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出版者的话
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第一章 设施蔬菜生产设施构造
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第一节 设施类型
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一、简易园艺设施与地膜覆盖
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（一）地面简易覆盖
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1.砂田覆盖
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砂田（GSMF）是一种在土壤表面覆盖一层砾石的农田，是年降水量200～300mm的西北干旱、半干旱地区特有的抗旱耕作形式，已有300多年的历史。砂田起源于甘肃兰州，也称为兰州砂田、甘肃砂田，主要分布于我国西北的甘肃、宁夏、青海、陕西及新疆等省份，砂田可分为旱砂田和水砂田。旱砂田以种植粮食作物为主，也有许多地区使用旱砂田栽培西瓜；水砂田分布于水源充足的地方，以种植蔬菜和瓜果为主。
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砂田的主要性能：
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（1）保水性能显著 砂粒空隙大，降雨后雨水立刻渗入地下，减少了地表径流，增加了土壤含水量，砂田的水分渗透率比土壤高9倍。同时，砂粒空隙过大，不与土壤毛细管连接，因此土壤水分不能通过毛细管的张力而大量向外蒸发，从而达到良好的保墒作用。
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（2）增加土壤温度 沙、石凸凹不平，地表面受热面积相对较大；沙、石松散，其内部有大量的空气，因此降低了沙、石整体的热容量，从而使白天沙、石增温较快，这些热量不断传导入土层中，使土壤增温也较快。而且，当外界降温时，由于沙、石疏松，土层中的热量又不容易传导到地表。
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（3）具有保肥作用 砂田地表径流很少，肥料被冲刷也少，而且无机盐类的挥发损失也少；同时，砂田很少翻耕，有机质分解较慢，因此具有一定的保肥作用。
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铺设砂田要注意：①底田要平整，整体结构要外实内松；②整地时应修好防洪渠沟，方便排水；③基肥施用要足，一般每公顷施有机肥3.7万～7.5万kg，并追施氮、磷、钾无机肥；④选用含土少、色深、松散的沙子及表面棱角少而圆滑、直径在8cm以下的卵石，沙、石的比例以6∶4或5∶5为宜；⑤铺沙厚度要均匀一致，旱砂田或气候干旱、蒸发量大的地区应铺沙相对较厚，水砂田或气候阴凉、雨水较多的地区应适当薄一些。
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2.秸秆及草、粪覆盖
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秸秆覆盖，是在畦面或垄沟及垄台上铺一层农作物秸秆（如稻草），铺设厚度因目的不同而异，一般高度为3～5cm。可以起到保墒、保温、促根、抑草、培肥的作用。具体做法是：将作物秸秆铡成3～5cm的碎段，或将打场压碎的麦秸、麦糠均匀地铺在农田植物行间和棵间。秸秆覆盖量要适中，覆盖量过小，起不到保墒作用；覆盖量过大，可能发生压苗、烧苗现象，也影响下茬播种。同时，由于部分秸秆带有病菌和虫卵，易引起病虫害，因此覆盖前要先将秸秆翻晒，覆盖后要及时防虫、除草。
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秸秆覆盖在我国南方地区夏季蔬菜生产中应用较多，北方地区主要在浅播的小粒种子（如芹菜、芫荽、韭菜、葱等）播种时，为防止播种后土壤干裂以及越冬蔬菜防止冻害而应用。铺设秸秆的主要作用：①确保土壤温度稳定；②保持土壤含水量稳定，减少浇水次数；③防止土壤板结和杂草；④减少土传病害侵染。
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草、粪覆盖，一般是在外界气温降至-5～4℃，浇过封冻水的地面上已有些见干时，在畦面盖一层4～5cm的碎草或土粪（以马粪为宜）。草、粪覆盖主要在我国北方越冬蔬菜中应用较多。
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3.瓦盆、泥盆覆盖
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这种覆盖必须是傍晚扣上，早晨揭开，用于低温防霜冻。主要是在早春夜间将瓦盆或泥盆扣在已定植的幼苗上。
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4.浮动覆盖
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浮动覆盖，也称直接覆盖或飘浮覆盖，主要形式有露地浮动覆盖、小拱棚浮动覆盖、温室和大棚浮动覆盖等三种。如无纺布浮动覆盖蔬菜栽培技术，不用任何支撑架，而是以作物植株本身为框架，将轻薄型（15～20g/m2）无纺布直接宽松地覆盖在植株上面，类似无支架连续的小拱棚，形成温室效应，用于防寒、防霜，早熟、延后、高产栽培。其特点是省支架，省工省力、防寒防冻（采用浮动覆盖可使温度提高1～3℃）。
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（二）风障畦
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1.风障的性能
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（1）充分利用太阳热能，提高气温和地温，降低蒸发量和相对湿度，造成适宜的小气候条件。
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（2）依靠其挡风作用减弱风速，使风障前气流稳定。风障增温效果有风晴天更显著，阴天不显著。晴天的上午保温效果最好。一般风障畦的风障能削弱风速10%～25%，风速越大，防风效果越明显。
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（3）减弱冻土层。在风障畦内距风障越近，冻土层越浅。入春后当露地开始解冻7～12cm时，风障前3m内已完全解冻，比露地约提早20天，畦温比露地温度高6℃左右。
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2.风障的设置
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风障设置在与当地季风方向垂直时，防风效果最好。在冬季多西北风的华北地区以及北方50%的地区，风障应东西向延长，正南正北或偏东南5°。风障架设与地面的角度，冬、春季以70°～75°为好，入夏后为防止遮阴，以垂直为好。风障畦增温原理见图1-1。
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图1-1 风障畦增温原理
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3.风障畦的应用
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风障畦适用于我国北方冬、春季节多风且以晴朗天气为主的地区。主要用于春季提早播种或提早定植果菜类或春甘蓝，以及花卉育苗；春季早播种绿叶菜或葱蒜幼苗，以及韭菜、菠菜早熟栽培；早春提早播种叶菜类或提早定植叶菜类及果菜类，与地膜覆盖结合进行早熟栽培。秋、冬季用于耐寒蔬菜越冬栽培，如菠菜、韭菜、青蒜、小葱等，与薄膜覆盖结合进行早熟栽培；用于幼苗防寒越冬，如小葱、葱头等；也可用于一些宿根花卉的越冬栽培。另外，可以为蔬菜种株防风采种。
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对于不同种类的风障畦，小风障畦主要用于瓜类、豆类春季提早直播或定植，进行早熟栽培；简易风障用于小白菜、小萝卜、油菜、茴香等半耐寒植物提早播种，或提早定植春、夏季叶菜及果菜类；完全风障用于耐寒园艺植物越冬栽培、种苗防寒越冬及春早熟栽培。
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（三）阳畦
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1.普通阳畦的结构
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由风障、畦框、玻璃窗（薄膜）、覆盖物（蒲系、草席）组成。
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（1）风障 其结构与普通风障基本相同。抢阳畦采用倾斜风障，槽子畦采用直立风障。
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（2）畦框 用土做成。分为南北框和东西两侧框。其尺寸规格依阳畦类型而定。
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（3）玻璃窗 畦面可以加盖玻璃片或玻璃窗。加盖玻璃者称为“热盖”，不加的为“冷盖”。玻璃窗的长度与畦宽度相等。窗的宽度60～100cm，每扇窗镶3块或6块玻璃。用木材做成窗框，或用木条做支架覆盖散玻璃片。近年来，多采用竹竿在畦面上做支架，然后覆盖塑料薄膜，称为“薄膜冷床”。
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（4）覆盖物 采用蒲席或草席覆盖。是冷床防寒保温的设备。冷床以覆盖蒲席最好。用蒲草及旱生芦苇各半，再用大麻编织成长7.0～7.3m，宽2.1～2.3m，厚5～7cm，一面为蒲草，外面保温覆盖多采用蒲席或草帘，通常以蒲席最好。此外，芦苇多的地方也有用苇毛做覆盖物的。
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2.阳畦的类型
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阳畦的主要类型包括抢阳畦、槽子畦和改良阳畦。
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（1）抢阳畦 北框比南框高而薄，上下成楔形，四框做成后向南成坡面，故名抢阳畦。
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性能：提高气温和地温，白天提高温度10～20℃，昼夜温差10～20℃。畦内北侧和中部温度较高，南侧20～30cm范围内温度较低，容易出现冻害。
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（2）槽子畦 南北两框接近等高，框高而厚，四框做成后近似槽形，故名槽子畦。北框高40～60cm，畦面宽1.66m，畦长6～7m，或做成加倍长度的联畦。
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（3）改良阳畦 改良阳畦是由土墙（后墙、山墙）、棚架（柱、檩、柁）、土棚顶（有的有、有的无）、塑料棚膜、保温覆盖物（蒲席或草帘）等五部分组成。阳畦长度因地块而定，一般10～30m。与早期的日光温室类似，只是空间和面积小些。
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性能：除具有风障的效应外，白天大量吸收太阳光热，夜间减少辐射强度，保持畦内较高的畦温和土温。改良阳畦性能优于阳畦。由于接受阳光热量不同，致使局部存在很大的温差，一般北框和中部的温度较高，南框和西部的温度较低。
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用途：早春蔬菜、花卉育苗；叶菜早熟栽培；果菜早熟栽培；秋季延后栽培及叶菜假植栽培。
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应用：秋季进行矮生作物晚熟栽培，如芹菜越冬栽培、冷床韭菜等；蔬菜假植贮存；冬季越冬育苗或早春为露地栽培育苗；育成苗后进行冷床早熟栽培；春季菜种等。
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阳畦的性能与应用见图1-2和图1-3。
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图1-2 阳畦的性能示意图
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图1-3 阳畦的应用示意图
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（四）温床
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1.酿热温床
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酿热温床是利用细菌、真菌、放线菌等好气性微生物的活动，分解酿热物释放出热能来提高温床的温度。
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酿热温床加热原理：
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（1）酿热温床结构 酿热温床主要由床框、床坑、透明覆盖物、保温覆盖物、酿热物等五部分组成。使用最多的是半地下式土框温床。温床建造场地要求背风向阳、地面平坦、排水良好。床宽1.5～2.0m，长依需要而定，床顶加盖薄膜呈斜面，以利透光。在床底部挖成鱼脊形（南面深、中间浅、北面稍深），以求温度均匀。在床内铺上酿热物，酿热物分层加入，每15cm一层，踏实后浇温水。厚度多为30～50cm，即盖顶封闭，让其充分发酵，一周后温度稳定，上面铺5～10cm土层。花卉扦插或播种时使用，可铺10～15cm培养土、河沙、蛭石、珍珠岩等。
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在酿热物填充之前，应将冷床深挖，因为在靠南框一侧，由于遮阳致使越靠近南框温度越低；在床的中部偏北，因阳光充足，同时由于北框的反光作用，使这一部分温度最高；靠近北框温度又稍稍下降。根据床内温度分布特点，为使整个温床的温度分布较均匀，就需要在温度低的地方增加酿热物；相反，温度高的地方则适当减少酿热物的数量。在南方因冬季不十分寒冷，酿热物的厚度在15～25cm即可，北方多在30～50cm。如果酿热物过厚（60cm以上），则常常因酿热物下层氧气不足而妨碍好气性微生物的活动，不能真正起到发热作用；酿热物厚度过薄（10cm以下），则只起到隔热保温作用，达不到发酵增温效果。
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酿热物在填床时要充分拌匀，以防止发热不均匀。有机酿热物以骡马粪、鸡粪、羊粪等为最好，发酵快，温度高；其次是碎草、树叶、杂草和农作物秸秆等。后者发酵慢，温度低，但马粪价高且较缺乏，可将马粪与树叶、碎草等混合使用，效果很好。马粪填入的时间应根据播种期来决定，要求播种后酿热物能开始大量散发热量。为了达到这个目的，酿热物的处理有两种方法：一是先将酿热物堆积发酵，待温度升高到40～50℃时，将3份发酵的酿热物掺入一份未发酵的酿热物，这样既能保持播后畦温，又能使酿热物发酵时间拖长；二是将酿热物于播种前10天填入，并掺入人粪尿，分层踏实，填后覆盖玻璃或薄膜，待温度升高到50℃左右时，再填床土播种。酿热物发酵与配比、水分含量关系很大，马粪和作物秸秆、树叶等必须新鲜，如已发霉变质，热量已损失，填床后升温不高。一般马粪与碎草比例以3∶1最好，1∶1也可。酿热物含水量以65%～75%最好。干燥的作物秸秆或杂草应铡碎、喷湿，堆入时应分层放入、踏实，再撒一层人粪尿作引热物，一般南墙填入40～50cm，北墙填30～35cm，把弧形底填平，上面再填床土13～16cm。酿热物太干和太湿都会发热不良、不生热或热度很低，遇此情况应及时扒开床土检查，及时补水或排水。酿热物填好后，应立即盖上盖窗或薄膜，在夜间加盖草帘等，提高床温促进酿热物发酵生热。最初的床温，是促进细菌活动的必要条件，在寒冷的冬季尤为重要。过几天，当酿热物发酵温度升到50～60℃时，就可铺上培养土，开始育苗。半地下酿热温床示意图见图1-4。
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图1-4 半地下酿热温床示意图
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（2）影响酿热物温床发热的因素 首先是碳氮比（C/N），当C/N为20～30∶1时，微生物活跃发热时间长，且温度较高，C/N大于30∶1时，发热温度低持续时间长，C/N小于20∶1时，发热温度高，持续时间短。另外，酿热物内部的空气和水分含量及酿热物的底温也是影响酿热物温床发热的因素。
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（3）酿热温床的应用 主要用在早春果菜类蔬菜育苗，也可用做花卉扦插或播种、秋播草花或盆花的越冬，也可用于日光温室冬季育苗提高地温。
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2.电热温床
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（1）电热温床的结构 电热温床是在阳畦、小拱棚或大棚及温室中的栽培床上，做成育苗用的平畦，然后在育苗床底部铺隔热层，再铺设电热线。电热线埋入土层深度一般10cm左右为宜，如果用育苗钵或营养土块育苗，则以埋入土中1～2cm为宜。见图1-5和图1-6。
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图1-5 电热加温温床结构图A
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图1-6 电热加温温床结构图B
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功率密度是指单位面积苗床需要的电热功率。选定的功率密度通常以70～150W/m2为宜。具体功率密度要根据不同地区、不同季节及不同设施确定。山东地区冬季日光温室内一般采用70～90 W/m2，阳畦采用90～120 W/m2的功率密度。电热温床功率密度选定参考值见表1-1。
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表1-1 电热温床功率密度选定参考值（单位：W/m2）
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（2）电热温床的建造 电热温床可在阳畦的基础上而建。用单斜面、半拱单斜面、改良阳畦或小拱棚等形式的阳畦均可。建造时挖土可较阳畦浅，一般挖土15cm左右，然后在温床底部将隔热碎草等物填好、踏实，厚10～12cm左右，再填土 3～4cm，将隔热物盖住、耙平，铺线。铺线时为使床温均匀，补偿苗床南北墙散热，床南墙的线距要小，中部要大，北部再稍小，一般为8～12cm，线要拉直，不要打结、交叉，要先按规定线距在畦两端插木棍，以便绕线，线绕好后，填5cm细沙埋线。每根电热线之间不能串联，应并联使用，往返趟数都应为偶数，线铺好后，填土10～13cm，耙平，浇大水后待播种。应用电加温线要避免成捆在空气中通电，防止线温升高，互相传热，将线包皮烧坏，在土中也不能堆结或交叉，接头不要露出地面。电加温线也不要随便接长或剪短，用完后要及时从土中挖出，防止硬扯或刨损，挖出后，清除泥土，干燥，妥善保管。
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（3）电加温设备
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电加温线：分为土壤加温线（地热线）和空气加温线两种，均采用合金材料作电热丝，最好不要混用。地热线绝缘层采用耐高温聚氯乙烯或聚乙烯注塑，厚度在0.7～0.95mm之间，比普通导线厚2～3倍。导线和电热线接头处采用高频热压工艺，不漏水、不漏电。
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温度控制器：主要采用农用控温仪，控温范围在10～40℃，灵敏度±0.2℃。以热敏电阻作测温传感器，以继电器的触点做输出，仪器本身工作电压220V，最大荷载2000W。
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交流接触器：当电热线总功率大于控温仪额定负载（2000W）时，必须加交流接触器，否则控温仪易被烧毁。交流接触器的工作电压有220V和380V两种，根据供电情况灵活选用。
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线距之间为保证安全和方便，应连接保险丝和闸刀；另外，为节约热量，保持床温，避免热量外散，电热温床应设有保温层，要备足碎草、树叶、稻壳等隔热物。
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（4）电器连接方法 电热线总功率不大于控温仪最大负载时，可将电热线与控温仪直接串联；电热线总功率超过控温仪的最大负载，应外加交流接触器；大面积育苗使用的电热线很多时，应采用三相四线制供电。
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（5）电热线使用注意事项 严禁成卷电热线在空气中通电试验或使用；布线时不得交叉、重叠或扎结；电热线不得接长或剪短使用；所有电热线的使用电压都是220V，多根线之间只能并联，不能串联；接入380V三相电源时可用星形接法；使用电热线时应把整根线（包括接头）全部均匀埋入土中，线的两头应放在苗床同侧；收电热线时不要硬拔，以免损坏绝缘层。
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（6）性能 利用电热线把电能转变为热能进行土壤加温，可自动调节温度，且能保持温度均匀，使用时间不受季节限制。电热温床因温度较高，幼苗出土后应加强放风，注意锻炼幼苗，防止徒长。同时，因地温较高，水分蒸发大，畦面容易干燥，应及时灌小水或喷水。另外，电热温床幼苗生长较快，在加强通风锻苗的情况下，也能比阳畦育苗缩短苗期10多天，因此要算好播种期，以便在定植时培育出大小适宜的标准壮苗。
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（7）电热温床的应用 电热温床主要用于冬春园艺作物育苗。也可用于大棚黄瓜、番茄早熟生产。番茄等比较耐寒的蔬菜，在北方寒冷地区可用电热温床育苗、分苗，北京、天津、济南一带，除早熟和保护栽培外，一般用阳畦即能育出优质壮苗。如采用电热温床，一般只用于播种后的—段，分苗时采用阳畦，否则地温过高，不注意昼夜温差调剂和适当低温锻苗，幼苗生长速度过快，素质较差，定植后抗寒、耐病能力都会减弱。
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（8）电热温床的优势 一是床土升温快，均匀稳定，电热线是用人工控制的升温设备，通电后立即升温，在有效的温度范围内，一般每小时能提高温度1℃，比一般冷床能提高温度10～15℃，昼夜温度稳定，温差仅3～4℃，而且容易掌握，如需降温锻苗，停电后打开覆盖物通风，温度很快下降。二是幼苗出土快而均匀，电热温床由于温度保持好，幼苗发芽能满足其较高的温度要求，比一般阳畦可早出苗早齐苗2～5天。三是幼苗生长健壮，同期在叶数、茎粗、株高、苗重等方面均优于阳畦苗，由于能灵活调节畦温，幼苗病害较轻。四是电热温床经济效益较高，用电热温床育苗平均每亩增产蔬菜14%，增值25%。
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（五）地膜覆盖
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1.地膜覆盖形式
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主要包括平畦覆盖、高垄覆盖、高畦覆盖、沟畦覆盖、沟种坡覆、穴坑覆盖等多种形式。
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（1）平畦覆盖 在原栽培畦的表面覆盖一层地膜。平畦覆盖可以是临时性的覆盖，在出苗后将薄膜揭去；也可以是全生育期的覆盖，直到栽培结束。播种或定植前将地膜平铺畦面，四周用土压紧。省工、容易浇水，但浇水后易造成畦面淤泥污染。覆盖初期有增温作用，随着污染的加重，到后期又有降温作用。一般多用于种植葱头、大蒜以及高秧支架的蔬菜。
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（2）高垄覆盖 在整地施肥后，按50～70cm宽、10cm高起垄，每一垄或两垄覆盖一幅地膜。高垄覆盖增温效果一般比平畦覆盖高1～2℃。每垄种植单行或双行甘蓝、莴笋、甜椒、花椰菜等。高垄覆盖受光较好，地温容易升高，也便于浇水，但旱区垄高不宜超过10厘米。
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（3）高畦覆盖 高畦覆盖是在菜田整地施肥后，其做成底宽100cm以上、高10～12cm、宽65～70cm、灌水沟30cm深的畦，然后畦上覆盖地膜。一般种植高秧支架的蔬菜，如瓜类、豆类、茄果类。高畦增温效果较好，但畦中心易发生干旱。
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（4）沟畦覆盖 沟畦覆盖又叫改良式高畦地膜覆盖，俗称天膜。即将畦做成50cm左右宽的沟，沟深15～20cm，把育成的苗定植在沟内，然后在沟上覆盖地膜，当幼苗生长顶着地膜时，在苗的顶部将地膜割成十字形放风（称为割口放风）。晚霜过后，苗自破口处伸出膜外生长，待苗长高时再把地膜划破，使其落地，覆盖于根部（俗称先盖天，后盖地）。沟畦覆盖可提早定植7～10天，保护幼苗不受晚霜危害。既起着保苗，又起着护根的作用，而达到早熟、增产、增加收益的效果。早春可提早定植甘蓝、花椰菜、莴笋、菜豆、甜椒、番茄、黄瓜等蔬菜，也可提早播种西瓜、甜瓜等作物。
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（5）沟种坡覆 在地面上开出深40cm、上宽60～80cm的坡形沟，两沟相距2～5m（甜瓜2m，西瓜5m），两沟间的地面呈垄（拱）圆形，沟内两侧随坡覆70～75cm的地膜，在沟两侧种植瓜类。
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（6）穴坑覆盖 在平畦、高畦或高垄的畦面上用打眼器打成穴坑，穴深10cm左右，直径10～15cm，空内播种或定植作物，株行距按作物要求而定然后在穴顶上覆盖地膜，等苗顶膜后割口放风。
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图1-7 地膜覆盖主要形式
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2.蔬菜地膜覆盖新形式
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（1）适合栽培黄瓜、青椒、番茄、茄子等的覆盖形式 将幅宽90～100cm、厚0.01～0.008mm的地膜平铺在高畦畦面上，地膜的两侧埋压在畦顶向下的2/3～3/4处。高畦的规格是：畦底宽100～110cm，畦面宽80～85cm，畦高10～15cm，畦沟宽30～40cm。做畦时，畦心应略高，以利于铺膜严密。
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（2）适合栽培圆葱、甘蓝等的覆盖形式 平畦宽100～110cm，畦长根据地块自定。定植前可将地膜平铺在畦面，四周用土压实。这种形式比高畦省工，但灌水时容易污染畦面，提高地温不明显。
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（3）适合栽培青椒、甘蓝等的覆盖形式 大垄的规格是，垄底宽73cm，垄面宽40cm，垄高17cm。将地膜覆盖在垄面上，每垄定植双行或3行。
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（4）适合栽培大架芸豆的覆盖形式 垄底宽53cm，垄面宽33cm，垄高16cm。将地膜覆盖在垄面上。
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（5）适合春小白菜、水萝卜、反根菜的覆盖形式 在早春小白菜、水萝卜播种后，或老根菠菜、韭菜等宿根菜返青前，将地膜短期覆盖在畦面上，可促其生长，提早上市。
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（6）适合栽培青椒、黄瓜、甘蓝、番茄、芸豆等的覆盖形式 在高畦畦面上做成宽40～50cm、深15～20cm的沟，将菜苗定植（或直接播种）在沟内，然后覆盖地膜。缓苗后（出苗后）把植株顶部的地膜扎眼或割口放风，晚霜过后将苗引出膜外。这种形式可在本地晚霜前提早定植。
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（7）适合栽培土豆的覆盖形式 在高畦畦面或大垄垄面上，用打眼器按株行距打15cm深的定植孔，将种子或者菜苗播种或定植在孔内，然后覆盖地膜，出苗或缓苗后扎眼放风。
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（8）适合栽培青椒、黄瓜、茄子等的覆盖形式 将大垄破成双垄，将种子或菜苗播种或定植在双垄的内帮上，然后覆盖地膜。使种子或菜苗在两垄之间的空间生长一段时间。晚霜过后将苗引出膜外。
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（9）适合角瓜、黄瓜、青椒等定植后的覆盖形式 定植后可用柳条、竹片等在畦或垄上做成拱架，其架宽、高均33cm，然后覆盖地膜。将地膜四周用土压实，待晚霜过后可将小拱棚改为地面覆盖。
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3.地膜覆盖的要点
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（1）品种选择 一般来说，地膜覆盖栽培对蔬菜的种类无特殊要求，但考虑到蔬菜的均衡供应和市场需要，以及地膜覆盖的经济效益，应选择增产效果较好、经济效益高的蔬菜种类或品种。试验结果表明：黄瓜、节瓜、冬瓜、苦瓜、丝瓜、菜豆、豇豆、番茄、马铃薯等蔬菜的增产效果较明显，尤其在早春、晚秋及冬季这三个时期，增产效果更加显著。
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（2）深耕细耙整地，施足基肥 地膜覆盖栽培一般不便追肥，因此施足基肥是关键。翻地前根据作物种类及其特性施足有机肥料，为防止肥料单一，造成作物生理失调、徒长，应适当配合施入一定比例的磷、钾肥。在施足基肥的前提下，对土壤深耕细耙，使畦面土粒细碎、平整，畦面中央略高，呈龟背状，这样有利于地膜与地面接触紧密。
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（3）喷除草剂 为了防止铺膜后杂草丛生，保证地膜紧贴地面，在铺膜前要喷除草剂，但应根据不同的蔬菜种类进行选择，按照规定的操作方法使用，使用量一般比露地减少1/3。
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（4）覆盖地膜 整好土地，淋足水和喷除草剂后要立即盖膜，以防止土壤失墒，减少水分蒸发。盖膜是地膜覆盖栽培技术的关键。地膜宽度应等于或大于畦面的宽度。操作时把膜拉紧，顺畦面铺平、铺正，使地膜紧贴畦面，四周用土压实，防止透气。为防止大风吹乱，铺膜前可先在畦边开一小沟，盖膜时边铺边压土。大多数品种从播种到收获全程覆盖地膜，少数品种，如马铃薯，在结薯前应把地膜取掉。
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（5）播种定植 地膜覆盖5～7天后进行播种定植。先按株距要求开定植口（定植口要尽量开小些），开口后挖坑，进行定植，然后淋水封土。地膜开口处要用土压好。对点播或穴播的直播蔬菜，如瓜类、豆类，可先播种后盖膜，待种子出苗后再开口，使幼苗及时出膜，以免受高温危害而死苗。
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4.地膜的作用
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（1）增温、保墒作用 覆盖地膜后，改变了农田地面热量的收支状况，大幅度减少了乱流热通量和潜热通量，因而白天地面吸收的能量大部分贮藏在土壤中，能够明显提高耕作层的温度。降温时，深层土壤贮存的热量可以向表层传导，同时水汽大量在膜内凝结释放潜热，所以夜间的地温比较高。
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（2）保水作用 盖膜后切断了土壤水分同大气水分的交换通道，膜下土壤蒸发出来的水汽凝集在地膜与土表之间2～5mm之内，水汽在薄膜内壁凝结成小水滴并形成一层水膜，增大的水滴又降到地表，地膜与土表之间不断进行水分内循环，大幅度减少膜下土壤水分向大气的扩散。
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（3）改善了土壤物理性状 盖膜后采用沟畦灌水，向覆盖畦渗透，避免了直接灌水及雨水冲刷造成的板结，土壤空隙度增加，减少了肥料的淋溶流失。
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（4）提高光合效率 地面覆盖薄膜后，由于薄膜较土壤反射更多的太阳光，使近地面空间的光强也有所增加，有利于提高植株下层叶片的光合效率。
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二、塑料小、中拱棚与塑料大棚
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（一）塑料小拱棚
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1.塑料小拱棚的种类
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依其形状不同可分为拱圆形小拱棚、半拱圆棚、双屋面等多种类型。
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（1）普通小拱棚 主要采用毛竹、竹竿或6～8mm的钢筋等材料，弯成宽1～3m，高1.0～1.5m的弓形骨架，用竹签或8#铅丝连接成整体，多用聚乙烯薄膜覆盖，外用压杆或压膜线等固定薄膜而成。
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（2）半圆拱型 阳面需要有塑料薄膜覆盖，东西延长，后面有一段矮墙，1m左右，跨度2m，夜间采取加温措施。多半建在庭院内，土墙可就地取材。与塑料大棚定植时间差半个月。
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（3）双屋面 用角铁焊成窗，搭成人字型，活动式床框。比露地蔬菜提前一个月上市。
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2.小拱棚的性能
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（1）光照 塑料薄膜小拱棚的透光性能比较好，春季棚内的透光率最低在50%以上，光照度达5万lx以上，随着使用时间延长薄膜透光率有所下降。
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（2）温度 一般条件下，小拱棚的气温增温速度较快，最大增温能力可达20℃左右，注意在高温季节容易造成高温危害；有草苫覆盖的半拱圆形小棚，保温能力为6～12℃。小拱棚内气温分布很不均匀，在密闭的情况下，棚内中心部位的地表附近温度较高，两侧温度较低。
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（3）湿度 由于塑料薄膜的气密性较强，在密闭的情况下地面蒸发和作物蒸腾所散失的水汽不能逸出棚外，从而造成棚内高湿，即使在通风的情况下，棚内的湿度也高出棚外20%。
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3.小拱棚的应用
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（1）春提早、秋延后或越冬栽培耐寒蔬菜 如芹菜、青蒜、小白菜、油菜、香菜、菠菜、甘蓝等。
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（2）春提早定植果菜类蔬菜 主要栽培作物有番茄、青椒、茄子、西葫芦、矮生菜豆、草莓等。
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（3）早春育苗 用于塑料薄膜大棚或露地栽培的春茬蔬菜、花卉、草莓及西瓜、甜瓜等育苗。
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（二）塑料中拱棚
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1.钢架结构（包括组装式和固定式）
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用镀锌薄壁钢管插到地下，拱架间距1～1.1m，一般跨度6m，高度2～2.3m，肩高1.1～1.5m。
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2.竹木结构
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中柱按照棚的宽度插入5cm的竹片，边柱入土深度25～30cm，拱架间距1m。一般高1.5～2m，宽度4～8m。南方地区就地取材多用该类型中棚。
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3.混合结构中棚
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混合结构的拱架分成主架与副架。主架为钢架，其用料及制作与钢架结构的主架相同，副架用双层竹片绑紧做成。拱架间距0.8～1.0m。
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（三）塑料大棚
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1.塑料大棚主要类型
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从塑料大棚的结构和建造材料上分析，应用较多和比较实用的，主要有三种类型。
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（1）简易竹木结构大棚 这种结构的大棚，各地区不尽相同，但其主要参数和棚形基本一致，大同小异。
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大棚的跨度6～12m，长度30～60m，肩高1～15m，脊高1.8～25m。按棚宽（跨度）每2m设一立柱，立柱粗6～8cm，顶端成拱形，地下埋深50cm，垫砖或绑横木，夯实，将竹片（竿）固定在立柱顶端成拱形，两端加横木埋入地下并夯实。拱架间距1m，并用纵拉杆连接，形成整体；拱架上覆盖薄膜，拉紧后膜的端头，埋在四周的土里，拱架间用压膜线或8#铅丝、竹竿等压紧薄膜。其优点是取材方便，造价较低，建造容易；缺点是棚内柱子多，遮光率高，作业不方便，寿命短，抗风雪荷载性能差。
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（2）焊接钢结构大棚 这种钢结构大棚，拱架是用钢筋、钢管或两种结合焊接而成的平面衍塑料大棚架，上弦用16mm钢筋或6分管，下弦用12mm钢筋，纵拉杆用9～12mm钢筋。
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跨度8～12m，脊高2.6～3m，长30～60m。纵向各拱架间用拉杆或斜交式拉杆连接固定成整体。拱架上覆盖薄膜，拉紧后用压膜线或8#铅丝压膜，两端固定在地锚上。
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这种结构的大棚，骨架坚固，无中柱，棚内空间大，透光性好，作业方便，是比较好的设施。但这种骨架是涂刷油漆防锈，1～2年需涂刷一次，比较麻烦，如果维护得好，使用寿命可达6～7年。
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（3）镀锌钢管装配式大棚 这种结构的大棚骨架，其拱杆、纵向拉杆、端头立柱均为薄壁钢管，并用专用卡具连接成整体，所有杆件和卡具均采用热镀锌防锈处理，是工厂化生产的工业产品，已形成标准、规范的20多种系列产品。
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这种大棚跨度4～12m，肩高l～1.8m，脊高2.5～3.2m，长度20～60m，拱架间距0.5～1m，纵向用纵拉杆（管）连接固定成整体。可用卷膜机卷膜通风、保温幕保温、遮阳幕遮阳和降温。
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这种大棚为组装式结构，建造方便，并可拆卸迁移，棚内空间大、遮光少、作业方便；有利作物生长；构件抗腐蚀、整体强度高、承受风雪能力强，使用寿命可达15年以上，是目前最先进的大棚结构形式。
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2.大棚的性能
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（1）温度 塑料薄膜具有保温性。覆盖后，大棚内的温度将随着外界气温升高而升高，随着外界气温下降而下降，并存在明显的季节变化和较大昼夜温差。大棚内早春时昼夜温差大，晴天白天急剧升温，夜间急剧降温，容易产生冻害，阴雪天增温不显著。越是低温期温差越大。一般在寒季大棚内日增温可达3～6℃，阴天或夜间增温能力仅1～2℃。春暖时节棚内和露地的温差逐渐加大，增温可达6～15℃。外界气温升高时，棚内增温相对加大，最高可达20℃以上，因此大棚内存在着高温及冰冻危害，需进行人工调整。在高温季节棚内可产生50℃以上的高温。进行全棚通风，棚外覆盖草帘或搭成“凉棚”，可比露地气温低1～2℃。冬季晴天时，夜间最低温度可比露地高1～3℃，阴天时几乎与露地相同，因此，大棚的主要生产季节为春、夏、秋季，通过保温及通风降温可使棚温保持在15～30℃的生长适温。
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提高塑料棚内温度的措施：
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选择棚膜：长波辐射透过率低的保温膜，或用三层供给复合膜，无滴膜的保温效果差，有滴膜的保温效果好，因为膜下的水珠可阻止长波辐射。
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多层覆盖：大棚膜一般增温6～8℃，小棚膜增温2～4℃，无纺布增温2℃，二层幕增温1～2℃，最外层草毡增温1℃，大棚四层覆盖可增温12～17℃。大棚内加小棚，外面盖草毡可增温10～14℃。
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（2）光照条件 大棚内的光照条件受季节、天气状况、覆盖方式（棚形结构、方位、规模大小等）、薄膜种类及使用新旧程度情况不同等而产生很大差异。大棚越高大，棚内垂直方向的辐射照度差异越大，棚内上层及地面的辐照度相差20%～30%。在冬春季节以东西向延长的大棚光照条件较好，比南北向延长的大棚光照条件好，局部光照条件所差无几。但东西向延长的大棚南北两侧辐照度可相差10%～20%。
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双层棚与单层棚相比受光减少一半，采用活动式二层幕。不同材料也不同，单栋钢材及硬塑材料的大棚透光率72%，竹木结构透光率62.5%，木材遮阴，连栋钢筋棚因为有水泥柱和水泥槽的遮阴，透光率为56.3%。总之，棚架结构越大，棚顶结构越复杂，遮阴严重。棚架越高，光照越弱，因此应尽量简化棚架。
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新的塑料薄膜透光率可达80%～90%，但在使用期间由于灰尘污染、吸附水滴、薄膜老化等原因而使透光率减少10%～30%。薄膜在覆盖期间由于灰尘污染而会大大降低透光率，新薄膜使用两天后，灰尘污染可使透光率降低14.5%，10天后降低25%，半月后降低28%以下。一般情况下，因尘染可使透光率降低10%～20%。严重污染时，棚内受光量只有7%，而造成不能使用的程度。一般薄膜又易吸附水蒸气，在薄膜上凝聚成水滴，使薄膜的透光率减少10%～30%。因此，防止薄膜污染、防止凝聚水滴是重要的措施。再者，薄膜在使用期间，由于高温、低温和受太阳光紫外线的影响，使薄膜老化。薄膜老化后透光率降低20%～40%，甚至失去使用价值。因此，大棚覆盖的薄膜，应选用耐温防老化、除尘无滴的长寿膜，以增强棚内受光，增温，延长使用期。此外，连栋大棚及采用不同建棚材料等对受光也产生很大的影响。
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（3）大棚的地温 大棚内地温虽然也存在明显的日变化和季节变化，但与气温相比，地温比较稳定，且地温的变化滞后于气温。阴天大棚内地温的日变化较小，且日最高温度出现时间较早的日变化很小，阴天大棚内地温的日变化较小。从地温的日变化看，晴天上午太阳出来后地表温度迅速升高，14时左右达到最高值，15时后温度开始下降。随着土层深度的增加，日最高地温出现的时间逐渐延后。
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（4）大棚内湿度条件
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绝对湿度（棚内的水气量）：由于土壤水分蒸发和植物蒸腾而成倍增加，中午水气量大，为早晚的2～3倍，傍晚时，由于通风及气温迅速下降，棚内水气量大量减少。夜间由于棚内凝结水滴，绝对湿度继续减少。
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相对湿度：大棚温度升高，相对湿度降低；大棚温度降低，相对湿度升高。在不通风的情况下，棚内白天相对湿度可达60%～80%，夜间经常在90%左右，最高达100%。棚内适宜的空气相对湿度依作物种类不同而异，一般白天要求维持在50%～60%，夜间在80%～90%。为了减轻病害的危害，夜间湿度宜控制在80%左右。棚内相对湿度达到饱和时，提高棚温可降低湿度，如湿度在5℃时，每提高1℃气温，约降低5%的湿度，当温度在10℃时，每提高1℃气温，湿度则降低3%～4%。在不增加棚内空气中水汽含量，棚温在15℃时，相对湿度约7%左右；提高到20℃时，相对湿度约50%左右。
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作物蒸腾造成棚内空气高温，如不进行通风，棚内相对湿度很高。当棚温升高时，相对湿度降低，棚温降低相对湿度升高。晴天、风天时相对温度低，阴、雨（雾）天时相对温度增高。由于棚内空气湿度大，土壤蒸发量小，因此在冬春寒季要减少灌水量。但是，大棚内温度升高或温度过高时需要通风，又会造成湿度下降，加速作物的蒸腾，致使植物体内缺水蒸腾速度下降，或造成生理失调。因此，棚内必须按作物的要求，保持适宜的湿度。
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（5）棚内空气成分 大棚内部的空气最突出的不同点有两个方面：一是作物光合作用重要原料CO2浓度的变化规律与棚外不同；二是有害气体（NH3，NO2，SO2等）多于棚外。由于薄膜覆盖，棚内空气流动和交换受到限制，在蔬菜植株高大、枝叶茂盛的情况下，棚内空气中的二氧化碳浓度变化很剧烈。早上日出之前由于作物呼吸和土壤释放，棚内二氧化碳浓度比棚外高2～3倍，达330ml/L左右；8～9时以后，随着叶片光合作用的增强，可降至100ml/L以下。因此，日出后要酌情通风换气，及时补充棚内二氧化碳。
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一氧化碳和二氧化硫产生，主要是用煤火加温、燃烧不完全或煤的质量差造成的，因此用煤质量要好，并充分燃烧。有条件的要用热风或热水管加温，把燃烧后的废气排出棚外。由于薄膜老化（塑料管）可释放出乙烯，会引起植株早衰。
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3.大棚的栽培条件与应用
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（1）栽培季节与条件 塑料大棚的栽培以春、夏、秋季为主。冬季最低气温为-15～-17℃的地区，可用于耐寒作物在棚内防寒越冬。高寒地区、干旱地区可提早用大棚进行栽培。北方地区，冬季在温室中育苗，以便早春将幼苗提早定植于大棚内，进行早熟栽培。夏播，秋后进行延后栽培，一年种植两茬。由于春提前、秋延后而使栽培期延长两个月之久。东北、内蒙古一些冷冻地区于春季定植，秋后拉秧，全年种植一茬，黄瓜的亩产量比露地提高2～4倍。黑龙江省用大棚种植西瓜获得成功。西北及内蒙古边疆风沙、干旱地区利用大棚达到全年生产，于冬季在大棚内种植耐寒性蔬菜，开创了大棚冬季种植的先例。为了提高大棚的利用率，春季提早，秋季延后栽培，往往采取在棚内临时加温，加设二层幕防寒，大棚内筑阳畦，加设小拱棚或中棚，覆盖地膜，大棚周边围盖稻草帘等防寒保温措施，以便延长生长期，增加种植茬次，增加产量。
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（2）育苗 早春果菜类蔬菜育苗，在大棚内设多层覆盖，如加保温幕、小拱棚、小拱棚上再加防寒覆盖物（如稻草苫、保温被等），或采用大棚内加温床、苗床安装电热线加温等办法，于早春进行果菜类蔬菜育苗。也可利用大棚进行草莓、葡萄、樱桃及各种花草育苗。
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（3）蔬菜栽培 春季早熟栽培，大棚种植蔬菜可提早上市20～40天，秋季延后栽培，以果菜类蔬菜为主，一般可延后20～30天。
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在气候冷凉的地区可以采取春季到季秋长季节栽培，这种栽培方式其早春定植及采收与春茬早熟栽培相同，采收期直到9月末，可在大棚内越夏。作物种类主要有茄子、青椒、番茄等茄果类蔬菜。
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大棚除了瓜茄等高秆蔬菜外，还可栽培经济价值较高的叶菜类，如木耳菜、空心菜、西芹、生菜等，进行春提前、秋延后以及越冬栽培，以达到避免冻害、促进生长、提高产量、延长供应以及反季节上市的目的，经济效益好。喜温耐热的叶用菜，如木耳菜、空心菜等大棚栽培可在9～10月播种，后期实行保温覆盖，提前上市，加上常规栽培，基本上达到周年供应。生菜等喜冷凉但较不耐霜冻的蔬菜，露地最适播种期8月下旬至9月上旬、春季3～4月，若在11月到翌年3月播种，可在大棚内栽培。
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4.塑料大棚常见问题及防治措施
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（1）日烧 初期叶片褪色后变为乳白状，最后变黄枯死。
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（2）落花落果 高温尤其是夜间高温，不但延迟番茄第一花序的雌花分化，而且还会影响雄蕊的正常生理机能，不能正常授粉，引起落花落果。
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（3）影响色素形成 果实成熟期高温危害表现为着色不良。番茄成熟时，温度超过30℃，茄红素形成慢；超过35℃，茄红素难以形成，果实出现黄、红几种颜色相间的杂色果。防止措施：加强通风，使叶面温度下降；遮阳网覆盖，也可用冷水喷雾，降低棚温。
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（4）氨气中毒 当氨气在空气中达到0.1%～0.8%时，就能危害蔬菜，如果晴天气温高，氨气挥发浓度大，1～2小时即可导致黄瓜植株死亡。防治措施：有机肥要充分熟腐施用，化肥要量少勤施。
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三、温室
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（一）根据温室用途或使用目的分类
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1.展览温室
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也称“观赏温室”。一般建立在公园和植物园等公共场所，室内培育与陈列各种观赏植物，供参观欣赏之用。展览温室可以运用高科技手段调控光照、温度、通风、CO2浓度、湿度等环境因素，为温室内部植物生长创造可调控的最佳环境。展览温室一般展示热带、亚热带或其他特殊气候或地域特征的植物种类，如棕榈、龙脑香、仙人掌、天南星、兰花等。通过景观大师的精心设计，温室内景观既可表现专类植物意境，亦可再造自然野生意境，让参观者惊叹于植物的美与奇特。展览温室是进行植物科普教育的基地，也是进行植物资源保护和科学研究的主要场所。
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2.试验温室
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专供进行农业科学研究与教学实习之用，包括进行杂交试验、肥料试验、生理生态试验等科研教育温室、人工气候温室等，这类温室的设计专业性强，要求差异大，必须进行针对性的个性化设计。
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如人工气候室（biotron），是可人工控制光照、温度、湿度、气压和气体成分等因素的密闭隔离设备，又称可控环境实验室。由控制室、空气处理室和环境实验室三部分组成，控制室内装有控制各种因素的调节器和巡测器，调节器指示所需要的各种环境因素的正定值，并根据巡测器连续不断地检测环境实验室的实际值与正定值之间的偏差，自动发出动作信号，分别传递给各种执行机构（如热源、冷源、光源、气体成分控制系统）进行动作；空气处理室内装有空气过滤器、热源、冷源、除湿器、加湿器等设备，这些设备按控制室内调节器的指令动作；环境实验室内装有电光源和监测光、温度、湿度、气体成分等因素的传感器，并与巡测器相连接，将各感应到的实际值传给巡测器转到控制室的调节器上进行偏差识别。按此路线反复循环使环境实验室中的实际值与调节器上的正定值相同。人工气候室常用于研究环境条件对生物生命活动的影响，也可用于某些生物的栽培、驯化、育种等工作。其规模及可控条件则根据需要确定。它不受地理、季节等自然条件的限制并能缩短研究的周期，已成为科研、教学和生产的一种重要设备。
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3.生产温室
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以生产为目的的温室统称生产温室。主要用于蔬菜、花卉、果树的促成栽培，或作为某些不耐寒花卉的越冬场所。根据生产的内容和功能不同，生产温室又有育苗温室、蔬菜温室、花卉温室、果树温室、水产养殖温室、畜禽越冬温室、防雨棚、荫棚、中央结合棚等。
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如荷兰的蔬菜温室，专业化程度高，自动化性能好，生态化要求严。荷兰玻璃温室的总面积超过100万m2，其中用于种植蔬菜的面积为42万m2，由4400家农场经营，每家农场平均拥有玻璃温室9600m2。玻璃温室蔬菜的品种繁多，一般是根据消费市场的需求栽种，其中番茄11万m2，甜椒10万m2，黄瓜8万m2，此外，还有草莓、茄子、生菜、菊苣、西葫芦、甜豌豆等。
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在荷兰，玻璃温室蔬菜都是由专业农场栽培的，一般一个农场只种一种蔬菜，这种选择专一品种的方法可以使种植者集中精力专攻一门，在技术上精益求精，既有助于提高产量，也可以保证蔬菜具有较高的品质。计算机在荷兰蔬菜玻璃温室中发挥了不可忽视的作用，水肥供应，基质、气候、光照、作物育种、种子生产、作物保护、机械作业、内外运输以及分级和包装等方面，都采取相应的自动化控制系统。
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4.繁殖温室
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专供水产、作物繁殖与培育各种花卉、果树、桑树、茶树、林木以及各种农作物幼苗之用，发展工厂化育苗必须具备此类温室。
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5.餐厅温室
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一般餐厅温室需要具备的条件为：智能控制温室、天然环境、生态食品、节能、节水、废弃物循环利用等环保措施。利用温室创造出适合动植物生长的环境，在生态园内展现各个主题的自然物种群落，让人们无需远足便能领略丰富的自然环境。在生态园中，创造异域风情，让人们迅速远离城市喧嚣，在热带雨林、南国风情、江南水乡中，享受着美食的同时享受着自然带来的愉悦。
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6.检疫温室
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也称病虫害检疫隔离温室，专供培养危害农作物的备种害虫、病菌，观察病菌生活习性、危害情况，并进行防治试验；暂养从境外引进作物并进行病虫害检疫消毒和隔离防治等。这种温室一般要求室内为负压，进出温室的人员、物资都要消毒，室内外空气交换要求过滤、消毒。
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（二）根据主体结构建筑材料分类
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1.竹木结构温室
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以硬头黄、兰竹等作为原材料搭建的大棚，竹木结构式温室是大棚建造的原始类型，骨架全部采用竹木建成，也是目前生产上使用较多的大棚。竹木式大棚有利于就地取材，适用范围广，选材容易，造价低，容易建造。东北林区木材资源丰富，建造的大棚全部用木料。江浙一带多采用竹子建成。竹木易腐朽，使用年限一般仅2～3年。这种大棚的跨度一般为8～12m，高2.4～2.6m，长度根据地块决定。由立柱（竹、木）、拱杆、拉杆、吊柱（悬柱）、棚膜、压杆（或压膜线）和地锚等构成。立柱分中柱、侧柱、边柱三种。选直径4～6cm的圆木或方木为柱材。立柱基部可用砖、石或混凝土墩，也可用木柱直接插入土中30～40cm。上端锯成缺刻，缺刻下钻孔，留固定棚架用。拱杆连接后弯成弧形，是支撑薄膜的拱架。如南北延长的大棚，在东西两侧划好标志线，使每根拱架设东西方向，放在中柱、侧柱、边柱上端的缺刻里，把拱架的两端用直径3～4cm的竹竿或木杆压成弧形，若一根竹竿长度不够，可用多根竹午或竹片绑接。拉杆是纵向连接立柱的横梁，对大棚骨架整体起加固作用。拉杆可用略小于拱杆的竹竿或木杆，一般直径为5～6cm，顺着大棚的纵长方向，每排绑一根，绑的位置距顶25～30cm处，要用铁丝绑牢，使之连成一体。覆塑料薄膜后，在两根拱杆之间放一根压膜线，压在薄膜上，使塑料薄膜绷平压紧，不能松动。位置可稍低于拱杆，使棚面成互垄状，以利排水和抗风，压膜线有专用塑料带。压膜线两端应绑好横木埋实在土中，也可固定在大棚两侧的地锚上。在我国南方，在南端或东端设门，用方木或木杆做门杠，门杠上钉薄膜。专家提示：采用塑料大棚育苗时，一般将棚内土地按大棚走向做成宽1.0～1.5m的小厢，每厢需加盖塑料薄膜，盖的方法与小拱棚相同。没有加热设施的大棚，在严寒季节，同样需采用多层塑料膜覆盖保温防冻。
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2.镀锌薄壁钢架温室
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这种大棚是工厂生产的成套产品，以镀锌薄壁钢管为原材料，拱架多由单管对接而成半圆形，拱架之间有拉杆作纵向稳定作用，使用专制的压膜槽、压膜卡来固定薄膜，这种大棚结构合理，抗风力强，使用寿命一般在10年以上。但第一次资金投入较高。
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3.水泥温室
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这种大棚采用浇铸弯曲的水泥拱架构成，每一个拱架有两块水泥预制件在棚中间对接而成。水泥架棚造价比钢架大棚低，使用寿命长，但一般周年固定在菜地，水泥大棚遮光比钢架大棚多，对蔬菜生长有一定的影响。还有一种用水泥架做成棚肩，用竹子架成圆拱的混合型大棚，在实际生产中比较实用。
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水泥温室一般要经过一下几个步骤搭建：
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（1）选址放样 大棚的建造应选择地势较高、地形平坦、交通方便的地方。土质以壤土、沙壤土或黏壤土为主。设置走向宜南北向。单体大棚间距1.5～2m，双排大棚间隔2.5m以上，连栋大棚之间的间隔距离可在单体大棚的基础上再适当扩大。
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（2）安装标准架 按6.2m宽度和所需长度定位，并在两头各留1m余地后，拉线放样，确定基脚线。安装前应先检查水泥骨架，并将预留孔内的残留水泥清理干净后双配对。在基脚线的两头和正中间架三拱骨架作为标准架。在安装标准架时，两边先各挖1个口径为15cm×15cm、深45cm的脚洞，洞底垫半块红砖，再将骨架安装其上，用竹（木）杆交叉稳住拱架，并由棚顶纵向拉一根中线以控制棚高（内空2.2～2.4m）。两端拱架顶上各吊一校准砣，与两头基脚线成垂直状。然后压紧埋实架脚，再将原基脚线向上移至裙膜孔处，作为准线以确定棚的宽度。若棚过长，则需在中间增设标准架。
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（3）搭建棚架 按1.09m间距，两边同时挖好脚洞，垫半块砖，将2片骨架对拱接合，调整高度和宽度到合适位置，再穿入螺丝，适当紧固螺帽，然后将入土架脚埋压紧实，并在连杆连接前用竹（木）杆交叉撑稳拱架，避免晃动和倾斜。装配时，应边挖脚洞，边安棚架。当棚架架起四五拱后，用14#铁丝将连杆与架孔扭紧扎牢，先连棚顶，边架边连。要求拱架始终与地面垂直，切忌向一方倾斜。棚架整体连接后，两头用构件和螺丝连接4根预制的拱头向内顶住棚架。折叠门与中间拱头连接。拱头脚部需用混凝土浇灌固定，以增加撑力。
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（4）覆盖薄膜 先牵裙膜，裙膜上方与尼龙绳一起缝合成圆筒头状，用绳索将尼龙绳、裙膜与拱架连接处用布或塑料包裹平整，两头各留出3m左右长膜覆盖两端，再将顶膜拉开覆盖整个棚顶，并将两头棚膜拉紧实后，再在每拱中间各拉一根压膜带。在拉紧压膜带时，注意先中间后两边，间隔均匀，松紧一致，带、膜与连杆之间稍留间隙。固定压膜带可用8#铁丝，拴固在拱脚架预留孔处，也可就地钉木桩拉紧。
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（5）折叠门 安装在大棚一头中间两根拱头的连接螺丝上，门膜用压条和螺丝紧固。使用时，开门，向上翻折；关门，直接放下。
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4.其他材料温室
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由于新型建材不断出现，采用这些材料做承力结构的温室不断涌现，如钢塑复合材料塑料大棚、玻璃纤维增强水泥骨架日光温室等。
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（三）根据温室透光覆盖材料分类
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1.塑料温室
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塑料温室指透光塑料材料为覆盖材料的温室，包括塑料薄膜温室和硬质板塑料温室。塑料薄膜温室造价较低，前期投入较少，但由于薄膜老化等原因，存在定期更换薄膜的问题，所以后期会有持续投入。北方地区多为双层充气膜，透光率（双层）75%左右；南方地区多采用单层膜，透光（单层）80%左右。
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大型连栋式塑料温室是近十几年出现并得到迅速发展的一种温室型式。与玻璃温室相比，它具有重量轻、骨架材料用量少、结构件遮光率小、造价低、使用寿命长等优点，其环境调控能力基本可达到玻璃温室的相同水平。
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塑料温室用户接受能力在全世界范围内远远高出玻璃温室，成为现代温室发展的主流。
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（1）总体尺寸 塑料温室在不同国家有不同的结构尺寸。总体而言，通用温室跨度6～12m，开间4m左右，檐高3～4m。以自然通风为主的连栋温室，在侧窗和屋脊窗联合使用时，温室最大宽度宜限制在50m以内，最好在30m左右；以机械通风为主的联栋温室，最大宽度可扩大到60m，但最好限制在50m左右。从农业机械操作方便的角度来讲，温室的长度最好限制在100m以内，但没有严格的要求。
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（2）主体结构 塑料温室主体结构一般都用热浸镀锌钢管作主体承力结构，工厂化生产，现场安装。由于塑料温室自身的重量轻，对风、雪荷载的抵抗能力弱，所以对结构整体的稳定性要有充分考虑，一般在室内第二跨或第二开间要设置垂直斜撑，在温室的外围以及屋顶也要考虑设置必要的空间支撑。最好有斜支撑（斜拉杆）锚固于基础，形成空间受力体系。塑料温室主体结构至少要有抗8级风的能力，一般要求抗风能力达10级。主体结构的雪荷载承载能力要根据建设地区实际降雪条件和温室的冬季使用情况确定。在北方使用，设计雪荷载不宜小于0.35kN/m2。对于周年运行的塑料温室，还应考虑诸如设备重量、植物吊重、维修等多项荷载因素。
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2.玻璃温室
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玻璃温室是以玻璃为透明覆盖材料的温室。玻璃温室外观现代、新颖，结构稳定，视觉流畅，透光率极强，可高达90%以上，抗风雪能力强。
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基础设计时，除满足强度的要求外，还应具有足够的稳定性和抵抗不均匀沉降的能力，与柱间支撑相连的基础，还应具有足够的传递水平力的作用和空间稳定性。温室底部应位于冻土层以下，采暖温室可根据气候和土壤情况考虑采暖对基础冻深的影响。一般基础底部应低于室外地面0.5m以上，基础顶面与室外地面的距离应大于0.1m，以防止基础外露和对栽培的不良影响。除特殊要求外，温室基础顶面与室内地面的距离宜大于0.4m。通常采用砌体结构（砖、石），施工也采用现场砌筑的方式进行，基础顶部常设置一个钢筋混凝土圈梁以安装埋件和增加基础强度。钢结构主要包括温室承重结构和保证结构稳定性所设的支撑、连接件、坚固件等。
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我国目前玻璃温室钢结构的设计主要参考荷兰、日本和美国的设计规范进行，但在设计中必须考虑结构强度、结构的钢度、结构的整体性和结构的耐久性等问题。
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（四）根据温室是否连跨分类
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1.单栋温室
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单栋温室长度不受限制，但跨度只能有一跨，故又称单跨温室，塑料大棚、日光温室等都是单栋温室，其特点是单位设施面积的建设投资最低，但温室的加温和通风系统投资较高；单栋温室比连栋温室要占用更多的土地，因为每个温室间要流出空间；当遇到病害或者虫害时，单栋温室比较容易隔离。
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2.连栋温室
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连栋温室是将多个双屋面的温室在屋檐处连接起来，去掉连接处的侧墙，加上檐沟构成。连栋温室土地利用率高，内部空间大，便于机械作业和多层立体栽培，适合工厂化生产，天沟处既是一个拱或坡的结束，同时又是另一个拱或坡的开始。每一个温室单元称为一“跨”。连栋温室有多种类型，包括人字形等坡屋面温室、拱形/哥特式温室、锯齿形温室、文洛型温室和开敞屋面温室等。
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（1）人字形屋面温室 人字形屋面温室也称等坡面温室，屋面中部为尖顶，两边斜坡长度相等，它代表了传统的温室结构设计。人字形屋面温室的屋架是一个焊接或者用螺栓连接成的加长的A字形桁架，檩条等其他构件顺着屋面坡度和屋架垂直布置。
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人字形屋面坡度是冬季采光的适宜角度，而且还能减少覆盖材料表面结露的影响，并有利于积雪下滑。人字形尖顶还增加了室内空气的体积，这使得室内温度波动较小，环境控制更加容易，更加适合作物生长，并且提高了室内的舒适性。
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由于人字形屋面温室的层面﹑侧墙和山墙都很容易开窗，因此这种温室的种植者和零售商通常选择自然通风。当然，机械通风的安装也很简单。人字形屋面的覆盖材料可以是聚碳酸酯板﹑丙烯酸有机玻璃板﹑玻璃以及不锈透明保温材料（在工作区域或零售区域上方使用）。双层塑料膜很少用在人字形屋面温室上。
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（2）拱形/哥特式温室 最经济的温室结构是拱形温室，主要功能是增温、保温和防雨。拱形温室屋面为简单的曲线。不同公司建造的拱形温室有所不同，有些公司采用桁架屋面梁结构，有的在天沟下部设置屋面托梁。拱形屋面的坡度使温室内能获得较高、均匀的光照，并且还可以减少内表面产生的结露。温室透光材料的选择包括双层塑料膜、聚碳酸酯板和玻璃，可采用自然通风或机械通风。
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（3）锯齿形温室 锯齿形温室是指在天沟以上的屋面有一部分为垂直面。根据温室制造商的不同，有些锯齿形温室的屋面是弧形的，也有的是斜坡面的。温室屋面垂直部分上的立窗位于温室的最高点，室内热空气上升并通过立窗与室外空气交换，可以达到最好的自然通风效果，因而锯齿形温室通常采用自然通风。当需要加热时，关闭垂直立窗上的百叶窗或卷膜。当天沟里有积雪时，温室屋面的立窗位置可使温室仍能进行通风和除湿操作。
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（4）“文洛”型温室 “文洛”型温室来源于荷兰，是一种小屋面玻璃温室，标准跨度6.4m（也有的9.6m、10.8m），开间均为4.0m，檐高4.0m，每跨两个小屋面，小屋面直接支撑在桁架上，屋面角26.5°，覆盖材料有4mm的园艺专用玻璃、双层或三层中空PC阳光板以及单层波浪板。玻璃的特点是透光率高，一般可达到92%；PC阳光板的透光率一般比玻璃低10%，但保温性能比玻璃提高一倍，抗冲击性好，同时成本比玻璃温室高30%。玻璃主要用在跨度为6.4m的温室，即每个小屋面跨度为3.2m、高度为8m；PC阳光板主要用在跨度为9.6m和10.8m的温室，PC板的主要材料是聚碳酸酯，用PC板可加大内部的作业空间，同时每跨的小屋面数仍保持2个，为保证屋面角，相应的屋面高度也由原来的0.8m提高到了1.2m和1.35m。
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“文洛”温室的最大特点是透光率高，因屋面在26.5°时阳光入射最多，再加上其减少、缩小温室屋面构件尺寸，采用小截面铝合金型材，大大减少了承重构件的遮光，同时它的钢材用量小也是其一大特点，温室总体用钢量小于5kg/m3。“文洛”型温室降温主要是依靠温室屋面开窗，利用自然通风降温，让热空气从顶部散出，它以每个小屋面的屋脊为界线左右交错式对开天窗，通过齿轮齿条整体传动控制，每个天窗的长度为1.5m，宽0.8m，通风窗比18.75%（即屋面开窗面积与地面面积的比率）。当覆盖材料选用PC中空板时，为了增加温室通风窗比，屋面采用通长天窗，宽度可达到1.0～1.2m，这样通风窗比可达到37%以上。因荷兰的气候条件属温带海洋性气候，所以无需加温设备，主要通过内部遮阳网保温。保温遮阴幕有反射温室内红外线外逸的作用，可减少热量散失，提高温室内温度，在夏季可起到遮挡阳光、减低温室内温度的作用；同时又有防止湿气外逸、保持室内湿度的作用。
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（5）开敞屋面温室 全开敞屋面温室有两种基本类型，即收叠式开敞屋面温室和铰接式开敞屋面温室。这两种温室又各有两个不同的设计。
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幕布收叠式开敞屋面温室，其屋面采用加强聚乙烯或编织的多孔聚乙烯等柔性覆盖材料。这些覆盖材料采用挂钩悬挂在驱动线上，用电机带动展开或收拢。该温室采用管式电机卷动屋面塑料薄膜，薄膜覆盖可以是一层或双层。采用双层薄膜覆盖时，在温室屋面密封时可在双层膜之间充气，形成双层充气温室。
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铰接式开敞屋面温室采用“文洛”型温室的结构形式（即每跨多个屋脊），通常覆盖硬质材料，比如玻璃﹑聚碳酸酯板或丙烯酸有机玻璃等。虽然可以选择双层塑料膜作为透光材料，大多数种植者还是选用了使用寿命更长、更持久的玻璃作为覆盖材料，因为这类温室的成本相对较高。
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（五）根据屋面采光面多少分类
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1.单屋面温室
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屋面以屋脊为分界线，一侧为采光面，另一侧面为保温屋面，并具有保温墙体的温室。单屋面温室一般为单跨，东西走向，坐北朝南。由于单屋面日光温室方位多为坐北朝南东西延长，再加上后部有后墙和保温好的后屋面，两侧有山墙，前屋面在夜间外加草苫、保温被等防寒覆盖物保温，其采光和保温性能均较好，是我国温室的主要类型。
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温室玻璃的角度是决定光量进入温室多少的关键，植物得到充足的光和热是获得丰产最根本的能源。一般高纬度地区温室角度都较大，低纬度地区较小，如北京单屋面一面坡式为22°～25°，济南20°左右。有人主张角度要大一些，冬季光照好，但屋脊过高，栽培面积减小。也有人主张栽培面积大一些、温室低些、结果角度小、冬季光照差。
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2.双屋面温室
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屋脊两侧均为采光面的温室，又称全光温室。连栋温室基本为双屋面温室。
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（六）其他分类方式
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1.根据室内温度分类
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（1）高温温室 室内温度冬季一般保持在18～36℃，主要用于种植原产热带地区的植物，如北方地区的热带雨林温室（室内主要种植喜高温高湿的热带雨林植物）﹑高温沙漠温室（室内主要种植高温干旱地区的仙人掌类植物）等。
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（2）中温温室 室内温度冬季一般保持在12～25℃，主要用于种植热带雨林与亚热带连接地带和热带高原原产植物。
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（3）低温温室 室内温度冬季一般保持在5～20℃，主要用于种植亚热带和温带地区的原产植物。
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（4）冷室 室内温度冬季一般保持在0～15℃，主要用于种植和贮藏温带以及原产地区而作为盆景的植物。
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2.根据温室的加温方式分类
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（1）连续加温温室 配备采暖设施，冬季室内温度始终保持在10℃以上的温室。这种温室必须始终有人值班或有温度报警系统，以备在加热系统出现故障时能及时报警。此外，温室屋面材料的热阻值R必须小于0.35（m2·K）/W。
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（2）不加温温室 不配备采暖设施的温室为不加温温室。
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（3）临时加温温室 配备采暖设施但不满足连续加温温室条件的温室为临时加温温室，或称间断（间歇）加温温室。
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这种分类不仅仅为了区分温室是否配备了采暖设施，同时也是为了便于温室屋面雪荷载的计算。
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四、植物工厂
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（一）植物工厂的意义与特征
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传统的露地栽培作物受到自然条件的严重影响，作物生产过程受到光照度、日照长短、降雨多寡、病虫害以及连作障碍等许多因素的困扰，使作物的生育期、产量以及品质等无法或难以进行估计和控制。近几十年来，许多的设施栽培技术应运而生，例如，遮阳网覆盖栽培技术、小拱棚、水平棚、日光温室、单栋及连栋拱形塑料大棚、玻璃温室及这些设施内使用的各种无土栽培设施等，这些设施的采用是为了达到能够防雨、防虫、防病、保温、降温和改善养分和水分的目的，从而使作物产量得以提高，品质得以改善。但在设施内，夏季高温多湿常导致作物生长早衰，品质降低，而且在设施内的环境不仅利于植物生长，而且也同样利于病虫害生长，所以在设施栽培中一旦发生病虫害，其蔓延速度比露地栽培更快、更迅猛，防治起来也更加困难。同时，设施内常因种植品种单一、复种指数很高而容易产生土壤的连作障碍（无土栽培没有这个问题）。这些因素都困扰和限制了设施栽培面积扩大以及经济效益提高。现将传统的土壤栽培、目前大量应用的设施栽培和代表未来农业的植物工厂在生产上进行一些比较（表1-2）。
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表1-2 露地栽培、设施栽培和植物工厂作物生产的比较
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（二）植物工厂的主要设备与特征
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1.育苗设备
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在植物工厂内依据其栽培作物的种类与栽培方式不同，所采取的育苗播种手段也不同，有些是采用工厂化穴盘育苗精量播种生产线来完成作业。主要工艺过程：基质筛选→混拌→提升装料→穴盘装料→刷平→压穴→精量播种→刷平→喷水等。
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2.收获设备
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在传统农业方式中，收获往往是很费工费时的作业，而且常常会由于作业者操作不慎造成产品受伤，影响商品率。植物工厂属于省力型农业，在生产流程的各个环节，都尽可能采用自动化或半自动化作业方式，其收获过程也经常通过机械装置来完成。
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3.包装设备
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随着农作物种类不断增加和市场需求的扩大，产品采后加工包装商品化技术发展迅速，如蔬菜果品清洗机、叶菜捆扎机、果菜类包装机等都已开发出来。
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4.预冷、贮藏设备
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新鲜果菜采收后仍在进行呼吸和蒸发，释放出呼吸热，致使果菜周围的环境温度迅速升高，成熟衰老加快，其鲜度和品质也随之明显下降。所以，必须在果菜采收后的最短时间内在原料产地将其冷却到规定的温度，使果菜维持低生命水平，延缓衰老，这一冷却过程称之为预冷。气调库贮存的产品需采用整进整出的进出库方式，对大批量、长时间贮存的果蔬（如反季节销售产品）用专用气调冷藏库贮存，易于对贮存环境进行气体成分检测和调控。但由于气调库房比普通冷库构造复杂，需增加气调成套设备，因此造价高、运行成本大。
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第二节 设施结构
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一、简易设施及中小棚的结构
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（一）简易设施的结构
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1.小风障
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在栽培畦北侧垂直竖立高1～2m的芦苇或细竹竿等，辅以稻草、谷草等材料挡风。其结构见图1-8。
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图1-8 小风障
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2.简易风障和完全简易风障
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简易风障只设置一排篱笆，高度1.5～2.0m，防风效果较差。完全简易风障（或称迎风障）由篱笆、披风、土背3部分组成，高2～2.5m，并夹附高1.5m的披风，披风较厚，基部用土培成30cm高的土背，春季防风的有效范围大约10m。其结构见图1-9、图1-10。
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图1-9 简易风障
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图1-10 完全简易风障
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3.抢阳畦
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抢阳畦北框高35～60cm，底宽30cm左右，顶宽15～20cm；南框高20～40cm，底宽30～40cm，顶宽30cm左右；东西侧框与南北两框相接，厚度与南框相同，畦面下宽1.66m，上宽1.82m，畦长6m（或其倍数），做成连畦。其结构见图1-11。
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图1-11 抢阳畦
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4.玻璃改良阳畦
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玻璃改良阳畦的后墙高0.9～1.0m，厚40～50cm，山墙脊高与改良阳畦的中柱相同；中柱高1.5m，土棚顶宽1.0～1.2m，跨度3～4m，东西山墙北高南低，每3～4m长为一间，每间设一个立柱，立柱上加柁，上铺两根檩（檐檩、二檩），檩上放秫秸，抹泥，然后再放土，前屋面晚上用草帘保温覆盖。其结构见图1-12。
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图1-12 玻璃改良阳畦
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（二）中小棚的结构
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1.塑料小棚
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跨度1.2～2m，高1m，结构简单，取材方便，类型多种。其结构见图1-13。
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图1-13 塑料小棚结构示意图
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（1）拱圆形 棚型为半圆形，如棚向东西延长，一般长10～30m，便于通风管理，北部夹设风障则成为风障小拱棚，用聚氯乙烯膜较好，以免发生棚温逆转。适合多风、少雨、有积雪的地方。（建设实例：用8#线、竹劈或柳条等插成拱架，每棚扣2垄，垄距50～70cm（或1m宽的畦），拱架间距50～60cm，使用1.8～2m宽的膜，8#线等长2～2.2m，两端插入土中各15cm，小棚长以10m为宜，便于通风管理。）
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（2）半拱圆形 棚向东西延长，北面有1m左右高的土墙，南侧为半拱圆的棚面或面坡式棚面。一般为无柱棚，但如果跨度超过2m，中间可设1～2排立柱，以支撑棚面及覆盖防寒的草帘。
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（3）双斜面棚 棚面成屋脊形，适于风少多雨的地区。小棚必须坚固、抗风，建造省工、省料，保温透光，并有一定空间和面积，便于栽培和管理。
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2.塑料中棚
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塑料中棚一般高1.5～1.8m，跨度4～6m；有竹木和钢筋结构，人可以在棚内操作。其结构见图1-14。
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图1-14 活动中棚示意图
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钢结构的中棚又可分固定式和活动式两种：
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（1）固定式 高1.5～1.8m，跨度4～6m。
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（2）活动式 高1.2～1.5m，跨度4～6m，钢筋骨架，可移动，方便，有外覆盖，保温好。
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中棚性能比小棚好，但次于大棚，适合育苗、扣韭菜、绿叶菜类及茄果类栽培，小气候变化规律与小棚相似。
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二、日光温室的结构
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（一）日光温室的结构要求与主要参数
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1.日光温室的建筑要求
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日光温室是适合在冬季寒冷地区但太阳光充足的地方反季节种植经济作物的一种高效节能农业设施。对日光温室的理论要求是：①具有角度良好的采光屋面，能够最大限度透过阳光；②保温和蓄热能力比较强，能够最大限度地减少温室散热；③温室结构及其所有构件应符合GB50205、GB502043和NY/T1145的规定，具有抵抗纵横方向挠曲、振动和变形，使温室安全稳固；④要方便环境控制和农业操作。
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2.日光温室的主要参数
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（1）前屋面角，是由前屋面最高点，到其前坡着地点处所连直线与水平地面的夹角（a）；
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（2）太阳高度角，是太阳光线与水平面的夹角（b）；
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（3）太阳入射角，是太阳光线与前屋面垂直法线的夹角（c）；
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（4）后坡角，是后屋面内侧与水平面之间的夹角（d）；
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（5）跨度，是后墙内则到前屋面骨架基础内侧的距离（L）；
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（6）前屋面垂直投影的距离（L1）；
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（7）后屋面垂直投影的距离（L2）；
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（8）脊高，是前屋面棚架前支点水平后延平面到屋脊的垂直距（H）；
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（9）后墙高度，是基准地面到后坡基面的垂直距离（h）。
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图1-15 日光温室的结构主要参数
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（二）日光温室结构参数优化
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1.温室跨度
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指从温室北墙内侧到南向透明屋面底角间的距离。温室跨度以6～8m为宜，北纬40°以北地区可适当小些，以南地区适当大些。
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2.温室高度
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温室高度是指温室屋脊到地面的垂直高度。跨度6～7m的日光温室，在北纬40°以北地区，高度以2.8～3.0m为宜，在北纬40°以南地区，高度以3.0～3.2m为宜。
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3.温室前、后屋面角度
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前屋面（又称前坡）角度指温室前屋面底部与地平面的夹角，这个角度对透光率影响很大，在一定范围内，增大前屋面与地面夹角可增加温室的透光率。北纬32°～43°地区，保证冬至日光温室内有较大的透光率，温室前屋面角度应确保20.5°～31.5°。日光温室后屋面角度（后坡角）是指温室后屋面与后墙顶部水平线的夹角。后屋面角度以大于当地冬至正午时刻太阳高度角5°～8°为宜。北纬32°～43°地区，后屋面仰角应为30°～40°。
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太阳高度相对温室在一天内早晨、中午、下午的位置变化见图1-16。
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图1-16 太阳高度相对温室在一天内早晨、中午、下午的位置变化
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4.温室墙体和后屋面的厚度
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在设计建造日光温室墙体和后屋面时，除了要考虑承重强度外，还要考虑建筑材料导热、蓄热系数和足够的厚度。墙体最好是内层采用蓄热系数大、外层采用导热率小的异质材料，如内侧石头或砖墙，外侧培土或堆积秸秆、柴草等，有条件可采用空心墙或珍珠岩、炉渣、聚苯板等夹心墙，也称为异质复合墙体。江淮平原、华北南部厚度在0.8～1.0m为宜，华北平原北部、辽宁南部总厚度多为1.0～1.5m为宜，黑龙江省厚度以1.8～2.2m为宜。
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5.后屋面水平投影长度
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由于温室后屋面常采用导热率低的不透明材料，而且较厚，因此其传热系数远比前屋面小。后屋面越长，晚间保温越好。但后屋面过长，冬季太阳高度角较小时，就会出现遮光现象而使温室后部出现大面积阴影，影响作物的生长发育。另外，后屋面过长也会使前屋面采光面减小，透光率降低。据计算在北纬38°～43°地区，温室高度3.0～3.5m、后坡投影1.0～1.6m为宜。
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（三）常见日光温室
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1.一坡一立式日光温室
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此种温室的特点：前屋面为斜面，下部为一小立窗，后屋面短，但其采光性能不如半拱圆形，而且前屋面塑料薄膜不易绷平压紧，因此生产上应用逐渐减少。该日光温室的基本结构尺寸与形状是随着社会经济、科学技术与社会需求的不同而变化的。20世纪30年代辽宁省的鞍山、瓦房店和海城等地出现了一坡一立式日光温室（图1-17）。这是因为当时尚无塑料薄膜，使用玻璃作为采光材料决定了其屋面形状为折面。这种结构曾在辽宁、山东、宁夏、河南、河北、新疆等地大量推广。
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图1-17 一坡一立式日光温室
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2.半拱圆形竹木结构日光温室
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包括短后坡高后墙砖混复合墙体竹木结构日光温室（图1-18）和短后坡高后墙夯实土墙竹木结构日光温室（图1-19）。短后坡高后墙夯实土墙竹木结构日光温室缩短后屋面，增加了前屋面长度，提高了后墙和中脊高度，因此采光面积加大，透光量显著增加，尤其是显著增加了后墙下面的光照，在春末、夏初温室后部栽培床面也能照射到直射光，从而提高了温室内的土地利用率。但因后墙加高，后坡缩短，用料及用工量加大，夜间保温能力降低。不过白天的透光量增大，会弥补夜间保温能力下降的缺点。
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图1-18 短后坡高后墙砖混复合墙体竹木结构日光温室
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3.地窖式日光节能温室
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地窖式日光节能温室的基本剖面结构采用钢竹混合结构建造，长100m，跨度10.5m，脊高5.2m。
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图1-19 短后坡高后墙夯实土墙竹木结构日光温室
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（1）温室方位 温室建造方位选择坐北朝南，纬度37°以北地区偏西南，纬度30°～35°地区在偏东南方向，纬度35°～37°地区正南方向。无论偏东偏西，均为偏5°～8°为宜，最大偏向不超过10°。
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（2）棚面角度 冬至正午大棚采光斜面上太阳光投射角度56°（太阳入射角度为34°）为设计参数来确定大棚的棚面角度。如图1-20所示，∠D是大棚采光斜面上太阳光投射角，为56°，∠C是大棚采光斜面上太阳光射角34°。无论在哪个地区，大棚采光斜面上冬至正午时的太阳光投射角度都应是56°。∠A是棚面角度，∠A=56°-∠B[∠B=90°-当地纬度+赤纬度（冬至正午时的太阳角度）]。北半球冬至时的赤纬度为-23.5°。温室当地纬度为37°，∠B=90°-37°+（-23.5°）=29.5°，∠A=56°-∠B=56°-29.5°=26.5°。这样的温室棚面角度设计采光性好，升温快。
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图1-20 温室棚面角度设计
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（3）墙体厚度 以容积热容量较大的生土为温室墙体材料。墙体厚度由本地区的寒冷程度而定，墙体的最小厚度为当地最大冻土层厚度+50cm。墙体用挖取耕作层以下的生土碾压而成。之所以选用生土筑成而不用砖或石块砌成，是因为土的容积热容量较大，而砖、石的容积热容量较小。干土容积热容量是空气的2000倍，白天墙体吸收的热量在夜间向棚内释放，1m3土墙释放1℃的热量，可使棚内2000m3空气升温1℃，储热保温性能良好，故温室效应好。
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（4）墙体高度 温室内后墙高4～4.2m，脊高5.2m，室外后墙高2.6～2.8m，地面下挖1.4～1.6m。由于墙体增高，温室体积增大，采光面积增大，不仅提高了温室的热效应，改善了温室通风透光性，而且也方便菜农在温室内作业。
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4.改良型冬暖半地下式温室
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棚面角度设计采光屋面参考角平均角度为26.3°，后屋面仰角45°左右。距前窗檐11m处的切线角度为19.1°，距前窗檐垂直地面点11m处的切线角度为24.4°。总体结构（图1-21）：设计温室总宽度17m，内部南北跨度11m，后墙外墙高3.5m，后墙内墙高4m，后墙下体厚6m，上顶宽2m。两边侧墙的尺寸与后墙一样。走道兼水渠设在棚内最北侧，宽0.8m，种植区宽10.2m。日光温室的长度以100m为标准，也可按地块的实际长度而定，一般以80～100m为宜。后墙体设计：后墙体用打土墙最为经济适用，而且对棚温的缓冲能力较强。
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图1-21 冬暖式抗风雪实用温室剖面图（立柱钢管结构）
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半地下式日光温室的性能和优点：
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（1）增加了棚内地温 实践证明，50～120m深度半地下式温室，比平地栽培地下10m地温要高2℃～4℃。
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（2）抗倒塌 后墙和两侧墙都是外坡形，抗倒塌，尤其是在外坡再盖一层废旧塑料膜后，能有效防雨水淋冲，防倒塌，延长大棚使用年限。
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（3）增加了温室空间 有利于高秧作物生长和立体栽培。
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（4）有利于二氧化碳储存 温室空间增大，相对空气中的二氧化碳就多，有利于作物生长，达到增产的目的。
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5.新疆阿克苏改进温室
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结合日光温室建设标准与当地的环境条件，优化后的温室（图1-22）结构参数：温室长度60m，方位角为南偏西5°，跨度7.5～8.0m，脊高3.3～3.6m，后墙前2.0～2.2m，后墙厚1.5～2.0m，后墙为砖混结构，拱架为全钢架，前屋面仰角28～30°，后屋面仰角40～45°，覆盖棚膜材料为EVA，后屋面厚度80～100cm，后屋面材料为椽子、塑料膜、稻草、干土、草泥。改进后的温室环境参数：空气温度平均值18.5℃，最低值8.5℃，平均出现时刻9时50分；地温平均值12.5℃，最低值9.5℃，平均出现时刻10时25分；光照平均值4.2万lx。按优化设计改进后的温室能够满足喜温作物及强光性作物对温室环境参数的要求。
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图1-22 新疆阿克苏改进温室（单位：mm）
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6.达坂城地区防风抗冻型日光温室
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温室（图1-23，表1-3）长60m，跨度7m，方位角为南偏西8°～10°，总造价15万元；前屋面采用焊接式钢骨架，上拱为Ф32×2.5钢管，下拱为Ф20×2.5钢管，拱间距1m，共有61副拱架，均布3道Ф25×2.5横向连接杆；后墙采用内外240砖砌体中间夹层120mm填充压实秸秆，密封组成的砖混异质复合墙体，该墙体高度2.2m，墙体厚度600mm，适用于新疆干旱少雨地区，保温蓄热效果明显；温室后屋面厚度0.5m，由石棉瓦、稻草、苯板、炉渣、油毛毡、水泥构成。前屋面安装5道卡膜槽及卡簧，用于固定棚膜；前屋面每间隔1m安装一道压膜线，压膜线地锚及前屋面底脚预埋件采用400mm×400mm混凝土条形基础，前屋面底脚基础处温室长度方向预埋50mm×600mm苯板作为防寒沟。
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图1-23 达坂城防风抗冻型日光温室剖面简图
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表1-3 防风抗冻型日光温室结构参数序号结构参数取值
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7.钢木结构日光温室
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在20世纪80年代后期，随着农村经济的逐步改善，日光温室的采光前屋面用钢筋或钢管焊制成桁架式拱形结构作为承力骨架，其间套用竹片支撑塑料薄膜，不设中柱，后屋面与竹木结构相同，如图1-24所示。为了节省钢材，对前屋面承重结构的做法有多种形式，应用较多的是两桁架式，拱间距3m左右，中间设3道竹片骨架。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。和竹木结构相比，此类温室的结构可靠性和稳定性得到大幅度提高，生产可操作性得到改善，土地利用率也有所提高，因而得到更大面积的推广应用。但由于其跨度较小（≤6m），室内热容小，使得温室温度保持性不足，室内环境稳定性差。另外，钢木套用结构强度仍然不能抵御较大的自然灾害，2006年晚春和2008年早春大雪中压垮的温室大多是这一种。
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图1-24 钢木结构日光温室（单位：m）
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8.大跨度半地下式
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温室下挖1.0m，总宽15.4m，后墙外墙高3.4m，山墙顶部4.7m，墙下体厚4m，墙上体厚1.5m，走道加水渠宽0.6m，种植区宽10.8m。结构为土压墙体，钢筋竹竿混合式拱架。如图1-25所示。
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图1-25 大跨度半地下式日光温室结构示意图
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立柱6排，第一排立柱（后墙立柱）长6.1m，地上部高5.3m，至第二排立柱距离1m。第二排立柱长6.3m，地上部高5.5m，至第三排立柱距离2.0m。第三排立柱长6.1m，地上部高5.3m，至第四排立柱距离2.6m。第四排立柱长5.3m，地上高4.5m，至第五排立柱距离2.8m。五排立柱长4.0m，地上高3.2m，至六排立柱距离3.0m。六排立柱（前立柱）长1.8m，地上部高1.0m。
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采光屋面平均角度23°左右，后屋面仰角45°。前立柱与第五排立柱连线之间、与地面之间的夹角，第五排立柱与第四排立柱之间的连线和地面之间的夹角，第四排立柱与第三排立柱连线与地面之间的夹角，分别是36.3°、24.9°和17.1°。浇足水，以确保建墙质量。每层的上土厚度是保证墙体质量的重要保障，在湿度合适的情况下，地平面以上墙体高度为3.4m，一般需要8～10层土，每层土都要反复碾压，轧一层用挖掘机再抓一层土。如此反复，一直把墙体碾轧到要求的高度。把反复压实的墙体雏形用推土机将上口推平，后墙体外墙高度为3.4m。沿墙内侧先划好线，用挖掘机切去多余的土，随切随平整地面。墙体后坡形成自然坡。墙体建成后，墙基4.0m，上口宽1.5m。东西山墙也按相同方法切好，两山墙顶部靠近后墙中心向南2.4m处再起高1.3m，建成山墙山顶。山顶向南0.6m、2.6m、5.2m、8.0m处分别高度为4.5m、4.3m、3.5m、2.2m，使山顶以南呈拱形面。切完后形成半地下式温室，温室地面低于地平面1.0m，反复整平温室地面后，阳土回棚。墙体内侧的多余墙土要切齐，为使墙体牢固，内侧墙面与地面要有一个倾斜角，一般轻壤土80°倾斜角较为适宜，沙壤土可掌握75°～80°倾斜角。温室地平面用旋耕犁旋耕1～2次后整平、整细。后墙的外侧采用自然坡形式，坡面要整平。
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9.大跨度无支柱金属桁架结构
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20世纪90年代后期，随着农村经济的大幅度提高，以及人们对日光温室研究的不断深入，日光温室采光前屋面和后屋面承重拱架做成整体式金属桁架结构，前屋面采光承重段为抛物线流线形，后屋面做成直线形，跨度为8～10m，最大可达12m，室内无支柱，后屋面角>40°，肩部前屋面角>60°。墙体多为砖混结构，也可为土墙。如图1-26所示。由于其良好的温室生产环境性能、可靠的生产稳定性、宽敞的生产操作空间、更强的抵御自然灾害能力和较长的使用寿命，在北方地区推广应用很普遍。
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图1-26 大跨度无支柱金属桁结构日光温室
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10.琴弦式日光温室
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该温室净跨7.1m，脊高3.1m，后墙高2.3m，骨架采用木骨架，每3m设一直径50～70mm的钢管作为加强梁。骨架上每400mm拉一道纵向8#线固定于两侧山墙外侧的地锚上。如图1-27所示。
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图1-27 琴弦式日光温室剖面示意图
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11.海城新Ⅱ型日光温室
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该温室净跨6.0m，脊高2.1m，后墙高1.1m，骨架采用每隔3道竹拱架，间隔2.8m设一道钢拱架（上弦杆为6分钢管，下弦杆为直径10～12mm的钢筋，腹杆为直径8～10mm的钢筋）。便于利用小拱棚、中棚、保温幕等形式进行多重覆盖，保温性能增加。如图1-28所示。
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图1-28 海城新Ⅱ型日光温室剖面示意图
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12.鞍Ⅱ型日光温室
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其结构如图1-29，该温室前屋面为钢架结构，无立柱，后墙为砖与珍珠岩组成的异质复合墙体，后屋面为复合材料。采光、增温和保温性能良好，便于作物生长和人工作业。鞍Ⅱ型日光温室6.0m，脊高2.7m，后墙高1.8m，骨架采用钢骨架间距850mm（上弦杆为直径16mm的钢筋，下弦杆为直径10mm的钢筋，腹杆为直径8～10mm的钢筋）。骨架间采用系杆连接。后坡由下到上为钢骨架、木板、两层草毡中间夹一层旧薄膜、整捆稻草或玉米秸；后墙从内向外为120mm厚黏土砖墙，120mm厚空气间层或添珍珠岩，240mm厚黏土砖墙。光照比原鞍Ⅱ型日光温室增加9%～21%，增强了温室白天增温能力，但其空间小，昼夜温差大。
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图1-29 鞍Ⅱ型日光温室结构图
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13.改进冀Ⅱ优型节能日光温室
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跨度8.0m，脊高3.65m，后墙高度2.5m，后水平投影长度1.5m，墙体内外侧为砖墙37cm，内填12cm厚的珍珠岩。骨架为钢管和钢筋焊接成的桁架结构。此类型温室在华北地区应用较多，最低温度在10℃以上。如图1-30所示。
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图1-30 改进冀Ⅱ优型节能日光温室
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14.辽沈Ⅰ型日光温室
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温室跨度7.5m，脊高3.5m，后屋面仰角30.5°，后墙高度2.5m，后坡水平投影长度1.5m，墙体内外侧为砖墙37cm，中间夹9～12cm的苯板。后屋面也采用聚苯板等复合材料保温，拱架采用镀锌钢管，配套有卷帘机、卷膜器、地下热交换等设备。在北纬42°以南地区冬季可不加温生产。
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辽沈Ⅰ型日光温室剖面图如图1-31所示。其温室特点：①在北纬42°及其以南地区，冬季晴天最冷日室内外温差达30°，正常年份基本不加温（连阴天和极冷天少量加温）可越冬进行蔬菜生产；②优化剖面形状，冬至时室内后墙、后坡无光照死角，总进光量比传统温室增加5%～10%，平均温度比普通传统温室提高3°～5°；③室内无柱，可利用空间比普通生产温室增加30%，便于机械作业及多层立体栽培。
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图1-31 辽沈Ⅰ型日光温室
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15.辽沈Ⅱ型（经济型）日光温室
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辽沈Ⅱ型（经济型）日光温室剖面几何参数与辽沈Ⅰ型7.5相同。平、剖面图如图1-32所示，采用一体式落地骨架，后墙采用了轻质墙体，在每榀骨架下设置混凝土独立基础，建筑造价较辽沈Ⅰ型日光温室降低约25%。钢筋混凝土柱和垛土墙（或垛土墙内衬120砖墙）共同作用，避免了垛土墙遇水易坍塌的情况，造价较辽沈Ⅰ降低约1/3。
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图1-32 辽沈Ⅱ型日光温室剖面图
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16.辽沈Ⅲ型（南北棚）日光温室
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辽沈Ⅲ型（南北棚）日光温室南棚的剖面几何参数与辽沈Ⅰ型7.5相同。北棚的剖面几何参数可取与辽沈Ⅰ型7.5相同或采取净跨度8.0m的型式。辽沈Ⅲ型（南北棚）日光温室平、剖面图如图1-33所示，具有如下特点：①大大提高了面积利用率，比传统单坡日光温室面积利用率提高约40%；②南北棚共用一个墙体，可减少建设投资，面积增加一倍，但土建造价仅增加约30%，同时使结构受力更加合理；③可有效提高南棚室内温度，北棚在一定程度上起到对后墙的保温作用，可有效提高南棚的室内温度；南棚可正常生产各种蔬菜，达到周年生产，北棚进行果树、蔬菜提早、延后生产，尤其是果树延后生产。
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图1-33 辽沈Ⅲ型日光温室剖面图
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17.经济型日光温室
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经济型日光温室的平面、剖面图如图1-34。温室采用辽沈Ⅰ型的骨架，具有较好的采光性能（试验表明具有较好的保温性能），基本实现正常年份冬季基本不加温（极端天气少量加温）可越冬生产喜温蔬菜的目标，每亩造价约2.8万元，折合42元/m2。经济型日光温室采用底部宽1.5m，上部宽0.9m的垛土墙和混凝土柱共同承担骨架的荷载，每个骨架安放在一根柱上。后坡自下而上采用25mm厚的松木板+整捆的秸秆+一层塑料薄膜+50mm厚稻草泥。前坡夜间保温采用草帘。温室前底脚内侧设置防寒沟，采用80mm厚苯板，深800mm。
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图1-34 经济型日光温室剖面图
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18.新型无后坡日光温室
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传统日光温室由前坡、后坡、山墙及后墙等几部分组成。前坡的作用是采光，后坡的作用是保温、蓄热，同时起到降低后墙高度的作用；山墙及后墙等主要起到保温、蓄热的作用。试验及实践表明，日光温室后坡的蓄热能力十分有限，造价也比较高，这种做法一定程度上也减少了采光面积。该结构在保留墙体保温、蓄热的同时，采用无后坡结构（图1-35）。该温室可增加采光面积约20%，结构简单，受力合理，施工方便，可操作性强，可降低造价5%～10%。
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图1-35 无后坡日光温室
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19.新型多连栋日光温室
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近年来，随着我国设施产业大发展，为适应温室大型化、现代化、低碳、高效、环保、节能要求，出现了一系列新型日光温室结构。为适应温室大型化、节能要求，该温室将多个单坡日光温室组合（图1-36），采用南坡面采光，拥有永久围护墙体和后坡，适合坡度6%～10%的阳坡，可有效利用天然地面坡度，土地利用率达到90.0%以上。
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图1-36 多连栋日光温室剖面示意图
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20.东北农业大学节能日光温室
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温室前墙24cm，高出地平面6cm，上设预埋件。后墙厚度可根据不同纬度决定，一般内墙24～37cm，外墙12～24cm，中间为空心，内加16～24cm厚的PS板，两侧用塑料薄膜包紧。温室内墙里侧用红砖勾缝，便于储热，外墙外侧用水泥沙浆涂面，上留防水沿，防止雨水直接淋溶温室后墙。内外墙间采用拉筋连接，内墙里侧高度2.3～2.6m，外墙外沿高2.7～2.9m（图1-37）。
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图1-37 东北农业大学20-Ⅰ型节能日光温室剖面示意图
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温室后坡的保温效果影响温室的耗热量，通常也采用PS板做保温层，PS板的厚度可由各纬度地区自行确定。后坡由里向外建造方法如下：钢拱架，25mm硬木板，干铺油毡一层，200～240mm厚且周围用塑料薄膜包严的PS板，油毡防水层（二毡三油），40mm厚水泥沙浆抹至后墙挑檐（1∶2.5），后坡水平投影1.3～1.5m。
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21.双屋面单栋温室
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这类温室主要由左右两个对称的透明覆盖材料屋面、钢筋混凝土基础、钢材骨架、保温幕和遮光幕以及环境控制装置等构成。透明覆盖材料主要有钢化玻璃、普通玻璃、丙烯酸树脂、玻璃纤维加强板、聚碳酸酯板、塑料薄膜等。保温幕多采用无纺布。遮光幕可采用无纺布或聚酯等材料。
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双屋面单栋温室比较高大，室内光照、温度均匀，通风良好，管理方便，但建筑费用大，耗能高，需较完善的加温设备，一般具有采暖、通风、灌溉等设备，有的还有降温以及人工补光等设备，因此具有较强的环境调节能力，可周年应用。
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双屋面单栋温室主要适宜花卉和科研单位使用或作为景观温室用，用栽培槽，上部种植喜光作物，下部种植耐阴作物，在我国很少使用（图1-38，图1-39）。
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图1-38 双屋面单栋温室的结构
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图1-39 双层面温室
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三、现代温室的结构
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（一）现代温室结构组成
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1.完整的温室系统
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第二章 设施蔬菜生产环境调控设备
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第一节 环境因子监控设备
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一、光照环境及其调控
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（一）设施光照环境特点
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1.光照时数
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园艺设施内的光照时数受光时间的长短、因设施类型而异。塑料大棚和连栋温室因全面透光、无外覆盖，光照时数与露地基本相同，但单屋面温室内的光照时数一般比露地短，因有防寒保温覆盖。北方冬、春季的塑料小棚、改良阳畦，夜间也有外覆盖，也有光照时数不足的问题。
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园艺作物对光照时数的要求：
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（1）长光性植物 要求光照时数大于12～14h以上才能完成开花结果的植物，在设施中，对叶菜栽培很有利；
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（2）短光性植物 要求光照时数小于12～14h，才能完成开花结果的植物；
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（3）中光性植物 对光照时数要求不严格，适应范围宽，如黄瓜、番茄、辣椒、菜豆等。
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2.光照度
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园艺设施内的光照度一般均比露地自然光弱。设施内的光是自然光通过覆盖材料后才进入设施内，由于覆盖材料的吸收、反射、覆盖材料内水珠折射、吸收等而降低了透光率，尤其在寒冷的冬、春季节或阴雨天，透光率只有自然光的50%～70%。如果透明覆盖物不清洁，时间较长而染灰尘、老化等因素，使透光率不足自然光的50%。
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根据植物对光照度的要求，园艺作物大致可分为阳性植物（又称喜光植物）、阴性植物和中性植物。
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（1）阳性植物 这类植物必须在完全的光照下生长，不能忍受长期荫蔽环境。一般原产于热带或高原阳面如仙人掌类，蔬菜中的甜瓜、番茄等，光饱和点6万～7万lx，光照不足将严重影响产量品质。
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（2）阴性植物 这类植物不耐较强的光照，遮阴才能生长良好，不能忍受强烈的直射光线。它们多产于热带雨林或阴坡，如花卉中的兰科植物光饱和点2.5万～4万lx。
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（3）中性植物 这类植物对光照度的要求介于上述两者之间，一般喜欢阳光充足，但在微阴条件下生长也较好，光饱和点4万～5万lx。
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3.光质
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园艺设施内的光质成分与露地不同，主要与透明覆盖材料的性质有关。以塑料薄膜为覆盖材料，透过的光质与薄膜成分、颜色等有直接关系。玻璃温室与硬质塑料板的特性也影响设施内的光质。露地栽培，太阳光直射到作物上，光的成分一致，不存在光质的差异。光质及光分布对园艺作物主要影响其光合作用、物质运输、着色及品质形成等。
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4.光的分布
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露地光照与自然光一致，光分布是均匀的，而设施则不然。设施内光的分布不均匀，例如，温室栽培床的前排光照多，中排次之，后排光照最少，单屋面温室，除南面是透明屋面外，其他三面均为不透明墙体，在其附近或下部会有不同程度的遮阴，南部光照好于北部。单屋面温室后屋面仰角不同，也影响透光率，园艺设施内光照分布的不均匀性，使园艺作物的生长不一致。
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（二）影响园艺设施光照环境的因素
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1.地理纬度与季节
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（1）日照时间长短 因地理纬度的不同而有很大变化，赤道上全年每天保持12h的日照，随着纬度的增高，日照时数逐渐减少，尤其冬季最短。如北纬46°的哈尔滨，夏至日照时数15.3h，冬至只有8.46h。
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（2）光照度强弱 冬季高纬度地区光照度比较弱，主要因为太阳高度角是随着纬度和季节的变化而变化，太阳高度角越小，光照度越弱。
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2.覆盖材料的透光特性
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投射到保护设施覆盖物上的太阳辐射能，一部分被覆盖材料吸收，一部分被反射，另一部分透过覆盖材料射入设施内。三者的关系如下：
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吸收率＋反射率＋透射率=1
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吸收率，即光线照射在透明覆盖物吸收的百分率。
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反射率，即光线照射在透明覆盖物上被透明覆盖物反射的百分率。
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透射率，即光线照射在透明覆盖物上透入设施内的百分率。
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干净的玻璃或塑料薄膜吸收率大致是10%～12%，剩余部分是反射率和透射率。反射率越小，透射率越大，反射率与光线入射角有关，光线垂直照射在透明覆盖物上，即法线重叠时，入射角等于零，反射角也是零，这时透射率最大。
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3.污染和老化对透明覆盖材料透光性的影响
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保护设施覆盖材料的内外表面经常被灰尘、烟粒污染，玻璃和塑料薄膜内表面经常附着一层水滴或水膜，使设施内光照度大为减弱，光质也有所改变。
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4.园艺设施的结构
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园艺设施的结构主要包括建筑方位、结构形状（如屋面坡度、单栋或连栋），宽度（跨度）、高度和长度等。
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（三）光照环境调节
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1.园艺设施内对光照条件的要求
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园艺设施内对光照条件的要求一是光照充足，二是光照分布均匀。从我国目前的国情出发，主要还是依靠增强或减弱园艺设施内的自然光照，适当进行补光，而发达国家补光已成为重要手段。
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（1）选择好适宜的建筑场地及合理建筑方位 原则是根据设施生产的季节，当地的自然环境如地理纬度、海拔高度、主要风向、周边环境（有否建筑物、有否水面、地面平整与否）等。
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（2）设计合理的屋面坡度 单屋面温室主要设计好后屋面仰角、前屋面与地面交角、后坡长度，既保证透光率高，也兼顾保温。连接屋面温室屋面角要保证尽量多进光，还要防风、防雨（雪），使排雨（雪）水顺畅。
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（3）合理的透明屋面形状 生产实践证明，拱圆形屋面采光效果好。
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（4）骨架材料 在保证温室结构强度的前提下尽量用细材，以减少骨架遮阴，梁柱等材料也应尽可能少用。
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（5）选用透光率高且透光保持率高的透明覆盖材料 我国以塑料薄膜为主，应选用防雾滴且持效期长、耐候性强、耐老化性强等优质多功能薄膜，如漫反射节能膜、防尘膜、光转换膜。有条件的大型连栋温室，可选用PC板材。
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2.改进管理措施
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（1）充分利用反射光，提高设施光照度 如使用反光膜，距反光膜3m以内光照度增加50%左右，并且地表面温度还能提高1～2℃。
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（2）保持透明屋面清洁 使塑料薄膜屋面的外表面尽量少染灰尘，经常清扫以增加透光；内表面应通过放风等措施减少结露（水珠凝结），防止光的折射，提高透光率。
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（3）增加光照时间 在保温前提下尽可能早揭晚盖外保温和内保温覆盖物，增加光照时间。
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（4）合理密植 合理安排种植行向，目的是减少作物间遮阴，密度不可过大，否则作物在设施内会因高温、弱光而徒长。
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（5）采用有色薄膜 目的在于人为创造光质以满足作物或发育时期对该光质的需要。但有色覆盖材料其透光率偏低，只有在光照充足的前提下，改变光质才能收到较好的效果。
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（6）地膜覆盖 有利于地面反光，增加植株下层光照。
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（四）光照监控、调节设备
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1.光照传感器
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光照传感器用于监测温室内外的光照度，并控制室内光照度，使其保持在设定的光照度内，通过传感器来控制补光设备（如补光灯、遮阳网等）的开启和遮光设备（如遮阳网等）开启。如今可用于设施条件的光照传感器，对弱光也有较高灵敏度，最小监测量程＜100lx，外壳采用封闭型铸铝材质压铸而成，量程宽、防水、防腐蚀；输出标准的模拟信号，供电电压：DC24V/12V，输出信号：4～20mA/0～5V，精度：±3%，波长范围：400～700nm，重量：0.1kg，并可长期防水、防腐蚀。温室光控系统示意图如图2-1。
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图2-1 温室光控系统示意图
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有学者研究了基于CO2浓度控制的自动补光设备，通过CO2浓度传感器测量温室中CO2浓度，并与大棚中CO2浓度的预置值进行比较，当检测到CO2浓度值大于预置值时，自动控制补光系统接通备用光源，对植物进行补光，促进植物光合作用。设备包括CO2浓度传感器、信号输出放大器、电压比较器Ⅰ、电压比较器Ⅱ、单片机、光源驱动电路和声光超限报警电路。
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2.人工补充照明
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人工补充照明的目的，一是人工补充光照，用以满足作物光周期的需要，当黑夜过长而影响作物生育时，应进行补光，另外，为了抑制或促进花芽分化，调节开花期；二是满足光合作用对能源的需要。
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人工补光的光源为电光源。对电光源有三个要求，一是有一定的强度；二是光照度具有可调性；三是有一定的光谱能量分布，可以模拟自然光照，要求具有太阳光的连续光谱，也可以采用类似作物生理辐射的光谱。
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冬季利用温室栽培植物，为满足植物生长发育的生理需要，进行人工补光在生产实践中有重要意义。
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植物对光具有选择性吸收特征，其光合作用和能量转化仅仅利用其中的一小部分有效光。随着科学技术进步以及农业与生物产业的快速发展，植物对有效光利用已经突破单纯依靠太阳光的限制，人工光源代替或补充自然光源不足，已经成为环境控制农业的重要手段。长期以来，在农业领域使用的人工光源主要有高压钠灯、荧光灯、金属卤素灯、白炽灯等，这些光源的突出缺点是能耗大、运行费用高，能耗费用占全部运行成本的50%～60%。因此，提高发光效率、减少能耗一直是农业领域人工光源应用的重要课题。
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由于受农民消费水平的限制，过高生产投入会限制人工补光措施的应用，因此用于温室人工补光的光源，除了必须具备大部分作物尤其是设施内栽培作物必需光谱成分，并能够提供保证作物生长的光照度外，还应该具有成本投入低、补光寿命长、使用方便的特点。目前，在温室生产中普遍应用的人工补光光源，根据其使用及性能，大致可分为三类，即普通光源、新型光源、LED光源。
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（1）普通光源 普通光源中最经常使用的有白炽灯和荧光灯。在所有用电的照明灯具中，白炽灯的效率是最低的，它所消耗的电能只有12%～18%可转化为光能，而其余部分都以热能的形式散失了。红外辐射占据了白炽灯辐射光谱的绝大部分，红外辐射能量可达总能量的80%～90%，而对植物生长促进作用明显的红、橙光部分约占总辐射的10%～20%，蓝、紫光部分所占比例很少，几乎不含紫外线。也就是说，白炽灯的生理辐射量很少，能被植物吸收进行光合作用的光能更少，仅占全部辐射光能的10%左右。而白炽灯所辐射的大量红外线转化为热能，会使温室内的温度和植物体温升高。
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用于人工补光的普通光源中，除了白炽灯之外，还有荧光灯，现在西方一些国家已经开始禁止使用白炽灯而用荧光灯来代替。荧光灯的光谱成分中不含红外线，其光谱能量分布：红、橙光占44%～45%，绿、黄光占39%，蓝、紫光占16%（表2-1）。生理辐射量所占比例较大，能被植物吸收的光能约占辐射光能的75%～80%，是较适于植物补充光照的人工补光光源，也是目前生产实践中使用较为普遍的一种补光光源。
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（2）新型光源 目前用于人工补光的新型光源有钠灯、镝灯、氖灯和氦灯等。其中，高压钠灯和日色镝灯是发光效率和有效光合均较高的光源，目前在温室人工补光中应用较多。钠灯又分低压钠灯和高压钠灯。低压钠灯的放电辐射集中在589.0nm和589.6nm的两条双D谱线上，它们非常接近人眼视觉曲线的最高值（555nm），故其发光效率极高。高压钠灯是针对低压钠灯单色性太强、显色性很差、放电管过长等缺点而研制的。高压钠灯的光谱能量分布：红、橙光占39%～40%，绿、黄光占51%～52%，蓝、紫光占9%，含有较多的红、橙光，补光效率较高。
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日色镝灯又称生物效应灯，是新型的金属卤化物放电灯。它利用充入的碘化镝、碘化亚铊、汞等物质发出其特有的密集型光谱，该光谱十分接近于太阳光谱，从而使灯的发光效率及显色性大为提高。镝灯的发光波长范围为380～780nm，为各种波长光组成的密集型光源，主峰波长为530nm。该光源在蓝、紫光到橙、红光的广阔光谱区域内辐射强度大，红外辐射小，具有光线集中、光利用率高的特点。适用于各种人工气候箱温室、大棚等场合，为人工补光光源。其光谱能量分布为：红、橙光占22%～23%，绿、黄光占38%～39%，蓝、紫光占38%～39%。日色镝灯虽蓝、紫光比红、橙光强，但光谱能量分布近似日光，具有光效高、显色性好、寿命长等特点，是较理想的人工补光光源。但是在日色镝灯的使用过程中，需要注意根据规定选用合格的镝灯，正确使用镝灯，注意保持照射距离，同时加强维护、检修，确保镝灯正常使用。因为镝灯一旦使用不当，其释放的紫外线将会对劳动者的眼睛造成不良的影响。
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氖灯和氦灯均属于气体放电灯。氖灯的辐射主要是红、橙光，其光谱能量分布主要集中在600～700nm的波长范围内，最具有光生物学的光谱活性。氦灯主要辐射红、橙光和紫光，各占总辐射的50%左右，叶片内色素可吸收的辐射能占总辐射能的90%，其中80%为叶绿素所吸收，这对于植物生理过程的正常进行极为有利。
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（3）LED光源 近年来，随着光电技术的发展，带动了高亮度红光、蓝光与远红光发光二极管（ligh-temittingdiode，LED）的诞生，使低能耗人工光源在农业领域的应用成为可能。LED具有高光电转换效率、使用直流电、体积小、寿命长、耗能低、波长固定与低发热等优点，与目前普遍使用的高压钠灯和荧光灯相比，不仅光量、光质（红/蓝光比例或红/远红光比例等）可调，而且还是低发热量的冷光源，可近距离照射，从而使植物的栽培层数和空间利用率大大提高。近年来，LED已经成功用于人工补光、植物组培、遗传育种、植物工厂以及太空农业等领域，并正在向农业与生物产业的众多领域拓展。随着LED性能不断提高、价格逐渐下降以及各类特定波长产品开发，LED在农业与生物领域的应用范围将会更加广阔。因此，LED被认为是21世纪农业与生物领域最有前途的人工光源，具有良好的发展前景。
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光是植物生长发育的基础，植物光合作用在可见光光谱（380～760nm）范围内，所吸收的光能占其生理辐射光能的60%～65%，其中主要以波长610～720nm的红、橙光以及波长400～510nm的蓝、紫光为吸收峰值区域。LED能够发出植物生长所需要的单色光（如波峰为450nm的蓝光、波峰为660nm的红光等），红、蓝光LED组合后，能形成与植物光合作用和形态建成基本吻合的光谱吸收峰值，光能利用率可达80%～90%，节能效果显著。LED光源这种独特的性能，为其在农业与生物领域的应用提供了有效的发展空间。
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人工补光在植物人工补光领域发挥重要作用，是可控环境农业的重要手段，尤其是在光照较弱的季节以及高纬度地区，这种需求更为迫切。近年来，随着高亮度、大功率LED产品的开发，红、蓝和远红光LED及其组合灯具不断推出，可实现节能50%～80%。随着半导体光源性能的不断完善，价格进一步降低，以LED为核心的人工补光技术必将在可控环境农业领域发挥重要作用。
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3.基于STC12C5A60S2单片机的植物智能精确补光系统
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西北农林科技大学研发的基于STC12C5A60S2单片机的植物智能精确补光系统，充分考虑了植物补光时的各种影响因素，通过对各因素的监测、设置、数据管理和决策程序，精确计算植物所需光照与实际光照总体差值，采用均值方式计算每个LED的输出光照；基于LED驱动电流和输出光照的关系式，系统就可以通过对脉冲宽度调制（PWM）输出电流的控制，从而实现对补光量的控制。利用太阳能供电，根据温度、光照传感器监测结果，通过核心处理器STC12C5A60S2利用PWM信号，控制特定波长的红、蓝光两路LED灯组驱动电流，从而控制光源亮度，解决现有补光设备的不足，实现了对农作物的智能化、精确化补光。系统试验证明其具有良好的稳定性，可满足在不同生长阶段对不同植物进行智能化、精确化的补光要求，作物产品产量、品质提高，耗能明显降低。同时，具有误差低、响应速度快、使用方便、部署灵活、成本低廉、维护简单等特点。系统总体结构示意图如图2-2。
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图2-2 系统总体结构示意图
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4.温室内植物周期性补光设备
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为适应植物生长对光照波长和光照方式的需要，设计了温室内对植物周期性补光设备。该设备由传动机构、补光设备和控制系统构成，利用曲柄摆杆机构和步进电机相结合，通过单片机控制实现光源周期摆动或停滞于某处进而实现对植物的周期性补光要求，温室内的光照可以长期维护在最佳状态。
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温室内对植物周期性补光设备的整体结构设计为：大齿轮和摆杆固定连接，并销接在机架上，小齿轮和灯罩固定安装在灯罩摆轴两端，灯罩摆轴销接在机架上，光源安装在灯座上并固定在灯罩内，曲柄紧固在步进电机上，连杆两端分别销接在摆杆和曲柄上，大齿轮和小齿轮相互啮合，步进电机转动时带动灯罩摆动或停留在某一固定位置。控制盒安装在机架上，步进电机与控制盒由步进电机控制线联接，光源与控制盒由光源控制线连接，控制盒上有接入线。温室内对植物周期性补光设备总图见图2-3。
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图2-3 温室内植物周期性补光设备总图
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5.植物工厂内升降补光装置
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升降补光装置是通过手动升降的装置可随意调整补光灯的升降高度，适应植物不同生长时期对光照量的要求。升降补光装置由固定于温室骨架上的换向轮支座管、一组换向轮、带有一组补光灯的补光灯吊杆及带有手柄的升降器组成。其工作原理是：通过摇动摇柄转动小型卷膜器，带动传动轴及固定在其上面的绕线器转动，实现收放钢丝绳的目的，吊挂补光灯钢丝绳通过多组换向轮与升降器的绕线轮连接。从而达到了调整补光灯高低的效果。通过小型卷膜器的自锁和加强定位销同时作用，实现补光灯在不同高度的锁定功能。升降补光装置示意图2-4。
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图2-4 升降补光装置示意图
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6.设施遮阴
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（1）缩短日照时间 有些作物必须在短日照条件下（8～10h）才能完成花芽分化或开花结果，这种植物叫短日照植物，例如黄瓜在幼苗长出2片真叶时，就已开始花芽分化，这时如果每天日照时数超过10h以上（长日照），花芽分化就少，所以必须在苗期进行短日照处理，再配合夜间适当低温管理（15～17℃），则秧苗花芽分化快、花芽多，特别是雌花花芽形成多，栽在棚室后，结果较密，产量高。所以，黄瓜在早春温室育苗时，通过晚揭、早盖草帘子进行短日照处理，即上午8时把温室草帘子卷起来，午后4时再把草帘子盖上，这种短日照处理，既有利于温室保温，又能多结瓜。
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有些短日照植物如草莓、牵牛花、落地生根等浆果或花卉要想提早开花，必须进行短日照处理，方法是用黑色塑料薄膜或内层为红色、外层为黑色的双面窗帘，每天及时盖上和揭开，让太阳照射8～10h，很快就会开花。
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（2）减弱光照度 遮阳网或无纺布覆盖：夏季高温季节，对于喜阴植物应采取遮光措施，以防止日晒和减弱光照度，一般上午9～10时到下午3～4时在温室外用竹帘、遮阳网等覆盖或直接覆盖无纺布，均能减弱光照度，降温2～3℃。
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温室内种植藤本植物：温室内种植一些爬蔓的藤本植物也能达到遮光效果，特别是一些观赏花卉如兰科、天南星科、蕨类及食虫植物等，在高纬度的黑龙江省即使在冬季也需要适当遮阴。园林花卉植物专用温室常在温室北墙处种植或摆放几盆原产热带或亚热带的多年生草本植物，如叶子花、佛手瓜或一年生的丝瓜、苦瓜等，夏季高温时茎蔓爬到温室架上，下面形成荫蔽环境，起到遮光、降温的作用。
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玻璃面上涂白灰：先将生石灰块5kg加少量水粉化，过滤后加入25kg水和250g食盐，用喷雾器均匀喷布在温室外的玻璃面上，如遇暴雨冲掉后可再喷，由于喷白能大量反射太阳光，能起到减弱温室内部光照度的作用，但喷白对降低温度效果不大。
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玻璃屋面喷水：夏季高温光照过强，结合降温采取屋顶喷水，徐徐的流水不但可带走大量热能，同时还能吸收和反射一部分光能，从而使温室内光照度有所减弱。
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室外种植落叶树种：在温室外部四周距墙2～2.5m处种植成排高度适宜的小乔木，树种要求枝叶不过于繁茂、树冠比较开张、枝条萌发力强、生长迅速且病虫危害较少的落叶树，如垂柳、合欢等。夏季既可降温又遮阴，并能使温室周围环境更与自然生态条件相近，秋末太阳高度角开始降低、光照度减弱，对树木进行强修剪，防止冬季遮光，早春又可重新萌发形成新的植物景观。
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二、温度条件及其调节
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（一）作物对温度的要求
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1.耐寒性作物
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抗寒力强，生育适温15～20℃。这类植物的二年生种类不耐高温，炎夏到来时生长不良或提前完成生殖生长阶段而枯死。多年生种类地上部枯死，以宿根或植物体越冬。这类园艺作物一般利用比较简易的保护设施如风障、阳畦、小拱棚等即可越冬栽培。如三色堇、金鱼草、蜀葵、大葱、葡萄、桃、李等。
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2.半耐寒性作物
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这类作物其耐寒力介于耐寒性与不耐寒性作物之间，抗霜但不耐长期0℃以下低温。一般在长江以南可露地越冬或露地生长，在北方需进行设施栽培，如紫罗兰、金盏菊、萝卜、芹菜、白菜类、甘蓝类、莴苣、菜豆和蚕豆等。这类植物其同化作用的最适温度为18～25℃；超过25℃则生长不良，同化机能减弱；超过30℃时，几乎不能积累同化产物。
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3.不耐寒作物
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在生长期间要求较高的温度，不能忍受0℃以下温度，一般在无霜期内生长，多为一年生植物或多年生温室植物。其中喜温植物如报春花、瓜叶菊、茶花、黄瓜、番茄、茄子和菜豆等，它们的生长适温为20～30℃。当温度超过40℃时几乎停止生长，而当温度低于15℃时，生长不良或授粉、受精不好。所以，这类植物在北方以春播或秋播为主，避开炎热的夏季和寒冷的冬月。耐热植物最低温度到10℃时就会生长不良，如冬瓜、丝瓜、甜瓜、豇豆和刀豆等，在30℃时生长最好，40℃高温下仍能正常生长。喜温不耐寒的园艺作物，冬季生产只能在温室内进行，在高寒地区还需进行补充加温，以保证其温度的要求。
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设施栽培应根据不同园艺作物对温度三基点的要求，尽可能使温度环境在生育适温内，即适温持续时间越长，生长发育越好，有利优质、高产。露地栽培适温持续时间受季节和天气状况的影响，设施栽培则可以人为调控。
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（二）设施温度状况与特点
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1.太阳入射辐射
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设施内白天太阳光主要以短波光为主（0.3～3μm），通过透明覆盖物穿入设施，使地表面、近地表面温度提高，通过分子传导逐渐提高土壤的温度。
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2.长波辐射
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白天接受的入射辐射量，土壤贮藏后，夜间以长波（3μm以上）辐射传导，通过对流和乱流的传导提高空气温度，它决定设施内的保温性（图2-5）。
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3.温室效应
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温室效应是指在没有人工加温的条件下，设施内获得或积累的太阳辐射能，从而使设施内温度高于外界的能力。温室效应的产生有两个原因：一是玻璃或塑料薄膜等透明覆盖物可透过短波辐射（320～470nm）透射进园艺设施内，又能阻止设施内长波辐射透射；另一原因是园艺设施大部分是密闭或半密闭的空间，高级设施有围护结构和透明覆盖物，能阻止长波辐射，阻断了内外气体交换或气体交换很弱，使设施内热量保留在设施内。根据荷兰布辛格的资料，第一种原因对温室效应的贡献率为28%，第二个原因为72%。温室效应与下列因素有关：
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图2-5 日光温室热平衡示意图
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（1）太能辐射能的强弱，晴天大于阴天；
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（2）保温比的大小；
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（3）覆盖材料玻璃大于塑料；
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（4）设施方位东西延长单栋温室比南北延长高。温室效应越好，即保温性越好。
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4.园艺设施内的日温差
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日温差指一天内最高与最低温度的差。其最高与最低温度出现的时间与露地相似，最高在14时左右，最低在日出前，所不同的是设施内日温差要比露地大得多。
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影响日温差的主要因素：
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（1）保温比：设施内的土壤面积（S）与覆盖及维护结构表面积（W）之比，即S/W=β，最大为1.0。保温比越小，说明覆盖物及维护结构的表面积越大，增加了同室外空气的热交换面积，降低了保温能力。一般单栋温室的保温比为0.5～0.6，连栋温室为0.7～0.8。保温比越小，设施内的容积也越小，相对覆盖面积大，所以白天吸热面积大，容易升温；夜间散热面积也大，容易降温，所以日温差大。在设施栽培中，保持一定的日温差是重要的温度条件之一。在不加温的情况下，日温差是由太阳辐射热和设施保温性（即辐射收支差额）决定的。太阳辐射热随太阳高度、纬度和天气等条件的变化而变化，如果这些条件不变，即在一定纬度和季节里，园艺设施的日温差主要由结构及其保温性决定。
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（2）覆盖材料：覆盖材料不同，设施内的日温差也不同。如聚乙烯透过太阳辐射能力优于聚氯乙烯，白天易增温，但聚乙烯透过红外线的能力也比聚氯乙烯强，故夜间易降温。所以，聚乙烯保温性能差，设施内日温差大。聚氯乙烯增温性能虽不如聚乙烯，但保温性能好，故日温差小。
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（三）园艺设施内温度分布
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1.太阳入射量的影响
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设施内的受光部位是随着太阳位置变化而变化，同时又因屋面结构、倾斜角度、方向和侧高的不同，再加上建材遮阴而引起各部位透射率差异，使白天设施内的不同设置形成温差，这是射入量引起保护地内温度分布不均的直接原因。如果设施内部有作物生长，有50%～60%的入射量以潜热的形式被用于土壤蒸发和植物蒸腾，使温度降低2～3℃。设施内有水泥台和砖框等增加反射光，使这些部位的气温升高1～3℃，这是入射量引起温度分布不均的间接原因。
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2.气流运动的影响
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在一个不加温也不通风的温室内，气流运动决定于设施内对流和外界风向的影响。近地面土壤层空气增热而产生上升气流，但靠近透明覆盖物下部的空气由于受外界低温影响而较冷，于是沿透明覆盖物分别向两侧下沉，此下沉气流在地表面内部水平移动，形成了两个对流圈，将热空气滞留在上部，形成了垂直温差和水平温差。室内外温差越大，保护设施内温度分布越不均匀。当风吹到保护设施上方时，在迎风面形成正静压，而背风面形成负静压。
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密闭设施内往往在上风一侧形成高温区，在下风一侧形成低温区。这是因为在屋顶或棚面上风一侧形成负压，向外抽吸室内空气，在下风一侧形成正压，向室内压缩空气，使室内形成贴地面气流方向与外界风向相反的小环流，被加压的下风一侧应多配置散热管道。
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3.设施结构的影响
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双屋面温室比单屋面温室温度分布均匀，这显然是由于双屋面温室受热面、散热面都比较均匀的缘故。
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4.设施内外温差
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园艺设施内热源效果高时，能加大内外温差，结果贯流和辐射放热也加大，促进了对流，增加垂直温差。如果设施内热源能维持较大的内外温差，温度的分布层则继续发展，各部的温差加大。
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图2-6 单、双屋面温室气候分布
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（四）设施内温度环境调节
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1.根据作物不同生长发育时期对温度的要求进行调节
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每一种植物，为了能正常生长和发育，对温度都有基本的要求，即“三基点”，作物环境温度要求处在其最高温度基点和最低温度基点之间，尤其是在最适温度基点范围内，才能正常生长发育。如番茄，当温度低于15℃就不能孕蕾开花，而高于35℃则出现落花落果现象，只有在18～26℃之间才最为适宜。
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植物在不同生长发育时期对温度的要求不同，不论哪种作物，在种子发芽和出苗期，都要求较高的温度，因此在催芽、播种后，出苗前，应注意保温以加快出苗；出苗后可适当降低温度，夜间和白天要保持一定温差（10℃左右），防止秧苗徒长，在整个苗期土温应高些，防止土温低、湿度大，避免秧苗患立枯病、猝倒病和沤根。利用土壤电热加温线和架床育苗，对提高地温有利。
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营养生长期主要促进茎、叶、根生长，对温度适当范围较广，开花结果期则以花粉发芽、授粉受精为依据，创造适宜开花坐果的温度，温度或高或低则落花落果，影响果实发育。
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2.蔬菜四段变温管理
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蔬菜在一天内不同时间所需要的最适温度是在不断变化的。变温管理符合作物生理活动的昼夜变化，能保证作物各种生理活动都在适宜温度下进行，因此比一般温度管理增产显著，还能节省大量的燃料，从而降低了生产成本。
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四段变温管理把一昼夜24h分成4个阶段，分别为上午、下午、前半夜和后半夜，上午促进作物光合作用为目标，进行高温管理；下午和前半夜温度逐渐降低，把光合产物输送到各个器官；后半夜在保证作物正常生长的前提下，进行低温管理，防止消耗更多养分（表2-1）。
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表2-1 棚室果菜四段变温管理
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3.保温措施及设施装备
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在不加温情况下，夜间保护设施内空气的热量来源是地中供热，热量失散是贯流放热和换气放热。夜间地中供热量的大小，取决于日间地中吸热量和土壤面积，土壤对太阳辐射能吸收率和射入温室的太阳辐射能有关。保护设施内贯流放热的换气放热，则取决于热贯流率和通风换气量。由上述可知，保温的途径有三个：一是减少贯流放热和通风换气放热；二是增大保温比；三是增大地表热流量。
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（1）减少贯流放热和通风换气量 选用耐低温抗老化高保温棚膜：易老化的棚膜使用时间短，保温性差；红外线阻隔膜（保温膜）比聚乙烯棚膜保温好。
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多层覆盖：棚室内采用多层覆盖，显著提高保温性，特别是早春，用无滴、聚乙烯覆盖的棚室，更应进行多层覆盖，否则秧苗易冻死。
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外覆盖设备：棚室外面晚间盖草帘、棉被等，能防止棚室内热量散失，在棚室北侧用芦苇、高粱秸等架设2m高的风障，有提高温度、减少风害的作用。
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（2）增大保温比 降低棚室高度，缩小夜间设施的散热面积，有利于提高设施内的气温和地温。
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（3）增大地表热流量 增大透光率（覆盖材料、方位、屋面角等），使用透光率高的透明覆盖材料，正确选择园艺设施的方位和屋面坡度，尽量减少建材的阴影，经常保持覆盖材料的清洁。减少土壤蒸发和作物蒸腾，增加白天土壤贮存的热量。土壤不宜过湿，进行地面覆盖等。设置防寒沟，防止地中热量横向流出。
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保温的主要设施装备包括内保温幕铺卷机等。温室内保温幕铺卷机构主要由保温幕卷轴、卷轴导轨、牵引钢丝、变向定滑轮、钢丝卷筒、减速器和电机等组成。铺幕时，电机反转，带动卷筒旋转，卷筒通过钢丝对称地拉动卷轴在导轨上由温室后屋面向前角处滚动，保温幕被展开。卷幕时，电机正转，带动卷筒旋转，卷筒通过钢丝对称拉动卷轴，在导轨上由温室前角处向后屋面滚动，保温幕被卷起。
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4.加温措施及设施装备
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为了既能使作物正常生长发育，又保证最大的经济效益，在加温设计上要做到：加温设备的容量应经常保持室内设定温度（地温和气温）；投资费用（设备费、加温费）要尽量少；室内温度空间分布均匀，时间变化平稳。加温设备配置要合理，调节能力高；遮阴少、占地少，便于栽培作业。
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加温设备的安置地点对设施内温度分布的均匀性影响很大。火热加温系统的炉子和烟囱应相向顺序排列，避免炉灶放在一起，形成对烟囱。单屋面温室炉火加温，透明屋面是主要的散热面，热源设在南侧，缓和了透明屋面的降温，温度分布趋于均匀，可将炉子和烟道都设在南边的地沟中（沟深50cm，宽40cm）。加温设备设在北边的温差大，特别是南侧土壤温度特别低，但前者炉火管理不便，比较少用。双屋面温室的加热管设在温室两侧墙，比在中间的温度分布均匀。
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人工加温的方法与设备有火炉加温、热风炉加温、暖气加温、热水加温、日光收集加温、电热温床加温等。
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（1）热风机 根据燃料不同，可分为燃煤热风机和燃油热风机两种。燃煤加温机煤耗成本明显低于燃油加温机的油耗成本，但燃煤加温机需人工加煤管理，有人工成本支出，且夜间操作要特别注意安全。燃油加温机不存在这个问题，它还能根据设置的温度自动开机关机，不需要持续加热，使用寿命是燃煤加温机的2～3倍。另外，燃油或燃煤加温机都具有保温容易、升温难的特点，每天傍晚需要加温时，最好等温室内温度还不太低时就开启加温机，以维持温室内的温度。早加温支出不大，如果等温度降下去再加温，会有更大的油耗或煤耗。
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（2）热水加温 热水加温采暖系统是由热水锅炉、供热管道和散热设备三个基本部分组成。其工作过程为：先用锅炉将水加热，然后用水泵加压，热水通过加热管道供给温室内均匀安装的散热器，再通过散热器对室内空气进行加温。整个系统为循环系统，冷却后的水重新回到锅炉进行加热，进入下一次循环。热水采暖系统运行稳定可靠，是目前大型连栋温室最常用的采暖方式。但系统设备复杂，造价高，一次性投资较大。系统中的锅炉和供热管道采用通用的工业和民建产品，散热器一般使用温室空调机组（园艺暖风机）。另外，热水采暖系统还有一种加温方式，即地中加热。设备与上述不同之处在于，无需安装散热器，而直接将热水管道埋设于地表土壤中，直接对土壤进行加热，然后再通过辐射或传导对室内空气进行加热。地中加热方式直接加热了作物生长的区域，同时土壤还具有较强的蓄热功能，因此比起散热器来更加节能。地中加热管道一般采用特殊的塑料管材，有时也用钢管。
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（3）热风加温 热风加温系统由热源、空气换热器、风机和送风管道组成。由热源提供的热量加热空气换热器，用风机强迫温室内的部分空气流过换热器，当空气被加热后进入温室内进行流动，如此不断循环，使温室内的空气加热。热风采暖系统的热源多种多样，一般分为燃油、燃气和燃煤三种，也可以是电加热器。热源不同，加热系统的设备和安装方式也各不相同。一般来说，电热方式换热器不会造成空气污染，可以安装在温室内部，直接与风机配合使用；燃油或燃气式加热装置一般也安装在室内，但由于其燃烧后的气体含有大量对作物有害成分，必须排放在室外；而燃煤热风炉体积较大，使用中也不易保持清洁，一般安装在温室外部。热风系统的送气管道由开孔的聚乙烯薄膜或布制成。沿温室长度方向布置，开孔的间距和位置需计算确定，一般情况下距热源越远处孔距越密。热风采暖系统的优点是加温时温室内温度分布比较均匀，热惰性小，易于实现温度调节，且整个设备投资较低，但运行费用较高，热风采暖在塑料温室中较为常见。
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（4）电加热 电热采暖是用电热器直接加热空气或电热线加热苗床，其主要设备为电暖风机或电热线。比较常见的电加热方式是将地热线埋在地下，用来提高地温，主要用在温室育苗。这种方式预热时间短，进行自动控制较容易，使用简便，电能是最清洁和方便的能源，但电能是二次能源，本身价格比较高，且停机后缺乏保温性。因此，只能作为一种临时加温措施短期使用。适用于小型育苗温室、土壤加温辅助采暖、日光温室的辅助加热或作临时防寒用。
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（5）温室地下蓄热加温技术 温室地下管式蓄热加温作为一种节能的加温方法，已在法国、加拿大、希腊、日本和中国等国家应用。温室地下蓄热系统由温室、地坪、轴流风机、进气道和排气道等组成。其原理是：白天由于太阳辐射，温室内空气温度升高，而地坪内温度较低，使地坪与静止空气的传热较慢；当室内气温高于设定值时，启动轴流风机，使温室内空气流经换热管道，将空气中的热能向蓄热层转移，地坪温度升高并贮存了大量热能；夜间，当温室内空气温度低于地坪温度时，地坪作为热源以导热方式缓慢传入温室空气中，或者启动轴流风机，使温室内空气流经换热管道而被加热，加热热量随气流被输送到温室内，从而维持温室内较高温度。温室地下蓄热系统在蓄热与加温时，温室内空气流经换热管道，使其温度与焓值变化明显，系统具有良好的降温与加温能力，能够明显地提高苗床温度，是温室节能的新途径。
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（6）水源热泵加热技术 近年来，热泵系统作为一种节能、高效和环保的新型技术，在设施农业领域得到了广泛的应用。热泵系统是通过低温热源进行供热的，水源热泵机组以水为载体，冬季采集来自湖水、河水、地下水、地热尾水甚至工业废水或污水的低品位热能，借助热泵系统，通过消耗部分电能，将所取得的能量供给室内取暖；在夏季把室内的热量取出，释放到水中，以达到夏季空调的目的。
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由于水源热泵技术利用地表水作为空调机组制冷制热源，所以具有以下优点：
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一是环保效益显著。水源热泵是利用地表水作为冷热源进行能量转换的供暖空调系统。供热时，省去了燃煤、燃气或燃油等锅炉系统，没有燃烧过程，避免了排烟污染；供冷时，省去了冷却水塔，避免了冷却塔的噪音及霉菌污染，不产生任何废渣、废水、废气和烟尘，使环境更优美。
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二是高效节能。水源热泵机组可利用的水体温度冬季为12～22℃，水体温度比环境空气温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高；而夏季水体为18～35℃，水体温度比环境空气温度低，所以制冷的冷凝温度降低，使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式，机组效率提高。据美国环保署EPA估计，设计安装良好的水源热泵，平均可节约用户30%～40%的供热制冷空调的运行费用。
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三是运行稳定可靠。水体的温度一年四季相对稳定，其波动范围远远小于空气的变动，是很好的热泵热源和空调冷源。水体温度较恒定的特性使得热泵机组运行更可靠稳定，也保证了系统的高效性和经济性，不存在空气源热泵的冬季除霜等难点问题。
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四是水源热泵系统一机多用。一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统。
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五是自动运行。水源热泵机组由于工况稳定，所以可以设计简单的系统，部件较少，机组运行简单可靠，维护费用低，自动控制程度高，使用寿命长，可达到15年以上。
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（7）太阳能地热加温技术 太阳能是一种清洁能源，量大而且分布广泛，应用于温室加温替代不可再生的化石燃料加热是较有前景的能源之一。太阳能地热加温系统主要包括全玻璃真空管集热器模块、数字式温度显示表、循环水泵、保温储热水箱和散热管。
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太阳能集热器安装在日光温室东侧缓冲间屋顶，保温储热水箱安装在温室内东侧山墙边，散热管从日光温室南底角进入温室的最西侧，在温室中沿最西侧开始向东铺设跨度为20m的散热管，散热管埋设间距30cm，散热管埋深为30cm，散热管下埋设聚苯板。系统对5cm以上土壤温度和温室内气温的影响不明显，但热能主要集中加热了15～25cm深度根系分布区域内的土壤，完全能够满足高寒地区冬季日光温室种植茄果类蔬菜根部所需的温度。
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由此可见，太阳能地热系统能量利用率较高。从经济的角度出发，太阳能供热与锅炉电加热等其他设施相比，除初次投资费用较高外，系统的运行费用极低。太阳能系统在北方高寒地区具有显著的优越性，太阳能集热器在冬季可以满足温室内土壤加温，而且其余三季在太阳能供应生活热水方面也满足需要，提高了系统的年利用率。
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（8）空气源热泵与电加热结合加温技术 空气源热泵是利用空气的热能来制造热水。空气源热泵是一种高效集热并转移热量的装置，由压缩机、空气换热器、水换热器、膨胀阀和风机等部件组成。运用逆卡诺循环原理，采用电能驱动，通过制冷剂吸收空气的低品位热能，经压缩机压缩转化为高品位的热能，再通过热交换器将热量传递给水，实现制取热水，并通过循环系统完成热水供应。其特点是初投较高、运营成本低、热转化效率200%以上，属于清洁热源。
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5.降温措施及设施装备
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夏季棚室内温度过高，会造成落花落果，生长发育不良，产量下降。降温措施可以从三方面考虑：一是减少进入温室中的太阳辐射能；二是增大温室的潜热消耗；三是增大温室的通风换气量。
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（1）遮阳网覆盖 温室用外遮阳网和内遮阳网覆盖均可减少阳光直射降温。遮阳网的遮光率越高，降温作用就越大，反之遮光率低，降温作用小。通常外遮阳网的降温效果优于内遮阳网，可使温度下降3～8℃。内遮阳的降温只有在顶端和侧面通风条件均较好时，才能发挥出较好的降温效果。蔬菜生长过程需要较强的光照条件，不宜选择遮光率过高的遮阳网，遮光率宜在45%～70%的范围之内。比较常用的类型包括SZP系列曲臂式铝合金伸缩遮阳篷、LD系列遮阳网、铝箔遮阳幕、卷放型遮阳幕。
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（2）帘风机系统 湿帘风机降温系统是广泛应用于温室的降温设施，其将湿帘装在密闭温室一端的侧墙上，风机装在温室另一端的侧墙上，当风机抽风时，室内产生负压，迫使另一端的空气通过湿帘多孔湿润表面进入温室，利用水分蒸发吸收热量，使空气温度下降并源源不断流入室内进行降温。湿帘风机只有在外界空气不饱和时才有降温作用，外界空气相对湿度越低，蒸发降温的效果就越好。湿帘风机系统具有产冷量大、运行可靠、效果好等优点，相对于其他降温措施来说，湿帘风机降温系统是比较经济有效的降温措施。特别在连续晴热天气时中午的异常高温，降温效果特别显著，通过湿帘后的空气温度一般都能降低4～7℃。
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（3）喷雾降温 喷雾降温是湿帘风机系统外的另一种蒸发降温方法，能够解决大型温室采用湿帘风机的降温效果前后不均匀等问题。它是用高压喷雾系统的喷嘴喷出直径很小、能飘浮的细雾滴，可在空气中直接汽化并吸收热量降温。应用喷雾降温必须具备温室内空气湿度较低，排风能力强等条件。喷雾降温的降温速度快，蒸发效率高，降温效果明显，是室内局部地点进行蒸发降温的一种很好方式。
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（4）环流风机 当温室窗户关闭或外界没有自然风时，温室内空气处于完全静止状态，需要用环流风机组织室内的空气流动，可改善温室的通风透气性。环流风机的运行促进了植物叶片二氧化碳和氧气的气体交换，提高蔬菜光合效率的作用。温度较高时运行环流风机，结合通风窗开启，有降低室内温度效果，同时能保持温室内环境的稳定性和一致性，改善温室环境，保证温室蔬菜在适宜的环境条件下生长。
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（五）温度监控系统
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1.温室温度控制一般流程及组成
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（1）温室温度控制一般流程 温室温度控制的执行设备主要有热风炉、通风窗、风机湿帘系统和保温幕。温室的温度控制主要通过控制上述执行设备的驱动或关闭实现。温室的温度控制可分为升温和降温控制。一般情况下，白天的升温通过温室覆盖材料的良好采光，形成“温室效应”，积聚热量，并保持温室的密封性达到作物生长适宜温度。如果温室温度达不到作物生长适宜的温度，则启用热风炉进行升温。晚间通过启用热风炉进行升温，并用保温幕铺盖温室进行保温。降温是打开通风窗或运行系统实现。打开通风窗降温称为自然降温，运行风机湿帘系统称为强制通风降温，降温过程首先打开通风窗进行降温。经过一段时间以后检测温室温度，如果温室有降温趋势且降温速度符合要求，就等到温室温度降到设定温度时关闭通风窗。如果没有降温趋势或降温速度缓慢，就关闭通风窗，运行风机－湿帘系统进行降温。此时必须关闭通风窗，否则会形成室内外空气流动短路，起不到湿帘降温应有的效果，即强制通风降温与自然通风降温不能同时运行。
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（2）控制系统的组成
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传感器：温度传感器用于温室温度参数的测量，该参数是控制系统编程的核心参数。温度传感器有接触式和非接触式两大类，接触式温度传感器有膨胀式、热电偶型、热电阻型、热敏电阻型。非接触式温度传感器有光学温度计、辐射温度计、部分辐射温度计、比色温度计。而温室中常用的是接触式温度传感器，包括热电偶型、热电阻型、热敏电阻型。热电偶型将2种不同成分的导体组成一个回路，当闭合回路的2个接点分别置于不同的温度场中时，回路中将产生一个电动势；热电阻型利用导体的电阻率随温度变化而变化的物理现象来测量温度，在一些测量精度要求不高和测量范围较小（-50～150℃）的温室环境下使用；热敏电阻型的特点是电阻率随温度而显著变化，优点是灵敏度高、热惯性小、反应速度快、体积小、结构简单、使用方便、寿命长，并易于实现远距离测量等。
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传感变送器：传感变送器用于温度参数的标准化，为可编程逻辑控制器（PLC）输入适合标准量程的信号，帮助完成温室环境参数的采集，传感变送器把温度转换成电压输入到可编程控制器的模拟量输入接口。
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可编程逻辑控制器（PLC）：进行环境参数的采样，执行用户的程序，运行结果输出到各执行机构，完成控制。
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文本显示器：配套人机界面，通过它可以查看、监控和修改应用程序的过程变量（温度设定值），设置的方法可实现手动控制。
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执行设备：热风炉用于温室的升温，通风窗和启动风机－湿帘系统用于温室降温，保温幕用于温室的保温。
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2.RWCK-Ⅱ型日光温室温度自动控制器
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RWCK-Ⅱ型日光温室温度自动控制器是为实现日光温室大棚温度自动调节控制而研发的新型温度调控装置，其基本原理是利用温棚室外密闭容器（太阳能热感应器）内部液体（煤油），在日光辐射下受热膨胀，产生热力运动，推动控制阀移动，适时触动开关，导通各级温控电路，使安装在日光大棚内的各种温度调节设备根据室外环境变化情况相对调节控制大棚内部温度，使棚内温度始终维持相对安全，保证和促进作物生长的理想温度，从而实现外控内调、同步工作。它的主要特点是结构简单、体积小、温度控制敏捷迅速和安全可靠。
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（1）热力传感器 包括栅型传感器、液动控制阀和安全卸压阀等。栅型传感器由5根直径20mm、长160mm的不锈钢管（并列互通）上下端加封组成，内部充满液体（煤油），一端通过硬质金属管道与液动控制阀连通，另一端安装安全卸压阀。
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（2）电路控制部分 在液动控制阀杆上安装有4个开关触动环，使卷帘机、警告器及排气风扇通过顶窗喷淋（雾）降温等温度调节设备，按预定温度调节程序，分别开启与关闭。
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（3）温度调节设备 温度调节设备包括卷帘机、警告器、换气扇、电磁式通风顶窗和喷雾降温装置等。
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3.基于模糊控制的智能温室温度控制
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（1）智能温室温度的模糊控制基本原理 在北方的冬季，当环境温度低于智能温室下限的时候，温室中升温模块增温强度与增温所需时间是温控的主要参量。这一参量的主要影响因素来自于智能温室的实时温度及其变化率。所以，将智能温室实时温度和变化率设定为系统的输入参量，而系统的输出则设定为升温模块增温强度与增温所需时间。当环境温度低于智能温室下限，则系统阈值被触发，驱动相关设备自动进行温度调节，同时周期性地读取来自温度传感器的反馈信号来及时调整。所以，智能温室在冬季的模糊控制，重点在于温度低于下限的情况。而在夏季，温室实时温度及其变化率，依旧是模糊控制输入量，系统的输出则是温室风机降温所需的时间，并将开窗通风作为辅助调节手段。图2-7为融合了模糊控制原理的温室升、降温时间模糊推理图解。
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图2-7 智能温室升/降温时间模糊推理途径
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（2）智能温室中常规温度控制器的控制过程 由相关部位的传感器将智能温室温度传输至温度处理单元；将温度信息分为实时温度与温度变化率两类信号，传输至系统的模糊控制器；温室智能系统现场主控制模块接收到所输入的实时模糊量之后，基于模糊推理做出相关的操作决策；由现场主控模块修改温控时间，实现温室的温控。
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三、湿度条件及调节
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（一）不同蔬菜对水分的要求
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1.水量大，要求土壤经常潮湿，同时空气湿度也比较高的蔬菜
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这类蔬菜有黄瓜、甘蓝、白菜、芹菜、莴苣、菠菜、香菜、油菜、水萝卜以及一些生长快的绿叶菜类。棚室里栽培这类蔬菜，必须经常灌水，同时空气湿度也要高些。
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2.土壤水分消耗量大，但要求空气湿度较小的蔬菜
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这类蔬菜有番茄、茄子、辣椒、豆角、西葫芦等。棚室里栽培这类蔬菜，从开花坐果后，必须经常灌水，但放风量要大，使空气湿度低些。
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3.消耗水量小，但要求土壤湿润，空气湿度小的蔬菜
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这类蔬菜根系短，要求土壤经常保持湿润，但这类蔬菜叶子呈带状或筒状，适宜空气湿度小些。这类蔬菜有韭菜、葱、蒜、洋葱等，棚室栽培这类蔬菜必须常浇水，但放风量要大，以保持较干燥的空气条件。
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4.耐旱性蔬菜
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这类蔬菜一般根系发达，叶子裂刻深，上面有茸毛，对土壤水分要求小，空气湿度也不能高。如西瓜，甜瓜。棚室栽培这类蔬菜，如果浇水太多，空气湿度又高，则品质差，含糖低。
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（二）设施内空气湿度状况及相关参数
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1.设施内空气湿度状况
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设施内维持一定的空气湿度对作物是有利的。由于设施内比较密闭，空气湿度的变化较大，主要受以下因素影响：
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（1）白天湿度低，夜间湿度高；温度低时湿度大，高温度时湿度小；
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（2）灌溉湿度是病害发生的先决条件，灌水后湿度大，因此早晨浇灌要结合通风；
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（3）阴雨天，湿度大；晴天、风天湿度小；
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（4）农膜覆盖比玻璃覆盖的设施空气相对湿度大。
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2.空气湿度的有关参数
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空气中的湿度（水汽的含量）常用绝对湿度、相对湿度、露点温度、水汽压、比湿来表示。
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（1）绝对湿度 直接表示空气中水汽含量的物理量，即每立方米空气中水汽质量的克数，或每千克干空气中所含水汽的千克数。绝对湿度直接测定相当困难，人们习惯用水汽压的大小来衡量空气中水汽的含量。
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（2）水汽压 空气中水汽所产生的分压强。在温度一定时，单位体积空气中能容纳水汽量是有一定限度的。没有达到这个限度的空气叫未饱和空气，水汽含量达到或超过这个限度的空气称饱和空气。饱和空气的水汽压称饱和水汽压。当温度变化时，饱和水汽压随温度升高而按指数级增大，即饱和水汽压是温度的函数。
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（3）相对湿度 空气中实际具有的水汽压与同温度下的饱和水汽压的百分比，称为相对湿度。由于饱和水汽压随温度而变化，如果空气中的水汽含量不变，那么气温高时要比气温低时干燥得多。
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（4）露点温度 指空气中水汽含量和空气压强不变时，当气温降低到使空气达到饱和时的温度。它形式上是温度，实际上是表示空气湿度状况的一个物理量。对于温度相同而水汽压不同的两块空气来说，水汽压较小的气块，温度下降幅度较大才能达到饱和，因而露点较低；水汽压较大的空气块温度下降不多就能达到饱和，因而露点较高。空气饱和时，露点温度和气温相等，未饱和空气的露点温度经常低于气温。
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（5）比湿 指单位质量湿空气中所含的水汽质量。通常用g/kg表示。
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（三）空气湿度调节与控制
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1.除湿方法
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（1）提高棚温，升温降湿 日光温室保温性能的优劣，对棚内相对湿度的高低起着较大作用。因为适宜的高温可以降低空气相对湿度，空气湿度随着温度的变化而变化。在空气含水量相对稳定的情况下，其相对湿度随着温度的增高而降低。为此，提高温室的建造标准，加强其保温性，是降低恶劣环境条件下温室湿度偏高的一个行之有效手段。
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（2）起垄覆膜，暗灌控湿 冬季棚室内的土壤温度除了需要阳光辐射土壤外，还需要通过棚室内的热空气传导到土壤表面来提高，所以土壤表面积大小是影响土温高低的重要因素之一。采用起垄栽培，可显著增大土壤表面，最大限度地接受阳光辐射，土壤吸收的热量多、热土层厚、土温高，不但有利于土壤根系的发育，提高根系的活性，达到根深叶茂，生长健壮的目的，而且提高的土温在夜间又能大量释放热量，升高温室温度，稳定夜温和湿度，一般起垄高度为15～20cm，宽度为60～80cm。垄上覆地膜，实行膜下浇水，能有效地抑制土壤水分的蒸发，减少温室热量的损耗。一方面能提高室内温度，另一方面能有效地降低室内湿度，抑制或减少病害发生。在低温寡光的冬季，严禁阴天或中午后进行浇水，浇水需在晴天早晨进行，10点以前结束。以免浇水不当，引起地温大幅下降或无法放风，温室湿度徒增。
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（3）覆盖地膜 覆膜前夜间空气湿度高达95%～100%，而覆膜后，则下降到75%～80%。
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（4）使用除湿机 除湿机由压缩机、热交换器、风扇、盛水器、机壳及控制器组成，其工作原理是：由风扇将潮湿空气抽入机内，通过热交换器，此时空气中的水分冷凝成水珠，变成干燥的空气排出机外，如此循环使设施内湿度降低。
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（5）除湿型热交换通风装置 采用除湿型热交换器能防止随通风而产生的室温下降。
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2.加湿方法
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大型园艺设施在进行周年生产时，到了高温季节还会遇到高温、干燥、空气湿度不够的问题。尤其是大型玻璃温室，由于缝隙多，此问题更突出，当栽培要求空气湿度高的作物，如黄瓜和某些花卉时，还必须加湿以提高空气湿度。加湿的方式与设备主要有：
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（1）超声波加湿器 超声波加湿器采用高频电子振荡电路，通过换能片产生的超声能量直接作用于水，把电能转化为机械能，而水在强烈的超声空化作用下被雾化，转化过程中无机械运动，雾化的微细水颗粒，经过特殊设计的风道吹送至需加湿空间，达到加湿目的。
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（2）湿帘加湿 主要是用来降温，同时也可达到增加室内湿度的目的。湿帘风机降温系统主要应用在连栋温室内。由于夏季温室内气温高（40～50℃）、空气干燥，不适宜作物生长，只有通过加湿、降温才可维持温室的正常生产。湿帘风机降温系统是利用水分蒸发时空气中的湿热转变为潜热的原理进行降温，同时增加设施内空气湿度。
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（3）温室喷雾降温系统 其原理是利用高压泵将水加压至40kg以上，经高压管路至高压喷嘴雾化，形成飘飞的雨丝，营造良好清新的空气，雾滴快速蒸发，从而达到增加空气湿度、降低环境温度和去除灰尘等多重功效。可与湿帘、风机等降温设备配合使用。
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四、气体条件及其调控
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（一）设施内气体环境对作物生育的影响
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1.氧气
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园艺作物生命活动需要氧气，尤其在夜间，光合作用因为黑暗的环境而不再进行，呼吸作用则需要充足的氧气。
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2.二氧化碳
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绿色植物进行光合作用的原料，空气中二氧化碳的浓度增加，将会大大促进光合作用，从而大幅度提高产量，称为“气体肥料”
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3.有害气体
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设施环境中出现有害气体，其危害作用比露地栽培影响大得多。设施内常见有害气体有氨气、二氧化氮、氟化氢、乙烯等。若用煤火补充加温时，还出现一氧化碳、二氧化硫等有害气体。当前大部分设施内的有害气体多来自有机肥腐熟发酵，有毒的塑料薄膜、管道挥发出的有害气体等。
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几种常见有害气体及危害：
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（1）氨气和二氧化氮 肥料分解过程产生的氨气和亚硝酸气危害，是由气孔进入体内而产生的碱性损害，特别是过量施用鸡粪、尿素等肥料的情况下易发生。
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危害症状：这种危害往往在施肥后10d左右发生。主要侵害植株的幼芽，使叶片的周围呈水浸状，其后变成黑色而渐渐地枯死。氨气浓度达到5μl/L时，二氧化氮气体浓度达到2μl/L时，即出现为害症状。氨气主要危害叶绿体，逐渐变成褐色，以致枯死；二氧化氮主要危害叶肉，先侵入的气孔部分成为漂白斑点状，严重时，除叶脉外叶肉都漂白致死。
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（2）二氧化硫和一氧化碳 园艺设施内进行煤火加温时，如果煤中含硫化物多时，燃烧后产生二氧化硫气体；未经腐熟的粪便及饼肥等在分解过程中也释放出二氧化硫气体。空气中二氧化硫的浓度达到0.2μl/L时，经3～4天即出现危害症状，首先生长旺盛的部位受害，蔬菜受害的叶片先呈现斑点，进而褪色。浓度低时，仅在叶背出现斑点；浓度高时，整个叶片弥漫呈水浸状，逐渐褪绿。一氧化碳是由于煤炭燃烧不完全和烟道有漏洞缝隙而排出的毒气，对生产管理人员危害最大，浓度高时，造成死亡。应当注意燃料充分燃烧，经常检查烟道以及强调保护设施的通风换气。
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（3）乙烯和氯 设施内乙烯气体来源于有毒的塑料薄膜或有毒的塑料管，乙烯浓度达到0.05μl/L时，6小时植物即可表现受害症状。由于有毒塑料薄膜的原料不纯，含有少量氯气，氯气的毒性比二氧化硫大2～4倍，其浓度为0.1μl/L时，2小时即可危害十字花科植物。
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（二）设施内二氧化碳的状况
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二氧化碳是所有绿色植物进行光合作用的碳素来源，空气中二氧化碳不足，植物光合作用制造的营养物质少，蔬菜产量降低。
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空气中一般二氧化碳含量为0.03%，但在棚室里，二氧化碳气体状况却有很大变化，主要受以下因素的影响：
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（1）棚室内的土壤性质不同，放出的二氧化碳多少不同，含有机质多的土壤，每公顷能放出二氧化碳10～25kg；沙质土每公顷能放出4～5kg；而有机质含量少的沙砾土只能放出2kg，因此棚室应建在有机质多的土壤上或多施有机肥；
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（2）棚室内二氧化碳的变化受天气状况的影响，阴、雨天作物光合作用小，二氧化碳浓度较高，而晴天作物光合作用强，棚室内二氧化碳含量明显减少；
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（3）一天中棚室内二氧化碳变化很大，日出后由于作物光合作用，使二氧化碳含量降低，到上午10时左右，浓度最低，甚至只有0.02%，比大气中含量还低，造成作物“生理饥饿”而减产，夜间设施中的二氧化碳来源除了空气固有的浓度变化外，作物呼吸作用、土壤微生物活动以及有机物分解发酵、煤炭柴草燃烧等放出，浓度比外界高。但从清晨天亮之后，作物立即开始旺盛地进行光合作用，吸收大量的二氧化碳，造成白天设施内二氧化碳浓度低于外界。设施内各部位二氧化碳的浓度分布不均匀。
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（三）设施内二氧化碳的调控
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1.CO2浓度传感器
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农作物生长发育离不开光合作用，而光合作用又与二氧化碳有关。所以，控制二氧化碳浓度有利于作物生长发育。对于二氧化碳的监测，可使用二氧化碳浓度传感器：气敏二氧化碳浓度传感器、电化学二氧化碳传感器、红外二氧化碳浓度检测仪和阻抗型压电二氧化碳传感器等。
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2.二氧化碳气体施肥的方法
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（1）通风 在棚室内，由于白天作物光合作用，二氧化碳浓度越来越低，远远满足不了作物光合作用的需要。为保持棚室内有一定量的二氧化碳气体，必须及时打开通风口，使外面的二氧化碳补充进来，以满足作物光合作用的需要。因此，棚室通风管理是补充二氧化碳最简便的方法。有条件的连栋温室可以使用风机进行通风。
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（2）增施有机肥 有机物在土壤分解时放出大量的CO2气体，1t有机物最终能释放出1.5t的CO2气体，秸秆堆肥施入土壤5～6d，就能释放大量的CO2气体。
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（3）二氧化碳发生器 通过二氧化碳发生器燃烧液化石油气、丙烷气、天然气、白煤油等产生二氧化碳。发生器构造简单，分为贮油罐和圆形燃烧筒两部分。白煤油在常温常压下是液体，运输贮藏不需要特制耐压的钢瓶，利用方便，供给及时，CO2产生量容易控制。当前欧美国家的设施栽培，以采用燃烧天然气增施二氧化碳较普遍，而日本较多地采用燃烧白煤油增施二氧化碳。每升完全燃烧的白煤油可产生2.5kg（1.27m3）的CO2，其反应式为：
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2C10H22+31O2=20CO2＋22H2O
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（4）施液化二氧化碳 液化二氧化碳是酒精厂的副产品。在大棚、温室内施用方法方便、卫生，易控制施用量，是有效的CO2施用方法。不足之处是钢瓶租赁费用较高。把二氧化碳钢瓶放在台秤上，按棚室的空间计算，1000m3的空间，每次放二氧化碳2～3kg。
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（5）二氧化碳发生剂（化学反应法） 化学反应法即用酸和碳酸盐类发生化学反应产生二氧化碳。目前，较多采用稀硫酸和碳酸氢铵。在简易的气肥发生装置内，产生二氧化碳气体，通过管道将其施放于设施内。每亩标准大棚容积约1300m3，使用2.5kg碳酸氢铵，可使二氧化碳浓度达900mg/L左右。该法成本较低，二氧化碳浓度容易控制，目前在我国的设施栽培中运用较多。
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（6）固体二氧化碳（干冰） 干冰应在低温下运输，应用时从容器中取出，在常温下升华为CO2气体。该方法简单，用量易控制，适宜小面积应用，但成本较高。
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3.二氧化碳气体施肥应注意的问题
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（1）补充二氧化碳后，大棚需要密闭，减少二氧化碳外溢，提高肥效；
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（2）使用传统二氧化碳补充方法，需视天气情况和生育期而定，一般在晴天清晨施用。阴天不宜补充，苗期补充量最少，定植至坐果最多，坐果至收获补充量其次；
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（3）蔬菜生产期内长期使用才能收到较好效果；
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（4）补充二氧化碳的同时需加强肥水管理，促进蔬菜协调生长。
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4.温室二氧化碳浓度的模糊控制
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主要被控参量为温室液态二氧化碳的释放时间（释放量和释放时间成正比），而影响这一输出的主要因子为温室内二氧化碳浓度和浓度变化率。温室中作物进行光合作用的主要原料是阳光和二氧化碳，中午日光强烈的时候，二氧化碳的消耗量也大，即二氧化碳浓度变化率也大；晚上，由于缺乏日光，农作物停止了光合作用，因此二氧化碳也基本不再消耗。室内二氧化碳浓度和浓度变化率可以作为控制系统的输入参量，液态二氧化碳释放时间为输出控制量。实际操作中，输入和输出很难用一个数学模型进行描述。系统运行中具有较大的不确定性，控制过程在很大程度上依赖操作者的经验，因此特别适合利用模糊控制技术进行控制决策。
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模糊控制的过程如下：首先温室的二氧化碳浓度信息由传感器送到处理单元，分为二氧化碳浓度和浓度变化率送入模糊控制器。对于输入的模糊量，需要将其转换为模糊变量，通过单片机，利用查表方法按照模糊推理法则做出决策，结果被认为是模糊变量，经过模糊化单元处理，再由执行机构修改液态二氧化碳气的释放时间（释放量和释放时间成正比），这样就完成了一次模糊控制算法过程。
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（四）设施内有毒气体及其防除
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1.棚室内有毒气体的来源
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（1）二异丁脂 以邻苯二甲酸二异丁脂作为增塑剂而生产出来的塑料棚膜或硬塑料管，在使用过程中遇到高温天气，二异丁脂不断放出，在大棚、温室里越来越多，许多蔬菜都会中毒。
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（2）乙烯 聚氯乙烯棚膜，如果工艺中配方不合理，在温度超过30℃以上，也可挥发出一定数量的乙烯气体，当大棚、温室内乙烯气体含量达到0.1mg/kg时，对乙烯气体敏感的蔬菜如黄瓜、番茄、豌豆等就出现中毒症状。
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（3）氯气 氯气往往也是由于聚氯乙烯棚膜配方不合理而产生的有毒气体，当棚室内的温度超过30℃以上时，就会放出氯气；当浓度达到1mg/kg时，叶子褪绿，变黄，变白，严重时枯死。
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（4）氨气 氨气是大棚、温室内经常发生的有毒气体，主要是施了未腐熟的有机肥或大量施尿素或氨态氮化肥，如硫酸铵等。
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（5）亚硝酸气 一次施用铵态氮肥过多，会使某些菌体的作用降低，造成土壤局部酸化。当pH值小于5时，便产生亚硝酸气体。可使蔬菜叶片出现白色斑点严重，整叶变白枯死，常被误诊为白粉病。对亚硝酸气体敏感的蔬菜有茄子、黄瓜、西葫芦、芹菜、辣椒等亚硝酸气体。
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（6）二氧化硫气体危害 施用未腐熟的人、畜、禽粪及油饼等有机肥料，在分解发酵过程以及加温时泄漏煤烟，都能放出大量的二氧化硫气体，这种气体达到一定浓度时，由于大棚、温室内空气湿度大，二氧化硫遇到水生成亚硫酸，亚硫酸掉到叶子上，直接破坏叶绿体，也会使叶子受害。二氧化硫浓度低时，只是在叶子背面出现斑点；浓度高时，整个叶子都像开水烫过似的，逐渐褪绿，斑的颜色各种蔬菜有所不同。
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2.有毒气体的防除
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针对上述大棚、温室内常出现的有毒气体，应先采取防范措施，发生少量有毒气体，应采取必要的措施使有毒气体不再增加。具体措施如下：
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（1）选用安全可靠的农用塑料薄膜和塑料制品 尽量选用耐低温，抗老化农业专用大棚膜，对购买聚氯乙烯棚膜一定要慎重，一是要看是否是农业专用大棚膜；二是在棚内先种一点小白菜，并使棚温迅速达到30℃，如果发现小白菜叶子变白，就说明这种膜有毒，不能扣大棚，温室或其他类型的设施。同样，棚室内使用的塑料管、育苗管、塑料育苗钵等塑料制品，一定要购买对作物安全可靠的，最好用聚乙烯树脂做原料的塑料制品，棚室内作物发现乙烯、氯气等中毒症状，确定为棚膜有毒引起时，应立即更换，如一时换不下来，白天应揭棚的四周，打开门窗大通风，夜间再盖上保温。此外，棚室内不能堆放陈旧的塑料制品，以防高温时发生有毒气体。
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（2）通风换气 在晴暖天气应结合调节温度进行通风换气，雨雪天气也应适当进行通风换气。
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（3）合理施肥 大棚内施用的有机肥必须经过发酵腐热，化肥要优质尿素，并与过磷酸钙混施。基肥要深施20厘米，追施化肥深度要达到12厘米左右，施后及时浇水。
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棚室内应施充分腐熟的有机肥，以防氨气和二氧化硫等有毒气体危害，发现有氨气中毒症状时，应大通风、多灌水，降低棚室内温度，以减轻危害程度；施用氮素肥，最好与过磷酸钙混合使用，或施肥时埋到土里，棚室内不施尿素或少施，也应埋到土里；用化肥追肥，追肥后立即浇水并进行通风。
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棚室内尽量不用或少用硝酸化肥，以防产生亚硝酸气体危害，如施硝酸铵应分多次施入并埋到土里，追肥后浇水和通风。
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（4）棚室内用煤火加温 炉子、烟道要抹严，不倒烟、不漏烟，防止二氧化硫和一氧化碳等气体危害。不在炼油厂、化工厂和热电厂附近或公路两侧建大棚或温室。
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（五）设施内空气流动情况
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设施内空气流动状况不仅影响气温的分布，而且影响叶面的光合强度、蒸腾等生理过程。在某一气流速度范围内，可以增加作物的叶面积和干物重。超过此范围，反而产生抑制作用。空气通过气流到达作物叶面时，叶面与空气摩擦产生黏性，从而在叶面附近，形成一个风速较低的气层，称为叶面边界层（境界层）。空气中CO2通过叶面边界层到达叶面，再从叶面上的气孔经过叶肉到达叶绿体内进行光合作用。设施内有0.5～1.0m/s的微风，可减小叶层边界层的阻力，有利于CO2进入叶片气孔内。如果风速过大，为防止叶面蒸腾量过大，叶面气孔张开度变小，导致光合作用强度逐渐减少。但这时如能增加空气相对湿度到80%，光合强度还能随着风速的增加而增加一些。
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对作物群体而言，增加单位面积株数，其干物重也随着增加，但增加到一定密度时，其干物重再也不能增加了，这是群体内的CO2扩散量达到一定程度的结果。因此，设施内有适宜风速的空气流动，能提高光合强度而增产。
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为保证设施内有一定量的空气流动，除了熟悉气流循环规律、注意选择通风设备和通风方法外，还要注意通风量和分布状况。在决定通风量时，不仅应考虑降温、降湿效果，还要考虑风速。为使植株群体内部有微风，最好有0.5m/s左右的通风量，使过道风的方向和畦垄方向成垂直交叉，这样在植株群体内部得到一定的风速和通风量分布较均匀。强制通风方法，是在不能通风季节里的通风方法。一种方法是在天棚部位水平安装风扇，搅拌空气使其流动；另一方法是在强制通风的塑料薄膜风筒的一端（排气孔少的一端）增设一个压力型风扇，并且将风筒与外界连接的进风口和排风扇关闭。当开动压力型风扇时，使空气进入风筒，再从风筒的排气孔流入设施内。
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（六）设施内土壤气体调控
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作物根系有支持植株、吸收水分、无机养分并将其输送到地上部分、贮藏有机物质等多种功能，这些功能与根的呼吸作用有密切关系，所以应当保持根的正常呼吸作用，提高作物根系的活力。为此，在根圈环境中，要求土壤有良好的通气性，土壤气体中CO2浓度不可过高，应当强调土壤气体环境是作物生育的重要条件。
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土壤气体存在于土壤粒的间隙内，正常的土壤粒和间隙的比例大约是1∶1，间隙内被气体和水分充满着，其比例大约是1∶1。如果孔隙的大小、孔隙率和含水量变化时，土壤的容气量也发生变化，要使土壤中保持一定比例的气体，土壤的结构应该是团粒结构，黏土团粒不发达，排水不好，容气量小。灌水量能影响容气量，设施内的灌水一般在土壤水分还较多时就灌，灌水次数也较频繁，为使灌水后也能保持20%以上的空气，需要改进土壤结构。
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孔隙率和含水量除影响容气量外，也影响土壤气体的组成，一般情况是CO2浓度比大气中高，而O2浓度比大气中低，当土壤间隙小、水分多时能使CO2浓度剧增和O2浓度大量减少。土壤和大气中的气体交换主要是依靠扩散作用进行的，所以离表层越近，间隙越大，扩散抵抗越小，气体越充足。
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土壤气体的调节一般是施用腐熟有机肥或用作物秸秆改进土壤透气性，由于透气性变好，其他物理性状如保温性、保水性和透水性都变好。施有机物时，能提高土壤的保肥性和减少肥料对pH的影响。孔隙多、透气性好的土壤O2含量高，有充分的氧进行呼吸作用，使根系发育好，也促进了地上部的发育。
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第二节 营养因子调控设备
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一、灌溉设施及设备
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（一）喷灌系统
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1.喷灌系统分类
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按水流获得的压力方式可分为机压式、自压式和提水蓄能式喷灌系统；按喷灌设备的形式可分为管道式和机组式喷灌系统；按喷洒方式可分为定喷式和行喷式喷灌系统。中国一般将喷灌系统划分为移动式、固定式和半固定式三种类型。
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（1）移动式喷灌系统 从田间渠道、井、塘直接吸水，其动力、水泵、管道和喷头全部可以移动，这种系统的机械设备利用率高，应用最为广泛。如20世纪60年代以前苏联等国采用较多的双悬臂式喷灌机，是一种由拖拉机拖带的单喷头远射程喷灌机；70年代以来，美、苏等国采用的配带动力水泵时针式喷灌机和平移式喷灌机，中国采用的小型喷灌机组；由多级管道组成的全移动管道式喷灌机组和有动力水泵配套绞盘式喷灌机等。
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电动平移式喷灌机：平移式喷灌机适宜喷灌草坪、苗圃、大田经济作物和牧草。该设备自动化程度高，具有高效、节能、节水、增产、省工等特点。配套动力可用电网或柴油发电机组，其电器控制系统安全可靠，过雨量保护、自动导向系统、地头自动停机系统和故障自动报警系统处于全国领先地位。喷洒部件可配摇臂式喷头与喷枪或低压喷头与增压喷枪，喷洒均匀系数可达90%以上，是农业机械方面意义最重大的发明之一。
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电动圆形喷灌机：是自从拖拉机取代耕畜以来，在农业机械方面意义最重大的发明之一，它使旱区或半旱区的农牧业产量大幅度提高。该机适用于喷灌谷类、蔬菜、甘蔗等经济作物，也能喷灌果树、苗圃，还可以兼喷化肥、农药和除草剂。具有喷洒均匀、节能、节水和自动化程度高，对作物、地形适应性强、总投资低等特点。同其他喷灌方式相比，具有以下优点：灌溉面积大，质量好。能够在较少的投资和短时间内灌溉千万顷土地，不需要开沟筑堤、平整土地，只需要井水、河渠、湖泊等水源。其本型DYP-84，单点控制面积50亩，牵引拖移后，控制面积可达到100～200亩。控制面积增大，降低了亩投资成本。高度的机械化和自动化，可以使一人操作2～8台，提高了劳动效率，喷洒节水30%～50%，是一种高效新型的喷灌机具。
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（2）固定式喷灌系统 动力、水泵固定，输（配）水干管（分干管）及工作支管均埋入地下，喷头可常年安装在与支管连接伸出地面的竖管上，也可按轮灌顺序轮换安装使用。这种形式虽然运行管理方便，并便于实现自动控制，但因设备利用率低，投资大，竖管妨碍机耕，世界各国发展面积都不多。一般只用于灌水次数频繁、经济价值高的蔬菜和经济作物灌溉。
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（3）半固定式喷灌系统 动力、水泵固定，输（配）水干管（分干管）埋入地下，工作支管和喷头可以移动，由连接在干管（分干管）伸出地面的给水栓向支管供水。移动支管可以采用人工移动，也可以用机械移动。滚移式、端拖式、不配带动力水泵的时针式、平移式、绞盘式等，是世界各国采用较多的几种机械移管方式。由于半固定式喷灌系统设备利用率较高，运行管理比较方便，为世界各国广泛采用。
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2.喷灌系统设备构成
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作为一项为农业生产服务的工程措施，喷灌系统主要由水源工程、首部装置、输配水管道系统和喷头等部分构成。
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（1）水源工程 河流、湖泊、水库和井泉等都可以作为喷灌的水源，但必须修建相应的水源工程，如泵站及附属设施、水量调节池等。
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（2）水泵及配套动力机 喷灌需要使用有压力的水才能进行喷洒。通常是用水泵将水提吸、增压、输送到各级管道及各个喷头中，并通过喷头喷洒出来。喷灌可使用各种农用泵，如离心泵、潜水泵、深井泵等。在有电力供应的地方常用电动机作为水泵动力机。在用电困难的地方可用柴油机、拖拉机或手扶拖拉机等作为水泵动力机，动力机功率大小根据水泵的配套要求而定。
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（3）管道系统及配件 管道系统一般包括干管、支管两级，竖管三级，其作用是将压力水输送并分配到田间喷头中去。干管和支管起输、配水作用，竖管安装在支管上，末端接喷头。管道系统中装有各种连接和控制的附属配件，包括闸阀、三通、弯头和其他接头等，有时在干管或支管的上端还装有施肥装置。
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（4）喷头 喷头将管道系统输送来的水通过喷嘴喷射到空中，形成下雨的效果洒落在地面，灌溉作物。喷头装在竖管上或直接安装于支管上，是喷灌系统中的关键设备。
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（5）田间工程 移动式喷灌机在田间作业，需要在田间修建水渠和调节池及相应的建筑物，将灌溉水从水源引到田间，以满足喷灌的要求。
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3.常用喷灌系统类型及特点
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虽然喷灌系统的类型较多，但根据其设备组成，喷灌系统可分成机组式喷灌系统和管道式喷灌系统两大类。机组式喷灌系统又可分为轻小型机组式喷灌系统、大中型机组式喷灌系统等。
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（1）机组式喷灌系统 喷灌机是将喷灌系统中有关部件组装成一体，组成可移动的机组进行作业。其组成一般是在手抬式或手推车拖拉机上安装一个或多个喷头、水泵、管道，以电动机或柴油机为动力，进行喷洒灌溉的，其结构紧凑、机动灵活、机械利用率高，能够一机多用，单位喷灌面积投资低。轻小型喷灌机是目前我国农村应用较为广泛的一种喷灌系统，特别适合田间渠道配套性好或水源分布广、取水点较多的地区。
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（2）管道式喷灌系统 管道式喷灌系统是指以各级管道为主体组成的喷灌系统，按照可移动的程度，可分成全固定式、全移动式和半固定式三种。
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全固定管道式喷灌系统：由水源、水泵、管道系统及喷头组成。除喷头外，喷灌系统的各个组成部分在整个灌溉季节甚至常年固定不动。水泵和动力机械固定，干管和支管多埋于地下，喷头装在固定的竖管上并可轮流在各个田块中使用。固定式喷灌系统操作管理方便，易于实行自动化控制，生产效率高，但投资大，亩投资约1000元左右（不含水源），竖管对机耕及其他农业操作有一定的影响，设备利用率低，一般适用于经济条件较好的城市园林、花卉和草地的灌溉，或灌水次数频繁、经济效益高的蔬菜和果园等，也可在地面坡度较陡的山丘和利用自然水头喷灌地区使用。
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全移动管道式喷灌系统：系统组成与固定式相同，它的各个部分，水泵、动力机、各级管道和喷头等都可拆卸，在多个田块之间轮流喷洒作业，因此系统的设备利用率高，投资小，但由于所有设备（特别是动力机和水泵）都要拆卸、搬运，劳动强度大，生产效率低，设备维修保养工作量大，有时还容易损伤作物，一般适用于经济较为落后的地区。
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半固定管道式喷灌系统：系统组成与固定式相同，其中动力机、水泵及输水干管等常年或整个灌溉季节固定不动，支管、竖管和喷头等可以拆卸移动，安装在不同作业位置上轮流喷灌。这种方式综合了全固定和全移动管道式喷灌系统的优缺点，投资适中，操作和管理也较为方便，是目前国内使用较为普遍的一种管道式喷灌系统。全移动管道式喷灌系统的各个部分，水泵、动力机、各级管道和喷头等都可拆卸，在多个田块之间轮流喷洒作业，因此系统设备利用率高，投资小，但由于所有设备（特别是动力机和水泵）都要拆卸、搬运，劳动强度大，生产效率低，设备维修保养工作量大，有时还容易损伤作物，一般适用于经济较为落后的地区。管道式喷灌系统比较适用于水源较为紧缺，取水点少的我国北方地区。
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（二）微喷灌系统
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1.系统构成
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整个系统由水源工程、动力装置、输送管道、微喷软管四个部分组成。
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（1）水源工程 为获取水源而进行的基础设施建设，如挖掘水井，修建蓄水池、过滤池等。喷灌水要求干净、无病菌。水质要求pH值中性，杂质少，不堵管道。
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（2）动力装置 吸取水源并产生一定输送喷水压力的装置。包括柴油机（电动机）、水泵、过滤器等。
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（3）输送管道 主要包括主干管道、分支管道、控制开关等，为了节省工程开支，一般常用6吋或4吋PVC硬管。为不妨碍地面作业和防盗窃，最好将输送管道埋入地下。
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（4）微喷软管 微喷装置的终端工作部分铺设在地面作物行间，多采用黑色软管。软管上开有喷孔，软管内受到一定压力的水通过喷孔喷洒到作物的叶茎上，实现灌溉的目的。
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2.应用优势分析
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（1）节水效果明显 实践表明，与传统漫灌相比，应用微喷技术有效避免了输水过程40%～60%深层渗漏损失。1亩漫灌的用水量能满足2～3亩微喷用水。其次是省工、省力、生产率高。由于微喷软管是事先铺放在地面的，因此作业时，只需打开出水开关，便可完成大面积的喷淋工作。此外，在实施微喷工作过程中，在管道中加入化肥或农药可同时完成施肥或防病治虫工作，大大减轻了植保管理的劳动强度和工作时间，如果采用自动灌溉控制系统，一个人就能控制数百亩甚至上千亩的面积。
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（2）改善植物生产环境，增产增收效果显著 根据检测，应用微喷技术可使蔗园温度降低1.5℃左右，提高空气相对湿度8%～15%。良好的生态环境，加上充足的水源，加速了作物生长和养分的吸收，提高了甘蔗产量，缩短了甘蔗收获时间。
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（3）适应性好，利于推广普及 微喷技术可广泛用于除水稻以外的旱地作物，特别是甘蔗、香蕉、果树等生长周期长的经济作物效果更显著；同时，不管是平地还是坡度为25%左右的陡坡地，都可以正常工作。微喷技术与滴灌技术相比较，尽管节水效果略差，但投资少，设备简单，易于操作管理。
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（4）局部湿润土壤 微喷灌不是对整个灌水地段实施全面积灌溉，而是通过系统将水直接喷送到作物根部附近，湿润区土壤水、热、气、氧分状况良好，减少土壤表面的蒸发。
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（5）灌水量小、灌水周期短，属微量精细灌溉范畴 微灌条件下的作物基本没有棵间蒸发，作物需水量较小；灌水质量高，只要选用质量合格的灌溉器，合理进行工程规划设计，就能得到较高的灌溉质量。
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（6）工作压力低，节省能源。
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（三）滴灌控制系统
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1.滴灌系统的组成
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一套滴灌系统主要由液源、过滤器、各级供水管道、滴头以及在各级管道中安装的阀门等部分组成。
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（1）液源 由有营养液池和无营养液池的2种方式来提供。
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有营养液池的方式：如图2-8所示。在位置较高的地方建一个较大容量营养液池，内盛已配制好的工作营养液，利用重力作用通过各级管道系统流到各个滴头进行供液。这种利用重力的滴灌形式，结构较为简单，无需外部动力，设备的安装和管理也较为简单。也可以把营养液池建在地面或地面以下较低的位置，安装一个水泵把池中营养液供给各株作物，这种方法需要动力，对水泵和管道的要求较高。
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图2-8 开放式岩棉培重力式滴灌系统示意图
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无营养液池的方式：这种方式的供液不设大容量的营养液池，只设浓缩营养液罐（分别盛装A、B两种浓缩液；图2-9），在供液时，当连接外部水源的阀门打开，清水流入时，就启动活塞式定量泵，分别把浓缩营养液A、B抽入供水主管，与水源一起进入肥水混合器中，混合成一定浓度的工作营养液，然后才供至各植株。这种方式供液对活塞式注入泵和肥水混合器的要求严格，能够根据需要来调节注入的浓缩营养液量和水量，并使它们能够混合成均匀的工作营养液。目前，这种系统在国外大规模生产中已广泛应用，我国应用这种供液方式的也越来越多。
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图2-9 开放式岩棉培无营养液池滴灌系统示意图
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（2）过滤器 安装在营养液池或经肥水混合器之后的供液主管上，起过滤水源以及肥料中粗大杂质、防止堵塞滴头的作用。过滤器主要有三种形式，即滤网式过滤器、砂石过滤器和叠片式过滤器。滤网式过滤器是利用筛孔较小的滤网来起到过滤的目的，一般在规模较小的无土栽培中使用。砂石过滤器是利用不同粒径的沙子和石砾来起到过滤作用。叠片式过滤器是利用具有许多小槽状的塑料片叠在一起，在水流经过时把粗大的颗粒过滤掉。后两种过滤器在大规模无土栽培中用得较多。经过一段时间的使用之后，过滤器均需进行清洗，防止堵塞而使得流量过分减少和水压降低。
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（3）滴灌管道 从过滤器至种植行之间由不同管径的管道组成，管径从大至小分别称为干管、支管和毛管等。管道口径的大小应以保证供液均匀性为前提，这需要考虑整个滴灌系统的控制面积、水泵功率大小和滴头的流量等因素。从种植行的毛管至每一株植株根茎部附近的那段小管为滴灌系统最末一级管道，称为水阻管。其一端连接在毛管上，可以采用在毛管上钻一个比水阻管稍小的孔，用力将小管压入毛管中即可，也有专用的连接件连接毛管和水阻管，这样的连接较牢靠，不易漏水。
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目前常用的水阻管有两种，一种为孔径较大（约3～5mm）的塑料管，然后在此水阻管上连接所选用的滴头，通过滴头进一步调节流量，即使滴头堵塞了，也易于清理。还有一种水阻管的管径很小，内径只有0.5mm左右，所以又称发丝管，流经发丝管的水流压力大为降低，本身可作为滴头，其流量受管长度的影响，长度越长，流量越小。由于管径较小，所以容易造成堵塞，一旦堵塞之后难以清理疏通。
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水阻管的出水端一般用一段小塑料插杆架住，插杆插在植株茎基部附近，出液口离基质表面2～3cm，不要接触基质，否则在停止供液时基质中的一些小颗粒会跑到滴头上而造成堵塞。
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2.滴灌系统的分类
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灌溉系统中的滴灌系统能很方便实现自动化控制，灌水的自动化控制能有效实现节水灌溉，这也是实现农业现代化的要求。对滴灌的自动化控制，根据控制系统运行的方式不同，一般可分为手动控制、半自动控制和全自动控制三类。
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（1）手动控制系统 系统的所有操作均由人工完成，如水泵、阀门的开启关闭、灌溉时间的长短、灌溉时间等。这类系统的优点是成本较低，控制部分技术含量不高，便于使用和维护，很适合在我国广大农村推广；不足之处是方便性较差，不适宜控制大面积灌溉。
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（2）半自动控制系统 系统在灌溉区域没有安装传感器，灌水时间、灌水量和灌溉周期等均是根据预先编制的程序，而不是根据作物和土壤水分及气象资料的反馈信息来控制。这类系统的自动化程度不等，有的是其中一部分实行自动控制，有的是几个部分进行自动控制。
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（3）全自动控制系统 系统不需要人直接参与，通过预先编制好的控制程序，根据作物需水的某些参数，可以长时间自动启闭水泵，自动按一定的轮灌顺序进行灌溉，人的作用只是调整控制程序和检修控制设备。
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自动滴灌系统是通过掩埋在土壤中的湿度传感器，检测植物生长所需水分是否满足要求（设定植物正常生长所需水分的范围），然后将检测到的信号送入单片机进行分析比对。单片机同时接收安装在水管管口处压力传感器检测到的压力信号，使设定的工作压力与反馈信号压力作比较，并通过变频器改变离心泵的转速，离心泵转速的变化，控制出口压力的变化，供水量随之变化，即可达到控制供水量的目的。植物对水分需求情况与供水量之间的关系可通过经验与试验得出。这样，可以将水直接而精确地输送到作物根部，是一种低成本、长寿命、免维护、高效节能的浇水方式。它适用于单行或多行盆栽、吊篮式种植、培植袋栽种作物、庭院式花园等，也适合家居大小花盆栽种的植物浇灌。自动滴灌系统目前在缺水的发达国家应用十分广泛，目前在我国部分地区也逐渐应用。自动滴灌系统要求滴灌时间准确、出水量适中、系统操作方便。
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滴灌自动化系统的基本控制方法有时间控制、水量控制和反馈控制三种。时间控制系统是按预定好的时间放水或关水；水量控制系统是按照设计的配水量放水或关水；反馈控制系统是根据灌区内湿度传感器的监测，然后将信号传送到控制枢纽来关水或放水。滴灌系统更便于实现完全自动化，可以大量降低劳动力的数量。
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3.选用滴灌系统的要求
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（1）可靠性 滴灌系统要可靠，特别是通过自动调节营养液浓度和酸碱度的检测装置，注入泵必须可靠、准确，如这些自控装置的性能不够稳定，还不如采用人工的方法进行调节。另外，还要求滴头的抗堵塞能力较强，安装拆卸方便，容易清洗；还要求过滤器的功率效果要好，清洗方便。
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（2）均匀性 滴灌系统均存在着水头与滴头压力差的问题，因此这里所说的供液均匀性是相对的，而不均匀性则是绝对的。一般要求在滴灌系统中滴头流量的均匀性在80%～85%，如果过于不均匀，则会出现作物生长不整齐的现象。
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（3）及时性 为了保证植株在整个生长过程任何时候均能及时地得到供液，一方面要保证整个滴灌系统能经常保持良好状态，另一方面是指要保证液源的贮备能维持较长时间，同时要求水源的供应不能长时间间断。
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4.滴灌系统在使用过程的注意事项
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为了体现滴灌系统的优越性，同时保障系统运行过程的可靠性、及时性和均匀性，在使用时要特别注意以下的问题：
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（1）定期检查滴灌系统所有部分的运行情况，特别是检查水泵的工作情况、滴头的堵塞及流量的变化情况，以及过滤器的堵塞情况，如发现滴头流量偏小或堵塞，要及时拔下清洗。要定期检查过滤器两侧水压的变化情况，如压力呈现不正常降低，则应清洗，最好是在这种情况未出现之前就清洗，否则可能影响到供液的均匀性和供液量。
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（2）使用符合规定纯度的肥料配制营养液，切勿使用难溶性杂质含量高的肥料。采用的水源中的杂质不能过高，特别是利用硬水作为水源，要经常清洗浓缩营养液罐和贮液池的水垢，并每隔3～5天用清水彻底冲洗一次滴灌系统。
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（3）如采用人工控制阀门开关，在供液未结束前均要有人看守，避免由于遗忘而使得供液过量。
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5.重力自流式滴灌系统
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通过供液支管在大棚或温室的种植槽四周互相连通，形成一个闭环系统，以使各处的压力尽量均匀，然后把已连接有滴头的毛滴管两端与供液支管相连并平铺在种植槽的基质面上（图2-10），如每条种植槽种植2行植株，则铺设2条毛滴管。这种滴管系统因工作压力很小（6m×30m大棚的水头压力只需1m左右的水压）、流量小，因而灌溉均匀度较高，施工很方便。
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图2-10 重力自流式滴灌系统在棚内设置示意图
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（四）调亏灌溉
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调亏灌溉是主动对作物施加一定程度的有益亏水度，利用水分胁迫的正面效应，从生物学角度来提高水分生产效率，属于非充分灌溉。这种节水灌溉技术广泛应用于设施农业生产中。冬春季节日光温室中，低温弱光高湿的环境很容易造成作物植株徒长，营养生长过旺，生殖生长就会受到抑制，往往形成“壮秧不壮果”，产量与质量都会降低。因此，在实际生产中多采用蹲苗控水措施，即在作物苗期适量控制灌水，使作物处于一段时间的干旱胁迫之后复水，利用补偿效应提高作物抗旱能力，达到节水目的。
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调亏灌溉可用激发效应来解释。干旱情况下水分为关键因子即限制因子，作物在克服生产中的限制因子时会产生激发效应，即干旱后复水使作物在一定的环境条件下利用资源的能力大大增强，出现生产力超强的效应，不仅增加产量，更达到节水的目的。作物生育前期经过调亏处理后，根冠比会提高，根系活力增强，吸水能力增加，复水后具有较强的水分补偿能力，相当于在作物生育前期进行了抗旱锻炼，提高了作物的抗旱能力和生长能力。水分亏缺同时也调整作物营养生长与生殖生长的关系，使光合产物向经济产量转移，减少作物生长冗余，不仅提高了产量，改善了作物品质，也提高了水分利用效率。
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调亏灌溉的生理机理在于，同一植株的不同生长时期和同一时期不同组织和器官对水分敏感性都是不同的，在植物受到水分胁迫时，营养生长受阻，而有机物的积累不受影响。在调亏灌溉结束后的复水期，积累的有机物就可以弥补光合产物减少所带来的损失，作物的产量不受影响。但是水分胁迫过重的话，细胞壁失去弹性，复水后细胞壁无法扩张，作物减产。所以调亏灌溉要适时适度，过度的调亏只会减产。
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调亏灌溉的关键是控制好调亏时期和调亏程度。作物早期对水分的敏感指数较低，轻度水分亏缺不仅不会对作物产生不利影响，还能使作物壮苗指数提高，植株健壮，根系发达，为最终高产打下基础。但要避免调亏过早，形成弱苗。作物营养生长的高峰阶段即作物生长中期阶段，是植株生长旺盛时期，此时作物需水量大，作物缺水较快，尤其注意调亏的程度。
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二、设施施肥技术及设备
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（一）温室施肥技术
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温室蔬菜施肥方式有3种，即基肥、追肥和叶面喷肥。
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（1）基肥多沟施或穴施，追肥多撒施、冲施或者打孔施肥，叶面喷施多与病虫害防治结合施用，基肥中有机肥和磷钾肥混合施效果会更好。
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（2）温室蔬菜周年生产，产量高、需肥量大，一次施肥很难满足生长发育对养分的需求，同时肥效也不能很好地发挥，且利用率低，要基肥、种肥、追肥合理搭配，多种肥料配合使用。在施足底肥的基础上，重视种肥，及时追肥，达到最佳肥料效果。
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（3）重施底肥。底肥以有机肥为主。有机肥使用量一般每亩新棚8～10m3，旧棚5～6m3。
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（4）施用充分腐熟的有机肥。未经腐熟的有机肥常常带有病菌和虫卵，带进温室会传给蔬菜，造成危害。并且有机肥腐熟时，会产生氨气，造成烧苗或中毒。一般温室施肥时间集中在盛夏，早春茬或冬春茬拉秧后，秋冬茬定植前至少15天进行。提前50～60天充分腐熟（特别是鸡粪肥，更要加强腐熟），最好用棚膜包起来，通过堆积腐熟发酵，杀死病菌和寄生虫卵，否则施用会产生蔬菜病害。有机肥要均匀深施，深翻土壤30cm，深翻后浇大水，促进土壤熟化。
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（5）应用测土配方施肥技术（即平衡施肥技术）进行科学施肥。根据蔬菜养分吸收特性和对营养的需求量以及土地的供肥能力，通过施肥来满足生长对肥料的需要，以获得最高的产量和最佳的品质。
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（6）重视叶面施肥技术。植物对养分的吸收器官主要是根系，其次是叶片。叶面施肥也是施肥中的一个重要手段。叶面施肥有肥效快、针对性强、施用方便、用量少等特点。并且与根系相比叶部更易吸收营养。
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（7）施用沼肥。沼液沼渣是人粪尿、家畜粪便和植物残体在沼气池通过微生物发酵，病菌和虫卵已被杀死，人粪尿、家畜粪便和植物残体被分解，肥效提高。施用沼肥蔬菜病害轻，产量高，且喷施沼液具有理想的杀虫效果，是无公害蔬菜生产的理想肥源之一。
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（二）施肥设备
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1.土壤养分传感器
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土壤养分的测定包括土壤有机质、pH值、氮、磷、钾以及交换性钙和镁的检测。土壤养分的测定采用离子、生物传感器。有pH值测量仪、EC传感器（有DDC系列、DDD系列和871FT系列等型号的产品）。
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2.滴灌施肥装置
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滴灌施肥的效率取决于肥料罐的容量、用水稀释肥料的稀释度、稀释度的精确程度、装置的可移动性以及设备成本及其控制面积等。常见将肥料加入滴灌系统的方法可分为两种。一种为肥料罐法，根据进出肥料罐两端水流压力差的不同，通过水流将肥料带入灌溉系统中。具有代表性的就是井水滴灌条件下使用的压差式施肥罐。压差式施肥罐是肥料罐（由金属制成，有保护涂层）与滴灌管道并联连接，使进水管口和出水管口之间产生压差，通过压力差将灌溉水从进水管压入肥料罐，再从出水管将经过稀释的营养液注入灌溉水中。另一类是采用肥料泵的方法，将肥料注入灌溉系统，这一方法可定量地控制加入肥料的数量。根据肥料泵工作原理的不同，可将该法进一步分为：借助水流产生的负压，将肥料加入灌水系统的流量计法（venturipump），以色列生产的Netafim，美国生产的Dama泵即属于此；借助电能或水流等将肥料加入灌溉系统的肥料泵法，代表性的有以色列生产的TMB、Amiad及法国生产的Dosatron泵。前一类泵价格相对便宜，但有水头的损失，且加入肥料的速率相对较低；后一类泵克服了前一种泵的缺点，但成本相对较高。
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（1）压差式施肥装置 该施肥装置制作工艺简单，生产成本较低，操作简易，固体或液体肥料均适宜。但是，压差式施肥装置不易控制加入肥料的浓度，无法对肥料从加入量上和时间上实现精量控制，施肥过程中人为因素较多，并且常会导致肥料浪费与滴灌设备的损耗，越来越不能满足精准施肥的要求。在节水滴灌技术十几年的推广进程中，科研人员为使膜下滴灌施肥装置更加适合农业生产需要、便于控制，实现均匀施肥，对膜下滴灌条件下施肥装置的改进做出了一定努力。
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（2）气泵式施肥装置 该施肥装置是通过调节外接气泵的压力，将密封施肥罐中的肥料溶液压入灌溉水中，从而实现均匀施肥的一种滴灌施肥方式。该滴灌施肥装置由于其气泵质量问题和粗糙的操作环境，很容易使装置在工作中出现故障，导致整套装置的整体寿命下降，从而了增加农业生产中在施肥环节上的成本，所以未被广泛的推广。
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（3）吸入式滴灌施肥装置 该装置仅限于在河水滴灌条件下使用，制作工艺简单，生产成本较低。虽然这套设备可以通过人工搅拌使肥料施入均匀程度大大提高，并可提供水泵抽水时的衔接水，但在施肥过程中肥料中的杂质也给滴灌过滤设备造成了一定程度的影响，增加了滴灌设备过滤环节的成本。
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滴灌施肥方式相比于传统施肥方式（肥料撒施、穴施和沟施等）有很高的均匀性和较高肥料利用率。通过滴灌施肥，也可通过调节施用肥料的种类、比例、数量及时期，可将肥料施于根区，保证根区养分的供应，减少养分的淋失，显著地提高肥料养分的利用率。同时，滴灌施肥可使土壤溶液保持较高磷浓度环境，并且显著降低了氮素的淋溶损失和减少硝态氮淋失对环境的危害。这些都是膜下滴灌被推广以来，农业工作者都认可的滴灌施肥优势所在。但是，在膜下滴灌栽培管理问题中值得指出的是，滴灌施肥作为一项施肥措施，肥料需随灌溉水共同注入滴灌系统，所以其应用效果不仅取决于它对养分和水分调控与当地气候和土壤特性、作物需肥规律的吻合程度，还取决于施肥装置的精密程度、自动化程度与智能化程度。只有满足这些条件才能实现节约农业资源、提高肥料利用率和提高作物产量。
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（4）膜下滴灌施肥装置需要解决的基本问题
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生产成本：滴灌技术现代化程度较高的国家如以色列和美国，农业机械化与信息化程度都非常高，滴灌施肥设备是与其整套农业现代化设备相配套的。对于滴灌施肥设备的盲目引进，不仅存在技术上的困难，还会增加引进地区农业生产成本。现有的膜下滴灌施肥装置长期以来一直未被淘汰，根源就在于该装置生产成本较低，在农业生产中从降低农业生产成本的角度来看是符合农业发展要求的，但是该装置确实阻碍了精准施肥技术的发展。
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肥水混合：肥水混合一直以来都是滴灌施肥过程中影响肥料利用率的一个问题。采用压差式施肥装置施肥，一直都存在着肥料溶解问题和注肥不均等问题，能够将均匀的肥料溶液注入灌溉水中或者直接使用液态肥，都将会提高肥料利用率，实现膜下滴灌条件下的均匀施肥。
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过滤与清除肥料残渣：滴灌带滴头堵塞将会导致田间部分区域作物减产，引起滴灌带滴头堵塞的原因主要有两个，一是灌溉水中含有的杂质由于种种原因导致滴灌带滴头堵塞；二是肥料中含有的杂质导致滴头堵塞。由于当前滴灌设备的过滤装置都非常多，而且比较先进，所以直接由于灌溉水中的杂质所导致的滴头堵塞的可能性已被大大降低，最有可能堵塞滴头的是未经过过滤处理肥料溶液中含有杂质。
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3.隔膜式施肥装置
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利用灌溉系统自身的水压力作为动力进行施肥，特点是施肥浓度均匀，可控制浓度变化，易于操作，易于自动化实施，无机械损失，可移动等。新型施肥装置的设计是根据帕斯卡定律（加在密闭液体或气体上的压强，能够不改变它的大小被液体或气体向各个方向传递）的原理提出的。隔膜式施肥装置的施肥方法，是在压差式施肥装置的基础上改进的，即利用灌溉管道中的水压，使施肥装置内的气体受到压缩，通过气体或橡胶膜为媒介进行等压传递的施肥装置。从而解决了以前施肥装置（以色列的差压式和国内GN2081629U采用文丘里管差压式），使水溶液和肥溶液在施肥罐中直接相混，而导致施肥浓度变化大，不好控制的问题。
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隔膜式施肥装置的工作原理：与定压式施肥装置工作原理基本相同，在连接上都是在灌溉管道上采取并联分流的形式，并利用分流而实现定流量施肥，从而提高了施肥的均匀度。与定压式施肥装置所不同的是隔膜式施肥装置利用橡胶膜为媒介进行压力传递。如图2-11所示，当橡胶隔膜囊袋中装满肥液15后，关闭施肥罐顶盖，打开进水阀5时，输水管的清水经过阀5注入气室2，调整限流阀8，当A点压力大于B点压力时，打开施肥阀13，肥液注如输水管10中，流入灌区。由于水源对某一灌区的压力和流量是一定的，输水管10经分流后的流量也是一定的，因此系统中实现了定流量施肥。
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图2-11 隔膜式施肥装置示意图
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4.机械注入式施肥装置
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基本工作原理（图2-12）：在灌溉液压力稳定的情况下，滴灌管网末端滴头的流量即为定值，因此灌溉液流量亦为定值。根据实际灌溉面积和该灌溉面积对应的滴头数量，即可计算出流经管路的灌溉液流量，同时可以根据灌溉液浓度计算出相应的液肥流量，只要设法对相应的液肥流量进行调控，就可实现比例施肥控制。要实现上述控制，需要解决两个问题，即主管中流体压力控制和肥液管中肥液流量控制。主管中流体的压力由压力调节阀8进行调控，并借助于压力表进行监控；肥液流量则由设置在液肥管中的流量调节阀5调控，流量调节阀经过技术改装标定有流量刻度示值，流量刻度示值的技术标定按照实际灌溉条件完成。在流量调节过程中，定量泵输出的多余流体，则通过设置在液肥管线中的溢流阀3返回液肥罐。肥液管线中的逆止阀用于防止泵停止工作时，主管线中的水流入肥液罐；主管线中的逆止阀用于防止液肥污染水源。
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图2-12 机械注入式施肥装置基本方案
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机械注入式施肥装置的特点是通过液肥管线中的流量调节阀5和溢流阀3实现液肥流量的调控，系统中未设置价格昂贵的流量计和调速电机及调速控制装置，控制方式简单，经济实用。但流量调节阀的流量刻度示值分辨率低于流量计数字显示分辨率，且系统压力波动会影响流体流量，但从产品的性能、施肥精度、经济性和实用性综合考虑，该方案可满足花卉种植的施肥要求。
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5.基于单片机的电动变量施肥装置控制系统
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变量施肥是精确农业的重要组成部分，也是农业工程领域中的新技术。实现变量施肥，不但可以有效提高化肥利用率，而且可以减少因化肥使用不当而造成的环境污染和食品安全问题。目前，我国农业生产中常见的施肥装置大多沿用地轮或变速箱，通过机械传动机构驱动排肥器进行工作，性能落后，不能满足生产需要。因此有学者开发基于单片机的电动变量施肥装置控制系统。
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（1）控制系统原理 该电动变量施肥装置的排肥轴与直流电机输出轴连接。根据需要，通过调节直流电机转速控制排肥轴的转速，从而改变排肥量，实现变量施肥。该装置采用单片机作为控制核心，采用人为给定施肥量的方法，即设定单位面积施肥量，单片机通过采集排肥器转速和机具前进速度，并根据设定施肥装置的行距、排肥器数量和排肥量计算出每分钟实际施肥量。与设定值相比较，运用自动控制算法，实时调节电机转速，使实际施肥量和给定值相一致。利用单片机对电机速度进行实时调节控制，从而实现根据不同需要进行变量施肥（图2-13）。
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图2-13 施肥机控制方案原理图
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（2）硬件 针对电动变量施肥系统的要求，设计了系统的硬件电路。该系统硬件主要由单片机最小系统、电源模块、机具前进速度和排肥器速度采集单元、电机驱动单元以及过载保护单元等组成。该装置采用宏晶公司STC系列单片机STC12C5608AD作为控制核心，根据各种输入信号通过计算给出直流电机控制信号。该装置的输入信号为施肥量的设定量、机具前进速度和排肥器转速。输出信号是PWM直流电机控制信号。单片机根据各种输入信号，运用自动控制算法给出直流电机控制信号，对排肥器转速实时控制，根据需要调节施肥量，实现变量施肥，满足成产需要。该装置整体结构如图2-14所示。
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图2-14 单片机整体结构框图
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6.植物精密施肥机
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国外设施农业发达国家如美国、日本、荷兰、以色列等国在植物精密施肥方面技术水平较高，所采用的自动施肥主要有泵注式、文丘里式、压差式、水驱动混合注入式等，其中水驱动混合注入式应用越来越广泛。
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在美国，营养液供给系统是将每一种化合物单独装在一个营养罐内，用计算机统一指挥，按照不同比例溶解在水中，再输送到作物种植床上。营养液的调整是根据一天中几次抽取回流的营养液，自动分析，然后根据分析结果，由计算机下达新的营养液修正配方指令，混合成新的营养液，供给植物根系吸收，其主要根据是依据太阳辐射强度而改变，夜间没有太阳辐射，营养液配方就不改变了。在以色列，营养液通过滴灌系统与灌溉水一起供给植物根系，称为“水肥灌溉”，营养液的调配和供给由计算机统一控制。通过机器上的一套肥料泵直接、准确地把肥料注入灌溉水管中，连同灌溉水一起适时适量地施加给植物，实现了水肥一体化，大大提高了水肥综合效应和水肥利用效率。肥料经过滴灌系统直接接触植物的根部，避免了浪费。
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以色列AMIAD公司利用水力驱动施肥系统自动作业，无需电力，肥料浓度控制精确。荷兰的温室内作物栽培大部分采用无土栽培，营养液供应系统采用A-B箱式系统，这个系统里有4个箱子分别标为A、B、Z、L，它们分别装有不同的营养成分如钙盐（A）、磷肥（B）、酸液（Z）、碱液（L）。在这个闭环系统中，回流水可以抽到第五个箱子（缓冲箱）中，新鲜水和来自A箱B箱的液体可以控制电导率常数（EC），来自Z箱或L箱的液体可以控制pH值。缓冲箱的营养液通过阀门和一系列的滴灌管输送到植物根部。在这个系统里配置了化学传感器、电导率传感器和酸碱度数值传感器，通过计算机来控制供给植物的水分及营养液剂量。
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法国生产的肥料农药混合器代表了当今国际领先水平。其工作原理：水流进入混合器内，驱动主活塞，与之相连的注入器活塞随之上下运动，将待注的肥料溶液吸入混合室，其特点是不用电力而依靠水压驱动，浓度可调节，有较好的精度控制。工作压力0.3～6.0bar，可调整0.2%～10%的注入比例，流量10～20L/h，较普通压差式施肥精度有很大提高。
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为适应设施农业快速发展和无土栽培面积逐年增加的需要，针对国内植物精密施肥设备缺乏，而进口设备价格昂贵，且不完全适合我国国情的现状，研制开发配备高精度的EC、pH传感器、液压水表、压力调节阀、用于检测压力的电子恒定水压继电器、压力计、叠片式过滤器、肥料泵等元件的装置。传感器采集到的栽培植物土壤或基质中肥料成分的相关信息，通过数据线输入到主控制器的CPU中，采集来的数据与根据不同的作物要求设定的EC、pH值相比较，通过控制器进行灌溉施肥程序与施肥量的调整，从而自动调节肥料泵的施肥速率，实现水肥一体化的有效集成。机器采用模块化设计，灌水施肥的数量、压力、EC及pH值均可做相应调节，以满足不同的用户。肥料利用率高、施肥精度高、操作方便，具有完善的故障报警功能。适用于温室大棚、大田、果园和园林的自动化灌溉施肥控制，已实现产品化，在设施农业生产中发挥着重要作用。
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通过高精度的EC、pH传感器对营养液状况进行检测，EC、pH数值信号传递到智能控制器，通过分析比较，控制器发出控制指令，自动调整肥料泵的流速，获得植物需要的合适营养液浓度，肥料泵数量根据不同用户和作物需求可做适当的增减。在灌溉施肥过程中，肥料泵以微量的脉冲注肥，可以保证精确的肥料施用剂量。通过控制器进行灌溉施肥程序的设定，从而实现水肥一体化，根据不同作物及不同的作业规模，灌水施肥的数量、压力、EC及pH数值均可做相应的调节，以满足不同的使用目的。
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第三节 连作障碍与基质栽培设施
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一、连作障碍
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同一作物或近缘作物连作以后，即使在正常管理的情况下，也会产生产量降低、品质变劣、生育状况变差的现象，这就是连作障碍。狭义的连作是指在同一块地里连续种植同一种作物（或同一科作物）；广义的连作是指同一种作物或感染同一种病原菌或线虫的作物连续种植。
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防止连作障碍的最好办法是基质栽培。传统的土壤栽培易产生连作，基质栽培可避免连作障碍。基质栽培是用固体基质（介质）固定植物根系，并通过基质吸收营养液和氧的一种无土栽培方式。基质种类很多，常用的无机基质有蛭石、珍珠岩、岩棉、沙、聚氨酯等，有机基质有泥炭、稻壳炭、树皮等，因此基质栽培又分为岩棉栽培、沙培等。采用滴灌法供给营养液，其优点是设备较简单、生产成本较低。
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蔬菜基质栽培技术以其省工省力、省水省肥、优质高效、环保、污染少以及避免连作障碍等优点正逐渐被广大菜农所认可。我国基质栽培技术的应用起步较晚，但发展迅速，基质栽培生产正朝着规模化、集约化和自动化的方向发展。
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二、基质栽培设施
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（一）基质的分类
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1.无机基质
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无机基质主要是指一些天然矿物或其经高温等处理后的产物作为无土栽培的基质，如沙、砾石、陶粒、蛭石、岩棉、珍珠岩等。它们的化学性质较为稳定，通常具有较低的盐基交换量，其蓄肥能力较差。一般说来，由无机矿物构成的基质，如沙、砾石等的化学稳定性较强，不会产生影响平衡的物质。
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2.有机基质
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有机基质主要是一些含C、H的有机生物残体及其衍生物构成的栽培基质，如草炭、椰糠、树皮、木屑、菌渣等。有机基质的化学性质常常不太稳定，它们通常有较高的盐基交换量，蓄肥能力相对较强。
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有机基质如泥炭、锯末、稻壳等的化学组成复杂，对营养液的影响较大。锯末和新鲜稻壳含有易为微生物分解的物质，如碳水化合物等，使用初期会由于微生物的活动，发生生物化学反应，影响营养液的平衡，引起氮素严重缺乏，有时还会产生有机酸、酚类等有毒物质，因此用有机物作基质时，必须先堆制发酵，使其形成稳定的腐殖质，并降解有害物质，才能用于栽培，如醋糟、中药渣等。
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3.化学合成基质
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化学合成基质又称人工土，又称人造土（人工土壤）、人造植料、营养土、复合土等，是近十年研制出的一种新产品，它是以有机化学物质（如脲醛、聚氨酯、酚醛等）作原材料，人工合成的新型固体基质。其主体组分可以是多孔塑料中的脲醛泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料、聚有机硅氧烷泡沫塑料、酚醛泡沫塑料、聚乙烯醇缩甲醛泡沫塑料、聚酰亚胺泡沫塑料中的一种或数种混合物，也可以是淀粉聚丙稀树脂一类强力吸水剂，使用时允许适量渗入非气孔塑料甚至珍珠岩。
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但由于人工土相对来说是一种高成本产品。所以，在十分讲究经济效益的场合，如在饲料生产、切花生产、大众化蔬菜生产方面，目前不及泥炭、蛭石、木屑、煤渣、珍珠岩等实用，但在城市绿化、家庭绿化、作物育苗、水稻无土育秧、培育草坪草、组织培养和配合课堂教学方面，则人工土具有独到的长处。
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人工土又完全不同于无土栽培，究其实质，后者不外乎是混合基质，将自然界原本存在的几种固体基质和有机基质按各种比例，甚至再加进田园土混合而成而已，没有人工合成出新的物质。因此，人工土是具有不同于人造土、人造植料的全新概念。
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4.混合基质
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混合基质又称复合基质，是指由两种以上基质按一定比例混合制成的栽培用基质。这类基质是为了克服生产上单一基质可能造成的容重过轻、过重，通气不良或通气过盛等弊病，而将几种基质混合使用而产生的。
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混合基质将特点各不相同的基质组合起来，使各自组分互相补充，从而使基质的各个性能指标达到要求的标准，因而在生产上得到越来越广泛的应用，如醋糟基质，特点是肥效高，孔隙度大，可与蛭石、珍珠岩等进行混合使用。从理论上讲，混合的基质种类越多效果越好，但由于混合基质时所需劳动力费用较高，因此从实际考虑应尽量减少混合基质的种类，生产上一般以2～3种基质混合为宜。
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（二）基质的性质
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1.基质的物理性质
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基质的好坏首先取决于基质的物理性质。反映基质物理性质的主要指标包括颗粒大小（粒径）、容重、总孔隙度、气水比等。
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（1）容重和比重 容重是指单位体积干基质的重量，一般用g/L或g/cm3表示。容重与比重不同，比重是单位体积固体基质的质量，不包括基质中的孔隙度。测定容重的方法是：用已知体积的容器装入待测基质，再将基质倒出后称其重量，以基质的重量除以容器的容积即可。
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基质的容重与基质粒径和总孔隙度有关，其大小反映了基质的松紧程度和持水透气能力。容重过大，说明基质过于紧实，不够疏松，虽然持水性较好，但通气性较差；容重过小，说明基质过于疏松，虽然通气性较好，有利于根系延伸生长，但持水性较差，固定植物的效果较差，根系易漂浮。
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不同基质的容重差异很大，同一种基质由于压实程度、粒径大小不同，容重也存在差异（表2-2）。
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表2-2 几种常用固体基质的容重和比重
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比重是指单位体积固体基质的质量，用g/L或g/cm3表示。比重与容重是不同的概念，其区别在于容重所指的单位体积基质包括孔隙所占有的体积，比重的单位体积就是基质本身体积，不包括空气或水分所占有的体积。比重的测定较为麻烦，特别是容重小的基质，测定就更为麻烦。可采用比重瓶法来测定，在实际生产中一般不测定基质的比重。
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（2）总孔隙度 总孔隙度是指基质中通气孔隙与持水孔隙的总和，用孔隙体积占基质总体积的百分比来表示。总孔隙度反映了基质的孔隙状况，总孔隙度大的基质较轻，基质疏松，较有利于作物根系生长，但固定和支撑作物的效果较差，容易造成植物倒伏。例如，岩棉、蛭石、蔗渣等的总孔隙度在90%～95%；总孔隙度小的基质较重，水、气总容量较少，如沙的总孔隙度约为30%左右。因此，为了克服某一种单一基质总孔隙度过大或过小所产生的弊病，在实际应用时常将两三种不同颗粒大小的基质混合制成复合基质来使用。总孔隙度计算公式为：
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总孔隙度（%）＝（1－容重/密度）×100%
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由于基质的密度测定较为麻烦，可按下列方法进行粗略估测：取一个已知体积（V）的容器，称其重量（W1），在此容器中加满待测的基质，再称重（W2），然后将装有基质的容器放在水中浸泡一昼夜，称重（W3），注意加水浸泡时要让水位高于容器顶部，如果基质较轻，可在容器顶部用一块纱布包扎好，称重时把包扎的纱布去掉，然后通过下式计算这种基质的总孔隙度。重量单位为g，体积单位为cm3。
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总孔隙度（%）=［（W3－W1）－（W2－W1）］/V×100%
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（3）大小孔隙比 基质的总孔隙度只能反映一种基质中水分和空气能够容纳空间的总和，不能反映基质中水分和空气各自能够容纳的空间。
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基质气水比（即大小孔隙比）是指在一定时间内基质中容纳气、水的相对比值，通常以通气孔隙和持水孔隙之比表示。基质中直径在0.1mm以上的孔隙，其中的水分在重力作用下很快流失，主要容纳空气，称为通气孔隙（大孔隙）；直径在0.001～0.1mm的孔隙，主要贮存水分，称为持水孔隙（小孔隙）。大小孔隙比能反映基质中气、水间的状况，是衡量基质优劣的重要指标，与总孔隙度合在一起可全面反映基质中气和水的状态。如果大小孔隙比大，说明基质空气容量大而持水量小，贮水力弱而通透性强；反之，空气容量小，而持水量大。一般来说，基质的大小孔隙比应保持在1∶1.5～4为宜。气水比的计算公式为：
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基质气水比＝通气孔隙（%）÷持水孔隙（%）
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要测定气水比，就要先测定基质中通气孔隙和持水孔隙各自所占的比率。其测定方法是：取已知体积（V）的容器，装入固体基质后按照上述方法测定其总孔隙度后，将容器上口用已知重量的湿润纱布（W4）包住，把容器倒置，让容器中的水分流出，放置2h，直至容器中没有水分渗出为止，称其重量（W5），通过下式计算通气孔隙和持水孔隙所占的比例（单位同总孔隙度测定）。
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通气孔隙＝［（W3+W4－W5）÷V］×100%
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持水孔隙＝［（W5－W4－W2）÷V］×100%
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（4）颗粒大小 固体基质颗粒的大小（即粗细程度）是以颗粒直径（mm）来表示的。它直接影响到其容重、总孔隙度、大小孔隙度及大小孔隙比等其他物理性状。同一种固体基质其颗粒越细，则容重越小，总孔隙度越大，大孔隙容量越小，小孔隙容量越大，大小孔隙比越小；反之，如果颗粒越粗，则容重越大，总孔隙度越小，大孔隙容量越大，小孔隙容量越小，大小孔隙比越大。因此，为了使基质既能够有足够大的通气孔隙，以满足植物根系吸收氧气的要求，又能够在基质中吸持一定量的水分，供植物根系对水分的要求，同时又能够满足管理要求，基质的颗粒不能太粗大，也不能过于细小，应适中为度。如果不能够选择一个颗粒粗细适中的基质，就要尽量选择不同粗细的基质互相搭配，以保证基质中通气和持水容量均保持在一个较为适中的水平。
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由于不同的固体基质性质各异，同一种基质颗粒粗细程度不一，其物理性状也有很大的不同，在具体使用时应根据实际情况来选用（表2-3）。
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表2-3 常见基质的物理性质
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2.基质化学性质
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基质的化学性质主要有基质的化学组成及其稳定性、酸碱性、阳离子代换量、缓冲能力和电导率等。了解基质的化学性质及其作用，有助于在选择基质和配制、管理营养液过程中增强针对性，提高栽培管理效果。
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（1）基质化学组成及其稳定性 基质的化学组成是指其本身所含有的化学物质种类及其含量，包括植物可吸收利用的有机营养和矿质营养以及有毒有害物质。基质的化学稳定性是指基质发生化学变化的难易程度。有些容易发生化学变化的基质，发生变化后产生一些有害物质，既伤害植物根系，又破坏营养液原有的化学平衡，影响根系对各种养分的有效吸收。因此，无土栽培中应选用稳定性较强的材料作为基质。这样可以减少对营养液的干扰，保持营养液的化学平衡，也便于对营养液的日常管理。
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基质种类不同，化学组成不同，因而化学稳定性也不同。一般来说，主要由无机物质构成的基质，如果其组分由长石、云母、石英等矿物组成，则化学稳定性较强；如果由角闪石、辉绿石等矿物组成，则次之，这类基质用于无土栽培作物时，性质较为稳定，一般不会影响营养液的化学平衡；而以白云石、石灰石等碳酸盐矿物组成的基质，则化学稳定性最差。常会在加入营养液之后，矿物中的碳酸盐溶解出来，pH值升高，同时溶解出来的CO2-3、HCO-3与营养液中的Ca2+、Mg2+、Fe2+等离子作用而产生沉淀，从而严重影响到营养液中的元素平衡。
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主要由有机物质构成的基质，如泥炭、锯木屑、甘蔗渣、炭化稻壳等，由于其化学组分很复杂，往往会对营养液组成有一定的影响，同时也会影响到植物对营养液中某些元素的吸收。从有机残体内存在的物质影响其化学稳定性，来划分其化学组成的类型，大致可分为三大类：
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一是易被微生物分解的物质，如碳水化合物中的单糖、双糖、淀粉、半纤维素和纤维素以及有机酸等（如新鲜蔗渣、稻秆等）作为基质时，在使用初期会由于微生物活动而引起剧烈的生物化学变化，从而严重影响到营养液的化学平衡，最为明显的是引起植物氮素严重缺乏。
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二是对植物生长有毒害作用的物质，如酚类、单宁和某些有机酸等（如松树的锯木屑等），这些基质中所含有对植物有毒害作用的物质会直接伤害根系。
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三是难以被微生物分解的物质，如木质素、腐植质等，其化学稳定性最强，使用时一般不会对植物有不良影响，如泥炭及经过一段时间堆沤之后的蔗渣、锯木屑、树皮等。
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（2）基质的酸碱度 基质本身有一定的酸碱度，过酸或过碱都会影响到营养液的酸碱性，严重时会破坏营养液的化学平衡，阻止植物对养分的吸收，在使用一种材料作为基质前必须先测定其酸碱度（pH值），如发现其过酸（pH<5.5）或过碱（pH>7.5）时，则需采取适当的措施来调节。检测基质酸碱度的简易方法是：取1份基质，加入其体积5倍的蒸馏水，充分搅拌后用酸度计测定pH值。
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（3）基质的阳离子代换量（CEC） 基质的阳离子代换量，是指在一定酸碱条件下，基质含有可代换性阳离子的数量。它反映基质代换吸收营养液中阳离子的能力。通常在pH=7时测定，以每100g基质代换吸收营养液中阳离子的毫摩尔数（mmol）表示。并非所有的基质都有阳离子代换量。
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基质具有阳离子代换量会影响营养液的平衡，使人们难以监测和控制营养液的组分；同时，基质中保存较多的养分，减少养分随灌溉水而损失，提高养分的利用效率，同时可以缓冲基质中由于营养液的酸碱反应，或由于作物根系对离子的选择性吸收而产生的生理酸碱性，以及由于根系分泌的酸碱性或由于基质本身的变化而产生的酸碱性变化，常用固体基质阳离子代换量如表2-4所示。
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表2-4 常用固体基质的阳离子代换量
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（4）基质的缓冲能力 基质在加入酸碱物质后，本身所具有缓和酸碱变化的能力。缓冲能力大小主要由阳离子代换量、基质中的弱酸及其盐类的多少决定。一般说，阳离子代换量大，其缓冲能力也大；反之，则缓冲能力小。依基质缓冲能力的大小排序，则有机基质>无机基质>惰性基质>营养液。一般来说，植物性残体为基质的都有一定缓冲能力，但因材料不同而有很大差异，如泥炭的缓冲能力比堆沤蔗渣大；矿物性基质有些有很强的缓冲能力，如蛭石，但大多数矿物性基质没有缓冲能力或缓冲能力很小。
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（5）电导率 基质的电导率是指基质加入营养液之前，本身具有的电导率，可用电导率仪测定。它表示基质内部已电离盐类的溶液浓度，反映基质含有可溶盐分的多少，将直接影响到营养液的平衡。例如砻糠灰、某些树种的树皮等含有较多的氯化钠，故电导率较高。基质中可溶性盐含量不宜超过1000mg/kg，最好＜500mg/kg。使用基质前，应对其电导率进行测定，以便用淡水淋洗或作其他适当处理。
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基质的电导率和硝态氮之间存在相关性，一般在花卉栽培时，当电导率小于0.37～0.5ms/cm时（相当于自来水的电导率），必须施肥；电导率达1.3～2.75ms/cm时，不再施肥，并且最好淋洗盐分；栽培蔬菜作物时的电导率应大于1ms/cm。
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（6）碳氮比 碳氮比是指基质中碳和氮的相对比值。碳氮比高的基质，由于微生物生命活动对氮的争夺，会导致植物缺氮，即使采用了良好的栽培技术，也不易使植物正常生长发育。因此，木屑和蔗渣等有机基质，在配制混合基质时，用量不超过20%；大颗粒的有机基质，由于其表面积小，分解速度较慢，而且其有效碳氮比小于细颗粒的有机基质。因此，要尽可能使用粗颗粒的基质，尤其是碳氮比低的基质。通常碳氮比宜中，宜低不宜高，C∶N=30∶1左右较适合作物生长。
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（三）基质的作用
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1.固定支撑植物
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在无土栽培中，所有的固体基质一个最主要的作用就是固定支撑植物。基质的使用是使得植物能够保持直立而不倾倒，并有利于植物根系的伸展和附着。
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2.持水作用
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任何固体基质都有保持一定水分的能力，只是不同基质的持水能力有差异，而这种持水能力的差异可因基质的不同而甚大。例如珍珠岩也可以吸持相当于本身重量3～4倍的水分。颗粒粗大的石砾，其持水能力较差，只能吸持相当于其体积10%～15%的水分，而泥炭则可吸持相当于其本身重量10倍以上的水分。
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不同吸水能力的基质可适应不同种植设施和不同作物类别生长的要求。一般要求固体基质所吸持的水分要能够维持2次灌溉间歇期间，作物不会失水而受害，否则将需要缩短2次灌溉的间歇时间，但这样可能造成管理上的不便。
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3.透气作用
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基质的另一个重要作用是透气。因为植物根系的呼吸作用需要有充足的氧气供应，因此保证固体基质中有充足的氧气供应，对于植物的正常生长起着举足轻重的影响。如果基质过于紧实、颗粒过细，可能造成基质中透气性不良。固体基质中持水性和透气性之间存在着对立统一的关系，即固体基质中水分含量高时，空气含量就低，反之，空气含量高时，水分含量就低。因此，良好的固体基质必须是能够较好地协调空气和水分两者之间的关系，即在保证有足够水分供应给植物生长的同时，也要有充足的空气空间，这样才能够让植物生长良好。
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4.缓冲作用
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缓冲作用是指固体基质能够给植物根系生长提供一个较为稳定环境的能力。即当根系生长过程中产生的一些有害物质，或外加物质可能会危害到植物正常生长时，固体基质会通过其本身的一些理化性质，将这些危害减轻甚至化解的能力。并非任何一种固体基质都具有缓冲作用，有相当一部分固体基质是不具备缓冲作用的。作为无土栽培使用的固体基质，并不要求具有缓冲作用。
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具有物理化学吸收能力的固体基质都有缓冲作用，如泥炭、蛭石等。一般把具有物理化学吸收能力、有缓冲作用的固体基质称为活性基质。没有物理化学吸收能力的固体基质就不具有缓冲能力，如河沙、石砾、岩棉等。不具有缓冲能力的固体基质称为惰性基质。生长在固体基质中的根系，在生长过程中会不断地分泌出有机酸，根表细胞的脱落和死亡以及根系吸收释放出的CO2，如果在基质中大量累积，会影响到根系的生长；营养液中生理酸性或生理碱性盐的比例搭配不完全合理的情况下，由于植物根系的选择吸收，而产生较强的生理酸性或生理碱性，从而影响植物根系的生长。具有缓冲作用的基质，可以通过基质的物理或化学吸收能力，将上述这些危害植物生长的物质吸附起来，没有缓冲作用的固体基质就没有此功能。因此，根系生长环境的稳定性就较差，这就需要种植者密切关注基质理化性质在种植过程中的变化，特别是选用生理酸碱性盐类搭配合适的营养液配方，使其保持较好的稳定性。
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具有缓冲作用的固体基质在生产上的另一个好处是可以在基质中加入较多的养分，让养分较为平缓地供给植物生长所需，即使加入基质中的养分数量较多，也不会引起植物烧苗的现象，这就给生产带来了一定的方便。但具有缓冲作用的固体基质也有一个弊端，即加入基质中的养分由于被基质所吸附，究竟这些被吸附的养分何时释放出来供植物吸收、释放出来的数量究竟有多少？这些都无从了解。因此，在定量控制植物营养需求时，就造成了一定的困难。但总的来说，具有缓冲作用的固体基质要比无缓冲作用的来得好一些，使用上较为方便，种植过程的管理更加简单。
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5.提供营养的作用
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有机固体基质如泥炭、椰壳纤维、熏炭、苇末基质等，可为作物苗期或生长期间提供一定的矿质营养元素。
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（四）基质栽培特点
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1.用有机固态肥取代传统的营养液
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传统无土栽培是以各种无机化肥配制成一定浓度的营养液，以供作物吸收利用。有机生态型无土栽培则是以各种有机肥或无机肥的固体形态直接混施于基质中，作为供应栽培作物所需营养的基础，在作物整个生长期中可采取类似土壤栽培追肥的方式，分若干次将固态肥直接追施于基质中，以保持养分的供给强度。
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2.克服连作障碍
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连作障碍主要发生在土壤栽培作物时，而基质栽培可以避免许多土壤栽培时的弊端，因此基质栽培能够彻底地克服土壤栽培带来的连作阻碍问题。
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3.大幅度降低设施一次性投资成本，大量节省生产费用
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由于有机生态型无土栽培不使用营养液，从而可全部取消配制营养液所需的设备、测试系统甚至定时器、水泵、贮液池等设施，从而大幅度降低设施系统的一次性投资成本。而且，有机生态型无土栽培主要施用消毒的有机肥，与使用营养液相比，其肥料成本降低60%～80%，从而大大节省了无土栽培的生产开支。
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4.操作管理简单
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有机生态型无土栽培操作管理简单，它采取在基质中加入固态有机肥，在栽培中用清水灌溉的方法，较一般营养液栽培省去了营养液配制和复杂的管理，栽培形式和管理基本上和常规的土壤栽培是一致的，包括选择适宜当地的主栽品种等。
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5.环保性
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在无土栽培的条件下，灌溉过程中有20%左右的营养液排到系统外是正常现象，但排出液中盐浓度过高，易污染环境。如岩棉栽培系统排出液中硝酸盐的含量高达212mg/L，对地下水有严重污染。而有机生态型无土栽培系统排出液中硝酸盐的含量只有l～4mg/L，对环境无污染。用有机废弃物作栽培基质不仅可解决废弃物对环境的污染问题，还可以利用有机物中丰富的养分供应植物生长所需，但应考虑到有机物的盐分含量、有无生理毒素和生物稳定性。而且必须对有机废弃物特别是城市生活垃圾及工业垃圾的重金属含量进行检测。
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综上所述，基质栽培具有投资少、成本低、省工、易操作和产品高产优质的显著特点，它把有机农业导入无土栽培，是一种有机与无机农业相结合的高效益、低成本简易无土栽培技术，非常适合我国目前的国情。
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（五）基质的选择
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1.根系的适应性
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无土基质的优点之一，是可以创造植物根系生长所需要的最佳环境条件，即最佳的水气比例。气生根、肉质根需要很好的通气性，同时需要保持根系周围的湿度达80%以上，甚至100%的水气。粗壮根系要求湿度达80%以上，通气较好。纤细根系如杜鹃花根系，要求根系环境湿度达80%以上，甚至100%，同时要求通气良好。在空气湿度大的地区，一些透气性良好的基质如松针、锯末非常合适，而在大气干燥的北方地区，这种基质的透气性过大，根系容易风干。北方水质碱性，要求基质具有一定的氢离子浓度调节能力，选用泥炭混合基质效果比较好。
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2.基质的适用性
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是指选用的基质是否适合所要种植的作物。一般来说，基质的容重在0.5g/cm3左右，总孔隙度在60%左右，大小孔隙比在0.5左右，化学稳定性强（不易分解出影响物质），酸碱度接近中性，没有有毒物质存在。
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有时基质的某种性状在一种情况下是适用的，而在另一种情况下就变成不适用了。例如，颗粒较细的泥炭，对育苗是适用的，对袋培滴灌，则因其太细而视为不适用。栽培设施条件不同，可选用不同的基质。槽栽或钵盆栽可用蛭石、沙子作基质；袋栽或柱状栽培可用锯末或泥炭加沙子的混合基质；滴灌栽培时，岩棉是较理想的基质。
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3.基质的经济性
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决定基质是否适用，还应该计算基质的成本与作物的产出比，最终选择经济实用的基质，经济效益决定无土栽培发展的规模与速度。基质栽培技术简单、投资小，但各种基质的价格相差很大。应根据当地的资源状况，尽量选择廉价优质、来源广泛、不污染环境、使用方便、可利用时间长、经济效益高的基质，最好能就地取材，从而降低无土栽培的成本，减少投入，体现经济性。
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（六）基质栽培系统
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1.有机基质槽培设施系统
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有机生态型无土栽培系统采用基质槽培的形式（图2-15）。在无标准规格的成品槽供应时，可选用当地易得的材料建槽，如用木板、木条、竹竿甚至砖块。实际上只建没有底的槽框，所以不须特别牢固，只要能保持基质不散落到过道上就行。槽框建好后，在槽的底部铺一层0.1mm厚的聚乙烯塑料薄膜，以防止土壤病虫传染。槽边框高15～20cm，槽宽依不同栽培作物而定，如黄瓜、甜瓜等蔓茎作物或植株高大需有支架的番茄等作物，其栽培槽标准宽度定为48cm，可供栽培2行作物，栽培槽距0.8～1.0m；生菜、油菜、草莓等植株较为矮小的作物，栽培槽宽度可定为72cm或96cm，栽培槽距0.6～0.8m，槽长应依保护地棚室建筑状况而定，一般为5～30m。
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图2-15 有机基质栽培设施系统（单位：cm）
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2.砾培生产设施及管理
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第三章 设施蔬菜生产作业机械
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第一节 整地机械
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一、微耕机及其配套作业机具
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微耕机又名耕耘机、田园管理机、园艺机等，常用于空间比较小的普通日光温室、大棚中，也可用于平原、山区、丘陵的旱地、水田、果园等。一般具有旋耕、起垄、播种、施肥、覆膜、施药等功能（图3-1）。配套动力6～10马力的小型柴油机或汽油机，具有重量轻、体积小、结构简单、操作方便等特点。配上相应机具，微耕机还可进行抽水、发电、喷药、喷淋等作业，也可牵引拖挂车进行短途运输。另外，微耕机可以在田间自由行驶，便于用户使用和存放，省去了大型农用机械无法进入设施大棚的烦恼，是低矮性中小棚作业的最佳选择。
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图3-1 微耕机
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20世纪90年代，我国的一些企业从欧洲一些国家和日本、韩国引进微耕机，逐渐摸索和发展适合我国使用的微耕机械。目前，国内微耕机整机生产企业已达数百家，重庆、山东、江苏等地已成为我国重要的微耕机生产基地。表3-1是我国一些典型微耕机的主要技术参数。
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表3-1 微耕机主要参数
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表3-1 微耕机主要参数（续）-1
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微耕机的基本工作原理：发动机通过传动部分将动力传入齿轮箱，齿轮箱通过齿轮的啮合将动力进一步传到驱动轮轴，驱动轮轴直接驱动工作部件进行各种作业。
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微耕机具有小巧、灵活的特点，适合独户或联户购买，在空间狭小的温室（大棚）中使用。但是微耕机因为动力的先天不足，已不能担当重任，尤其是随着规范化大棚、连栋温室的大量涌现，这一现象已很明显。具体表现在：一是作业质量差，效率低。耕深不到12cm，而且对土壤条件要求苛刻。每小时作业面积约0.25亩左右，虽然比人工作业要省力很多，但是对于规模化种植基地来说，这种生产效率就太低了。另一方面，由于长期得不到深翻、深耕、深松，温室、大棚内土壤地力下降，连作障碍加剧，已严重影响到我国设施蔬菜栽培的产量和质量。二是操作不便，能耗高。微耕机在进行旋耕作业时是直接用驱动轮轴驱动旋耕刀轴，机器振动较大，方向不易把握，而且因为经常出现“小马拉大车”冒黑烟、人为复耕或无意重耕的现象，微耕机的作业油耗高是不争的事实。三是机型杂、乱，“三化差”。所谓“三化”是指系列化、通用化、标准化。目前国内微耕机生产厂家多，不仅机型杂、乱，性能不稳定，也形成不了规模效应，所以急需在高效动力底盘的系列化、多功能作业平台的通用化、配套作业机具的标准化方面加大研究开发的力度。
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二、“大棚王”拖拉机及其配套作业机具
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“大棚王”四轮拖拉机是专为大棚种植及园林管理而设计的，其特点是体积小，结构紧凑，转弯半径小。采用双缸或三缸柴油机、直联式两轮或四轮驱动，装有牙嵌式差速锁，单边制动系统和标准单、双速动力输出。行驶速度有六档或八档可选（图3-2）。
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图3-2 “大棚王”拖拉机
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“大棚王”拖拉机动力一般为25、30、35马力，配套双铧犁、旋耕机、开沟机和复式作业机具，具有转弯掉头灵活，操作方便，马力大，作业效率高，旋耕深度深等优点，适合8m以上的钢架大棚的设施内作业。有的拖拉机特别设计单边制动，尽量减小转弯半径。单边制动就是把一个轮子锁住，另一个轮子转弯，所以它的转弯半径更小，可以达到2.4m，而普通型号的转弯半径为2.9～3m。
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以江苏盐城悦达拖拉机有限公司研制的“大棚王”为例，行驶速度1.37～26.40km/h，外形尺寸2447mm×1240mm×1050mm。轮距970～980mm，轴距1475mm。具有体积小，结构紧凑，转弯半径小的特点。另外，“大棚王”采用全齿轮传动，传动效率高，耗油少。具体指标如下：
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机型： HHJM-300D/304D/350D/354D
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配套动力： JD2102/TY3100柴油发动机
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额定功率： 25Ps/30Ps/35Ps
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整机外形高度： 1150mm/1200mm
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变速箱： （4+1）×2滑动齿轮换档
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速度范围： 1.40～26.5km/h
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可选配置： 两驱/四驱；机械转向/液压转向；单速PTO/双速PTO
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农业部南京农业机械化研究所与有关单位合作近年新开发了一种“大棚王”拖拉机配套作业的设施栽培多功能作业机，可进行深松、施肥、旋耕、起垄等功能的任意组合复式作业，可有效保证作业质量、减少作业成本、提高作业效率。设施栽培多功能作业机结构紧凑，整机刚性好，工作可靠，对土壤湿度适应范围广，可在大棚中进行深松、施肥、旋耕、起垄等单项作业或复式作业。深施肥料效果好，起垄时所起垄形规整，碎茬覆盖性好，油耗较低（表3-2，图3-3，图3-4）。
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表3-2 1GVF-125/140型设施栽培多功能作业机主要参数
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表3-2 1GVF-125/140型设施栽培多功能作业机主要参数（续）-1
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图3-3 “大棚王”施肥、旋耕、起垄复式作业
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图3-4 “大棚王”起单垄作业
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第二节 播种、育苗设备
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一、蔬菜直播设备
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蔬菜直播机械化技术中，精密排种技术是其核心。从结构原理看，排种方式有气力式和机械式两大类。从结构型式看，气力式排种器有气吸式、气压式、气吹式以及气力与机械组合式等多种。机械式排种器包括倾斜型孔轮式、垂直型孔轮式、孔带式、匙式及气力式等型式，适用于对处理后的外形规则种子进行单粒精密播种，可以达到每个窝眼充填一粒种子。从材质和工艺看，多数排种器采用铸铁和传统铸造工艺制造，有少部分采用高强塑料注塑加工。
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用于设施大棚内的蔬菜直播机械以小型机动式为主，目前从国外引进较多的机型是日本矢崎公司的系列播种机和韩国（株）张地自动化公司“播兰特”系列蔬菜播种机。日本矢崎公司的SYV系列蔬菜播种机采用手动、电动、拖拉机悬挂等多种型式，韩国（株）张自动化公司“播兰特”系列蔬菜播种机采用圆盘式排种部件。另外，在韩国应用比较广泛的蔬菜播种机还有韩国hwang geum seeders公司的HG系列蔬菜播种机，其特点是采用舵轮式成穴播种器，排种、成穴、播种同时完成。如图3-5，图3-6，表3-3。
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图3-5 电动式蔬菜播种机
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图3-6 机动式蔬菜播种机
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表3-3 SYV-M500W型电动式蔬菜播种机主要参数
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表3-3 SYV-M500W型电动式蔬菜播种机主要参数（续）-1
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二、穴盘播种育苗设备
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1.针式播种机
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该机工作时利用一排吸嘴从振动盘上吸附种子，当育苗盘到达播种机下面时，吸嘴将种子释放，种子经下落管和接收杯后落在育苗盘上进行播种，然后吸嘴自动重复上述动作进行连续播种。该机适用范围广，从秋海棠等极小的种子到甜瓜等大种子均可进行播种。播种速度可达2400行/h。能在各种穴盘、平盘或栽培钵中播种，并可进行每穴单粒、双粒或多粒形式的播种（图3-7）。
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图3-7 针式蔬菜播种机
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2.滚筒式播种机
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该机工作时利用带有多排吸孔的滚筒，首先在滚筒内形成真空吸附种子，转动到育苗盘上方时滚筒内形成低压气流释放种子，接着滚筒内形成高压气流冲洗吸孔，然后滚筒内重新形成真空吸附种子，进入下一循环的播种。该机适用于大中型育苗场的高效率精密播种机，播种速度高达18000行/h，适于绝大部分花卉、蔬菜等种子的播种（图3-8）。
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图3-8 滚筒式蔬菜播种机
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3.盘式（平板式）播种机
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该机用带有吸孔的盘播种，首先在盘内形成真空吸附种子，再将盘整体转动到穴盘上方，并在盘内形成正压气流释放种子进行播种，然后盘回到吸种位置重新形成真空吸附种子，进入下一循环的播种。播种方式为间歇步进式整盘播种，播种速度快。该机播种速度高，一般1000盘/h。适应范围较广，适合绝大部分穴盘和种子，但特殊种子和过大、过小种子的播种精度不高，不同规格的穴盘或种子需要配置附加播种盘、冲穴盘，费用较高，不能进行精少量播种（图3-9）。
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图3-9 平板式蔬菜播种机
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三、嫁接育苗设备
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蔬菜嫁接技术性非常强，手工嫁接育苗存在作业效率低、嫁接苗成活率不高、出苗不均匀等问题，这种状况制约了蔬菜嫁接育苗技术的推广与应用。采用嫁接机进行机械化嫁接可提高生产率、降低嫁接作业难度、提高嫁接苗的成活率、保证嫁接苗生长一致，有利于生产管理和规模化生产。
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嫁接育苗设备是一种完成蔬菜自动嫁接作业的机械装置，有全自动和半自动两种形式。1986年日本最早开展蔬菜嫁接机的研发，之后韩国也相继开展了研究，面向普通菜农开发出了半自动式嫁接装置（机械手），但是由于采用靠接法，应用受到一定限制。在国内，中国农业大学2000年自行开发研制出了全自动蔬菜嫁接机。目前，国内还有华南农业大学、湖南农业大学、东北农业大学等机构也在开展相关研究（图3-10）。
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图3-10 韩国半自动嫁接机
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四、基质压块育苗设备
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基质型营养块育苗是以优质泥炭为主要原料，辅以缓释、控释配方肥，采用定向压缩回弹膨胀技术生产的营养均衡、理化性状优良、水气协调的育苗基质块，它集基质、养分、容器为一体，带基定植、无需缓苗是该产品最突出的特点，是在继承传统穴盘育苗技术的基础上和不断创新过程中得到快速发展的。基质型营养块育苗块包根、根包块，移栽时不伤根，直接与土壤相结合，无缓苗期，提高移栽成活率，加快苗木的生长速度，为提早成熟和丰产打下良好的基础。该育苗方法省时、省工、省种，是一项既经济又环保的实用育苗技术，有很好的应用前景（图3-11）。
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图3-11 基质块及所育蔬菜苗
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基质块主要有圆柱状、圆饼状和方块状等几种形状。截面大小从4cm×4cm到10cm×10cm，厚度从6cm到12cm不等，根据育苗需要而定。基质块成型设备有大型液压式和小型机械式两种。液压式成型设备一次可冲压多个基质块，有的机型还有在基质块的凹坑中自动播种的功能，但这类机具价格较高，一次性投入较大，只适合较大规模的育苗厂或专业基质块加工厂购买使用。另外，还有一种小型机械冲压式的基质块成型机。图3-12是江苏省滨海县金辉农机厂生产的一种双头对冲式基质块（营养钵）成型机，采用多工位转盘结构完成填土、压实、冲出等工序，可以同时冲压2只基质块。该机的最大特点是上下对冲，保证基质块上下两头松紧一致，而且块体外光内松，透气性好，促进苗齐苗壮。动力有电机或柴油机两种选择，结构紧凑，移动方便，很适合中小型育苗业主使用。
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图3-12 小型机械冲压式基质块成型机
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第三节 移栽设备
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一、钳夹式移栽机
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钳夹式移栽机主要优点是结构简单，株距和栽植深度稳定，株距准确，栽植后秧苗的直立度较好；缺点是钳夹容易伤苗，栽植频率低，株距调整困难，栽植速度偏高时易出现漏栽现象。典型的有山西省运城农机所研制的2ZMB-2型钵苗移栽机，黑龙江农垦科学院研制的2Z-2型钳夹式移栽机和黑龙江八五二耕作机械厂研制2YZ型移栽机（图3-13）。这种移栽机依靠人工将钵体苗喂入到安装在转动轮上的钳夹上。钵体苗被夹持并随着转动，到达苗沟时钳夹张开，钵体苗栽植到土壤中。该移栽机主要由钳夹式栽植部件、开沟器、覆土镇压轮、传动机构及机架等组成。这种移栽机适合移栽裸体苗及钵体苗。
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图3-13 钳夹式移栽机
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二、链夹式移栽机
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典型代表是农业部南京农机化研究所、南通富来威农业装备有限公司等单位研发的2ZY-2型链夹式移栽机（图3-14）。该机是在吸收国外经验的基础上，结合我国国情研制的钳夹式半自动移栽机。与中马力拖拉机配套，一次完成开沟、移栽、覆土等工序，可用于移栽油菜、棉花、烟草、蔬菜等作物的裸苗和带土苗移栽。该机对秧苗适用性广、使用方便、工作可靠、效率高。移栽机主要工作部件有链夹式移栽器、开沟器、压密覆土轮、传动装置和机架。链夹式移栽机和钳夹式移栽机的工作过程基本相同。链夹式栽植具有株距准确、根苗的直立度较好和喂苗、送苗稳定的优点，但生产率低，易伤苗，栽植速度偏高时易出现漏栽现象。作业行数：2行；配套动力：中马力轮式拖拉机；行距：400mm左右，可调；株距：230～800mm，12档变换；栽植深度：40～100mm可调；立苗率：≥90%；作业效率：≥0.1～0.16hm2/h。
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图3-14 2ZY-2型链夹式移栽机
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三、导苗管式移栽机
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导苗管式钵体苗栽植机是一种较新型的钵苗栽植机械，其上有一个垂直或倾斜地将钵体苗送入开沟器的导苗管。根据钵体苗沿管进入苗沟形式的不同，这种栽植机又分为推落苗式、指带落苗式和直落苗式3种。这3种机型的典型代表依次为：荷兰米启根公司（Mchigan）生产的Model4000型栽植机、芬兰劳尼思公司（Lannen）生产的RT-2型栽植机和意大利切克基·马格利公司（Chechi ＆ Magli）生产的TEX2型栽植机。国内典型代表是中国农大研制的2ZDF型半自动导苗管式移栽机、山东泰安国泰拖拉机总厂生产的2ZM型移栽机、山东天鹅棉业机械股份有限公司生产的2ZS-P系列开膜半自动移栽机和2ZS-K2系列半自动移栽机（图3-15）。技术特点适应性好，可与目前广大农村普遍使用的小四轮拖拉机配套使用，组成2行移栽机，价格低，农民容易接受，适合移栽多种作物，如玉米、棉花、甜菜、烟叶、油菜、蔬菜等，裸苗（无土苗）和钵体苗都能够移栽。工作部件有喂入器、导苗管、扶苗器、开沟器和覆土镇压轮等。工作时，由人工分苗后，将秧苗投入到喂入器的喂入筒内，当喂入筒转到导苗管的上方时，喂入筒下面的活门打开，秧苗靠重力下落到导苗管内，通过倾斜的导苗管将秧苗引入到开沟器开出的苗沟内，在栅条式扶苗器的扶持下，秧苗呈直立状态，然后在开沟器和覆土镇压轮之间所形成的覆土流的作用下，进行覆土、镇压，完成栽植过程。因此，秧苗在导苗管式移栽内的运动是自由的，不易伤苗。在导苗管倾角和增加扶苗机构装置的情况下，可以保证较好的直立度、株距均匀性和深度稳定性；但是这种移栽机的喂入机构结构复杂，造价也较高。其优点是适应性较广，不伤秧苗，与钳夹式钵苗栽植机相比具有较高的作业速度，且生产率较高，栽植速率一般为60～70株/min，机构相对复杂一些，制造成本也偏高。
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图3-15 2ZS-K2型导管苗半自动移栽机
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四、吊杯式育苗移栽机械
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吊杯式钵体苗栽植机是一种适合钵体尺寸较大的钵体苗栽植机械。这种栽植机械尤其适于地膜覆盖后打孔栽植作业。目前，生产上使用的有意大利切克基·马格利公司（Checchi＆Magli）生产的沃夫（Wolf）栽植机和艾德沃思（Edwards）农机厂生产的坡杜（PERDU）栽植机。这种栽植机的优点是钵苗在栽植过程中不受任何冲击，特别适合根系不太发达而且易碎的钵苗；缺点是结构相对复杂，喂苗速度不能过高，否则漏栽率增加。国内典型代表是莱阳农学院研制的2YZ-40型吊篮式钵体苗移栽机、黑龙江八五○农场研制的2ZB-6型钵苗移栽机。主要工作部件有吊篮式移栽器、偏心轮、V型覆土带、滑刀式开沟器。人工将钵体苗放入旋转到上方的吊篮或移栽器内，移栽器随偏心圆盘转到最低位置时，固定滑道使移栽器下部打开，钵体苗落入沟中，然后覆土。它是一种适合钵体尺寸较大的钵体苗移栽机械，蔬菜苗落地无冲击，不伤苗，并具有膜上打孔的突出优点。缺点是结构相对复杂，工作速度受到限制，过高容易导致漏苗率增加，生产率不高。山东青州火绒机械制造有限公司生产的2ZQ多功能系列秧苗移栽机（图3-16，图3-17）。该机采用联动控制装置带动投苗机器挖穴、施肥、栽苗、注水、震压、封掩等功能同时实现，并且无伤苗现象发生，确保秧苗移栽的质量和成活率，完全可以弥补人工移栽过程中的深浅不一、株距不匀、生产率低等缺点，具有结构新颖、适用范围广、性能可靠、操作灵活等特点。
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图3-16 2ZQ多功能系列秧苗移栽机
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图3-17 吊杯式钵体苗栽植结构简图
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第四节 植保设备
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一、设施蔬菜栽培常用施药技术
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（一）喷雾技术
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喷雾技术是设施蔬菜生产中最重要的农药施用方法，常用的喷雾方法有常量喷雾、低容量及超低容量喷雾。手动喷雾器是一种常量喷雾方式，当前在我国不管是在大田种植还是设施种植中都应用较广。但随着技术的进步，细雾滴低容量、超低容量及气流辅助喷洒技术在设施蔬菜栽培中受到重视并被广泛应用。常用的超低量施药机具种类，按工作原理分，有离心式和气液双流体雾化方式，如手持离心式超低容量喷雾器、电动离心式喷雾机等，气液二相流超低量喷雾机、吹雾机、静电喷雾机等。按作业方式分，有移动式和固定式。智能型喷雾机器人也在研究应用之中。
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（二）喷粉技术
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所谓喷粉法，就是在温室、大棚等密闭空间里喷撒具有一定细度（10μm以下）和分散度的粉尘剂，使粉尘颗粒在空间扩散、飞翔、飘浮形成飘尘，并能在空间飘浮相当长的时间（20min以上），因而能在作物植株冠层中很好地扩散、穿透，产生比较均匀的沉积分布，粉粒在作物上的沉积率高达70%以上。喷粉法的优点是工效高、不用水、省工省时、农药有效利用率高、不增加棚室的湿度、防治效果好，但不可在露地使用，也不宜在作物苗期使用。常用的喷粉器械有手动喷粉器和机动喷粉机两大类，它们的工作原理都是由人力或动力驱动风机产生强大的气流用以吹送粉药剂，手动喷粉器适用于棚室内使用，其基本型式有胸挂横摇式、立摇式，以及背负揿压式等。
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（三）烟雾技术
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烟雾技术是指把农药分散成为烟雾状态的各种施药技术的总称。烟是固态微粒在空气中的分散状态，而雾则是微小的液滴在空气中的分散状态，共同的特征是粒度细，粒径通常在0.01～10μm范围内，在空气扰动或有风的情况下，烟雾微粒很难沉降。针对这一特性，烟雾施药技术比较适于在相对密闭的温室内使用，如硫磺电热熏蒸技术、热烟雾技术和常温烟雾技术等。热烟雾机和常温烟雾机是典型的烟雾施药机具。
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（四）土壤处理技术
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设施农业种植中的封闭条件和高密度的重茬复种，有利于土传病原物在土壤中积累，造成立枯病、猝倒病、枯萎病、黄萎病、根腐病以及根结线虫病等土传病虫害发生日趋严重，因此除积极采用农业措施控制外，土壤药剂处理消灭土壤中有害生物，也是解决此类问题的有效措施。土壤处理技术按操作方式和作用特点，可以分为土壤熏蒸消毒技术、土壤化学灌溉技术（或称灌溉施药技术）、土壤注射技术、土壤颗粒撒施技术等。一般采用手动器械或机动器械将药剂撒施或注射到土壤中，施用前需要对土壤进行翻耕、平整，使土壤处于平、匀、松、润状态，在进行土壤熏蒸消毒处理时，还应覆膜处理，防治药剂逸出土面。化学灌溉技术是指对灌溉（喷灌、滴灌、微灌等）系统进行改装，增加化学灌溉控制阀和贮药箱，把农药混入灌溉水施入土壤和农作物中的施药方法。化学灌溉系统中需要装配回流控制阀，防止药液回流污染水源。这种施药方法安全、经济、防治效果好，避免了拖拉机喷撒农药时机具对土壤的压实和对作物的损伤。
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二、设施蔬菜栽培典型植保机械简介
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（一）常温烟雾机
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1.结构组成
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以3YC-50型常温烟雾机为例（图3-18），主要由空气压缩机、气液雾化喷射部件、药液箱、轴流风机、电气柜和升降架等组成。喷雾作业时喷射部件安装在升降架上，放置在棚室内，装有空压机、电气柜的动力机组设置在棚室外，操作者在室外通过控制系统进行操作，无需进入棚内。控制喷雾的方式有人工控制式和自动控制式，后者有电机驱动式和汽油机—发电机组式两种。
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图3-18 3YC-50型常温烟雾机
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2.3YC-50型常温烟雾机性能参数
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整机净重： 65kg
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压缩空气压力： 0.15～0.2MPa
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功率/电压： 1.6kw/220V
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平均雾滴直径： 15～20μm
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适用棚室面积： 333～667m2
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药箱容量： 6L
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喷雾容量： 50～70ml/min
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施药液量： 2～4L/667m2
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作业效率： 667m2/h
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3.使用注意事项
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（1）施药前准备 作业以傍晚、日落前为宜，气温超过30℃或大风时应避免作业。检查棚室无破损和漏气缝隙，防止烟雾飘移逸出。使用前用清水试喷，同时检查各连接、密封处有无松脱、渗漏现象。按说明书要求检查调整工作压力和喷量，一般为50～70ml/min，计算出每个棚室喷洒时间。
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（2）施药作业 空气压缩机组应放置在棚室外平稳、干燥处，喷雾系统及支架置于棚室内中线处，根据作物高度，调节喷口离地1m左右，仰角2°～3°。喷出的雾不可直接喷到作物或棚顶、棚壁上，在喷雾方向1～5m距离作物上应盖上塑料布，防止粗大雾滴落下时造成污染和药害；启动空气压缩机，压缩气流搅拌药液箱内药液2～3min，再开始喷雾。喷雾时操作者无需进入棚室，应在室外监视机具的运转情况，发现故障应立即停机排出；严格控制喷洒时间，到时关机。先关空压机，5min后再关风机，最后停机。穿戴防护衣、口罩进棚内取出喷洒部件，关闭棚室门，密闭3～6h才可开棚。
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（3）施药后机具清洗与存放 作业完将机具从棚内取出后，先将吸液管拔离药箱，置于清水瓶内，用清水喷雾5min，以冲洗喷头、喷道，然后用拇指压住喷头孔，使高压气流反冲芯孔和吸液管，吹净水液。用专用容器收集残液，然后清洗机具；按说明书要求，定期检查空压机油位是否够，清洗空气滤清器海绵等。应将机具存放在干燥通风的机库内，避免露天存放或与农药、酸、碱等腐蚀性物质放在一起。
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（二）热烟雾机
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1.结构组成
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热烟雾机按照移动方式可分为手提式、肩挂式、背负式、担架式、手推式等多种。按照工作原理可分为脉冲式、废气舍热式、增压燃烧式等形式。目前常见的是脉冲式烟雾机，由脉冲喷气发动机和供药系统组成。脉冲喷气发动机由燃烧室－喷管、冷却装置、供油系统、点火系统及起动系统等组成。供药系统由增压单向阀、开关、药管、药箱、喷雾嘴及接头等构成（图3-19）。
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图3-19 热烟雾机结构组成
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2.TF-35热烟雾机性能参数
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主要机型有6HY18/20烟雾机，隆瑞牌TS-35A型烟雾机，德国金枪TF-35系列，林达弯管式HTM-30等。以德国金枪TF-35系列为例，其性能参数如下：
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整机净重： 8.9kg
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油箱容量： 1.2L
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耗油量： 1.5L/h
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喷烟量： 8～42L/h
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处理效率： 2500～105000m3/h
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药箱容量： 5.7L
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供电电池： 4×1.5V
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烟雾微粒： 0.5～50μm
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外型尺寸（长×宽×高）： 137.5cm×27cm×34cm
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室内平距可达： 40m
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3.使用注意事项
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（1）起动前准备 严格按使用说明书要求操作，检查、紧固管路、电路和喷嘴等连接部分。装入有效电池组，注意正负极。燃油箱中加入合格干净汽油，拧紧油箱盖。关闭药液开关，将搅拌均匀并经过滤的药液加入药液箱，旋紧药箱盖。装药液不宜太满，应留出约1L的充压空间。
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（2）起动方法 将机器置于平整干燥的地方，附近不得有易燃易爆物品；用打气筒打气，使汽油充满喷油嘴进入油管中；打开电源，接通电路，操作打气筒，使发动机发出连续爆炸的声音后，关闭电源，停止打气，同时细调油针手轮，至发动机发出清脆、频率均匀稳定的声音，即可开始喷烟作业。
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（3）喷烟作业 将起动的机器背起，一手握住提柄，一手全部打开药液开关（不要半开），数秒钟后即可喷烟雾。在环境温度超过30℃时作业，喷完一箱药液后要停止5min，让机器充分冷却后再继续工作；若中途发生熄火或其他异常情况，应立即关闭药液开关，然后停机处理，以免出现喷火现象。
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（4）作业要求 操作技术人员、指挥人员等应提前到达防治场地，进行全面查看，提前做好必要的防护措施，并根据病虫害发生的面积、地形、林木分布、常年风向及最近的气象预报等因素，确定操作人员的行走方向、行走路线和操作规则，以及施药后的药效检查等；适宜热烟雾机作业的气象条件：风力小于3级时，阴天的白天、夜晚或晴天的傍晚至次日日出前后；当晴天的白天或风力3级及以上、下雨天，均不宜喷烟作业，容易造成飘移危害和防治效果显著降低。
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（5）停机 喷烟雾作业结束、加药加油或中途停机时，必须先关闭药液开关，后关油门开关，揿压油针按钮，发动机即可停机。
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（6）安全使用 作业过程中，手和衣服不可触及燃烧室和外部冷却管，以免烧伤或烧坏。工作时不能让喷口离目标太近，以免损伤目标，更不可让喷口及燃烧室外部冷却管接近易燃物，防止引发火灾。在工作中用完汽油时，必须停机5min以上方可加油，否则会发生燃烧事故。在密闭式空间喷热烟雾，喷量不要过大（每立方米不得超过3ml），不能有明火，不要开动室内电源开关，防止引起着火。
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长时间不用时，用汽油清洗化油器内油污，倒净油箱、药箱剩余物，用柴油清洗油箱和输药管道，并擦去机器表面油污和灰尘，然后取出电池，加塑胶薄膜罩或放入包装箱内，置清洁干燥处存放。
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如果在温室大棚内采用热烟雾技术，建议采用植物油为溶剂配制油剂，避免对作物产生药害，因为烟雾技术中所使用的油剂中多用有机溶剂。
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（三）静电喷雾机
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1.结构组成
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气力雾化感应荷电喷头是静电喷雾机的核心部件。如图3-20所示，喷头座的中央为药液管，周围气管。喷头是由导电的金属材料制成，它是接地的或和大地电位接通，从而使液流保持或接近于大地电位。在雾滴形成区所形成的雾流，其雾滴由静电感应而带电，并被气流带动吹出喷头。喷头壳体由绝缘材料制成。高压直流电源的作用是将低压输入变换为高压输出，电压可从几伏到几千伏的范围内调节。高压电源是一个微型电子电路，其中包括振荡器，使低压直流电源变换为交流输出；变压器将振荡器的低压交流变换为高压交流输出；整流器将变压器的高压交流输出变换为直流电；调节器用来调节高压交流输出电压，高压电源通过高压引线接到电极上。该喷头适用于任何液体、溶液、纯液或可显性粉剂悬浮液，良导性液体或不良导性液体。在同一台机具上，可以装许多这样的喷头，各喷头可以有单独高压电源，也可以许多喷头共一个高压电源。
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图3-20 气力雾化感应荷电喷头
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2.ESSMBP2.5/4.0静电喷雾机性能参数
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以美国ESS公司生产的ESS MBP2.5/4.0静电喷雾机为例（图3-21），采用嵌入式环状电极进行感应式充电，药液箱容量2.5gal和4.0gal（1gal=3.78L），9V锂电池供电，静电电压1.4kV，外接空气压力0.28MPa，雾滴粒径40μm，喷头距离作物顶端60～70μm，喷施射程≤15.2m。
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图3-21 美国ESS MBP2.5静电喷雾机与荷电喷头
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3.使用注意事项
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（1）使用前给蓄电池充电 避免用湿手等危险方式操作充电，以免触电；充电时，首先将充电器的连接头与喷雾器连接好，然后再将充电器的插头与电源插座连接好，确保使用的电源电压为稳定电压220V，如果电压波动变化大，将有可能损坏充电器；前三次使用充电时间要在12h左右，以后使用充电时间保持在5～7h之间，不宜时间过长，如果充电时间过长，电池发热，会减少电池的活性液，会降低电池的容量，影响电池的使用时间。
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（2）试喷检测 检查各连接部位是否有漏药现象，如果存在跑、冒、滴、漏现象，请连接校正或更换密封垫，防止药液伤害身体或给作物造成药害；检查喷雾是否均匀、连续，如果药泵压力不稳定，可能会出现间断喷雾或者出药不细，呈水柱状，这时可能是滤网、管道、喷头等被杂质堵塞住，或者是由于电池电量不足。
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（3）喷雾作业 不能喷洒非水溶性的粉剂和浓度太高的药剂（因为容易堵塞单向阀和单向阀座之间的配合面，导致机器的压力下降或者堵塞出水口）；当处于静电喷雾状态时不需要对喷淋农作物上下部反复喷洒。相对湿度较大的环境，会影响静电效果，不宜进行静电喷雾。当处于静电喷雾状态时，要保持桶身外壁干燥严禁触摸喷头和药液，接地线保持接地，关机后将喷头和地面接触一下以消除残余静电；往桶内添加农药时，要关闭静电。
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（4）使用后的清洗 施药完毕后，要将没有喷洒完的药液倒入专门的容器，然后向机器药箱内加入一部分清水，让机器自动运转1～2min，这样可以自动清洗管道和泵体，避免机器受药液的腐蚀，以便以后长久正常使用；清洗完机器后，一定要关闭机器电源开关。
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第五节 采收装备
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一、土下果实类蔬菜机械收获概况
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土下果实类蔬菜是我国重要的经济作物，其种类繁多，其中马铃薯、胡萝卜、大蒜、洋葱等产量和面积均居世界前列，种植面积达数亿亩，涉及农户数千万户，年产值达数千亿元，在我国农业生产中占有极其重要的地位。
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收获是土下果实类蔬菜机械化生产的重要环节，由于果实生长于土下，其收获作业工序多、劳动强度大、效率低、作业成本高，用工量占生产全过程1/3以上，作业成本占生产总成本50%以上。美国、欧洲、日本等发达国家和地区对土下果实类蔬菜机械化收获技术与装备的研发起步早、投入大、发展快，在20世纪70年代前后就实现了收获机械化，并早已发展到联合收获水平，作业设备已成套化、系列化。总体来讲，土下果实类蔬菜机械化收获可分为分段收获和联合收获两种典型作业模式：分段收获模式是指由挖掘设备完成土下果实挖掘、输送、果土分离、铺条等作业，再采用捡拾（联合）收获机完成后续的捡拾、果秧分离、清选、集果、装运等作业工序；联合收获模式是指使用联合收获设备将从挖掘到集果装运等所有工序一次完成的收获方式。在此两种典型机械化作业模式下，不同土下果实类蔬菜的收获工艺和工序也因作物特性及收获要求的不同而呈现一定的差异。
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二、马铃薯收获典型机型
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（一）马铃薯挖掘机
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马铃薯挖掘机由挖掘部件和分离部件等组成，完成马铃薯挖掘、薯土分离、铺放作业工序，根据挖掘部件形式及分离部件结构不同，有抛掷轮式、升运链式、振动式机型。目前国内外马铃薯挖掘机多采用升运链式，图3-22所示为我国目前生产使用的一种马铃薯挖掘机的结构示意图。该机由限深轮、挖掘铲、杆条式升运链、抖动轮和集条器等工作部件组成。工作时，挖掘铲将薯块同土壤一并铲起，送至杆条第一升运链，升运链的杆条可随抖动轮上下抖动，增强破碎和分离土块的能力，在输送和抖动过程中把大部分泥土从杆条间筛落下。第二升运链用于进一步分离薯块与泥土，并降低薯块的落地高度，把薯块送到机器后部，通过集条器将薯块聚集，在地面上铺放成条。该机型工作较稳定，但升运链易磨损，适用于在较大面积平坦的沙土或沙壤土工作，与轮式拖拉机配套使用。
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图3-22 升运链式马铃薯挖掘机结构简图
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（二）马铃薯联合收获机
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联合收获机能一次完成挖掘薯块、分离土壤、石块、茎叶、杂草、人工分拣、自行集果装车等功能。各国生产的马铃薯联合收获机的工作过程大致相同，日本生产的主要为单行履带自走式联合收获机，行走与输送链HST无极变速，发动机为水冷4冲程柴油机。日本Toyo Noki和Kobashi Kogyo公司生产的马铃薯联合收获机机型和作业过程如图3-23所示。
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图3-23 日本自走式马铃薯联合收获机工作示意图
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机器工作时，靠仿形轮控制挖掘铲的入土深度，被挖掘铲掘起的块根和土块送至升运链进行分离。在升运链杆条的下方设有强制抖动机构，以强化升运链的破碎土块及分离性能，将细小的夹杂物和泥土等筛落。在升运链的上升末端，茎叶在导向器的作用下，茎叶与杂草通过第一摘茎叶辊被摘除排除机外，同时薯块下落到缓冲输送带输送至转筒式升运器，而后被升运到前进方向输送带继续向前运送，经过第二摘茎叶辊和小薯块分选辊，残留的茎叶和杂草再次被摘除排除机外，形状较小的薯块则落入小薯储果箱。薯块分离茎叶和小薯块后，通过人工分拣平台，靠人工拣出夹杂在薯块中的大杂物和石块。薯块经过人工分拣以后，输送并装入薯箱（或卸入拖车）。该机适合于马铃薯、甘薯、芋头、短根胡萝卜的机械化收获，收获过程中需要一人驾驶操控，2～3人分拣土块、叶子等其他杂物。
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三、胡萝卜收获典型机型
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（一）胡萝卜分段收获机
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胡萝卜分段收获机通常由挖掘铲、限深轮、条式升运链、抖动轮和铺条器等部件组成，可完成胡萝卜挖掘、输送、果土分离、成条铺放等工序。作业时，挖掘铲将胡萝卜及土壤一并挖起，由条式升运链向上输送，在输送过程中升运链随抖动轮上下振动，使附着在胡萝卜表面的土块破碎并分离，从链条间隙中落下；胡萝卜被送到后部落入铺条器，被成条铺放，便于后续作业。该机型畦作、垄作皆宜，可与轮式拖拉机配套使用，多采用悬挂方式，加拿大、丹麦、韩国等国这种机型比较成熟。国内典型机型有江苏省农机具开发应用中心研制的4KU-130/150A型升运链式块茎类作物收获机和河北邯郸禾伟泰农业开发有限公司生产的4SG-700S/880G型多功能根茎类收获机等，但该类机型需预先留机耕道或安装前行开道装置。
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另外，日本井关农机株式会社生产的手扶拖拉机驱动的小型步行型胡萝卜收获机（图3-24），一次可完成胡萝卜扶禾挖掘、夹持输送、秧苗切除、侧向成条铺放等作业，行走速度0.24m/s，可同时收获2行。
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图3-24 日本步行型胡萝卜收获机
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（二）胡萝卜联合收获机
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1.牵引式胡萝卜联合收获机
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牵引式胡萝卜联合收获机多采用液压控制，技术先进，外形庞大，结构复杂，价格昂贵，配套功率一般在80HP以上，适合畦作、大面积收获使用。如比利时迪沃夫公司（Dewulf）生产的系列牵引式胡萝卜联合收获机（图3-25），收获部件多采用侧向配置，收获行数从一行到三行不等，其P3k、P3B型及GK系列、ZB系列都配有自动提运装置，需同装载运输车辆配合作业，工作效率较高。
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图3-25 迪沃夫GKⅢ型胡萝卜联合收获机
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2.自走式胡萝卜联合收获机
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该机型可一次完成胡萝卜扶禾挖掘、夹持输送、土块分离、去须、切秧、秧草抛离、集果等功能。该机具有结构紧凑、配套动力较小（一般在12～40HP，收获行数1～2行），适合垄作、小块区域收获，目前日本和我国台湾等地区普遍使用该种机型。如日本井关农机株式会社生产的VH-C112系列乘用型自走式胡萝卜联合收获机（图3-26），配套动力12HP，收获行数1行，行走速度0.8m/s，整机重900kg，机后可再乘坐1人，进行分拣装箱作业。
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图3-26 VH-C112S型乘用式胡萝卜联合收获机
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此外，还有日本金子农机公司生产的KCTR-600箱装型和KCTR-600B袋装型胡萝卜收获机、台湾康朗牌胡萝卜联合收获机、台湾省嘉义大学研制的一畦两行胡萝卜联合收获机等，都是这种自走式胡萝卜联合收获机的代表机型。
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四、大蒜收获典型机型
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（一）打捆式和切秧式大蒜联合收获机
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打捆式大蒜联合收获机采用牵引式结构，如图3-27所示。其工作原理为：首先蒜秧由分禾器导入夹持皮带，同时挖掘铲入土将大蒜根部挖松，大蒜由夹持皮带夹持送至打捆机构，大蒜在夹持输送过程中，拍土器对大蒜根部进行清土，当打捆器中的蒜秧收集到一定数量时，打捆器把蒜秧打捆并输送到横向输送带上，然后人工按动横向输送带开关把蒜捆输送到后侧。切秧式大蒜联合收获机的蒜秧夹持输送、大蒜的挖掘、清土作业与打捆式收获机类似，大蒜被夹持输送到切秧机构把蒜秧切掉后，大蒜头掉到横向输送链上，横向输送到吨袋内，吨袋由拖杆支撑，配备工作人员在拣拾工作台上对横向输送的蒜头进行人工清选。
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图3-27 RL1型单行打捆式大蒜联合收获机
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（二）大蒜拣拾联合收获机
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美国TopAir公司生产的GL 2400型两行大蒜拣拾联合收获机如图3-28所示，该机与挖掘铺条机配套使用。其工作原理为：首先利用拣拾铲和拨轮把铺放成条的大蒜从地上拣拾到分离输送链上，大蒜在分离输送链的运送过程中把一部分土清除，然后把大蒜送入清选机，利用风机把在大蒜中的杂物清除，经过清理的大蒜再送至人工拣拾平台进一步进行清理，大蒜清选完毕后由输送器送至跟随的运输车上。该机动力由拖拉机后驱动轴驱动，控制由液压系统控制，生产率较高，缺点是收获作业过程中带秧作业，清理后大蒜秧过长。
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图3-28 GL 2400型大蒜拣拾机
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（三）半喂入自走式大蒜联合收获机
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半喂入自走式联合收获机是农业部南京农业机械化研究所研发的国内首台大蒜联合收获机，其主要由履带地盘、分禾装置、扶禾装置、挖掘装置、清土装置、链式夹持输送装置、对齐切秧系统、清选系统、集果系统等组成（图3-29）。机具前进时，分禾扶禾装置将作业幅宽内的蒜秧分开扶起，挖掘铲将大蒜根须铲断并松土，夹持链夹紧蒜秧并拔起向后输送，期间夹持链前段拍土板拍打清土，然后对齐装置将蒜头拉伸至同一高度后，圆盘割刀将蒜秧切断，蒜头落入刮板输送带升运至振动（柔性）格栅清选筛，蒜秧继续由夹持链夹持后移至抛草链抛落。该机果秧分离机构采用模块化设计，通过对其快速更换亦可收获花生、胡萝卜等根茎类作物。该机关键部位及主要特点：①采用履带式行走装置，复杂地形的通过性较好，操作简单灵活；②左侧前置式收获作业，视野宽广；③创制的蒜果复式夹持自动排序对齐蒜秧分离机构，有效解决了留梗整齐度、提高分离效率、降低伤蒜率；④主输送链采用双链夹拔，单链对齐输送、切秧，双链输出，单链排秧；⑤夹持链尾部安装圆盘锯齿形割刀，由小型直流减速电机驱动，提高了切秧成功率。
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图3-29 大蒜联合收获机结构图
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第六节 采后处理装备
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一、蔬菜预冷设备
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（一）空气冷却
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1.普通冷却法
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将被冷却的产品堆放在阴凉通风的地方，通过空气自然流动带走产品的热量，达到降温的目的。通常用于采收期气温不太高的秋季，在地面干燥、温度较低而稳定的室内或树荫下。我国许多农户，将苹果、梨、大白菜等产品采收后，在田间树荫下铲平地面，四周筑起10cm左右的土埂，堆垛产品预冷。也有许多在自家的庭院中进行。这种方法简单，但冷却速度慢，多用于传统方法贮藏前的预冷。
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2.冷藏间（预冷间）冷却法
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这种方法在国内外都比较常见，即采后产品经挑拣后，直接入冷库，包装容器多不封口，有时为了加快冷却速度，用空气振动装置加速空气流速，让其在容器及产品表面较快循环。当产品体温降至接近理想温度时，再行封箱、堆垛。有的大型冷库有预冷间，在预冷间预冷完成后，再将产品移入冷库贮藏。
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3.强制通风式冷却
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这种方法主要采用专门的快速冷却装置，通过强制空气高速循环，使产品温度快速降下来。目前，在日本、美国等发达国家采用较多的是差压通风冷却方式，其工作方式是，在不封闭的冷藏间一侧上部装有气压阀，升高气压，这种高压的空气经过冷却器冷却后迅速进入冷藏间，气流速度可通过调节气流来控制。容器间要有回路，冷空气沿容器间流动，可流经产品表面，因而冷却速度快。为了使冷却期间产品失水降低，空气冷却系统装有加湿装置，因此进入库内的空气是冷却高湿的。空气流经产品后再由库的一侧下部导出，再进入空气冷却系统，如此循环往复。该方法速度快，是冷藏间冷却法的10倍，一般几个小时就可达到预冷终温，但设备成本较高。
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（二）水冷却
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1.喷淋式
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由冷却水槽、传送带、压缩机、水泵及喷水装置组成的冷却机械，多安装于冷却遂道中，冷却水槽中装置的冷却盘管将槽中水的温度控制在0～3℃。将冷却水由泵抽至隧道顶部，产品在隧道内的传送带上移动，冷却水经喷头从上喷淋到产品上。喷头孔径大小根据产品的耐压能力而不同。使用后的水返回水槽再冷却循环。为防止污染，一定时间后水需要更新，有的在水中加入防腐剂。
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2.浸渍式冷却法
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过去人工冷却的方法是将自然冷水盛一大容器中，然后将产品盛于漏空的容器中，连容器一并浸入水中，一定时间后，提出容器，沥干水即可，速度慢、效率低。现在的冷却装置是在冷水槽底部设置冷却排管，其上部是输送产品的传送带。将产品盛装在板条箱或塑料周转箱，放入水槽中，经传送带使产品从水槽的一端移动到另一端。冷却槽中的水不断流动循环，将产品的热带走。
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（三）真空冷却
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真空冷却法是降低环境中空气的压力，使产品表面的水分加速蒸腾而降温。这种方法速度很快、效率高。一般将产品封闭在环境中，降压至约8800Pa，在这种压力下，水在1℃就能蒸腾。这种方法在降温的过程中，会使产品失水。据测定，菜温降低10℃，失水可达1%。为了克服这一缺陷，目前的真空冷却装置中有喷雾加湿设备，喷雾使产品表面淋湿，蒸发降温时失去的主要是产品表面附着的水（图3-30）。
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图3-30 真空预冷库
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二、蔬菜清洗设备
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（一）蔬菜清洗机械的种类
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蔬菜不论用人工或机械采收，在进行分级和包装之前都要进行修整。去掉产品上的尘垢、沙土、泥土、病虫以及产品上有损伤、腐烂的部分以及干叶、黄叶。结球白菜、甘蓝、莴苣、花椰菜、青花菜等要除掉多余的外叶并适当留有少许保护叶，萝卜、胡萝卜、芜菁、甘蓝要修掉顶叶和根毛；芹菜、菠菜、小白菜等要去根，有些还要去叶；马铃薯、山药、藕等还要除去附着在产品器官上的污垢。通过清洗、整修，不但可改善产品的外观，而且居民购买后处理简便易行。在蔬菜采后的各项处理作业中，清洗是最先采用机械的，随着蔬菜超级市场特别是加工小包装和方便型即食小包装的出现，已相继推出具有清理、洗涤、去皮、切段、包装等多功能的复合型设备。
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按蔬菜清洗机械使用的工作介质可分为干洗和湿洗两类。干洗是采用压缩空气或直接摩擦，用于洋葱、大葱、胡萝卜等的剥皮、去污垢等。湿洗一般用水。常见的清洗机械有如下几类：
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（1）辊轴刷式清洗机 由一对上下配置，转动速度不同的辊轴组成，轴轴上装有毛刷或海绵状橡皮刷，依靠水和毛刷洗涤外形不太复杂的根菜类蔬菜，还可除去根菜类的根毛。
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（2）洗涤滚筒式清洗机 由一个网状旋转的圆筒组成，依靠蔬菜在筒中的来回滚动互相摩擦清洗。
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（3）剥皮清洗机 以快速辊子为主要部件，旋转两周就可完成剥皮和清洗。洋葱剥皮时使用压缩空气作为介质，使压缩空气吹入葱皮孔隙旋转时把皮剥下；胡萝卜、山药洗涤时则用水作介质。
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（4）喷射式清洗机 蔬菜放在网状输送带上，在输送过程中受到高压水的冲洗，这种机械用于清洗不规则的蔬菜，也可用于叶菜类的清洗。农业部规划设计院针对中小型蔬菜加工企业和餐饮配送企业等研制的QXZ-620多槽自动输送式蔬菜清洗机，采用了淹没水射流清洗技术。
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（5）超声波清洗装置 由设置在水中的高频振源产生压力，使蔬菜表皮上的污物脱落，适用于叶菜类等形状复杂的一类蔬菜。
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（二）蔬菜超声波清洗机械
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1.超声波清洗蔬菜的原理
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超声波是指超出人类听觉范围、频率在20kHz以上的声波，实质上是一种机械波，需要通过弹性介质进行传播。超声波对介质的作用主要体现在三个方面：①热效应。超生波在介质中传播时，其机械能不断转化为介质的热能而使介质温度升高。②机械效应。超声波对介质主要有加速、分散、搅拌、疲劳损坏和冲击破碎等作用。③空化效应。在液体中，当超声波功率足够大、液体受到的瞬时负压足够强时，介质分子间距就会增大并可能超过临界分子间距，形成空化核，在空化核迅速收缩并破灭的瞬间形成局部的高温高压环境，此即为超声空化效应。
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蔬菜表面的污染物主要有尘土、肥料、腐殖质和残余农药。超声波清洗蔬菜的主要清洗动力是超声空化作用。存在于液体中的空化核在超声场的作用下振动，当声压达到某个临界值时，空化泡将迅速增长，然后突然闭合，在空化泡闭合瞬间产生压力很大的冲击波，破坏蔬菜表面的污染物使之溶解在清洗液中。空化泡对污染物的反复冲击，一方面破坏污染物和蔬菜之间的吸附作用，另一方面也会使污染物从蔬菜表面脱落。空化气泡在振荡过程中伴随一系列复杂的声学效应，如产生辐射扭力，辐射扭力能引起液体本身的环流运动，该环流能对蔬菜表面的污染物造成破坏，从而使之从蔬菜表面脱落。如果上述蔬菜表面的污染物是不可溶解的，超声波的稳态空化和微声流可以在蔬菜表面处提供一种溶解机制而使污染物溶解，在污染物层和蔬菜表面之间形成的稳态空化泡会使腐殖质等污染物脱落。稳态空化和微声流有助于在水溶液中将农药等油脂类污染物乳化，使之脱落。超声波的瞬态空化作用能击碎尘土和肥料等不溶污染物，达到蔬菜清洗的目的。
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为了增强蔬菜清洗效果，超声波清洗通常与臭氧清洗或气泡清洗等方法相结合使用。
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2.超声波臭氧组合清洗机
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农业部南京农业机械化研究所研发出一种超声波臭氧组合清洗机，既能高效清除污物，又能有效杀灭病菌，降解农药残留，具有显著的技术优势。该机主要由清洗槽、超声波系统、臭氧系统、进出水系统、控制系统、柜体等组成（图3-31）。防水板将柜体隔成两个箱室，其中要求防水的电器元件（包括控制系统、臭氧发生器、超声波发生器）位于与清洗槽相隔开的同一箱室。超声波换能器黏结在清洗槽底部；臭氧分布器分别设置在清洗槽侧壁底部四角，通过臭氧气管与臭氧发生器连通；两个喷头相向错位设置在清洗槽侧壁上，分别由两个进水电磁阀控制喷水；排水口设置在清洗槽底部，由出水电磁阀控制排水；清洗槽侧壁上还设有溢流口与出水口直接相通；高、低位传感器设置在清洗槽侧壁不同高度处，用于监测水位高度，并给控制系统提供决策信号。
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图3-31 超声波臭氧组合清洗机结构简图
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该机清洗过程有手动模式和自动模式两种作业方式。手动模式下，可根据需要独立启闭臭氧发生器、超声波发生器、进水电磁阀、出水电磁阀等部件，自动模式下则可按照设定的程序启闭各电器元件，实现清洗全过程自动化。自动清洗模式设有喷淋漂洗、超声臭氧清洗和二次喷淋三个清洗过程。
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（1）喷淋漂洗 第一、第二进水电磁阀和出水电磁阀自动开启，超声波、臭氧不开启，在自来水水压作用下，槽壁上错位配置的两个喷头对清洗物进行喷淋漂洗，初步去除清洗物表面尘土、油污等杂质。
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（2）超声臭氧组合清洗 出水电磁阀自动关闭，第一、第二进水电磁阀继续开启，待液面上升至低水位传感器时，启动超声波和臭氧，待液面达到高水位传感器时，关闭进水电磁阀，间断性循环交替开启第一、第二进水电磁阀，两个喷头间歇性地向清洗槽中喷入干净水源，液位升高后会将漂浮在液面上的污物从溢流口直接排出，防止清洗结束排水时漂浮污物对被清洗物再次污染。由于进水喷头错位配置，间隔喷水时可使清洗液形成漩流，从而有效溶解臭氧，提高臭氧在清洗液中的浓度，达到更好的杀菌效果，而且喷头喷出的水流还可使清洗槽内的果蔬在清洗过程中自动翻转与移位（沉浮），所有表面均有机会朝向超声波源，避免了洗涤死角，保证清洗均匀，提高洗净度。
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（3）排水和二次喷淋 第一、第二进水电磁阀自动关闭，打开出水电磁阀开始排水，待液面降至低水位传感器时，停止超声波和臭氧，同时开启第一、第二进水电磁阀，进行二次喷淋漂洗，防止污物再次沉积到被清洗物表面。
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