引言

设施农业作为现代农业的重要组成部分，集农业生物技术、农业机械与建筑工程技术、环境控制技术、信息技术和管理技术于一体，实现农业高产、高效、高质量的生产。设施农业是在非传统农业生产环境条件下进行的，突破了自然气候和季节性限制，真正实现了年度生产和年度供应，进一步大大提高了种植业的单位面积产量，也大大提高了养殖业的个体生产［1］。设施农业设备的研发和应用极大地促进了现代农业的发展，但我国设施设备的技术含量并不是很高。因此，设施农业设备技术的发展对提高我国设施农业的整体水平尤为重要。

1设施农业装备技术概述

1.1设施农业概念

设施农业的概念分为狭义和广义。狭义的设施农业是指在可控条件下，根据动植物生长发育所需的最佳环境，以最小的资源投入进行动植物生长。从产业链的角度看，广义的设施农业是指为农产品和商品的各个阶段提供最合适的环境条件，从而摆脱自然环境和传统生产条件的束缚，获得高产、优质、高效的农产品的现代农业生产活动。设施农业具有技术设备化、过程科学化、方法集约化、管理现代化的特点。设施农业产业链的特点是目标商业化→途径全程化→环境可控化→效益全面。现代设施农业包括设施园艺、设施畜牧业和设施水产品。

1.2温室设备

温室可分为生产性温室、科研教育温室和商业温室两类。另一种是根据覆盖材料、温室性能等方式进行分类。其中，根据覆盖材料，温室可分为玻璃温室、塑料薄膜温室、PC板温室、复合覆盖温室和玻璃钢温室；根据温室性能，可分为连栋温室、太阳能温室、塑料温室、中小拱棚和遮阳棚；按其他方式可分为加热温室、非加热温室、简易温室、智能温室、金属结构温室等结构温室。设施农业机械作为农业机械的重要份额，在农业机械化的发展中发挥着重要作用。做好设施农业机械安全生产，有效预防和减少农业机械安全生产事故的发生，不仅是农业机械部门服务于现代农业安全发展的功能，也是促进设施农业机械整体水平，提高现代农业综合发展实力的需要，对现代农业的发展将发挥积极的促进作用［2-3］。我国“农业设施”的发展有其独特的特点，日光温室和塑料温室应用最为广泛。特别是日光温室和简易土壤温室，是我国独特的设施生产方式。虽然有很多不尽如人意的地方，但在现阶段缓解北方周年蔬菜供应方面发挥了重要作用。据统计，2011年北京温室建成面积2.17万hm2(32.5万亩)，预计到2012年底将建成2.33万hm2(35万亩)。在设施机械化方面，受“农业设施”整体结构的限制，节能日光温室面积一般小于66.7m2(1亩)，南北跨度8～10m，长60m。水平种植，南端空间高度为50～北端有60cm，北端有60cm～80cm通道。在这个空间实现省力种植操作比较困难，就是所谓的“螺丝壳里作道场”。蔬菜作物的机械化在露地生产中还没有得到广泛的应用，如果加上空间限制，机械化设备的使用更加困难。没有国外先进的经验可供借鉴，也没有适应的设备可供选择，这是我国设施机械化面临的难题。从农机农艺结合的角度来看，设施这一农艺已经确定，只有设备适应设施环境，别无选择。尽管如此，由于农民的迫切需求，一些设备将诞生，而不是在历史时刻诞生，这给使用带来了不便，仍有许多问题需要研究。

2设备环境调控设备技术技术

设施栽培是在一定的空间范围内进行的，因此生产者对环境的干预、控制和调节能力和影响远远大于露地栽培。目前，我国主要的调节手段主要是加热、冷却、保温、通风、照明、湿度和二氧化碳施肥。环境控制能力是温室性能的重要指标，对产品质量和产量起着决定性的作用。主要类型的控制设备包括通风设备、保温设备、加热冷却设备、照明设备、二氧化碳施肥设备和监测控制设备。

2.1通风换气

设施环境通风的目的是：①消除设施内的余热，使室内环境温度保持在适合植物生长的范围内；②排除余湿，使室内环境相对湿度保持在适合植物生长的范围内；③调整空气成分，排出有害气体，提高室内空气中二氧化碳含量，使作物生长环境良好。设施环境中常见的通风方法：①自然通风。是指在温室等设施的适当位置设置窗户，通过热压和风压进行通风，通过调节窗户的开度来调节通风量。自然通风开关窗的机械设备:卷膜开窗系统和齿条开窗系统。②机械通风。依靠风机产生的压力迫使空气在设施内流动。

2.2保温设备

保温设备的作用是增强温室的保温能力。常用的保温设备有太阳能温室保温被、草帘、卷帘机、连栋温室保温幕等形式的内部保温。不同的设备有自己的特点，如草帘保温效果好，价格低廉，但质量大，防水性差。保温被具有质量小、卷放方便、防水性好的特点。卷被机一般具有效率高、劳动节约、价格高、装配要求高的特点。不同类型的卷被机之间也存在差异，见表1。目前，设施保温设备存在的主要问题是新型高精度、高可靠性电机和多用途系统亟待开发。

2.3降温设备

设施内常见的冷却方式有湿帘冷却、遮阳冷却、雾冷却和空调冷却。①湿帘冷却是农业建筑中最常用的夏季冷却方法。该方法组成的冷却系统称为湿帘冷却系统－风机冷却系统。湿帘由湿帘箱、循环水系统、轴流风机和控制系统四部分组成，由箱体、湿帘、布水管和集水器组成。目前湿帘采用白杨木细刨花、瓦楞纸、聚氯乙烯等材料。②遮阳降温是在温室内部或温室屋顶上方设置遮阳网，减少进入温室的热量，达到降低室内温度的目的。③雾化冷却是在温室内设置雾化喷嘴，在高温低湿状态下喷雾，进行短时间的蒸发冷却。水直接喷在温室空气中，因为雾粒的直径很小，只有10个μm，所以可以直接在空气中蒸发。雾粒蒸发时吸收热量，降低温室内空气温度，冷却速度快，蒸发效率高，温度分布均匀，是蒸发冷却的最佳形式。喷雾冷却系统由水过滤装置、高压水泵、高压管道和旋芯喷头组成。④空调冷却常见于观光温室、花卉市场等商业温室，多采用空调机组与风机盘管的结合。

2.4加温设备

设施加热方式常用于热水蒸气加热，即通过散热器、锅炉、管道等设备产生的热水蒸气加热设施环境。热风加热是利用热风炉和送风管加热循环空气，达到整体加热的目的。其他加热方式包括电热线加热、红外热源加热等。图1显示了几种加热设备在实际应用中的应用。

2.5其他环境调控设备

随着物理农业设备等新兴技术的不断发展，一系列环境控制设备也广泛应用于设施环境中，包括二氧化碳施肥设备、金属卤水灯、荧光灯、低压钠灯、LED补光灯、环境监测控制设备和物理控制设备技术。温室是一个封闭或半封闭的系统，空气流动性小，与外界交换少，往往导致温室作物正常生长发育所需的二氧化碳缺乏，特别是在早春、秋末和冬季，由于温室通风较少，二氧化碳浓度可降至220mlm3，甚至更低。目前，二氧化碳的施肥来源主要包括二氧化碳燃烧发生器、化学反应生成法、微生物分解有机物产生二氧化碳、高压瓶装CO2和固体颗粒气肥。