我们北方温室大棚建设施工的大型连栋温室
1、温室植物工厂
自1990年起，日本植物工厂逐渐发展起来。所谓植物工厂，就是不受外部环境影响、完全利用高科技环境自动化控制进行全年作物生产的系统。它是温室设施内的温度、光照、二氧化碳、培养液等环境条件自动控制设备与播种、移栽、收获、运输等作业工程设备相组合，使作物在最佳环境下生长,达到稳产、高产、优质、省力的生产系统。植物工厂分为两种:利用人工光源的完全封闭型和利用阳光型(包括阳光-补光型)。完全封闭式设施必须覆盖绝热、遮光材料，严格限制系统内外进行气、水、热交换。日本现在从北到南有20多家植物工厂，每栋占地面积平均为0.07hm2，主要生产叶菜类和少量菌类。阳光型需要根据外界条件进行人为调节，一般每栋占地0.3hm2,有的可达1hm2与完全封闭型比较,空间要大得多。封闭型和阳光_补光型温室特点如表所示。
日本的现代温室植物工厂生产
表：封闭型和阳光-补光型温塞的比较
| 项目 | 封闭型温室 | 阳光-补光型温室 |
| 建筑 | 外观像工厂和冷库的绝热建筑 | 以荷兰Venlo式温室为主 |
| 光源 | 以660W以上离压納光灯为主，也有日光灯 | 以360W离压钠光灯为主,也有高光量型 |
| 温度控制 | 室内温度恒定在18—25℃专用空调 | 风暖或水暖型温室或冷风式冷房 |
| 环境 | 完全封闭式，控制较容易 | 受季节、气温的影响，难以控制到最佳状态 |
| 栽培 | 可实现立体栽培，空间利用率商 | 要提高效率，需调整间距 |
| 栽培技术 | 相对稳定 | 栽培管理上不容易完全控制 |
| 生产性 | 可全年生产 | 季节性强 |
| 运营费 | 光照电费高，光源：空调=2:1 | 夏季降温控制费用较高 |
植物工厂生产的蔬菜产品成分和日本食品标准规定的指标基本一致，如表所示。
表： 植物工厂蔬菜产品和食品标准指标的比较
| 叶用莴苣 叶用莴苣 | 生菜 | 生菜 | ||
| 成分 | 食品标准指标 | 植物工厂产品 | 食品标准指标 | 植物工厂产品 |
| 蛋白质/g | 1.4 | 1.3 | 1.5 | 1.4 |
| 脂肪/g | 0.1 | 0.3 | 0.2 | 0.1 |
| 钙/mg | 60 | 34.5 | 50 | 35.7 |
| 钠/mg | 6.0 | 4.5 | 5.0 | 3.8 |
| 钾/mg | 490 | 420 | 370 | 457 |
| 维生素A/IU | 1300 | 910 | 780 | 457 |
| 维生素B1/mg | 0.1 | 0.03 | 0.05 | 0.03 |
| 维牛素C/mg | 21 | 15 | 13 | 10 |
植物工厂还可用于观赏、装饰甚至精神治疗，从而进入家庭。
2、温室设施通风方式
日本温室的通风形式有屋顶完全打开式、可转动拱形屋顶打开式、局部打开式、可伸缩处遮阳帘等4种。其中，屋顶完全打开式主要用于Venlo（文络型）型温室。为了温室的遮阳，日本研制了连栋温室顶部水平可伸缩温室外遮阳卷帘。
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3、温室室内设施
日本广岛的一座占地约3.2hm2的大型温室，约需要50个工人。它是一种肩高5m的Venlo（文络型）型温室，室内全部用水泥铺设，栽培床是吊挂式的，比通常苗床位置高，工人可以站立操作。栽培通道上铺设加温管道，管道上可以行驶一辆高度为2.7m的升降小车，操作人员可在小车上进行农耕作业。
4、作物栽培形式
(1) 立体栽培
为提高空间利用效率，日本枥木县一家农场种植了的两层式番茄。从育苗到收获期在上层进行，达到采摘期时移到下面一层进行收获，人工可直接采摘果实，然后再在上层进行育苗。这样就可连续作业，节省了空间和时间。一般这种蔬菜产品95%销向餐馆和食堂。
(2) 营养液栽培
目前日本有lOOOhm2温室采用营养液种植。营养液栽培分为营养液栽培(水培)、喷雾营养液栽培(雾培)和基质营养液栽培(基质培)三大类。水培时,营养液以5—10mm深度流过植物根部;基质培时，有20%营养液成为废液排出，为减少环境污染和降低成本，可将这部分营养液循环再利用，但要经过膜过滤或紫外线消毒，或加热杀菌。
(3)雾培
雾培的一个实例是三角形无土栽培装置，其中两个板斜立,呈倒三角形,板面上种植蔬菜(主要是叶菜类蔬菜)，在两板的中间有喷雾装置，可以喷洒营养液，为植物根系提供营养。从播种、育苗、定植到收获，只需要30天。光源主要是高压钠灯，为了提高光合效率，加入C02,生长速度比露地快2倍。其特点为程序化控制，不需要经验，不使用农药，比露地蔬菜产品的细菌少，为免洗蔬菜，商品率高，生产稳定。
5、 温室的温度控制
在夏季高温时，控制温室内升温的基本方法是通风、遮光、空调降温等。但使用空调的耗能很高，不易普及。日本研制出一种利用水蒸发降低温度的机构,如湿帘-风机降温系统、水雾降温系统等。湿帘-风机降温系统是在温室一侧安装格子状板,水流过格子板，风机将室外空气吸人经湿帘加湿，水蒸发时，依靠汽化热降温。湿帘与风机最大间距是40—50m,不适宜于大规模温室。这种方法的缺点是与湿帘距离近的地方降温效果好，远的地方较差,造成室内温度不均勻。水雾降温装置是利用设在温室上部的许多喷嘴,将水喷成细雾进行降温。喷雾时间越长，降温效果越好。水雾装置既可降温又可喷洒农药或营养液，这种装置的效率高，已在1000hm2面积上使用。
图：温室大棚湿帘-风机系统降温示意图
图：温室大棚水雾降温示意图
6、 生物防治病虫害
为减少农药使用，日本从2006年以来，采用了17种昆虫、2类线虫、16类微生物等害虫天敌和生物农药，其中半数用于温室。
7、节能
(1) 节能温室为了节能,日本开发出一种由三层透明的塑料膜构成的覆盖材料，外夹层内通入加压空气，以将覆盖层支撑起来,内夹层通过循环水，将吸收的太阳能(白天水温可达20℃）通过地下管道储存在地下土壤中,夜间将土壤内储存的热量再经过地下管道用于温室加热。随着地区、气候和作物的不同，这种技术节能可达60%—100%。
(2) 节能人工光源自然光波长在300—300Onm,其中,植物700nm,特别是植物的叶绿体吸收的光谱，处于青色(450nm附近)和红色(660nm附近)峰值处。发光二极管(LED)可提供特定、狭窄的波长，青色和红色LED发出的波长几乎和植物的叶绿体吸收的波长段一致。
我们北方温室大棚建设在国内施工的安装LED植物补光灯的智能温室
发光二极管(LED)由于使用低压电源，比较安全,消耗能量较同光效的白炽灯减少80%;尺寸小，可以制成各种形状的器件;稳定性好，使用10万小时后光衰为初始值的50%，响应时间短;对环境污染少，无有害金属汞;改变电流可以变色。虽然价格较高，近来也逐渐普及。
由于植物的光吸收率(植物吸收的光量与光源对植物发出的全光量之比)高，利用单一发光的弱发光体LE灯，就能满足植物健康生长的需要。一般荧光灯发光能源利用率为20%—24%，而—发光能源利用率可高达80%—95%，并可节能。但是单一利用某一波长的光只能满足某一部分植物的生长需要，如红灯只适合一部分叶菜类生长。另外，青色LE灯比红色灯价格高，最近日本研制了低价的氧化亚铅青色LE灯，为在植物工厂推广创造了条件。
通过对间歇式照射与连续照射植物两种方法的比较研究,发现间歇式照射作物可增产20%—25%。日本还研制了棱镜式照明灯,这种灯的光源和发光体分离，它的寿命长，适用范围广。
（作者：王学友 北方温室大棚建设）
