设施农业工程机械化技术

设施农业工程机械化技术 设施农业是具有一定的设施，能在局部范围改善或创造环境气象因素，为动植物生度发育提供良好的环境条件，而进行有效生产的农业。设施农业主要包括设施栽培和设施养殖，前者的主要设备有各类塑料棚、各类温室、人工气候室及其配套设备。后者主要设施有各种保温、遮荫棚和现代集约饲养的畜禽及配套设施设备。设施农业是农业工程学科领域，是依靠科技进行形成的高新技术产业，是当今世界最具活力的产业之一，也是世界上各国用以提高新鲜农产品的重要技术措施。设施农业是一个工程问题，同时也是个新的生产技术体系。设施农业属于高投入、高产出、资金、技术、劳动力密集型的产业。一、发达国家设施农业的基本情况二战后的几十年来，设施农业在全球迅速崛起，目前发达国家的设施农业己形成成套技术，完备的设施设备、生产规范、产量的可靠性与质量的保证体系，并在向高层次、高科技和自动化、智能化方向发展，将形成全新的技术体系。荷兰是土地资源极度贫乏的国家，主要靠围海造田等手段来扩大耕地，全国有13000多公顷玻璃温室，设施园艺己成为国民经济的支柱产业，农产品出口多达400多亿美元，成为仅次于美、法的第三大农产品出口国。他们依靠设施发展花卉产业，成为世界上第一大花卉出口国，是世界的花卉贸易中心，从荷兰拍卖市场出口的鲜切共占世界贸易出口量的70%，而我国仅为1%。日本的栽培设施主要是塑料大棚和临时采暧的塑料温室，也有部分玻璃温室。法国、西班牙等国主要发展塑料温室栽培，以色列国以其节水灌溉技术先进而闻名于世，多采用大型塑料温室、全自动控制，全国有1800多公顷塑料温室，年产10亿支以上鲜切花，其出口量居世界的第三位。美国农业素来以适地栽培著称，但近年设施栽培也有加快发展的势态。二、我国设施栽培的现状我国设施栽培历史悠久，但现代设施栽培起步较晚，近年来发展迅速，其类型主要是塑料中、小拱棚、塑料大棚、日光温室和现代温室。所栽培的作物以蔬菜、花卉及瓜果类为主。据统计，到1997年，全国设施栽培面积达到120万hm2，己成为总面积最大的设施栽培的国家，其中塑料中、小棚面积56万hm2，塑料大棚面积29万hm2，各类温室面积35万hm2，其中日光温室34万面积hm2，我国在北纬40度以上地区发展的日光温室技术令世人瞩目。我国设施栽培虽有长足的进步，但也存在以下主要问题：一是总体水平特别是科技水平低；二是设施水平低，抗御谈虎色变自然灾害的能力差；三是机械化水平低，其劳动生产率只相当于日本的五分之一；四是栽培术不配套。三、塑料棚技术塑料棚是一种简易的保护地栽培设施，由于其建造容易、使用方便、投资较少，而被世界各国所普遍采用。从塑料棚的结构和建造材料上分析，应用较多的主要有如下四种类型：（一）中、小拱棚中、小拱棚是我国目前应用最为广泛的一种简易栽培设施，约占全国设施栽培面积的47%。中、小拱棚的跨度一般为1.54m，高度为0.82m，长度为3040m。建造材料主要为竹片、细竹竿、树枝、钢筋和钢管。把竹片等弯成圆弧形，两端插入地下（3050cm），顶端形成拱形，用一根纵向拉竿将各拱杆连接起来，拱架上覆盖薄膜，拉紧后端头插入土中，构成中、小棚。在长江中下游，工厂化生产的钢管装配式塑料中、小棚有较多的应用，常采用直径22mm的热镀锌钢管构成主要构件，用专用卡具连接，现场组装。其跨度为4m，高度1.82m，长度2040m。（二）简易竹木结构大棚简易竹木结构大棚的跨度为612m，肩高11.5m，顶高1.82.5m，按跨度方向每2m设一立柱，地下埋深50cm，将竹片固定在立柱顶端，形成拱形，两端加横木埋入地下夯实，拱架产距1m，并用纵拉杆连接，形成整体，拱架上覆盖薄膜，拉紧后膜的端头埋入四周的土中，拱架间的薄膜上用压膜线或8铁丝，用竹竿等压紧薄膜。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，抗风雪载荷能力差。（三）焊接钢结构大棚焊接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桁架，上弦用直径16mm钢筋或20mm的钢管下弦用12mm的钢筋、纵拉杆用912mm的钢筋。跨度812m，顶高2.63m，长度3060m，拱间距11.2m，拱架上覆盖薄膜，在拱间的膜上设压线压紧薄膜。其优点是骨架坚固无立柱，棚内空间大，透光性好，作业方便，但需一至二年给骨架涂刷一次油漆防锈，一般使用寿命可达67年。（四）热镀锌钢管装配式大棚热镀锌钢管装配式大棚的拱架、纵拉杆、端头立柱均为薄壁钢管，用专用卡具连接形成整体，所有插件和卡具采用热镀锌防锈处理，我国己形成有20多种工厂化生产的系列产品，其跨度612m，肩高2.53m，拱间距0.51m，长度2060m，用纵向拉杆连接各拱架，使其固定成整体，骨架上覆盖薄膜，拱架间的膜外用压膜线压紧，可设卷膜机构卷膜透风，用保温幕保温，遮荫网遮荫和降温。这种大棚为组装式结构，建造方便，有利于作物生长，构件抗腐蚀，整体强度高，承受风雪载荷能力强，使用寿命可达15年以上，是世界各国普遍采用的最先进的大棚骨架结构。GP系列塑料大棚骨架，均采用内外热镀锌的炭素钢管作为主体构件材料。整体骨架由拱秆。纵横向拉杆等主要构件和专用卡具构成。各构件间主要有管与管、管与卡槽、卡槽与卡槽三种连接方式，其棚形主要有圆弧落地拱形和倾斜壁拱圆形顶两种类型。该棚形的基本参数是：管径22mm1.2mm；5mm1.2mm，跨度413m，肩高11.5m，脊高2.53m，长度2060m，承载风压3135kg/m，承载雪压2335kg/m，承载作物吊重15kg/m，耐久年限15年以上。四、日光温室技术日光温室是采用较简易的设施，充分利用太阳能，在寒冷地区一般不加温进行蔬菜越冬栽培的设施，也是我国独有的一种设施。主要在北纬40度以上的寒冷地区适用，因此在我国北方地区，主要依靠日光温室从事设施栽培。日光温室的结构主要有竹木结构、钢木结构、钢钢混凝土结构，全钢结构，全钢筋混凝土结构、悬索结构、热镀锌钢管装配式结构等。日光温室主体结构参数是；温室跨度一般在58m，温室脊高一般为2.53.2m，温室后墙高度一般为1.82.0m，后坡仰角一般为3045度之间，温室长度一般取5060m，温室面积是跨度与长度的积，在北纬40度以上地区，温室跨度在6m以下，北纬3540度地区，温室跨度在67m，北纬35度以南地区温室跨度可选7m以上，但不宜超过8m。五、大型连栋塑料温室大型连栋塑料温室与玻璃温室相比，其重量轻，骨架材料用量少，结构构件遮光率小，造价低，环境控制能力基本可以达到玻璃温室相同的水平，有快速发展的趋势。（一）大型塑料温室的类型1、根据温室连栋数可分为单栋温室和连栋温室2、根据温室侧墙和山墙的形式可分为直壁温室和斜壁温室；3、根据温室屋面形式可分为拱圆顶温室、尖屋顶温室、锯齿形温室和屋脊窗温室四种。另外根据覆盖材料及方式以可分为卷材塑料温室和片材塑料温室以及单层覆盖温室和双层覆盖温室。（二）大型连栋温室的结构通用的温室跨度为612m，开间4m，檐高34m。自然通风为主的连栋温室在侧窗和屋脊窗联合使用时，温室的最大宽度在50m以内，最好在30m左右，以机械通风为主的连栋温室，温室的最大宽度可以达60m，但最好50m左右，温室的长度主要从操作方便，地势、地形来考虑，最好限在100m以内。主体结构一般最好采用热浸镀锌钢管作主体承力结构，工厂化生产，现场安装。屋面用钢管组合或独立钢管件，立柱大多用圆管。一般要求在室内第二跨度或第二开间设垂直斜撑，在温室的外围护结构以及屋顶设置空间支撑，在温室的檐口处最好设置斜支撑锚固于基础。主体结构一般要求抗风能力810级，雪载荷不小于35kg/m2。（三）双层充气温室双层充气温室是一种节能温室（40%左右），对不加温地区，比单层塑料温室的春提前和秋延后时间达半个多月，其保温能力低于日光温室，双层充气温室在结构上，主要是不用压膜线，只在四同固定，并设气泵或鼓风机，用气压来支撑塑料膜，使内层塑料膜紧贴骨架，外层塑料膜靠气压与内层膜隔离，形成空气夹层，以利保温。此外，要求固膜牢固，不漏气，因此，要用专用的固膜卡具，同时尚须备用电源，鼓风机和气压计等。大型连栋塑料温室的性能和使用功能基本达到玻璃温室的水平，所以，它的环境控制技术设备也与玻璃温室一样的，其设备基本可以通用。六、玻璃温室技术玻璃温室是指以玻璃为采光材料的温室，在栽培设施中，是透光率最高、使用寿命最长的一种温室形式，适合于多种地区和不同气候条件下使用。（一）玻璃温室的类型1、按建筑造型可分为大层面温室和小层面温室；2、按平面单元的组合方式可分为单栋温室和连栋温室；3、按使用功能可分为生产温室、试验温室、商用温室、观赏温室和庭院温室等。玻璃温室所选用玻璃多为浮法平板玻璃，欧美地区通常采用4mm厚的玻璃，而在我国则多参照民用建筑的市场要求和常用的规格，采用5mm厚的玻璃。将来也会趋向采用4mm厚的玻璃。（二）玻璃温室主要技术参数玻璃温室的跨度有6.0m、6.4m、8.0m、9.6m、12.8m、16.0m、19.2m、24.0m等，开间为3.0m、3.3m、4m等，檐高为5m、3.0m、3.3m、3.5m、4.0m等脊高一般为3.55.5m、67m，层面坡度为1：2或1：2.5。（三）玻璃温室的通风玻璃温室通风的目的一是排除室内的余热，二是排除室内的湿度，三是调节室内气体成分，排出有毒气体，提高室内CO2的含量。一般来说，夏、秋季通风主要目的是进行降温，冬、春季通风主要是为了调节室内湿度和气体成分。玻璃温室通风一般采用自然通风和强制通风两种方式，自然通风是在温室的适当部位设置通风窗口，依靠热压和风压进行通风，且通风总面积应不小于温室地面面积的15%30%；温室的强制通风是采用风机强制空气流动，进行温室换气和降温，其通风强度一般为每分钟换气0.751.5次。（四）玻璃温室的降温玻璃温室降温是一种设施水平较高的栽培措施，1、人工遮荫降温即采用苇帘、黑色遮阳网、缀铝条遮阳网和镀铝膜遮阳网等材料进行遮阴降温，2、蒸发降温是利用空气中水分不饱和时，蒸发成水蒸气进入空气，同时吸收热量降低气温的原理。其方式有：湿帘风机降温，由湿帘箱、循环水系统、轴流风机控制系统组成；喷雾降温，由水过滤装置、高压水泵、高压管道、雾化喷头等组成；3、屋面喷淋降温，是将水均匀地喷洒在玻璃温室的屋面上，水在屋面上流动，通过水与屋面玻璃的热交换，将温室内的热量带走；4、屋面喷白降温，也是遮荫降温的一种。（五）玻璃温室的加温玻璃温室一般都要用于越冬作物栽培，根据热媒的不同可分为：1、热水采暖其系统由水锅炉、供热管道和散热器三部分组成；2、热风加温其系统由热源（燃煤、燃油装置或电热器）、空气换热器、风机和送风管道等组成。3、电加热除用电加热热风采暖外，还可以用电加热直接采暖。（六）玻璃温室的环境控制玻璃温室的环境控制，我国多数技术采用单因子环境控制系统，即是针对温室内的温室、湿度、光照强度、CO2含量、灌溉、施肥等环境因子分开独立控制，有手动和自动两种控制方式，而在发达国家多采用计算机检测与控制系统，属于分布式采集与控制系统，包括计算机系统、控制主板、测量装置，其中测量装置包括室外气象站和室内环境因子测量装置。依据不同的传感器，对室内各环境因子进行自动检测和显示等。针对不同的作物和品种，由专家制订出促进作物生长的日程计划和各环境参数，输入计算机，由计算机综合自动控制。七、设施栽培的机械设备设施栽培的机械设备是采用现代设施栽培技术进行生产的“硬件”，是设施农业生产资料的主要部分。设施栽培的机械产品大体可分为：1、栽培（育苗）用各种棚、室的装配式金属骨架及骨架的附属机械装置，如开窗机、拉幕机、卷帘机等；2、棚、室内环境控制设备，如各种加温设备、补光设备、机械通风设备、喷雾滴灌设备、CO2气体施肥设备以及检测和自动控制成套设备等3、棚、室内作物栽培（育苗）机械设备和各种作业机械，如小型土壤耕作机具、地膜覆盖机具、种植机具、植保机具、育苗播种成套机械设备、嫁接机具、栽培基质制备机械设备、营养液制备及供给（循环）机械成套设备、平面或立体栽培用基质、盆及固定式可变位支撑架系统设备等。目前常用的小型作业机具有：1、北京农机所研制的产品：4.4KW手扶拖拉机配套机具，包括2GKF120型耕作铺膜机、1LCA20C型单铧犁、2BS2型蔬菜施肥播种机、3WC10型喷雾机组；2、3.7KW微型旋耕机用配套机具，包括1GXZ50型旋耕机、1LCA20型单铧犁作业机组、1KCA15型开沟培土器作业机组、ZMB240型喷雾（植保）作业机组、ZMB240喷灌作业机组。育苗设备主要采用中国农业工程院等单位研制的2XB400盘育苗成套设备。可连续完成基质处理粉碎搅伴提升填充刮平压坑精点播覆盖基质喷淋灌水等成套作业。与其配套的尚有种子丸粒化机械、催芽室、练苗和育苗温室等。八、设施农业机械化技术 （一）设施农业栽培主要类型及机械化技术1、类型：目前设施栽培的类型，主要是塑料棚（中、小拱棚，大棚），日光温室和现代化温室（大型连栋塑料温室，玻璃温室）。栽培的作物以蔬菜、花卉及瓜果类为主。2、机械化技术：保温及加热设备：人工复盖保温,人工加热及复盖保温,机械卷帘复盖保温,散热器加热,散热管道加热,热风机加热,利用加热管道的采收车轨等。通风及降温设备：通风包括自然风、人工通风和机械通风，降温包括湿帘、风机降温和喷雾降温；补光设备；灌溉系统与施肥系统：设施内部广泛发展喷灌或滴灌系统，灌溉与施肥相结合；二氧化碳施肥装置；耕整地、播种、间苗、中耕、除草和收获的机械化系统3、常用棚内机械介绍：大棚卷帘机械：冬暖式大棚机械卷帘机技术，技术先进、效率高，节省劳动力，减轻劳动，延长光照时间，提高温度，能使作物提前上市，具有提高作物产量及品质等优点，是当前蔬菜生产继续的装备。目前使用的有手动卷帘