农业建筑概论

现代农业建筑学第一章绪论1农业建筑学的特点农业建筑学：是一门研究现代工厂化农业养殖、种植、贮藏、农业废弃物资源化利用等生产性农业工程设施建筑设计原理和建筑构造的分支学科。研究内容：建筑结构、功能及其设计原理，进而利用材料、设备等物质条件和施工技术手段，设计和建造出经济适用的建筑物和构筑物，以满足先进的农业生产工艺要求和建筑的经济性要求。研究对象：有生命的动植物及其产品生产和贮藏的农业设施和农业建筑。现代农业生产特点：要求高效率、高密度、高品质的饲养和栽培，不仅采用工厂化生产线式的工艺流程，设施与设备，而且在不同程度上采用自动化控制技术。农业建筑设计要求：必须符合生物的生理特性、生产技术以及相应的工艺流程要求（这是设施农业最重要的物质基础的技术保证）；必须研究建设环境的参数确定与环境因子。原因：各种动植物对生长、贮藏的环境条件要求千差万别。动物生长条件：适宜的温度、湿度、光照，充足的氧气及饲养条件；动物产品的贮藏：低温冷藏。植物生长条件：较强的光照，适宜的温度、湿度、水分、肥料，充足的CO2等；植物产品的贮藏：随贮藏产品的品种以及各品种的种子、叶茎、花、果差异。动植物产品生长周期较长，生长各阶段对环境要求不同且要求严格；动植物对环境质量的生物反应的定量测量还不能做到准确快速。农业建筑结构特点：①与工业与民用建筑差异较大植物生产建筑：要尽量透入阳光，多采用单层建筑；承受的荷载以风、雪荷载为主，故围护结构和支撑结构常采用竹木、钢、铝合金等轻型结构材料及相应的轻型结构形式。动物生产建筑：防疫要求防止交叉感染，消毒需求，产品及废弃物的运输问题，故大部分也采用单层或低层建筑。贮藏建筑：动植物产品的贮藏有的要求维持其生命的环境条件，有的要求保鲜，故比大多数普通工业建筑的环境要求高；品种多样，贮藏条件、输送方式要求差别大，故采取的采暖、制冷、通风等手段与工业和民用建筑有很大不同。②要考虑能源问题。要创造更优越的环境条件，使生产贮藏在很大条件上不受自然条件制约，故要消耗较多能源。要充分利用太阳能、生物能、工业余能，充分利用建筑空间保温、节能、贮能。③标准化与工业化。农业建筑是大量性建筑，且场址常较偏远，要因地制宜，就地取材，考虑整个建筑的经济性。2我国工厂化农业的现状及发展趋势设施农业：是利用一定的设施，在局部范围改善或创造环境微气候，为动植物生长发育提供良好的环境条件而进行高效生产的农业。工厂化农业：是设施农业的高级层次，是指在相对可控的环境条件下，采用工业化生产方式，实现集约高效及可持续发展的现代化生产方式。主要是利用先进成套的农业设施或综合技术，使种殖养殖业摆脱自然环境的束缚，实现全年性、全天候、反季节的企业化规模生产。是以物质和技术要素替代土地资源要素的土地节省型农业。设施农业的构成设施农业设施栽培（保护地栽培）设施饲养（包括畜、禽、水产）塑料棚栽培温室栽培植物工厂栽培塑料棚饲养畜舍饲养工厂化饲养设施栽培设施养殖2.1设施栽培2.1.1我国设施栽培发展历程20世纪50年代，我国从前苏联引进保护地栽培技术。60年代末，我国北方大、中城市郊区初步形成了由简单覆盖风障、阳畦、温室等构成的一整套保护地生产技术体系。70年代，地膜覆盖技术由日本引入中国，并很快得到推广。80年代，以日光温室、塑料大棚和遮阳网覆盖栽培为代表的设施园艺得到发展，形成了以塑料大棚为主，与风障、地膜覆盖、阳畦、温室等相配套的保护地蔬菜生产体系，将我国传统的设施栽培提高到崭新阶段。90年代，我国大规模引进国外大型连栋温室及配套栽培技术，设施农业也以生产超时令、反季节的设施园艺作物为主。到2000年，我国以蔬菜栽培为主体的设施园艺面积达到210万公顷，其中节能型日光温室达20万公顷。我国设施农业现状近年来，我国设施农业取得了突飞猛进的发展。我国设施农业的发展，得益于科研体制改革的深化。1994年，国家科委启动“工厂化高效农业”工程项目，率先推出了工厂化农业生产的时代命题。我国设施农业的高级发展阶段---我国自行设计、制造了一批具有中国特色的、现代化的、具有自主知识产权的优型温室设施，即智能温室。是利用高科技设施材料，运用先进的工程技术手段构建与田间传统农业截然不同的生产环境，如同在工厂中进行农业生产。属于集约型高效农业，代表着今后设施农业的发展方向。我国设施农业研究我国设施农业研究也取得了一定进展，不仅试验研究出比较适合我国气候条件与国情的园艺设施，而且在保护地栽培、节水灌溉、机械化育苗以及蔬菜、花卉、无土栽培等方面的研究也取得了一些成就，有些研究成果已逐步在生产中得到广泛应用与推广。设施农业在我国已被广泛应用于大田作物、水产养殖、畜禽饲养、蔬菜、林果、花卉等农业诸多领域。2010年我国园艺设施面积超过350万公顷，其中日光温室面积超过38万公顷；生猪、蛋鸡、肉鸡、奶牛和肉牛的规模化养殖比例分别达到64.5%、78.8%、85.7%、46.5%和41.6%；设施水产中，海水与淡水养殖总规模已达156万公顷和4358万立方米。温室主体结构的进展在温室主体结构的建造方面：国产化水平较高产品的质量也有很大提高形成了多种类型、性能各异、用途广泛的配套设施体系。我国设施设备的总体水平有了明显提高。如：加温与保温设施、降温设施、遮阳设施及灌溉设施等。国外设施农业发展现状世界上广泛应用温室进行设施栽培，目前全世界温室面积在60万hm2以上。设施栽培技术比较先进的国家有：荷兰、法国、英国、西班牙、意大利、美国、加拿大、日本、韩国、澳大利亚、以色列、土耳其等国家。国外设施农业发展现状荷兰拥有大量连栋温室l～2万hm2，是世界拥有最多、最先进的玻璃温室的国家。已研制出先进的设施环境智能控制系统，可根据作物对环境的不同需求，由计算机对设施内的环境因子，如温、光、水、气、肥等，进行全面有效的自动监测与调控。日本是世界上温室面积最大，而又集中发展塑料温室的国家，塑料温室面积占温室总面积的96％。日本先进的温室配套设施和综合环境调控技术处于世界先进行列，在组培环境调控和封闭式育苗技术等方面，成果令人瞩目。国外设施农业发展现状美国的温室多数为大型连栋温室，90％的温室用于生产鲜花和观赏植物。在设施栽培综合环境控制技术方面所开发的高压雾化降温、加湿系统以及夏季降温用的湿帘降温系统处于世界领先水平。以色列依靠先进的设施园艺技术，在沙漠地带的不利自然条件下，设施园艺生产达到较高的生产水平，拥有现代化温室3000hm2，其生产的温室花卉和蔬菜大量出口欧洲各国。2.1.2我国设施栽培领域存在的问题⑴科技含量总体水平较低。发展较晚，大多是在参考借鉴国外技术的基础上自行开发的；对设施规模和种类缺乏完整和系统的深入研究；没有统一的、科学的设施规范与标准；设施设备和栽培技术管理不规范，各种设施之间也不配套。⑵设施水平低，环境控制能力差。由于技术和经济的原因，我国设施农业采用的是低投入、低能耗的技术体系。90%以上的设施仍以简易型为主，对自然灾害抵抗能力差。温室环境控制技术水平低下，设备质量不过关，绝大多数温室没有主动调控环境的设施。⑶设施栽培作物品种单一，温室生态条件恶化。温室栽培作物种类单一，连作现象严重导致病菌大量繁殖，生态条件恶化，土传病害严重，土壤营养元素平衡被破坏，最终导致减产。设施栽培土壤条件恶化土壤缺少雨淋冲洗，经常发生板结；土壤内的大量盐分随水分蒸发向上运动，在土壤表层聚集，造成营养障碍。硝酸盐在土壤中的积累，使土壤酸化，抑制了土壤硝化细菌活动，易发生亚硝酸气体毒害。温室种植品种还没有专用型、系列化的温室栽培品种，设施条件下农产品的产量和品质始终在低水平上徘徊。⑷机械化程度低，劳动强度大我国农业机械化水平较低，设施农业机械发展缓慢。生产过程中绝大部分作业均为人工进行，生产效率低，劳动强度大。设施农业机械的配套水平不高，缺乏专用的小型化作业机具，配套设施不完备，许多大棚在修建时加热、降温、通风、遮阳、微灌、中心控制等系统不配套。我国温室人均管理面积仅为日本的1/5、西欧的1/50和美国的1/300。⑸运行管理机制不全，管理水平较低。现代设施农业具有市场、高技术和企业化3个特点，是硬件设施和软件技术的统一体。设施农业发达的国家除了拥有先进的硬件设施，还需要有生产—加工—销售的有机结合和相互促进，要有与市场相适应的运行管理机制。目前，我国还没有建立起这种管理机制。2.1.3我国设施栽培发展趋势整体状况：设施农业总体布局趋于合理；多数地区在发展中体现了以节能为中心、低投入和高产出的特色；设施设备总体水平有明显提高，设施类型向大型化、自动化和智能化发展；作物品种不断扩大和丰富，产量不断提高。发展设施农业是我国农业产业结构调整的突破口。我国设施农业的发展趋势如下：⑴开发与应用适合我国国情的生产机具和作业技术。我国地域条件差别大，经济、技术、市场条件不一，致使我国不同的地区农业生产条件各异。在引进、吸收和消化国外先进技术与设备的同时，要因地制宜，结合我国实际，自行研制适合我国设施农业的作业机具。⑵开展设施农业规模化、产业化的生产体系与经营管理模式的研究。设施农业是高投入、高产出、高效益的产业，是设计、生产、销售过程中农科贸一体化的系统工程。要运转整个系统，需要人才、技术、资金、管理各方面集成优势，统一协调。⑶开发新型温室结构。与世界先进水平相近的大型塑料连栋温室、玻璃温室等，已经在我国许多省份出现。在全国逐步推广采光量好、保温性能强、环境调控技术高的大型连栋温室，将会是我国发展设施农业的关键之路。⑷新品种引进与配套栽培技术研究。我国温室农产品是以生产蔬菜为主，作物品种将扩展到水果和花卉等领域；选育抗病、高产、优质的良种；应用立体栽培、营养液栽培新技术、植物生长调节技术，生物防治及产品产后处理技术；建立从品选育、栽培管理到采收包装的一整套完整的技术体系。⑸开发设施内环境自动化控制技术与设备。现代日光温室生产应实现环境控制自动化、主要生产环节机械化、生产技术标准化、经营规模化和产品无害化，实现整体生产现代化。设施农业发展趋势近期及未来全球“设施农业”发展的趋势可归为6个方向：1.无土栽培发展迅速在发达国家的设施农业中，无土栽培与温室面积的比例，荷兰超过70%，加拿大超过50%，比利时达50%。美、日、英、法等国的无土栽培面积分别达到250～400公顷。2.覆盖材料的多样化北欧国家多用玻璃，法国等南欧国家多用塑料，日本应用聚氯乙烯膜，美国多用聚乙烯膜双层覆盖。覆盖材料的保温、透光、遮阳、光谱选择性能渐趋完善。国外设施农业发展趋势3.温室生物防治技术得到进一步发展为防治温室内部的化学物质污染，发达国家重视在温室内减少农药使用量，大力发展生物防治技术。如荷兰温室的甜椒生物防治的商品率已经达到80～90%。4.广泛建立和应用喷灌、滴灌系统以往，发达国家灌溉是以土壤含水量或水位为依据进行喷灌管理，现在世界上正在研究以作物需水信息为依据的自动化灌溉系统。国外设施农业发展趋势5.向大型化方向发展目前农业技术先进的国家，每栋温室的面积基本上都在0.5公顷以上。连栋温室得到普遍推广，温室的栋高在4.5m以上，玻璃面积增大。温室空间扩大后，可进行立体栽培和便于机械化作业。6.向机械化、自动化方向发展设施内部环境因素（如温度、湿度、光照度、二氧化碳浓度等）的调控由过去单因子控制向利用环境、计算机多因子动态控制系统发展。发达国家的温室作物栽培，已普遍实现了播种、育苗、定植、管理、收获、包装、运输等作业的机械化、自动化。2.2设施养殖设施养殖：是指人们依托现代工程技术、材料技术、生物技术和生态技术，在系统工程原理的指导下，以最小资源投入，营造可供动物生长的特定环境，以自动化或半自动化的工厂方式进行动物的高效集约型养殖业生产活动。简而言之，是在人工创造的设施环境条件下进行养殖业生产活动的行业。设施养殖应用范围：凡在外界自然环境条件下不宜于动物生长的