14 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備 2023年 南疆溫室園藝設(shè)施與裝備發(fā)展現(xiàn)狀與建議 徐 燦 1 2 3 李貴蓮 3 王南森 3 劉霓紅 1 2 3 1 廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備研究所 廣東 廣州 510630 2 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)智能裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 廣東 廣州 510630 3 廣東弘科農(nóng)業(yè)機(jī)械研究開發(fā)有限公司 廣東 廣州 510555 摘 要 南疆地區(qū)的溫室園藝是當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)之一 本文主要從溫室類型及結(jié)構(gòu) 溫室作物種植 方式 溫室水肥一體化技術(shù)以及溫室作業(yè)機(jī)械化程度4個(gè)方面對(duì)南疆地區(qū)的溫室園藝設(shè)施與設(shè)施裝備進(jìn)行總結(jié) 針對(duì)該地區(qū)溫室園藝作業(yè)機(jī)械化程度低 水肥一體自動(dòng)化程度低 環(huán)境控制手段弱以及信息與智能化程度低等問(wèn) 題 提出了對(duì)溫室結(jié)構(gòu)進(jìn)行宜機(jī)化改造以及選用或研制適用于南疆溫室的小型化機(jī)械裝備等的解決建議 以期促 進(jìn)南疆溫室園藝設(shè)施與裝備的發(fā)展 關(guān)鍵詞 南疆 溫室園藝 現(xiàn)狀與建議 中圖分類號(hào) S625 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1673 2154 2023 01 0014 06 收稿日期 2022 07 18 基金項(xiàng)目 基于精準(zhǔn)變量水肥一體化的南疆設(shè)施農(nóng)業(yè)提質(zhì)增效關(guān)鍵技術(shù)研究 2019DB001 03 廣州市院士專家工作站 穗 科協(xié) 2019 48號(hào) 作者簡(jiǎn)介 徐燦 1994 男 工程師 主要從事設(shè)施農(nóng)業(yè)裝備研究 E mail 1312629819 通訊作者 劉霓紅 1972 男 正高級(jí)工程師 主要從事設(shè)施農(nóng)業(yè)裝備研究 E mail 93226078 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備第44卷 第1期 2023年2月 Vol 44 No 1 Feb 2023Modern Agricultural Equipment 0 引言 天山山脈將新疆所轄地域分為南疆和北疆 南 疆占地面積為 105 104 km 2 約為新疆總面積的 64 南疆以塔克拉瑪干沙漠為中心 三面環(huán)山 氣 候類型是干旱 降水稀少的暖溫帶氣候 但水土 光 照資源豐富 有利于農(nóng)牧業(yè)發(fā)展 1 沙漠面積約占南 疆面積的41 南疆沙漠土壤含鹽量平均為0 51 pH 值平均為 8 6 土壤有機(jī)質(zhì)含量極低 2 若想發(fā)展 農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 可依托沙漠大力發(fā)展沙漠設(shè)施農(nóng)業(yè) 例如 沙漠邊緣的和田地區(qū) 2018年該地區(qū)設(shè)施農(nóng)業(yè)種植 面積已達(dá) 1 783 hm 2 新疆設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速 近年來(lái) 設(shè)施農(nóng)業(yè)面積達(dá) 20 900 hm 2 其中塑料大棚面積占比 49 7 日光溫室面積占比 49 8 設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展不僅 能夠改善南疆地區(qū)城鄉(xiāng)居民生活水平 還提供大量工 作機(jī)會(huì) 保障了南疆地區(qū)的果蔬供給 實(shí)現(xiàn)自給自足 對(duì)沙漠周邊城鎮(zhèn)的脫貧攻堅(jiān)工作具有重要意義 3 4 1 溫室主要類型及結(jié)構(gòu) 南疆地區(qū)溫室類型主要分為拱棚和日光溫室等 拱棚結(jié)構(gòu)如圖 1 所示 拱棚投資較小 一般用于作物 育苗 具有一定保溫功能 能夠延長(zhǎng)作物的生長(zhǎng)周 期 可在春季來(lái)臨前 30 35 d 種植 亦可在秋季后 20 25 d 種植 拱棚一般沿南北方向建造 骨架為 圓拱形 脊高 3 0 3 6 m 跨度為 8 m 外表面覆蓋 有棚膜 并設(shè)置有通風(fēng)口以及防蟲網(wǎng) 遮陽(yáng)網(wǎng)等裝置 圖 1 拱棚結(jié)構(gòu) 日光溫室是南疆地區(qū)最重要的園藝設(shè)施 幫助 南疆果菜實(shí)現(xiàn)越冬生產(chǎn) 其結(jié)構(gòu)如圖 2 所示 日光 溫室一般為半拱形 一邊為保溫墻 另一邊為由薄 15 徐 燦 等 南疆溫室園藝設(shè)施與裝備發(fā)展現(xiàn)狀與建議第1期 膜組成的前屋面 前屋面一般配有保溫棉被 保溫 墻體已經(jīng)從單一材料發(fā)展為多層墻體結(jié)構(gòu) 墻體主 要分為土墻和磚砌結(jié)構(gòu)墻體 土墻冬暖夏涼 為經(jīng) 濟(jì)適用型墻體 目前主要有固化戈壁土墻體和護(hù)坡 堆土墻體 2 種類型 磚砌結(jié)構(gòu)墻體結(jié)構(gòu)堅(jiān)固 外形美 觀 目前該墻體一般分為 3 層 在 2 層磚墻之間加 1 層填充物 填充物可為保溫材料 秸稈葦板以及土 砂石等材料 溫室骨架早期采用竹木結(jié)構(gòu) 后來(lái)出 現(xiàn)了鋼竹混合結(jié)構(gòu) 再到現(xiàn)在的全鋼骨架 材料以 圓管為主 5 圖 2 日光溫室 南疆溫室為作物提供相對(duì)封閉的空間 具有防 蟲以及遮風(fēng)擋雨的作用 環(huán)境相對(duì)可控 實(shí)現(xiàn)冬季 保溫 幫助作物實(shí)現(xiàn)越冬生產(chǎn) 冬季南疆地區(qū)的最 低氣溫可達(dá) 20 以下 所以對(duì)該地區(qū)溫室的保溫 性能有更高的要求 南疆溫室主要依靠保溫墻體 保溫被以及其他加溫手段如水幕地暖 暖氣等實(shí)現(xiàn) 保溫功能 王志偉等開發(fā)的水幕地暖裝置如圖 3 所 示 將黑色水幕布置在溫室后墻 白天 通過(guò)陽(yáng)光 照射將水幕中的水加熱 然后將熱水泵入在埋在地 下 40 cm 深的管道內(nèi)存儲(chǔ) 夜間 地下管道內(nèi)的熱水 為作物根部加溫使其度過(guò)寒冷的夜晚 6 圖 3 水幕地暖裝置示意圖 此 外 溫室內(nèi)一般還配有通風(fēng)裝置幫助溫室排 除多余熱量 降低溫度并與外界進(jìn)行氣體交換 補(bǔ) 充作物生長(zhǎng)所需的二氧化碳 2 溫室作物主要種植方式 南疆溫室內(nèi)種植作物品種有番茄 辣椒 黃 瓜 茄子 蓮花白 花菜 辣椒 白菜 芹菜 瓜 16 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備 2023年 果以及林果等 新疆兵團(tuán)的設(shè)施園藝品種種植面積 最大的為蔬菜 占比 53 1 林果種植面積占比為 44 4 其他溫室種植花卉 食用菌 中草藥等以及 部分溫室用于育苗等 7 南疆溫室內(nèi)種植方式主要分為有土栽培和無(wú)土 栽培 無(wú)土栽培又分為水培和基質(zhì)培 由于南疆大 部分為沙土 有機(jī)質(zhì)含量低 所以南疆的有土栽培 多利用豐富的沙土資源 將粉煤灰 聚丙烯酰胺和 沙土進(jìn)行混合 改善沙土含水率 提高沙土有機(jī)質(zhì) 含量 使其適合種植作物 7 水培即把作物種植于營(yíng) 養(yǎng)液中 營(yíng)養(yǎng)液直接向作物提供水分 養(yǎng)分 該方 法不需要任何基質(zhì) 不受當(dāng)?shù)赝临|(zhì)影響 一般用來(lái) 種植蔬菜如生菜等 基質(zhì)栽培一般使用固體基質(zhì)固 定作物根系 使用營(yíng)養(yǎng)液為作物提供營(yíng)養(yǎng) 一般基 質(zhì)有巖棉 椰糠等 南疆當(dāng)?shù)匾虻刂埔?使用黃沙 作為基質(zhì) 如圖 4 所示 使用防滲層將黃沙隔離開 然后使用滴灌供應(yīng)植物生長(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)液 8 11 圖 4 黃沙基質(zhì)栽培示意圖 3 溫室水肥一體化技術(shù)的應(yīng)用 南疆地下水的含鹽量在 1 5 2 0 含鹽量 過(guò)高 不宜直接用于配置營(yíng)養(yǎng)液 所以配置營(yíng)養(yǎng)液 需要對(duì)地下水進(jìn)行處理或直接使用自來(lái)水 由于南 疆土壤有機(jī)質(zhì)含量低 無(wú)論溫室種植使用有土栽培 還是無(wú)土栽培 作物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)均需由水肥提 供 所以對(duì)水肥要求較高 目前南疆溫室大部分施 肥方式是將肥料按照配方溶于營(yíng)養(yǎng)液池 然后由離 心泵將營(yíng)養(yǎng)液從營(yíng)養(yǎng)液池泵至各作物處 圖 5 所示 為營(yíng)養(yǎng)液池實(shí)景圖 該方式需要有較大的混肥池 圖 5 a 所示為大混肥池 即使用整個(gè)溫室作為混 肥池 為其他溫室供應(yīng)營(yíng)養(yǎng)液 圖 5 b 所示為小 混肥池 供應(yīng)營(yíng)養(yǎng)液給單個(gè)溫室 使用營(yíng)養(yǎng)液池進(jìn) 行營(yíng)養(yǎng)液配置與供應(yīng) 優(yōu)點(diǎn)是操作方法簡(jiǎn)單 成本 低 缺點(diǎn)是需要多次配肥 費(fèi)時(shí)費(fèi)力 占地面積大 使用方式不夠靈活 南疆部分溫室也有使用施肥機(jī) 進(jìn)行水肥管控 如圖 6 所示 該施肥機(jī)為旁路式施 肥機(jī) 使用文丘里式吸肥器從高濃度肥料母液罐吸 取肥料按照一定比例與清水混合 實(shí)現(xiàn)邊灌溉邊混 肥 無(wú)需混肥池 節(jié)省人力物力 提高空間利用率 但是智能化程度低 人機(jī)交互性較弱 a 大混肥池 b 小混肥池 圖 5 混肥池 圖 6 水肥一體化施肥機(jī) 17 徐 燦 等 南疆溫室園藝設(shè)施與裝備發(fā)展現(xiàn)狀與建議第1期 4 溫室作業(yè)機(jī)械化情況 對(duì)于南疆日光溫室 最主要的機(jī)械裝備是卷被 機(jī) 溫室覆蓋棉被的主要作用是保溫 卷被機(jī)如圖 7 所示 白天時(shí)卷被機(jī)將棉被卷起來(lái) 讓陽(yáng)光穿過(guò)薄 膜射入溫室為作物生長(zhǎng)提供能量 夜間溫度下降時(shí) 卷被機(jī)將棉被放下 避免溫室內(nèi)部溫度快速流失 達(dá)到夜間保溫效果 圖 7 卷被機(jī) 總體而言 目前南疆溫室的機(jī)械化程度較低 翻土 覆土 育苗 移植 灌溉 田間管理以及 后期采收和秸稈處理等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程大多由人工 完成 缺乏專用農(nóng)機(jī)具 生產(chǎn)手段落后 勞動(dòng)強(qiáng) 度大 作業(yè)環(huán)境差 生產(chǎn)效率低 勞動(dòng)力成本是 生產(chǎn)成本的最主要組成部分 難以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化 規(guī)?；a(chǎn) 由于日光溫室一般為南北布置 但 是壟作方向?yàn)闁|西方向 導(dǎo)致田壟較短 一般田 壟長(zhǎng)度僅為6 7 m 如圖8所示 若使用田間 管理機(jī)械裝備則需頻繁掉頭 不利于機(jī)械化操作 目前相關(guān)研究單位與企業(yè)正在加緊研發(fā)針對(duì)丘陵 山區(qū)的小型機(jī)械 此類小型機(jī)械未來(lái)也可應(yīng)用于 此類型的日光溫室 同時(shí)針對(duì)育苗等非田間管理 環(huán)節(jié)的機(jī)械較為成熟 南疆溫室可使用相關(guān)設(shè)備 提高機(jī)械化程度 降低勞動(dòng)強(qiáng)度 圖 8 溫室壟作方向 5 存在問(wèn)題 1 溫室作業(yè)機(jī)械化程度較低 目前南疆農(nóng)事勞 作幾乎均由人工完成 因?yàn)槟辖疁厥掖蟛糠譃槟媳?向的單棟日光溫室 內(nèi)部壟作方向?yàn)闁|西方向 田 壟長(zhǎng)度較短 若使用機(jī)械進(jìn)行翻土 起壟 播種 移栽等操作 機(jī)械裝備會(huì)頻繁掉頭轉(zhuǎn)向 影響效率 且目前針對(duì)南疆沙漠溫室的機(jī)械化裝備也較少 導(dǎo) 致其機(jī)械化程度較低 2 水肥一體自動(dòng)化程度較低 南疆由于自然條 件原因 種植技術(shù)高度依賴水肥技術(shù) 但是目前水 肥一體技術(shù)自動(dòng)化程度較低 目前大部分南疆溫室 多在混肥池內(nèi)按照一定比例放入肥料和清水配制水 肥溶液 混合均勻后由水泵將肥液輸送到作物處 此方法不僅需要配套建設(shè)巨大的混肥池 人工操作 強(qiáng)度大 而且無(wú)法根據(jù)作物種類和不同作物生長(zhǎng)周 期隨時(shí)調(diào)整營(yíng)養(yǎng)液濃度 3 環(huán)境控制手段弱 目前南疆大部分溫室環(huán)控 一般為保溫棉被控制以及通風(fēng)裝置控制 環(huán)控手段 較弱且保溫棉被收放或通風(fēng)裝置控制需要工人現(xiàn)場(chǎng) 進(jìn)行操作 費(fèi)時(shí)費(fèi)力 且南疆溫室數(shù)量眾多 人工 成本較高 4 信息與智能化程度低 目前南疆溫室缺少信 息化與智能化裝備 信息化程度低 溫室內(nèi)的空氣 溫濕度 土壤溫濕度 風(fēng)量風(fēng)速 二氧化碳濃度等 信息需要人工采集并匯總 過(guò)程費(fèi)時(shí)費(fèi)力 根據(jù)溫 室環(huán)境信息進(jìn)行環(huán)控的反應(yīng)速度慢 可能溫室內(nèi)溫 度過(guò)高或過(guò)低幾個(gè)小時(shí)后 工作人員才了解到該信 18 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備 2023年 息 此時(shí)再去調(diào)整環(huán)控 不可避免地會(huì)對(duì)作物造成 損傷 12 13 6 解決建議 綜上所述 針對(duì)南疆地區(qū)溫室園藝設(shè)施與裝備 存在的問(wèn)題提出以下幾點(diǎn)建議 1 針對(duì)目前溫室機(jī)械化程度低的問(wèn)題 可從 以下兩個(gè)方面進(jìn)行解決 首先 對(duì)溫室結(jié)構(gòu)進(jìn)行 宜機(jī)化改造 可改變現(xiàn)有溫室內(nèi)種植作物的壟作 方向 將壟作方向由東西方向改為南北方向 這 樣每壟的長(zhǎng)度足夠長(zhǎng) 機(jī)械裝備工作時(shí)不需頻繁 掉頭 工作效率大大提高 也可在南疆建設(shè)大型 保溫連棟溫室 連棟溫室利用面積遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)溫 室 土地利用率高 分區(qū)靈活 適宜機(jī)械化操作 相對(duì)于傳統(tǒng)溫室 自動(dòng)化信息化程度高 雖然連 棟溫室保溫能力較差 加溫成本高 但可針對(duì)連 棟溫室研究無(wú)功耗或低功耗保溫方法 實(shí)現(xiàn)低成 本越冬生產(chǎn) 其次 選用或研制適用于南疆溫室 的小型化機(jī)械裝備 例如整地 覆膜 起壟開溝 播種 移栽 田間管理 收獲等環(huán)節(jié)的機(jī)械裝備 以此降低人員勞動(dòng)強(qiáng)度 2 針對(duì)溫室水肥一體化技術(shù)弱的問(wèn)題 可使用 如圖 9 所示的智能水肥一體化裝備 可針對(duì)不同區(qū) 域種植作物和生長(zhǎng)周期定制營(yíng)養(yǎng)液計(jì)劃 自動(dòng)監(jiān)測(cè) 營(yíng)養(yǎng)液濃度 自動(dòng)按照灌溉計(jì)劃施肥或灌溉 僅配 置濃度較高的母液桶和一個(gè)體積較小的清水罐即可 占地面積小 施肥精度高 自動(dòng)化程度高 針對(duì)南 疆地下水鹽堿度較高 可使用專業(yè)設(shè)備過(guò)濾后再用 于配置營(yíng)養(yǎng)液 或直接使用自來(lái)水配置營(yíng)養(yǎng)液 可 根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇 a 智能水肥一體化裝備視圖 A b 智能水肥一體化裝備視圖 B 圖 9 智能水肥一體化裝備 3 針對(duì)溫室環(huán)節(jié)控制手段弱 信息化和智能 化程度低的問(wèn)題 可針對(duì)南疆溫室保溫需求增加 環(huán)控手段 比如增溫 開窗 環(huán)流風(fēng)機(jī) 噴霧等 手段 可對(duì)溫室進(jìn)行智能化改造 根據(jù)外界環(huán)境和 溫室內(nèi)部環(huán)境按照提前設(shè)置好的參數(shù)自動(dòng)啟用環(huán) 控手段 可在辦公區(qū)域設(shè)置中控室 實(shí)現(xiàn)在辦公室 或手機(jī)上遠(yuǎn)程對(duì)各個(gè)溫室內(nèi)的環(huán)控手段以及環(huán)境 參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制 降低勞動(dòng)強(qiáng)度 提高溫室 智能化程度 在溫室內(nèi)布置溫濕度等傳感器 實(shí) 時(shí)收集環(huán)境參數(shù) 植物生長(zhǎng)信息以及施肥灌溉等 19 徐 燦 等 南疆溫室園藝設(shè)施與裝備發(fā)展現(xiàn)狀與建議第1期 信息 若遇環(huán)境參數(shù)異?？杉皶r(shí)反饋給操作人員 避免對(duì)作物造成損傷 同時(shí)對(duì)收集的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行 分析 根據(jù)分析結(jié)果優(yōu)化種植方案或?yàn)橄乱荒甑?種植提供參考 參考文獻(xiàn) 1 秦艷 周躍志 師慶東 基于氣溫 降水變化的南 疆氣候變化分析 J 干旱區(qū)資源與環(huán)境 2007 21 8 54 57 2 鄭建強(qiáng) 譚志發(fā) 謝富才 等 南疆沙漠土壤種植 蘋果的問(wèn)題及對(duì)策 J 果農(nóng)之友 2020 7 35 36 3 王志偉 日光溫室水幕集熱 地暖加溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)與 應(yīng)用效果 D 阿拉爾 塔里木大學(xué) 2020 4 雷霆 鄉(xiāng)村振興背景下南疆地區(qū)扶貧開發(fā)治理研究 J 社會(huì)保障研究 2019 6 80 89 5 吳樂天 孫小麗 馬彩雯 新疆設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 J 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 2018 38 16 12 19 6 王志偉 李明 劉文科 等 南疆沙漠日光溫室水 幕集熱 地暖加溫系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究 J 農(nóng)業(yè)工程 技術(shù) 2020 19 42 46 7 吳奇峰 新疆兵團(tuán)設(shè)施園藝發(fā)展研究 D 北京 中 國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 2015 8 張薺文 吳昊 微咸水膜下滴灌對(duì)沙漠溫室黃瓜產(chǎn) 量的影響研究 J 地下水 2018 40 6 96 98 9 王存存 田軍倉(cāng) 沙漠日光溫室乳瓜不同防滲措施 試驗(yàn)研究 J 節(jié)水灌溉 2013 7 69 72 10 趙云霞 裴紅霞 高晶霞 等 日光溫室蔬菜沙培 技術(shù)研究進(jìn)展 J 北方園藝 2013 24 203 206 11 趙智 唐澤軍 宋滿剛 等 粉煤灰和聚丙烯酰胺 對(duì)沙質(zhì)土壤中玉米生長(zhǎng)的影響 J 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào) 2013 44 6 136 142 12 馬彩雯 王曉冬 吳樂天 等 新疆設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展 現(xiàn)狀分析 J 農(nóng)機(jī)化研究 2010 32 10 230 232 236 13 孫立峰 馬少輝 南疆地區(qū)溫室產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展 J 農(nóng)業(yè)工程 2014 4 1 45 49 Development Status and Suggestions of Greenhouse Horticultural Facilities and Equipment in Southern Xinjiang Xu Can 1 2 3 Li Guilian 3 Wang Nansen 3 Liu Nihong 1 2 3 1 Guangdong Institute of Modern Agricultural Equipment Guangzhou 510630 China 2 Key Laboratory of Modern Agricultural Intelligent Equipment in South China Ministry of Agriculture and Rural Affairs P R China Guangzhou 510630 China 3 Guangdong Hongke Agricultural Machinery R greenhouse horticulture current situation and suggestions