周博士考察拾零（一百二十六）观光型可升降草莓吊架及配套设施设备

周长吉，李红波，郑 禾，刘 慧

（1.农业农村部规划设计研究院，北京 100125；2.北京市海淀区农业科学研究所，北京 100080）

2022 年1 月9 日，应北京市海淀区农业科学研究所所长郑禾之约，笔者来到了位于北京市海淀区温泉镇的中关村科普农庄。这里是海淀区农业科学研究所的实验基地，也是海淀农业高科技展示和科普园区。

2017 年笔者主导从韩国引进了一座高保温的连栋塑料薄膜试验温室，目前郑禾所长已将其改造成为了一栋集科技展示、观光采摘、休闲娱乐为一体的草莓生产温室，并将其命名为“5G云端草莓”，够时尚，听起来科技味十足，这就让笔者带大家一起来领略一下。

走进草莓温室，首先扑鼻而来的是浓郁的草莓香气，让人难以抵抗采摘品尝的诱惑，敞亮的栽培空间、高低错落的草莓吊架、色彩斑斓的种植空间、完全脱离地面的草莓栽培模式（图1）仿佛进入了农业艺术的殿堂，从视觉上又深深地吸引了参观者的眼球。笔者等一众参观者置身浓烈的果香环境，聚焦生产设施，深入考察、学习和研究这些营造出这种果香四溢，既可种植生产，又能集休闲健身、科普教育、技术展示、游览观光等多功能为一体，让人能心旷神怡、尽情释放压力的设施与装备。

图1 草莓温室种植及其空间利用

可升降草莓架及吊挂系统

笔者在2020 年1 月考察江苏省南京市溧水区洪蓝镇傅家边村的温室后已经对可升降草莓架及其吊挂系统做过了介绍[1]，但这里的栽培架及吊挂系统更注重科技展示和观光休闲，与傅家边村的生产温室相比有相同之处，更有很多新的改进和创新。

栽培槽及栽培方式

传统的草莓吊架栽培模式采用的栽培槽为平底敞口凹形槽，槽内填充栽培基质，草莓定植在基质中，滴灌带铺设在基质表面向基质供水。为了解决基质灌溉水从上而下渗入并从栽培槽一端流向另一端排出的水分运动轨迹造成底部基质含水量过高、通气性不足的问题，往往要在栽培槽底部设置一个沥水层。这种做法不仅增加了沥水层的设备投资，而且由于沥水层的存在，要保证相同深度的栽培基质，栽培槽的深度必须相应加深，变相地增加了栽培槽的体积和钢材用量，相应栽培槽的造价也将提升。

这里的栽培槽从外表看与传统的草莓栽培槽几乎没有区别（图2a），但从栽培槽的下部看（图2b）就有了新的发现，这个栽培槽是将供排水集中到了栽培槽的底部，在栽培槽底面中部通长方向向外隆起了一个棱（从栽培槽内部看就是在底部形成了一个底槽），向栽培槽供水的主管就直接铺设在了这个底槽内，同时从栽培基质中沥出的水也统一汇集到这条槽内，并最终从栽培槽的一端排出。这种做法将供水主管隐藏到栽培槽底部，从外观看栽培系统更加整洁、美观，更符合观光休闲和展览展示的需求。

图2 栽培槽及栽培钵

从栽培的方式看，传统的草莓种植都是直接将基质填铺在栽培槽内，在基质中直接定植草莓。但这里是用栽培钵定植草莓（图2c），首先将基质填充在栽培钵内，然后在每个栽培钵中定植草莓，同时采用滴箭滴灌的方法，从隐藏在栽培槽底槽的供水主管上引出滴箭供水管，将滴箭插入每个栽培钵中向基质供水。这种做法的优点，一是栽培钵底部架离栽培槽底面，不会在基质下部形成过高含水层，基质的整体通气性变好；二是植株之间的病害不会随灌溉水的流动而传播；三是基质装在栽培钵内不会出现撒漏，整体上看栽培架整洁美观。这种做法的缺点主要是滴箭灌溉和栽培钵种植增加了设备的建设投资。由此也可以看出，这种栽培槽及其种植方式的改变主要还是为了生产展示和休闲观光的需要而设计。

栽培架吊挂与升降系统

栽培架的吊挂与升降系统总体上与传统的草莓升降栽培架基本一致。栽培槽吊扣环抱栽培槽（图3a），用可调节长度的花篮螺丝（用于调节栽培槽安装高度的一致性）连接吊扣与换向轮，换向轮上缠绕升降绳（图3b），升降绳的一端固定在温室桁架的下弦杆上，另一端缠绕在连接电机减速机的驱动轴的绕线轮上（图3c）。随着电机减速机的正反运转，带动绕线轮正反转动，将缠绕在绕线轮上的升降绳盘起或释放，从而实现对栽培槽的升降控制。人工电动控制电机减速机，可以将栽培架停留在升降绳可达的任意高度位置，以满足生产作业和观光休闲的不同需要；也可以电脑控制，根据室内温光的空间分布自动控制将栽培架升降到适宜高度，以获得作物生长的最佳温光环境。

图3 栽培架吊挂系统

在整体通用吊架系统的基础上，为适应栽培槽特殊截面形状和观光展示的需要，这里也创新设计了一些个性化的配件和设施。

（1）栽培架吊扣。与平底栽培槽吊扣[1]不同的是该栽培架吊扣首先是一个闭环扣，用一根钢丝折弯焊接成形，吊扣各部位截面相同，力学性能一致；其次，为适应栽培槽底部向外凸起的形状，栽培架吊扣在托挂栽培槽的底面段也采用了相应的半圆形折弯（图4a）；三是将吊扣顶端中部折成锐角折弯，上部吊钩直接勾挂在该折弯点，不仅保证了栽培槽的重心平稳，不会发生侧位变形，而且也保证吊钩勾挂可靠，不会发生滑移错位（图4b）。应该说这是一种安全可靠而且也符合栽培槽特点的合理吊扣设计方案。

图4 栽培架吊扣

（2）安全吊挂绳。由于该温室种植草莓采用空中吊挂栽培模式，而且种植不仅是为了生产需要，而且还承担着大量科普、观光的功能，经常有大量人流进入温室，保证吊架的绝对安全成为生产的第一要务。为此，本设计在传统吊挂系统的基础上，沿栽培槽长度方向每隔6 m 附加设置了一套安全保险吊挂系统（图5）。这套系统不配备动力系统，其功能主要是在驱动吊挂的升降绳失效后能够替代其承担吊挂栽培槽的任务，避免栽培槽变形、折断或从高空坠落。由此，对附加安全吊挂系统的要求，一是要与驱动吊挂系统同步运行；二是要有足够的承载能力。为实现上述功能要求，设计选用了一套弹簧绕线器吊线系统来收放栽培槽吊挂线。弹簧绕线器与驱动吊挂升降绳并行布置，并吊挂固定在温室桁架的下弦杆上（图5a），从其中伸出的吊线末端则连接到吊钩上，吊钩勾挂在栽培槽吊扣上（图5b）。吊挂线的一端缠绕在弹簧绕线器内的绕线轮上，绕线轮连接弹簧，随着绕线轮的转动拉伸或回收弹簧，保证拉线在下部栽培槽的重力作用下始终处于紧绷状态，由此保证了该安全吊挂系统与电机减速机驱动的吊挂系统始终处于同步运行和持力状态。

图5 附加安全吊挂系统

栽培架辅助生产设备

生产性草莓栽培架除了吊挂与灌溉系统外基本不再附加其他设施，但在本科普、展示和观光型草莓生产系统中，为了增强观光和科技展示的功能，专门创新设计和配套了一些独特的设施设备。

（1）植株梳理系统。这里讲的植株梳理系统主要由植株梳理支架和彩色银光绳两部分组成（图6），其中，植株梳理支架为一个局部折弯整体U 形的折线卡和一根U 形卡双支限位杆组成的组件。U 形折线卡底部和下半部分与栽培槽的外形尺寸相匹配，从底部环抱栽培槽；在其双支超过栽培槽敞口位置后做一折弯用于连接双支限位杆，同时也起到制约栽培槽敞口变形的作用；再向上为一外凸的小U 形折弯，用于固定草莓的果叶分离绳；在U 形卡的最上部为W 形折弯，用于固定草莓枝叶梳理绳。U 形折线卡和双支限位杆均由镀锌钢丝折弯成形（图6a、图6b）。

果叶分离绳是用于将草莓的枝叶收拢在栽培槽敞口宽度范围之内，而将草莓的果实垂挂在栽培槽外（图6c），这样做不仅方便果实采摘，也便于植保作业时保护草莓果实不受药液直接喷施，还能提升草莓种植的观赏性。枝叶梳理绳是在草莓枝叶茂盛期用于约束枝叶不致外溢出栽培槽敞口宽度范围并将其向上引伸生长，保持草莓全生育周期内的果叶分离。

图6 植株梳理系统

为增强观赏效果，果叶分离绳和枝叶梳理绳均采用了荧光绳，而且采用了多种不同颜色，各栽培垄之间采用不同色彩的荧光绳，增加了整个温室色彩的层次，在灯光照射下会更加耀眼，是丰富观光游览非常重要的艺术元素（图6）。

（2）移动黄板架。传统的温室作物种植用于诱虫和黏虫的黄蓝板均是固定张挂在温室结构上。这种张挂方式，一是对作物生产存在一定程度的遮光；二是从观瞻的角度看不美观。本温室由于采用了升降式吊架栽培模式，如果采用传统固定的黄蓝板张挂形式，为避免吊架升降过程中触碰，黄蓝板张挂的位置必须高于栽培架可及的最高位置。但由于草莓种植吊架长时间处于温室高度方向的中下部位置，黄蓝板远离植株，实际上可能起不到诱虫和黏虫的作用。为此，专门设计了一种可移动黄板架（图7a），即将一张挂黄蓝板的立杆焊接在三脚架上，可直接放置在温室地面上并能随时搬移。三脚架不固定安装在温室地面，但可以稳定支立在地面的任何位置，在栽培架吊起时可根据植保的需要将张挂黄蓝板的支架放置在温室地面任何部位，而在栽培架下降到作业高度时，可将支架放置在作业走道上。此外，该支架除了张挂植保用的黄蓝板外，还可以张挂科普挂件和广告展板，尤其适用于科普观光型的栽培架可升降草莓温室。

图7 生产植保设备

（3）自动驾驶植保车。由于栽培架可升降种植系统在栽培架升起时，温室地面除了立柱外无其他任何障碍。这种生产环境尤其适用于硬化温室地面上作业车的行走作业，由此，本温室生产引进了一种自动驾驶的作业车（图7b）。该作业车上可以搭载植保喷药机，即形成自动驾驶喷药车，按照电脑规划路径在室内无操作人员的条件下进行植保作业，可很好地保护温室作业人员的身体健康。如果在该作业车上搭载作物和环境信息自动感应器，则可以自动巡检温室内作物生长环境以及作物生长状态，将获取的信息处理并自动上传到中央处理器或发送到用户手机，能够使温室管理者随时随地了解和掌握温室中作物的生长条件和设备运行情况。

营养液供应与灌溉系统

本工程温室生产的营养液供应和灌溉系统分为3 个部分：一是清水制备部分；二是草莓灌溉施肥系统；三是草莓种植的回液再利用系统（图8）。这里将清水制备以及营养液配置的设备统称为灌溉首部，给作物供回水的设备称为灌水设备。以下分别介绍。

图8 营养液供应与灌溉系统

灌溉首部

灌溉水来源于井水。从井中抽出的水一般含砂较多，而且北方地区水质较硬，为此，清水制备设备一般应配置砂石过滤器除砂，配置水质软化设备除盐。经过过滤和软化的清水储存在储水池中备用。

营养液配置设备一般包括A、B 两种肥料的原液罐和调节pH 的酸罐3 种原料罐和1 套配肥机。运行时，将A、B 罐和酸罐中的原液按照设定配方通过配肥机按比例配置混合后即形成营养液原液，通过配肥机配置好的营养液原液储存在原液储液罐中待用。

本温室工程的灌溉首部设备如图9。由于温室面积较小，因此，灌溉首部选用的设备规格和容量也较小。其中清水储水池设置在了地下，采用地下水池对稳定水温也有很大的作用。

图9 营养液配制设备

草莓种植供回水系统

草莓种植的供回水系统采用了在栽培槽一端集中供回水的方式。由于栽培槽采用可升降的吊挂方式，所以对栽培槽的供回水管道采用了两种形式：一种是固定不动的硬质管道；另一种为随栽培槽上下运动的柔性管道（图10a）。灌溉施肥期间，从清水池和原液储液罐中的供液按设定水肥比送入水肥一体机混合（简易的方法可采用比例施肥器，如文丘里等，可带动力，也可以不带动力）后通过主供水管送到栽培吊架的顶端（主供水管沿温室跨度方向安装在温室桁架上），柔性橡胶软管从主供水管中将灌溉水引到每个栽培架的端头，再接入设置在栽培槽内的供水支管（图10b）。栽培槽内供水支管沿栽培槽长度通长布置，沿程按照栽培钵的布置位置接出滴箭毛管，通过滴箭将营养液滴入栽培钵栽培基质中（图10c）。从基质中渗出的多余营养液通过栽培钵底部的沥水孔排到栽培槽内并统一汇集到栽培槽底部的排液沟内，调整栽培槽的安装高度使之形成从一端向另一端一定的倾斜坡度，从栽培槽底部收集的灌溉回液将会顺坡最终汇集到栽培槽的末端。在栽培槽的末端设置开孔连接回液集流槽，在集流槽下连接回液管，将收集的回液最终收集排放到回液池中。本生产温室的回液池和清水池一样也设置在温室内地下，既保证了储液温度的恒定，也节约了温室的地面空间。

图10 灌溉供回水系统

回液利用

传统的营养液闭环管理系统都是将灌溉回液回收后进行消毒处理，经过营养成分分析后再配入灌溉系统循环使用。这种营养液循环方式没有废液向外排出，是一种生态环保的生产方式。但这种系统，由于对回液消毒的设备投资和运行成本较高，回液成分定期测定和调整配方需要委托专门的专业机构进行，不仅成本高，而且检测周期也长，对于规模较小的生产或展示温室，分摊到单位面积的建设和运行成本就更高。

为了减少建设和运营成本，本温室灌溉回液没有采用草莓生产系统的闭环循环运行，而是将草莓种植槽的回液收集后直接用于观赏蔬菜的种植（图11a）。在温室的四周边墙位置设置与草莓栽培相同的固定高度栽培槽，栽培槽内填充栽培基质种植观赏蔬菜。灌溉营养液直接用草莓灌溉回液，日常灌溉采用储水池中清水。这种设计满足了观赏蔬菜营养液供应的要求，同时也省去了草莓营养液循环需要消毒和成分检测的设备和运行成本（种植观赏蔬菜不需要对营养液成分进行精准控制），还有效处理了草莓栽培过程中排出的废液，达到了营养液循环使用保护生态的环保要求。此外，在栽培槽的供回水管道设计中将栽培槽的供回水口合二为一，在栽培槽内采用潮汐灌溉模式，在供水期间供水管阀门开启回水管阀门关闭，在排液期间供水管阀门关闭，排水管阀门打开（图11b）。这种灌溉方式省去了栽培槽内的灌溉供水支管和毛管，节省了投资，而且对观赏蔬菜生产基本没有影响。应该说这是一种观光休闲温室中资源节约利用的一个很好案例。

图11 利用回液种植观赏蔬菜

温室及配套设施

该温室2017 年从韩国全套引进。温室长47 m，宽23 m，总面积1081 m2。温室跨度7.0 m，开间3.0 m，檐高4.5 m，脊高6.4 m，共3 跨、15个开间。为增强温室的保温性，在温室四周设置了1.0 m 宽的保温回廊，并设计了室内双层保温幕（图12a）。引进这种温室的初衷是想探索一条不加温或少加温条件下通过多重保温来解决北京地区叶菜冬季越冬生产的连栋温室建设模式。

图12 温室结构

通过3 年的建设和运行表明，完全不加温种植耐低温叶菜进行越冬生产仍有很大风险。为此，2020 年建设单位决定对其进行改造，更新保温材料、配套加温设备、改变种植模式，由此形成了本案例展示和旅游相结合、更有经济效益的高架草莓栽培温室。

由于采用了吊架式草莓栽培生产模式，显著增大了原温室结构的作物吊挂荷载。为此，在结构改造过程中，将原温室的跨间柱顶水平弦杆更换为桁架梁（图12b），将文洛型玻璃温室的结构融进了塑料温室中，一是为了提高温室结构承载能力；二是便于吊挂草莓栽培架和安装升降设备。

对温室保温系统的改造保留了温室原设计的屋面和墙面双层内保温的保温系统（图13a）。但由于经过3 年的运行，原配保温遮阳网局部老化破损，温室改造中将所有保温幕进行了更新，更换为国产的更轻便、更保温的晴纶棉保温被（图13b、图13c）。从实际运行看，屋面保温幕之间接缝重叠（图13b），墙面保温被与屋面保温被接缝搭接，整套保温系统密封严密。

图13 温室内保温系统

为了保证作物生长的光照要求，温室改造中增设了补光系统。温室补光灯采用了生物效应灯，每盏灯功率50 W，每跨布置2 列，每列灯具的间距为3 m，总补光功率为4.5 kW，折合单位面积4.61 W/m2，1 m 高位置补光强度可以达到2000 lx 以上。

在安装补光灯的同时，每跨还安装了一列UVB 紫外灯，间距2 m，主要用于温室内空气的不定期消毒（图14a）。单盏紫外灯的功率为40 W，总安装功率为4.36 kW，折合单位面积4.47 W/m2。

温室加温系统采用了更环保的清洁能源空气源热泵，通过热交换器将热风送入温室（图14b）。温室配套空气源热泵总功率为210 kW，室内均匀分散设置热交换风机38 台，每台风机散热量为5.5 kW，可以在北京最冷日室外温度-15℃条件下保证温室内空气温度在5℃以上，从而保证了温室草莓的安全生产。

为了保证温室内空气温度和湿度的均匀性，并能在室内造成一定的空气运动，温室还配套了水平空气循环风机（图14c）。循环风机布置在温室跨中，间距18 m，单台风机功率为0.12 kW。