周博士考察拾零（七十）创新荟萃的教学科研试验基地

【摘要】该文介绍了山东农业大学园艺科学与工程学院的园艺实验站在日光温室结构和栽培技术方面的创新技术，主要包括对作物吊蔓系统的改进与创新，对增强温室后屋面和后墙保温性能的做法，对老旧温室墙体加固的做法以及对作物栽培床的改进和创新。

2017年4月16日，应山东农业大学园艺科学与工程学院（以下简称园艺学院）魏珉教授的邀请，笔者有机会第3次到园艺学院参观交流。记得第1次来山东农业大学是2009年6月，也是受魏珉教授的邀请，给本科生介绍温室工程设计与建造的相关知识；第2次来山东农业大学是2010年10月，是笔者组织的调研组来考察山东省的设施农业，调研的第1站就是园艺学院的实验站。此行是第3次来到山东农业大学，一大早魏珉教授和李清明教授就带我们来到了学院的实验站。6年多年时间过去了，我也很有兴趣看看这里都发生了什么样的变化。

在实验站大门的右侧，首先看到了修缮一新、南北排列的2栋办公用房，红瓦坡屋面下洁白的墙面和敞亮的玻璃窗给人一种来到农村田园的感觉。2栋平房之间是水泥硬化的广场，更是便捷的停车场。停下车后我们径直走向了2016年新建的一栋据称是装备了最新科研成果的日光温室（图1）。

从外观上看，这栋温室确实配备了不少设备。屋面上，温室配置有光伏发电板、室外遮阳网、保温卷帘机和电动卷膜开窗机；山墙上，温室配置有风机-湿帘降温系统。进入温室，大量的设备配置更是琳琅满目，人工补光灯、后墙主动储放热系统、滴灌设备、水肥一体化灌溉设备、热风加温炉、轨道运输车、黄板、基质无土栽培系统、作物吊蔓系统等（图2），应该说这里已经把目前国内在日光温室中能配套到的前沿研发设备基本都配备齐全，这里为研究日光温室的各种设备性能提供了非常完善的试验场所。

或许是我看过的温室装备太多了，看完这栋温室所配套的设备后，却没有给我留下太多的深刻印象，配套的设备大都是成熟的产品或者是他人研究的成果，大量设备的堆集不一定能代表最先进的温室技术，作为试验和教学温室这种设备配置或许无可挑剔，但作为生产应用，这种豪华的设备配置恐怕没有任何一个企业或农户能够使用得起，作为自主研发的试验基地也还缺少自主知识产权的内容，看过后确实没有给我“眼前一亮”的感觉。

看过新建温室，我们走进了已经使用10年以上的老旧温室。这些老旧温室大多是砖墙温室，也有研究不同墙体厚度用过的机打土墙结构温室。我们从一栋温室进入到另一栋温室，不同的试验品种、种植模式、管理技术、设备配置，老师和同学们的各种研究成果和正在试验研究的技术一一展现在眼前，一时间似乎有点让人眼花缭乱的感觉，这时我才真正感受到这个实验园的魅力，原来真正的创新都藏在这些不起眼的老旧温室中。本文就笔者能够看懂的一些温室设施的硬件技术做一总结，分享给大家，让我们一同了解和学习山东农业大学这个走在设施农业技术研究前列的团队所带来的最新研究成果吧。

作物吊蔓系统

說起作物的吊蔓系统，笔者曾在《农业工程技术（温室园艺）》2012年第28期中系统总结过日光温室中高秧作物的各种吊蔓形式[1]。在日光温室中一套完整的高秧作物吊蔓系统，除了缠绕在作物茎秆上的绑蔓线外，一般还应有三维空间三个方向的三级支撑吊线或吊杆，分别称之为第一级、第二级和第三级吊线。其中第三级吊线为沿日光温室跨度方向（一般指垄作方向）水平布置，直接吊挂绑蔓线的拉线或支杆；第二级吊线为沿日光温室长度方向（垂直于垄作方向）水平布置，支撑第三级吊线的拉线或支杆；第一级吊线指竖直布置，一端固定在温室骨架或系杆上，另一端固定在第二级或第三级吊线上的吊线或拉杆。但在实验园中我们却看到了只有第三级吊线和没有第二级吊线的2种不完整吊蔓方式，由于不同程度地减少了吊蔓线的级数，相应吊蔓线的形式及其两端的固定方式也发生了变化。

首先来看看省略了第二级吊蔓线的两级吊蔓系统（图3）。这种系统省去了传统的三级吊蔓系统中沿温室长度方向的第二级吊蔓线，并将沿温室跨度方向的第三级吊蔓线用钢管代替钢丝，将传统的柔性吊蔓线变成了刚性吊蔓杆。由于刚性吊蔓杆不存在沿吊杆长度方向的变形，直接用垂直地面的第一级吊线吊挂吊杆即可形成完整的吊蔓系统，从而省去了沿温室长度方向的第二级吊线。

这种吊蔓系统的特点是作物荷载完全竖直吊挂作用在温室的前屋面骨架上（图4），温室的后墙、山墙不再承受任何作物荷载，温室骨架也不存在水平方向的任何拉力，因此，这种系统完全简化了作物荷载在结构上的作用方式，结构计算更便捷、准确。

此外，从图3也可以看到，同样的两级吊蔓系统，不同的管理者采用了不同的作物绑蔓线吊线器。图3a是连栋温室大量使用的攀蔓作物“换向式”吊线器，这种产品在市场上已经普及，来源广泛、价格低廉。但图3b所采用的绑蔓线吊线器则采用了一种边沿护板带凹凸牙口的绕线轮（图3c），这个凹凸牙口正好形成了一种限位槽，用1根钢丝可非常简易地固定绕线轮，防止其在绑蔓线固定后发生转动，结构简单、使用方便，定型产品价格也不高，很适合在日光温室中推广。

再来看看只有第三级吊蔓线的单级吊蔓系统（图5）。这种吊蔓系统只用了沿温室跨度方向水平布置的第三级吊线，每一垄作物设置1根吊线。由于省略了三级吊蔓系统中的第一级和第二级吊线，室内不再是吊线密布的状况，而且第三级吊线还采用柔性钢丝，在一定程度上也减少了吊线对室内作物的遮光。

从结构承力的角度分析，这种吊蔓系统只有两个传力点，一个传力点在温室前屋面骨架上（图6），另一个传力点则在温室后屋面骨架上或在温室后墙侧专门设置的支撑横梁上（图7）。由于是柔性钢丝做吊线，实践中很难将其拉紧到理论上的水平，只能将其保持在一定弧度的水平线上，所以，连接吊线两端的受力点将不仅承受来自作物荷载的水平拉力，而且还有竖向分力，设计中必须同时考虑这2个方向的分力（2个方向分力的大小与吊蔓线下垂的弧度相关，有专门的计算方法[2]）。endprint

另外，由于一垄作物荷载只有两个承力点，每个承力点所承受的荷载必然很大，传统的三级吊线系统中直接将第三级吊线固定在温室后墙上的做法风险很大，为此，这种系统第三级吊线在后墙上的固定方式改为了直接固定在沿温室长度方向设置固定在温室后屋面骨架（图7a）或温室后墙立柱的钢管上（图7b），第三级吊线传给纵向钢管的力最终传递到温室骨架或后墙立柱并最终传递到温室后屋面骨架基础（后墙墙顶圈梁）或后墙立柱基础，完全脱离了用温室后墙承力的模式。这种做法沿温室长度方向上布置的固定第三级吊线的钢管一般应保持一定的刚度，控制变形不能过大（钢管截面尺寸不宜过小），这样可能用材量会有增大，但结构的安全性却能得到有效保障。

第三级吊线在温室前屋面骨架上的连接有三种方法：一是固定第三级吊线端部的连接件为固定在温室前屋面骨架上沿温室长度方向布置的钢丝（称为纵向水平钢丝），第三级柔性钢丝吊线端头直接缠绕在纵向水平钢丝上（图6a）；第二种是纵向水平钢丝用钢管替代（称为纵向水平钢管），第三级柔性钢丝吊线的端头和第一种连接纵向水平钢丝的做法一样直接缠绕其上（图6b）；第三种方法则是将第二种做法中直接缠绕第三级吊线端头的做法用花篮螺丝替代（图6c），这种做法虽然造价稍高，但更规范，固定也更结实牢靠。

第三级吊线在温室后部钢管上的固定可采用花篮螺栓连接，也可以采用直接系扣连接的方式，如图7。从图7也可以看到，绑蔓线与第三级吊线的连接有的采用了“换向式”吊线器传递连接的方式（采用滚轮式吊线器的效果也完全相同），有的则直接将绑蔓线的端头系扣在第三级吊线上，实际操作中可视操作者的嗜好和产品的供应情况及价格确定。

温室后屋面保温

对日光温室后屋面的功能和做法一直是学术界研究的一个薄弱环节，虽然经常将后屋面投影宽度、后屋面仰角作为日光温室结构设计的主要参数，但对如何合理选取这两个参数以及合理确定后屋面的热阻大小目前还没有准确的科学设计方法。以机打土墙为代表的山东寿光五代日光温室虽然保留了后屋面，但后屋面的投影宽度仅有0.5～0.8 m，山东青岛、新疆等地设计的日光温室甚至完全取消了后屋面，近年来在吉林、河北等地还出现了一种非永久固定后屋面的日光温室[3-4]，用塑料薄膜覆盖后屋面，并安装卷膜开窗机，用和日光温室前屋面保温相同的保温被在需要保温的季节和时段覆盖保温，其他时段则将保温被卷起使温室后屋面充分采光或通风。这些都代表了一种轻视后屋面作用的流派。

但走进山东农业大学园艺实验站，我们却看到了非常重视加强后屋面保温的另一种流派，并且把后屋面保温和前屋面保温与采光有机结合到了一起。

传统的日光温室后屋面都采用一定仰角的坡面，后屋面在室内的水平投影宽度多在1.0 m以上，同时，日光温室保温被卷起时最多卷到屋脊前沿，按照室内水平投影计算，靠后墙接近1.5 m的范围内保温被和后屋面将都是阻挡阳光进入温室的遮挡物（图8a），不仅影响温室靠后墙附近作物的光照，而且也影响温室白天的升温。为此，山东农业大学园艺实验站的做法是在日光温室后屋面外再搭设1个支架，用保温被完全覆盖支架外表面，使其与温室后屋面形成一个封闭的空间三角区（图8b），由于支架表面由保温被覆盖，支架与温室后屋面又形成了完全封闭的空间，这将大大增加溫室后屋面的传热热阻，使日光温室后屋面的传热大大减少。同时，传统的日光温室前屋面保温被可以利用该支架在白天温室采光时将保温被向后卷至超过温室屋脊的位置，从而使温室前屋面的所有采光面部位均可以接受阳光，这样可大大增加温室的采光面积，不仅可以减少或消除温室后墙附近作物的弱光区域，而且增大采光量，也相当于增加了温室的得热量，能快速提高温室白天室内的温度，由此对室内种植作物的温光效应产生积极的影响。

这种做法不仅应用在了新建的砖墙结构日光温室中（图1b），而且也应用到了传统寿光五代机打土墙结构日光温室中（图8c）。此外，为了进一步加强温室的保温，还在温室的后墙外又增设了与温室长度同长、与温室后墙同高的保温走廊（图8d）。这种做法不仅增加了温室后墙的保温性能，而且走廊还可用于存放生产工具、生产资料等，具有一举两得的作用，非常值得大家借鉴。

老旧温室墙体加固方法

前已述及，实验站内除了新建的温室外，还有使用10年以上的日光温室，按照常规日光温室的设计使用寿命，大部分温室已经到了温室设计使用寿命的后期。事实上，国内有大量建设在20世纪90年代，甚至21世纪前10年的温室，它们大都进入了加固维修阶段。寻找经济适用的温室结构加固方法已经成为了当前日光温室升级改造面临的重大需求之一。

笔者以前曾看到过墙体加固的方法主要是在温室墙体的外侧增设墙垛或者在墙体外侧堆土，这些方法简单易行，但土建工程量大，改造需要花费的时间长，成本也相应增高。山东农业大学园艺实验站在这方面做出了一种有益的尝试，他们采用了角钢在温室墙体的内外两侧进行墙体加固（图9）。这种做法或许不能阻止墙体的整体倒塌，但对局部失效的墙体却具有较好的修复加固效果。

对于这种加固方法的使用寿命主要取决于角钢的表面防腐处理效果和连接角钢螺栓/螺母的防腐效果。一般对于经过热浸镀锌表面防腐处理的角钢，使用寿命至少在20年以上，但连接角钢的螺栓和螺母由于没有热浸镀锌处理，其抗腐蚀能力可能较差，两者在使用寿命上存在很大的不匹配度。此外，连接角钢的螺栓在墙体内将形成传热的“冷桥”，一方面可能会增大墙体的传热，另一方面可能会在螺栓周围形成冷凝水，会进一步加快螺栓的锈蚀和墙体的风化，使用中应注意观察，并及时处理发生的问题或定期更换螺栓、螺母。

作物栽培苗床

20世纪70年代，山东农业大学的邢禹贤教授就发明了“V形”槽式砂培无土栽培技术，是当时中国无土栽培的先驱者。时光跨越50年后，山东农业大学仍保持着对创新无土栽培技术的执着追求。

作物的栽培床结构是无土栽培的主要工程载体，今天参观园艺实验站不仅看到了传统的基质槽栽培模式（图10a）和基质袋栽培模式（图10b），还看到了他们紧跟日本番茄多段栽培模式，自行研制的番茄多段立体栽培架（图10c）以及根据草莓特点研发的双层草莓立体栽培架。前者将长季节高秧作物栽培改变为短季节、快频率栽培模式，降低了种植作物的植株高度，利用了作物前期生长旺盛，抗病能力强的特点，可有效减少病虫害危害，提高种植产品的质量；后者由于作物本身植株低矮，立体栽培可充分利用温室空间和室内光热资源，提高温室单位面积产量。这些传承和发展的科学研究思想非常值得大家学习和借鉴。endprint

愿山东农业大学园艺实验站不断创新，在设施园艺科研和教学的领域内不断涌现出更多、更好的创新成果和创新人才。

参考文献

[1]周长吉.周博士考察拾零（十九）日光温室高秧作物生产的吊蔓与放蔓技术[J].农业工程技术（温室园艺），2012，32（28）：24-30.

[2]住房和城乡建设部，国家质量监督检验检疫总局.农业温室結构荷载规范：GB/T 51183-2016[S].北京：中国计划出版社，2016.

[3]周长吉.周博士考察拾零（四十五）一种活动保温被覆盖透光后屋面的日光温室[J].农业工程技术（温室园艺），2015，35（16）：24-26.

[4]周长吉.周博士考察拾零（六十九）中以温室技术的结晶[J].农业工程技术（温室园艺），2017，37（16）：44-50.

Dr. Zhou's Note （Seventy）

The Experimental Base about the InnovativeTeaching

——The Record of Visiting the Horticulture Experimental Station of Horticulture Science & Engineering College，Shandong Agricultural University

Zhou Changji

（Ministry of Agriculture，Planning and Design Research Institute，Key Laboratory of Structural Engineering of Agricultural Facilities in Agriculture Ministry ， Beijing 100125，China）

【Abstract】This paper introduced the innovative technologies about structure and cultivation in the solar-greenhouse in the horticulture experimental station of Horticulture Science & Engineering College，Shandong Agricultural University，including the improvement and innovation of the hanging vine crop system & the cultivation bed，the enhancement of greenhouse roof and wall insulation after performance of the method， the reinforcement of old greenhouse wall practices.endprint