第一節(jié)概述
    一、設(shè)施農(nóng)業(yè)的基本概念
    設(shè)施農(nóng)業(yè)是具有一定的設(shè)施，能在局部范圍改善或創(chuàng)造環(huán)境氣象因素，為動(dòng)植物生度發(fā)育提供良好的環(huán)境條件，而進(jìn)行有效生產(chǎn)的農(nóng)業(yè)。
    設(shè)施農(nóng)業(yè)主要包括設(shè)施栽培和設(shè)施養(yǎng)殖，前者的主要設(shè)備有各類塑料棚、各類溫室、人工氣候室及其配套設(shè)備。后者主要設(shè)施有各種保溫、遮蔭棚和現(xiàn)代集約飼養(yǎng)的畜禽及配套設(shè)施設(shè)備。
    設(shè)施農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)工程學(xué)科領(lǐng)域，是依靠科技進(jìn)行形成的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，是當(dāng)今世界最具活力的產(chǎn)業(yè)之一，也是世界上各國用以提高新鮮農(nóng)產(chǎn)品的重要技術(shù)措施。設(shè)施農(nóng)業(yè)是一個(gè)工程問題，同時(shí)也是個(gè)新的生產(chǎn)技術(shù)體系。設(shè)施農(nóng)業(yè)屬于高投入、高產(chǎn)出、資金、技術(shù)、勞動(dòng)力密集型的產(chǎn)業(yè)。
    二、發(fā)達(dá)國家設(shè)施農(nóng)業(yè)的基本情況
    二戰(zhàn)后的幾十年來，設(shè)施農(nóng)業(yè)在全球迅速崛起，目前發(fā)達(dá)國家的設(shè)施農(nóng)業(yè)己形成成套技術(shù)，完備的設(shè)施設(shè)備、生產(chǎn)規(guī)范、產(chǎn)量的可靠性與質(zhì)量的保證體系，并在向高層次、高科技和自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展，將形成全新的技術(shù)體系。
    荷蘭是土地資源極度貧乏的國家，主要靠圍海造田等手段來擴(kuò)大耕地，全國有13000多公頃玻璃溫室，設(shè)施園藝己成為國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，農(nóng)產(chǎn)品出口多達(dá)400多億美元，成為僅次于美、法的第三大農(nóng)產(chǎn)品出口國。他們依靠設(shè)施發(fā)展花卉產(chǎn)業(yè)，成為世界上第一大花卉出口國，是世界的花卉貿(mào)易中心，從荷蘭拍賣市場(chǎng)出口的鮮切共占世界貿(mào)易出口量的70%，而我國僅為1%。
    日本的栽培設(shè)施主要是塑料大棚和臨時(shí)采曖的塑料溫室，也有部分玻璃溫室。法國、西班牙等國主要發(fā)展塑料溫室栽培，以色列國以其節(jié)水灌溉技術(shù)先進(jìn)而聞名于世，多采用大型塑料溫室、全自動(dòng)控制，全國有1800多公頃塑料溫室，年產(chǎn)10億支以上鮮切花，其出口量居世界的第三位。
    美國農(nóng)業(yè)素來以適地栽培著稱，但近年設(shè)施栽培也有加快發(fā)展的勢(shì)態(tài)。
    三、我國設(shè)施栽培的現(xiàn)狀
    我國設(shè)施栽培歷史悠久，但現(xiàn)代設(shè)施栽培起步較晚，近年來發(fā)展迅速，其類型主要是塑料中、小拱棚、塑料大棚、日光溫室和現(xiàn)代溫室。所栽培的作物以蔬菜、花卉及瓜果類為主。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到1997年，全國設(shè)施栽培面積達(dá)到120萬hm2，己成為總面積最大的設(shè)施栽培的國家，其中塑料中、小棚面積56萬hm2，塑料大棚面積29萬hm2，各類溫室面積35萬hm2，其中日光溫室34萬面積hm2，我國在北緯40度以上地區(qū)發(fā)展的日光溫室技術(shù)令世人矚目。
    我國設(shè)施栽培雖有長(zhǎng)足的進(jìn)步，但也存在以下主要問題：一是總體水平特別是科技水平低；二是設(shè)施水平低，抗御談虎色變自然災(zāi)害的能力差；三是機(jī)械化水平低，其勞動(dòng)生產(chǎn)率只相當(dāng)于日本的五分之一；四是栽培術(shù)不配套。
    第二節(jié)塑料棚技術(shù)
    塑料棚是一種簡(jiǎn)易的保護(hù)地栽培設(shè)施，由于其建造容易、使用方便、投資較少，而被世界各國所普遍采用。從塑料棚的結(jié)構(gòu)和建造材料上分析，應(yīng)用較多的主要有如下四種類型：
    一、中、小拱棚
    中、小拱棚是我國目前應(yīng)用最為廣泛的一種簡(jiǎn)易栽培設(shè)施，約占全國設(shè)施栽培面積的47%，
    中、小拱棚的跨度一般為1.5－4m，高度為0.8－2m，長(zhǎng)度為30－40m。建造材料主要為竹片、細(xì)竹竿、樹枝、鋼筋和鋼管。把竹片等彎成圓弧形，兩端插入地下（30－50cm），頂端形成拱形，用一根縱向拉竿將各拱桿連接起來，拱架上覆蓋薄膜，拉緊后端頭插入土中，構(gòu)成中、小棚。
    在長(zhǎng)江中下游，工廠化生產(chǎn)的鋼管裝配式塑料中、小棚有較多的應(yīng)用，常采用直徑22mm的熱鍍鋅鋼管構(gòu)成主要構(gòu)件，用專用卡具連接，現(xiàn)場(chǎng)組裝。其跨度為4m，高度1.8－2m，長(zhǎng)度20－40m。
    二、簡(jiǎn)易竹木結(jié)構(gòu)大棚
    簡(jiǎn)易竹木結(jié)構(gòu)大棚的跨度為6－12m，肩高1－1.5m，頂高1.8－2.5m，按跨度方向每2m設(shè)一立柱，地下埋深50cm，將竹片固定在立柱頂端，形成拱形，兩端加橫木埋入地下夯實(shí)，拱架產(chǎn)距1m，并用縱拉桿連接，形成整體，拱架上覆蓋薄膜，拉緊后膜的端頭埋入四周的土中，拱架間的薄膜上用壓膜線或8鐵絲，用竹竿等壓緊薄膜。其優(yōu)點(diǎn)是取材方便，造價(jià)較低，建造容易，缺點(diǎn)是棚內(nèi)柱子多，遮光率高，作業(yè)不方便，壽命短，抗風(fēng)雪載荷能力差。
    三、焊接鋼結(jié)構(gòu)大棚
    焊接鋼結(jié)構(gòu)大棚拱架是用鋼筋、鋼管或兩種結(jié)合焊接而成的平面桁架，上弦用直徑16mm鋼筋或20mm的鋼管下弦用12mm的鋼筋、縱拉桿用9－12mm的鋼筋。跨度8－12m，頂高2.6－3m，長(zhǎng)度30－60m，拱間距1－1.2m，拱架上覆蓋薄膜，在拱間的膜上設(shè)壓線壓緊薄膜。其優(yōu)點(diǎn)是骨架堅(jiān)固無立柱，棚內(nèi)空間大，透光性好，作業(yè)方便，但需一至二年給骨架涂刷一次油漆防銹，一般使用壽命可達(dá)6－7年。
    四、熱鍍鋅鋼管裝配式大棚
    熱鍍鋅鋼管裝配式大棚的拱架、縱拉桿、端頭立柱均為薄壁鋼管，用專用卡具連接形成整體，所有插件和卡具采用熱鍍鋅防銹處理，我國己形成有20多種工廠化生產(chǎn)的系列產(chǎn)品，其跨度6－12m，肩高2.5－3m，拱間距0.5－1m，長(zhǎng)度20－60m，用縱向拉桿連接各拱架，使其固定成整體，骨架上覆蓋薄膜，拱架間的膜外用壓膜線壓緊，可設(shè)卷膜機(jī)構(gòu)卷膜透風(fēng)，用保溫幕保溫，遮蔭網(wǎng)遮蔭和降溫。
    這種大棚為組裝式結(jié)構(gòu)，建造方便，有利于作物生長(zhǎng)，構(gòu)件抗腐蝕，整體強(qiáng)度高，承受風(fēng)雪載荷能力強(qiáng)，使用壽命可達(dá)15年以上，是世界各國普遍采用的最先進(jìn)的大棚骨架結(jié)構(gòu)。
    GP系列塑料大棚骨架，均采用內(nèi)外熱鍍鋅的炭素鋼管作為主體構(gòu)件材料。整體骨架由拱稈。縱橫向拉桿等主要構(gòu)件和專用卡具構(gòu)成。各構(gòu)件間主要有管與管、管與卡槽、卡槽與卡槽三種連接方式，其棚形主要有圓弧落地拱形和傾斜壁拱圓形頂兩種類型。該棚形的基本參數(shù)是：管徑22mm＊1.2mm；5mm＊1.2mm，跨度4－13m，肩高1－1.5m，脊高2.5－3m，長(zhǎng)度20－60m，承載風(fēng)壓31－35kg/m，承載雪壓23－35kg/m，承載作物吊重15kg/m，耐久年限15年以上。
    第三節(jié)日光溫室技術(shù)
    日光溫室是采用較簡(jiǎn)易的設(shè)施，充分利用太陽能，在寒冷地區(qū)一般不加溫進(jìn)行蔬菜越冬栽培的設(shè)施，也是我國獨(dú)有的一種設(shè)施。主要在北緯40度以上的寒冷地區(qū)適用，因此在我國北方地區(qū)，主要依靠日光溫室從事設(shè)施栽培。日光溫室的結(jié)構(gòu)主要有竹木結(jié)構(gòu)、鋼木結(jié)構(gòu)、鋼－鋼混凝土結(jié)構(gòu)，全鋼結(jié)構(gòu)，全鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、懸索結(jié)構(gòu)、熱鍍鋅鋼管裝配式結(jié)構(gòu)等。
    日光溫室主體結(jié)構(gòu)參數(shù)是；溫室跨度一般在5－8m，溫室脊高一般為2.5－3.2m，溫室后墻高度一般為1.8－2.0m，后坡仰角一般為30－45度之間，溫室長(zhǎng)度一般取50－60m，溫室面積是跨度與長(zhǎng)度的積，在北緯40度以上地區(qū)，溫室跨度在6m以下，北緯35－40度地區(qū)，溫室跨度在6－7m，北緯35度以南地區(qū)溫室跨度可選7m以上，但不宜超過8m。
    第四節(jié)大型連棟塑料溫室
    大型連棟塑料溫室與玻璃溫室相比，其重量輕，骨架材料用量少，結(jié)構(gòu)構(gòu)件遮光率小，造價(jià)低，環(huán)境控制能力基本可以達(dá)到玻璃溫室相同的水平，有快速發(fā)展的趨勢(shì)。
    一、大型塑料溫室的類型
    1、根據(jù)溫室連棟數(shù)可分為單棟溫室和連棟溫室
    2、根據(jù)溫室側(cè)墻和山墻的形式可分為直壁溫室和斜壁溫室；
    3、根據(jù)溫室屋面形式可分為拱圓頂溫室、尖屋頂溫室、鋸齒形溫室和屋脊窗溫室四種。
    另外根據(jù)覆蓋材料及方式以可分為卷材塑料溫室和片材塑料溫室以及單層覆蓋溫室和雙層覆蓋溫室。
    二、大型連棟溫室的結(jié)構(gòu)
    通用的溫室跨度為6－12m，開間4m，檐高3－4m。自然通風(fēng)為主的連棟溫室在側(cè)窗和屋脊窗聯(lián)合使用時(shí)，溫室的最大寬度在50m以內(nèi)，最好在30m左右，以機(jī)械通風(fēng)為主的連棟溫室，溫室的最大寬度可以達(dá)60m，但最好50m左右，溫室的長(zhǎng)度主要從操作方便，地勢(shì)、地形來考慮，最好限在100m以內(nèi)。
    主體結(jié)構(gòu)一般最好采用熱浸鍍鋅鋼管作主體承力結(jié)構(gòu)，工廠化生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)安裝。屋面用鋼管組合或獨(dú)立鋼管件，立柱大多用圓管。一般要求在室內(nèi)第二跨度或第二開間設(shè)垂直斜撐，在溫室的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)以及屋頂設(shè)置空間支撐，在溫室的檐口處最好設(shè)置斜支撐錨固于基礎(chǔ)。主體結(jié)構(gòu)一般要求抗風(fēng)能力8－10級(jí)，雪載荷不小于35kg/m2，
    三、雙層充氣溫室
    雙層充氣溫室是一種節(jié)能溫室（40%左右），對(duì)不加溫地區(qū)，比單層塑料溫室的春提前和秋延后時(shí)間達(dá)半個(gè)多月，其保溫能力低于日光溫室，雙層充氣溫室在結(jié)構(gòu)上，主要是不用壓膜線，只在四同固定，并設(shè)氣泵或鼓風(fēng)機(jī)，用氣壓來支撐塑料膜，使內(nèi)層塑料膜緊貼骨架，外層塑料膜靠氣壓與內(nèi)層膜隔離，形成空氣夾層，以利保溫。此外，要求固膜牢固，不漏氣，因此，要用專用的固膜卡具，同時(shí)尚須備用電源，鼓風(fēng)機(jī)和氣壓計(jì)等。
    大型連棟塑料溫室的性能和使用功能基本達(dá)到玻璃溫室的水平，所以，它的環(huán)境控制技術(shù)設(shè)備也與玻璃溫室一樣的，其設(shè)備基本可以通用。
    第五節(jié)玻璃溫室技術(shù)
    玻璃溫室是指以玻璃為采光材料的溫室，在栽培設(shè)施中，是透光率最高、使用壽命最長(zhǎng)的一種溫室形式，適合于多種地區(qū)和不同氣候條件下使用。
    一、玻璃溫室的類型
    1、按建筑造型可分為大層面溫室和小層面溫室；
    2、按平面單元的組合方式可分為單棟溫室和連棟溫室；
    3、按使用功能可分為生產(chǎn)溫室、試驗(yàn)溫室、商用溫室、觀賞溫室和庭院溫室等。
    玻璃溫室所選用玻璃多為浮法平板玻璃，歐美地區(qū)通常采用4mm厚的玻璃，而在我國則多參照民用建筑的市場(chǎng)要求和常用的規(guī)格，采用5mm厚的玻璃。將來也會(huì)趨向采用4mm厚的玻璃。
    二、玻璃溫室主要技術(shù)參數(shù)
    玻璃溫室的跨度有6.0m、6.4m、8.0m、9.6m、12.8m、16.0m、19.2m、24.0m等，開間為3.0m、3.3m、4m等，檐高為5m、3.0m、3.3m、3.5m、4.0m等脊高一般為3.5－5.5m、6－7m，層面坡度為1：2或1：2.5。
    三、玻璃溫室的通風(fēng)
    玻璃溫室通風(fēng)的目的一是排除室內(nèi)的余熱，二是排除室內(nèi)的濕度，三是調(diào)節(jié)室內(nèi)氣體成分，排出有毒氣體，提高室內(nèi)CO2的含量。一般來說，夏、秋季通風(fēng)主要目的是進(jìn)行降溫，冬、春季通風(fēng)主要是為了調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度和氣體成分。
    玻璃溫室通風(fēng)一般采用自然通風(fēng)和強(qiáng)制通風(fēng)兩種方式，自然通風(fēng)是在溫室的適當(dāng)部位設(shè)置通風(fēng)窗口，依靠熱壓和風(fēng)壓進(jìn)行通風(fēng)，且通風(fēng)總面積應(yīng)不小于溫室地面面積的15%－30%；溫室的強(qiáng)制通風(fēng)是采用風(fēng)機(jī)強(qiáng)制空氣流動(dòng)，進(jìn)行溫室換氣和降溫，其通風(fēng)強(qiáng)度一般為每分鐘換氣0.75－1.5次。
    四、玻璃溫室的降溫
    玻璃溫室降溫是一種設(shè)施水平較高的栽培措施，
    1、人工遮蔭降溫即采用葦簾、黑色遮陽網(wǎng)、綴鋁條遮陽網(wǎng)和鍍鋁膜遮陽網(wǎng)等材料進(jìn)行遮陰降溫，
    2、蒸發(fā)降溫是利用空氣中水分不飽和時(shí)，蒸發(fā)成水蒸氣進(jìn)入空氣，同時(shí)吸收熱量降低氣溫的原理。其方式有：濕簾－風(fēng)機(jī)降溫，由濕簾箱、循環(huán)水系統(tǒng)、軸流風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)組成；噴霧降溫，由水過濾裝置、高壓水泵、高壓管道、霧化噴頭等組成；
    3、屋面噴淋降溫，是將水均勻地噴灑在玻璃溫室的屋面上，水在屋面上流動(dòng)，通過水與屋面玻璃的熱交換，將溫室內(nèi)的熱量帶走；
    4、屋面噴白降溫，也是遮蔭降溫的一種。
    五、玻璃溫室的加溫
    玻璃溫室一般都要用于越冬作物栽培，根據(jù)熱媒的不同可分為：
    1、熱水采暖其系統(tǒng)由水鍋爐、供熱管道和散熱器三部分組成；
    2、熱風(fēng)加溫其系統(tǒng)由熱源（燃煤、燃油裝置或電熱器）、空氣換熱器、風(fēng)機(jī)和送風(fēng)管道等組成。
    3、電加熱除用電加熱熱風(fēng)采暖外，還可以用電加熱直接采暖。
    六、玻璃溫室的環(huán)境控制
    玻璃溫室的環(huán)境控制，我國多數(shù)技術(shù)采用單因子環(huán)境控制系統(tǒng)，即是針對(duì)溫室內(nèi)的溫室、濕度、光照強(qiáng)度、CO2含量、灌溉、施肥等環(huán)境因子分開獨(dú)立控制，有手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式，而在發(fā)達(dá)國家多采用計(jì)算機(jī)檢測(cè)與控制系統(tǒng)，屬于分布式采集與控制系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、控制主板、測(cè)量裝置，其中測(cè)量裝置包括室外氣象站和室內(nèi)環(huán)境因子測(cè)量裝置。依據(jù)不同的傳感器，對(duì)室內(nèi)各環(huán)境因子進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)和顯示等。針對(duì)不同的作物和品種，由專家制訂出促進(jìn)作物生長(zhǎng)的日程計(jì)劃和各環(huán)境參數(shù)，輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)綜合自動(dòng)控制。
    第六節(jié)設(shè)施栽培的機(jī)械設(shè)備
    設(shè)施栽培的機(jī)械設(shè)備是采用現(xiàn)代設(shè)施栽培技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)的“硬件”，是設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料的主要部分。
    設(shè)施栽培的機(jī)械產(chǎn)品大體可分為
    1、栽培（育苗）用各種棚、室的裝配式金屬骨架及骨架的附屬機(jī)械裝置，如開窗機(jī)、拉幕機(jī)、卷簾機(jī)等；
    2、棚、室內(nèi)環(huán)境控制設(shè)備，如各種加溫設(shè)備、補(bǔ)光設(shè)備、機(jī)械通風(fēng)設(shè)備、噴霧滴灌設(shè)備、CO2氣體施肥設(shè)備以及檢測(cè)和自動(dòng)控制成套設(shè)備等3、棚、室內(nèi)作物栽培（育苗）機(jī)械設(shè)備和各種作業(yè)機(jī)械，如小型土壤耕作機(jī)具、地膜覆蓋機(jī)具、種植機(jī)具、植保機(jī)具、育苗播種成套機(jī)械設(shè)備、嫁接機(jī)具、栽培基質(zhì)制備機(jī)械設(shè)備、營養(yǎng)液制備及供給（循環(huán)）機(jī)械成套設(shè)備、平面或立體栽培用基質(zhì)、盆及固定式可變位支撐架系統(tǒng)設(shè)備等。
    目前常用的小型作業(yè)機(jī)具有：
    1、北京農(nóng)機(jī)所研制的產(chǎn)品：4.4KW手扶拖拉機(jī)配套機(jī)具，包括2GKF－120型耕作鋪膜機(jī)、1LCA20C型單鏵犁、2BS－2型蔬菜施肥播種機(jī)、3WC－10型噴霧機(jī)組；
    2、3.7KW微型旋耕機(jī)用配套機(jī)具，包括1GXZ－50型旋耕機(jī)、1LCA20型單鏵犁作業(yè)機(jī)組、1KCA15型開溝培土器作業(yè)機(jī)組、ZMB240型噴霧（植保）作業(yè)機(jī)組、ZMB240噴灌作業(yè)機(jī)組。
    育苗設(shè)備主要采用中國農(nóng)業(yè)工程院等單位研制的2XB－400盤育苗成套設(shè)備?？蛇B續(xù)完成基質(zhì)處理粉碎－－攪伴－－提升填充－－刮平－－壓坑－－精點(diǎn)播－－覆蓋基質(zhì)－－噴淋灌水等成套作業(yè)。與其配套的尚有種子丸?；瘷C(jī)械、催芽室、練苗和育苗溫室等。（涂同明）