高度在内遮阳以下或距离外层拱高≥ 1 m，在寒潮侵袭时或气温较低时覆盖内层膜，条件允许的情况下可安装手动内卷帘装置。根据地区及作物，保温需求不高时，外侧立柱内可不设副立柱，也可以直接在肩管下 30 cm 左右装备套管并用副肩管连接，拉内层拱管或横向拉杆，覆盖内层膜。
根据观测数据，双层覆盖立柱式大棚低温季节通过覆盖内层膜，棚内温度可比智能温控大棚及立柱式大棚提高 3～5 ℃，在闽东、闽西北、闽西地区可实现喜温作物越冬栽培，但会影响通风效果，增加棚内湿度。
6.2 适用范围及推广应用成效 经过 6 年多推广，福建省共建设改造双层覆盖立柱式大棚 266.7hm 2 ，主要在闽东沿海、闽江流域、闽西地区等设施适宜区，以及沿海蝴蝶兰等花卉设施栽培地区推广，少量用于蔬菜、花卉等育苗。
7 多层覆盖拱棚
7.1 结构及主要建造技术参数 针对闽西北山区冬季气温低、易发生霜冻等问题，在插地式拱棚基础上增加 1～2 层拱架多层覆盖，优化集成多层覆盖拱棚（图 7），可以提高冬季防寒防冻性能。建造用材和工艺参数：外层棚体高度 3.2 m，肩部高1.8 m，棚宽 8 m，拱管 32 mm × 1.2 mm，纵向拉杆 25 mm × 1.2 mm，拱管间距 1.2 m；中层棚高 2.6m，肩部高 1.6 m，棚宽 7.6 m，拱管和纵向拉杆均为 25 mm × 1.2 mm，拱管间距 1.6 m；内层棚高 2.4m，肩部高 1.4 m，棚宽 7.2 m，拱管和纵向拉杆均为 25 mm × 1.2 mm，拱管间距 2.4 m。棚两端均采用外径 25 mm 的圆管斜插固定作为抗风设施，棚内配备喷（滴）灌设备。每667 m 2 造价通常在3万～4万元。
图 7 多层覆盖拱棚结构图
据实地观测数据，在室外温度低于 0 ℃时，单层薄膜拱棚棚内温度接近室外，双层拱棚棚内温度可提高 4 ℃左右，3 层拱棚则可增温 7 ℃以上，有效防止冻害的发生。2017 年 1 月延平百合花基地凌晨外界气温低至 -8 ℃，3 层覆盖拱棚棚内温度可达 2 ℃。晴天棚内外温度相差 10～20 ℃。但该棚型卷帘通风相对不便，棚内湿度偏大，主要用于叶片厚且具有蜡质层的百合等耐湿花卉栽培，个别地区用于叶菜类蔬菜越冬生产。
7.2 适用范围及推广应用成效 经过6年多推广，福建省建设或改造多层覆盖拱棚 533.3 hm 2 ，主要在闽西北地区，特别是延平区及其周边百合花种植区推广。