周博士考察拾零（104）连栋温室番茄吊架栽培系统_周长吉.pdf

温室园艺 2020 05 44 温室装备 Greenhouse Equipment DOI 10 16815 ki 11 5436 s 2020 13 008 周博士考察拾零 一百零四 连栋温室 番茄 吊架 栽培 系统 周长吉 农业农村部规划设计研究院 北京 100125 番 茄在大型连栋玻璃温室 中的种植模式 根据栽 培基质的不同分为土壤栽培 基质栽培 营养液栽培 水 培 和雾培等 雾培主要用在 科普和展览温室中 在商品化 生产温室中应用较少 水培 根据营养液的供应形式不同可 分为营养液膜 NFT 深液 流 DFT 浮板等栽培形式 完全的营养液栽培在国内番茄 商品化生产温室中几乎没有应 用 基质栽培 根据基质材料 的不同分为砂 泥炭 岩棉等 单一基质栽培和不同材料按一 定比例混配的混合基质栽培 目前在商品化的番茄基质培中 主要采用岩棉和椰糠 岩棉是 矿物质材料 质量轻 通气性 好 具有一定的保水性 最早 在英国 荷兰应用并逐步向世 界推广 但由于使用后的岩棉 难以分解 给生态环境造成很 大污染 因此欧洲逐渐减少了 对岩棉的使用 我国没有专门 的农用岩棉自主生产能力 使 用岩棉主要从欧洲引进 在很 计和生产者借鉴和参考 文中 以番茄栽培系统为例进行介绍 但这种栽培系统也同样适用于 长季节高架栽培的黄瓜等盘蔓 作物种植 文中的栽培架是指构成支 撑和固定作物栽培基质以及与 基质相关联的植株 供排水 采暖等管道和设备的总成 一 般包括基质承台 面 承台 支撑架或吊挂系统 灌溉回液 收集槽 作物茎秆盘蔓和落蔓 系统 株间加热管道吊挂支撑 机构等 几 字形截面基质承台 可同时实现基质支撑和回液收 集的功能 既可以用于番茄等 长季节高秧攀蔓作物种植 也 可以用于草莓等低矮植株作物 生产 因此 这种截面的基质 承台成为了当前大型连栋温室 高架栽培系统中的不二选择 几 字形截面基质承台 的截面尺寸 技术性能 现场 加工设备 生产企业等相关信 息笔者已在本刊 连栋温室草 莓吊架栽培系统 一文中做过 大程度上限制了这种基质在生 产中的推广应用 椰糠是近年 来开发并快速发展起来的一种 新型基质材料 具有来源丰富 资源可再生 松软 通气而又 保水性好等特点 使用后的有 机基质易腐烂 不会造成环境 污染 由此受到广大种植者越 来越多的青睐 成为了当前大 型连栋玻璃温室番茄种植中最 流行的栽培基质 不论是岩棉还是椰糠 作 为番茄栽培基质都是以条形袋 装形式应用于生产中 而且为 了保证基质排水顺畅 条形袋 装基质都是放置在架空栽培架 上 两种基质栽培对栽培架的 结构和配置要求基本相同 所 以 同一栽培架对两种基质可 以通用 根据栽培架架空方式的不 同可分为吊挂架空 称为吊挂 栽培架 简称 吊架 和地 面支撑架空 称为支架栽培架 简称 支架 两种形式 本 文就这两种形式栽培架的结构 做一系统的梳理 可供温室设 温室园艺 2020 05 45 农业工程技术 温室园艺 详细介绍 1 相关的技术文献 中也有过专门的论述 2 这里 仅针对番茄栽培中支架和吊架 两种栽培架的整体结构和特殊 构造进行系统梳理和总结 支架栽培架 支架栽培架是用支撑立柱 将 几 字形截面基质承台架 离地面而形成的栽培架 这种 栽培架一般包括基质承台及其 支撑架 株间加热管道吊挂支 撑机构和植株茎秆盘蔓与落蔓 系统 其中植株茎秆盘蔓与落 蔓系统 在支架栽培床和吊架 栽培床上的配置与安装方法基 本相同 作为栽培床的共性技 术将在文中单独介绍 这里仅 对支架栽培床特殊的基质承台 支撑架和株间加热管道的支撑 与吊挂设施进行详细介绍 基质承台支撑架 基质承台支撑架一般由 立柱 杆 横梁 立柱连接 底板等组成 2根立柱支撑横 梁 横梁上固定基质承台 形 成 门 式支撑架 这是最基 本的基质承台支架 为了保证 立柱的稳定和精准定位 避免 栽培架在运行中发生沉降变 形 一是要求立柱插入地基的 的横梁高度 可在一定程度上 满足对栽培架排水的要求 为了从根本上保证栽培架 排水坡度在整个栽培架长度方 向上的连续平滑 目前的栽培 架都采用了在立柱上安装螺杆 的方法 通过调节螺杆上螺栓 的位置实现对支架高度的无级 调节 既方便了工厂对零部件 的加工 又方便了支架的现场 安装和调整 图2 根据基质承台安装高度的 不同 螺杆的长度也有差别 对于基质承台安装高度较低的 栽培架 用长螺杆可直接替代 支架立柱 图2a 而对于 基质承台安装高度较高的栽培 架 常用的做法是用钢管做立 柱 在立柱的顶端安装螺杆 图2b 或在立柱的顶端安 装连系梁连接两根立柱 再在 连系梁上焊接或栓接调节承台 深度应达到地基的持力层位 置 二是应在立柱底脚安装连 接板 以增加立柱与地基的接 触面积 相当于增大了立柱基 础的底面积 这样基本的开 口 门 式支架实际上形成了 一种从地面看是闭口的 口 字结构 实则为 开 字结构 的平面支架 早期的支架横梁是不可调 节高度的 图1a 这种支架 构件统一 制造方便 但要形 成栽培架的单向排水坡度 则 需要精准控制每根立柱埋入地 基的深度 因此安装精度要求 高 相对施工周期长 为了提 高施工速度 同时又能方便制 造 有的设计采用了组装架角 钢做立柱 图1b 可实现有 级差的高度调节 这种立柱支 架 按照栽培架的排水坡度 在一定距离内调节相邻两支架 a 固定高度支架 b 级差调节高度支架 图1 横梁高度不可调或有限调节支架 a 螺杆兼做立柱 b 螺杆安装在立柱上 c 螺杆安装在连系梁上 图2 螺杆无级调节横梁高度支架 温室园艺 2020 05 46 温室装备 Greenhouse Equipment 高度的螺杆 图2c 最后 在螺杆上安装基质承台支撑横 梁 基质承台支撑横梁的高度 实际上也是栽培架的高度 应根据温室檐高 栽培作物的 株高 攀蔓作物开花结果段的 高度 和作业工人的人体尺寸 确定 一般距离地面的高度应 控制在500 800 mm 沿种植 垄长度方向的排水坡度控制在 2 3 每个支架沿栽培架长度方 向布置间距宜为2 3 m 一般应 与温室开间尺寸相匹配 从空间 布置来看 沿栽培架长度方向间 一体 形成整体的支柱横向连 接底板 图4a 与两套设 备分别独立设置连接底板 图 4b 相比对材料的增加量并不 多 但可大大简化安装施工过 程中定位测量作业量以及因测 量和安装误差给后续安装调整 增加的工作量 基质承台在支架横梁上的 定位和固定 是在横梁上表面 安装2个角钢片 图5a 由 于 几 字开口截面基质承台 的开口朝下 正好卡在支架横 梁上的2个角钢片之间 不仅 能使基质承台准确定位 而且 也限制了 几 字开口截面的 变形 为了保证 几 字开口 截面基质承台开口侧不发生变 形 除了在支架处对开口进行 限位外 在相邻两个支架之间 还增设了限位扣件 图5b 图 5c 这些限位扣件都是用直 径 10mm以上镀锌钢筋折弯 成型 通过上述方法固定 基 质承台在其自重以及其上部基 质和作物等重量的作用下 仍 能准确定位 稳定运行 株间加热管道吊挂支撑机构 株间加热管道是用于无限 生长类番茄等攀蔓作物栽培的 隔布置的支架实际上是一种排架 结构 为了增强排架结构的整体 稳定性 应在每组排架 一垄栽 培架 的两端相邻支柱间设置斜 撑 图3a 也有的设计是在 最外侧支柱上安装与走道地面相 连接的斜撑 图3b 对于长 度较长的栽培架 在排架的中 部 每隔30 40 m还应增设一 道柱间斜撑 对于在相邻两栽培垄之间 安装光管散热器兼作业轨道的 温室 为了方便施工 可将轨 道管下支撑短柱的连接底板与 栽培架支柱的连接底板合并为 a 合并设置 b 分别独立设置 图4 栽培架支柱与作业轨道支柱底板独立与合并设置 a 支柱间设置斜撑 b 支柱与走道路面间设置斜撑 图3 支柱斜撑设置方法 a 支架横梁上角钢限位 b 支架横梁间限位扣件 1 c 支架横梁间限位扣件 2 图5 几 字截面基质承台开口的限位 温室园艺 2020 05 47 农业工程技术 温室园艺 一种局部采暖方式 可以将植 株需要的热量就近输送到植株 内部 从而有效节约供热负荷 是一种非常经济的采暖方式 但由于株间加热管道悬空在栽 培架上方 对于支架栽培架种 植系统 安装株间加热管需要 在栽培架上专门设置一套独立 的支架 下部固定在基质承台 上 上部形成凹槽 便于支撑 和固定供热圆管 一般这种暖 气管支撑架都是用镀锌钢筋按 照暖气管的支撑高度折弯成一 个倒 V 形支架 图6a 但 也有设计者为了减少零配件的种 类 直接将栽培架端部作为作物 茎秆落蔓的挡杆 在其上安装一 个 凹 形支杆 即可形成对株 间加热管的支架 图6b 也 有设计者采用了吊绳吊挂的方 式 将株间暖气管吊挂在温室 结构的桁架上 图6c 或许 还有更多 更精妙的设计方法 期待大家的分享 支架栽培架由于支撑立柱 直接支撑基质承台 直接承载 了作物栽培基质和盘绕在基质 承台周围作物茎秆的荷载 从 而大大减轻了温室结构的作物 荷载 有利于减小温室结构用 材 节约温室主体结构的造价 抱基质承台 并将其吊挂到吊索 上 由于基质承台有宽度和高度 两个方向的尺寸 而上部吊索只 是一点 所以从力学的角度看 下部矩形 用于环抱基质承台 尺寸与基质承台匹配 上部三 角形的吊环结构应该是最合理 的 实际生产中 这种吊环有开 口和闭口两种结构 图8 都 采用 10 mm以上的镀锌钢筋 折弯成型 理论上讲 在相同 规格用材的条件下 闭口结构 的承载能力较开口结构更强 实际应用中可根据温室制造企 业设备的配备情况和种植者的 要求选择确定 吊索 吊索是吊架结构中主要的 承力构件 由于其主要承担拉 吊荷载 从充分发挥材料性能 的角度考虑 选择柔性的钢索 是最合适的 一是柔性材料运 输 安装方便 二是钢索材料 的抗拉强度高 所以 目前的 但由于需要在温室地面上树立 和安装大量基质承台支撑立柱 作物栽培架的施工安装周期长 栽培架的造价相对提高 而且 地面安装大量支撑立柱后 栽 培床架下部空间基本无法利用 从总体建设成本和运行管理看 支架栽培架并不一定比吊架栽 培架有更大的优越性 所以很 多生产者更愿意选择使用吊架 式栽培架 吊架栽培架 吊挂栽培架是用吊绳 索 将 几 字形截面基质承台吊 挂在温室桁架上从而将其架离 地面的一种栽培架形式 这种 栽培架主要由基质承台和吊挂 系统组成 其中 基质承台上 除摆放基质条外还应安装植株 茎秆盘蔓与吊蔓系统 吊挂系 统除吊挂基质承台外还可吊 挂株间加热管道和粘虫黄蓝板 图7 由于基质承台和植 株茎秆盘蔓与吊蔓系统有单独 介绍 这里仅就基质承台吊挂 系统的各个部件及其安装要求 按照从下往上安装吊挂物的顺 序逐一进行介绍 基质承台吊钩 基质承台吊钩的作用是环 图7 吊架系统组成 a 倒 V 形专用支架支撑 b 落蔓挡杆支撑 c 吊绳吊挂 图6 支架栽培床上暖气管的支挂方式 温室园艺 2020 05 48 温室装备 Greenhouse Equipment 基质承台吊挂系统大都采用钢 索做吊挂承力构件 钢索端部回折后用扣环与 本体紧固即可形成钢索端部的 吊环 可方便地与相邻的构件 相连 而且基本不会脱扣 但 按照作物种植工艺的要求 吊 架应沿其长度方向设置排水坡 度 为此在同一根吊架上不同 称为螺杆吊索 如图10a 图10c 并配套开发了螺杆 端部连接基质承台吊钩和株间 加热管的一体式立体吊钩 图 10b 通过螺母和垫片限位 和支撑 可有效满足吊索大范 围调节长度的实际需求 因螺 杆的长度可根据需要配置 同时又附带增加了株间加热管 吊挂的功能 图10d 应该 说是一种一举多得的设计 实践中还有一种调节吊架 排水坡度的方法是保持吊索长度 不变 而在吊索的一端根据吊索 位置处吊架找坡对吊索的实际长 度要求附加长度不等的吊钩 称 为吊索加长吊钩 图11 这 种方法不需要在吊索上预先安 装任何部件 只要将两端打折 扣环并保持相同长度即可 从 位置安装的吊索应有不同的长 度 实践中如果按照不同位置 加工不同长度的吊索 不仅加 工和安装的成本高 管理的成 本也将很高 为此 设计中都 采用了长度可调的吊索 通常调节吊索长度的方法 是在吊索的一端安装花篮螺丝 称为花篮螺丝吊索 如图9 通过调节花篮螺丝的长度可调 节吊架的高低 这种方法在 吊索一定长度调节范围内是 可行的 而且花篮螺丝是成熟 的工业化产品 来源丰富 价 格低廉 但吊索受花篮螺丝长 度的限制调节范围有限 对于 上百米长度的栽培吊架 花篮 螺丝的调节范围显然不够 为 此 北京泓稷科技有限公司开 发了一种一端带螺杆的吊索 a 开口吊钩 b 开口吊钩应用 c 闭口吊钩 图8 基质承台吊钩 b 挂钩 c 吊索实物 d 安装大样 图10 螺杆吊索吊挂系统 图9花篮螺丝吊索 铝合金 8 字扣 不锈钢鸡心杯 4 热镀锌钢丝绳 热镀锌 螺栓 M10 5 150 mm 2 00 mm 吊挂梁下平面距地面垂直距离减栽培槽底面距地面垂直距离减 1 m 专用设备压实 a 吊索 结构图 温室园艺 2020 05 49 农业工程技术 温室园艺 而大大简化了吊索的加工程 序 显著降低了吊索的加工成 本 吊索加长吊钩的加工也很 简单 只需要将钢筋的两端弯 钩即可 按照吊钩的不同长度 分类捆扎和标识 现场安装时 根据长度标识可很方便地找到 需要位置的吊钩 安装时只要 将吊钩的一端穿过吊索的吊 环 另一端与相邻其他连接件 相连即可完成对吊索的安装 既方便 又快捷 株间暖气管吊挂 和支架栽培架需要单独安 装株间暖气管支架不同 吊架栽 培架可直接利用吊索吊挂株间 暖气管 除了北京泓稷科技有限 公司开发的螺杆吊索挂钩可直 接吊挂株间暖气管 图10d 外 针对其他形式的吊索 各生产 企业也都开发了相应的株间暖 气管吊挂构件 图9是花篮螺丝吊索在其 端部用单根钢筋折弯形成的一 种双向平面吊钩 可在两个方 向同时吊挂基质承台吊钩和株 间暖气管 这种吊钩结构简洁 材料用量省 加工工序少 是 一种价廉物美的产品 图12a是一种直接在吊索 末端折环上同时吊挂基质承台 吊钩和株间暖气管的吊挂方法 该方法和图10的螺杆吊索有相 近之处 但也有不同 相近的 是吊挂基质承台吊钩和株间暖 气管的空间吊钩形状相同 仅 尺寸略有差别 不同的是钢索 末端连接螺杆的方式不是直接 对接而是采用了环扣环的连接 方式 螺杆采用了末端带环的 工业化产品 吊索工厂加工时 将钢索末端穿过螺杆末端环钩 后打折扣紧 即形成环套环的 连接 这种连接方式 生产加 工不需要特殊的加工设备 带 环的螺杆是通用产品 环环相 扣的连接方法简单 连接可靠 实际上 对于末端带螺杆 的吊索吊挂株间暖气管的方法 也可以直接在螺杆的末端安装 一个吊环 暖气管穿过吊环即 形成对其的吊挂 图12b 而 且这种方法对吊索还不会形成 偏心 悬挂基质承台的吊钩可 直接安装在吊索上而不必再附 加专门的连接件 只是由于暖 气管置于基质承台吊钩内 相 对位置偏低 调整的空间不大 粘虫黄 蓝 板吊挂 吊架栽培床的吊索实际上 也为室内植保用粘虫带的安装 提供了方便 连栋玻璃温室番 茄种植大都采用沿栽培架长度 方向通长设置粘虫带的植保措 施 图7 8 在吊架的吊索上 安装一个高度和粘虫带宽度相 适应的挂环 将粘虫带展开后固 定在该挂环上即可 图13 吊索在温室结构上的吊挂 吊索下部吊挂基质承台 中部吊挂株间暖气管和粘虫带 后 上部则通过桁架吊钩吊挂 在温室结构的桁架下弦杆上 图14 对于用吊钩加长的 吊索 吊钩的两端分别吊挂钢 索和桁架吊钩 图11 并最 终将吊索吊挂到温室结构的桁 架下弦杆上 桁架吊钩也是用 10mm 以上钢筋折弯成形 并进行表 a 钢丝绳末端吊钩吊挂 b 螺杆末端吊环吊挂 图12 暖气管的吊挂方法 图13 粘虫带的吊挂方式 图11 吊钩加长吊索 温室园艺 2020 05 50 温室装备 Greenhouse Equipment 面热浸镀锌防腐处理 基质承台端部支架 吊架栽培架主要靠吊索实 现对栽培架吊离地面 但吊索 都是安装在温室结构的桁架下 弦杆上 在栽培架沿温室开间 方向通长布置时 栽培架的中 部都能遇到温室结构的桁架 可以直接吊挂 但在栽培架的 两端 尤其是到温室山墙侧温 室结构上甚至没有桁架 为保 证吊挂栽培架的安全 吊架的 悬臂不可能过长 一般不超过 0 5 m 如图15a 因此 对 吊架栽培床的两端设置支架是 必需的 采用支架栽培架的支架方 式支撑吊架栽培架的两端是一 种可选的方案 但在实际生产中 为了简化支架 大都不采用这 种方式 吊架在温室中部走道 的一端 由于吊架的悬臂较短 多在1 m左右 吊索承担 了主要的吊架荷载 可采用单管 支撑吊架的方法 图15b 既 节省材料 又安全可靠 还经 济美观 吊架在温室山墙侧的 一端 由于吊架的悬臂较长 接 近一个开间的距离 采用上 述的单管支撑恐怕强度不够 为此设计采用在吊架的端部悬 空设置一道垂直栽培架长度方 向的支撑横梁 将所有的吊架 端部搭置在该横梁上 可完全 消除栽培架悬臂的问题 吊挂 支撑横梁 采用在温室山墙立 柱上安装悬臂挑梁 图15c 的 方式 悬挂支撑横梁的悬臂挑 梁与山墙立柱的连接应是固结 支撑横梁上应在栽培架的安装 位置如同支架栽培架一样安装 栽培架限位角铁 保证栽培架 位置准确 安装可靠 番茄吊蔓 盘蔓系统 吊蔓 落蔓和盘蔓是连栋 温室高秧作物长季节生产的重 要特征 无限生长的高秧作物 在全生育期内茎秆的长度可能 达到几十米甚至上百米 受温 室高度和操作的限制 仅靠吊 蔓难以实现对茎秆全长的吊挂 为此 生产中都是将作物下部 的茎秆摘果 打叶后盘绕在根 系 基质袋 旁边 仅留出开 花结果的茎秆和枝叶悬吊在空 中受光结果 吊蔓系统 吊蔓系统包括缠绕在作物 茎秆上的绕蔓线 连接在绕蔓 线端部的吊蔓钩以及悬挂在温 室桁架下弦杆与栽培架平行布 置的吊蔓线 吊蔓线的两端系 扣在温室山墙立柱上专门的吊 蔓架或吊蔓杆上 吊蔓线的中 部则下吊缠绕作物茎秆绕蔓线 端部的吊蔓钩 上挂悬挂在温 室结构桁架下弦杆上的桁架挂 钩 从而将作物茎蔓整体吊起 图14 吊索与温室结构的连接 a 不设支撑 b 设单管立柱支撑 c 设横梁支撑 图15 吊架端部支撑设置 b 吊蔓线两端连接吊蔓杆 图16 作物吊蔓系统 a 吊蔓线上吊桁架下挂吊蔓钩 桁架挂钩 绕蔓线 吊蔓线 吊蔓钩 温室园艺 2020 05 51 农业工程技术 温室园艺 并最终悬挂在温室结构的桁架 上 图16 作物的吊蔓系统 是与作物栽培架没有关联的独 立系统 通过植株与栽培架相 关联 盘蔓系统 盘蔓系统就是收拢和承接 植株下部打叶后茎秆的全部构 件的总成 栽培架上盘蔓主要 包括栽培架中部落蔓和栽培架 端部落蔓两种形式的落蔓钩 栽培架中部的落蔓钩功能 单一 只承接沿栽培架长度方 向水平收拢的茎秆 针对 几 字形基质承台栽培架的截面形 状 按照两侧收拢茎秆的种植 工艺 用镀锌钢筋折弯一种两 侧凹 中间凸的 方波 形落 蔓钩 图17a 双侧凹槽中 收拢作物茎秆 中部凸起部正 好可以卡在 几 字形基质承 台上 图17b 落蔓钩一般 沿栽培架长度方向间隔1 m左 右设置1道 其上部铺设的基 质袋会自动将其压紧并紧扣到 基质承台上 从外表看只看到 露出栽培架两侧用于落蔓的凹 槽钩 图17c 栽培架端部的落蔓钩除了 具备中部落蔓钩收拢和承接茎 秆的功能外 还应具备从栽培 架一侧向另一侧盘蔓的功能 由于失去了栽培架的支撑 端 部落蔓钩就不能像中部落蔓钩 一样做成平面钩 而必须是一 种立体支撑钩 图18a 落 蔓的茎秆需要盘绕在该立体支 撑钩的前方和两侧 实现茎秆 在栽培架端部的缠绕 但由于 作物茎秆在栽培床端部缠绕时 不能像中部落蔓一样压紧缠绕 而是沿栽培床高度方向分散缠 绕 为此 在栽培床端部的落 蔓钩上还必须附加一根盘蔓筋 图18b 端部落蔓钩安装 在栽培架同一高度位置 而盘 蔓筋则安装在栽培架的上表面 图18c 两者共同完成端 部的盘蔓和落蔓功能 为了简化安装 减少零部 件规格和数量 有的企业设计 了一种将端部落蔓钩和盘蔓 筋合二为一的一体式落蔓钩 图19 应该是一个未来发 展方向 参考文献 1 周长吉 周博士考察拾零 一百 零二 连栋温室草莓吊架栽培 系统 J 农业工程技术 温室园 艺 2020 40 7 40 48 2 郭佳欣 张天柱 陈小文 荷兰 现代化连栋温室栽培槽的开发与 应用 J 农业工程技术 温室园 艺 2018 38 13 70 74 致谢 北京泓稷科技有限公司 总经理 吴松先 生为本文提供了部分技术资料和图片 在文 章的形成过程中也提出了很多宝贵的修改意 见 在此表示衷心的感谢 引用信息 周长吉 周博士考察拾零 一百零 四 连栋温室番茄吊架栽培系统 J 农业工程技 术 2020 40 13 44 51 a 中部落蔓钩构件 b 落蔓钩置于基质承台 c 基质条压紧落蔓钩 图17 中部落蔓钩及其安装 a 端部落蔓钩 b 盘蔓筋 c 组装后的实景 图18分离式端部落蔓钩 图19一体式端部落蔓钩