双热源大樱桃半自动促成栽培系统的制作方法
【专利摘要】本发明属于大樱桃反季节栽培【技术领域】，涉及一种双热源大樱桃半自动促成栽培系统，该系统包括屋脊形大棚、双热源加温单元、轴流风机。与传统的大棚及温室栽培相比，采用了地炕式补充加热方式，合理设置了棚体尺寸（顶高7.5m，3/10斜率），增加了栽培环境的控制容积，对棚内环境因子施行了半自动联控和棚温平衡调节，使栽培环境相对稳定，果实外观质量普遍提高，大小均匀，色泽亮丽，无裂果，无冻害，平均亩产超过600kg，平均优质果率在90％以上，克服了传统栽培大棚及温室生产，质量及产量均不稳定的弊端，经济效益比露地栽培提高近10倍。
【专利说明】双热源大樱桃半自动促成栽培系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种双热源大樱桃半自动促成栽培系统，属于大樱桃反季节栽培【技术领域】。
【背景技术】
[0002]大樱桃(也称甜樱桃)是欧洲引进果树树种，1995年后在我国快速发展，因其外观漂亮，营养丰富，香甜可口，年内成熟早于其它果品，所以经济效益特别高。2007年以来，盛果树龄露地栽培的大樱桃，每666.7 m2平均年纯收入高于1.15万元；而采用适宜的设施进行促成栽培可使年纯收入增加，2000年后国内大樱桃设施栽培面积迅速增加，各地出现了多种多样的大樱桃栽培大棚和温室，这些设施大都是当地果农根据自己的条件和经验建造，对大樱桃促成栽培技术的发展，起到了重要的推动作用。但由于专业技术、经济、地域、经验等条件的局限性，也出现了许多问题，特别是乔化大樱桃栽培大棚，由于棚体较高，初投资和操作管理难度大，遇到的问题也更加突出。主要表现在四个方面，一是完全由人工记录大樱桃树自然休眠需冷量，人为误差较大，导致扣棚升温时间不准确(需冷量不足影响果实质量和产量，扣棚太晚影响经济效益)。二是环境因子检测普遍采用传统的水银柱、煤油柱和机械感应式检测仪表，这类仪表价格低廉，但反应速度慢，功能单一，在使用过程需频繁进出大棚监测相关数据，劳动强度和人为操作误差非常大，特别是在夜间或雨雪天气，很难及时准确的掌控棚内环境因子。三是棚体结构不合理，肩高和顶高之间的斜率不科学，使棚体抗风雪能力弱，存在安全隐患。四是是只利用太阳能单一热源加温，当遭遇连续阴冷天气或特别低温时，棚温超出下限要求范围，造成产量和质量严重下降。因此，必须在棚体内设置加热装置以保证棚温；例如加热炉、暖气、空调等。生产实践中发现，采用现有的加热装置对棚体内进行加热时，成本高，局部升温、降温过快，棚体内温度不均衡导致监控结果不准确，最终导致果实产量和质量降低。
【发明内容】
[0003]为解决上述问题，本发明研制了一种双热源大樱桃半自动促成栽培系统。该栽培系统采用专门针对大樱桃促成栽培设计的大棚及与该大棚相适应的加热装置和调控装置；从而使大樱桃栽培过程处于稳定、均衡的适宜温度环境中。
[0004]本发明采用的技术方案如下:
一种双热源大樱桃半自动促成栽培系统，包括屋脊形大棚、双热源加温单元、轴流风
机；
所述大棚的棚体采用钢架构结，沿南北方向建成；其长度、宽度、肩高、顶高分别为100m、20 m、4.5 m、7.5 m ；
棚体脊部两侧、距离脊部60cm处设有顶部换气调节缝，棚体东西两个侧面上、距地面垂直距离为60cm处设有底部换气调节缝；底部换气调节缝和顶部换气调节缝均为南北走向，其开口大小可调节；棚体宽度方向的中心位置、距地面3.7m处、沿南北方向每25米安装一台轴流风机；
所述双热源加温单元包括位于棚体宽度方向的中部、沿南北方向设置的地炕式加热炉，其正面距棚体北侧面4.5 m；
加热炉包括炕体，和一端与炕体连接、另一端延伸至棚体南侧面的烟道；炕体炉膛的下半部分位于地面以下，烟道的南端完全位于地面以上；炕体沿北南方向长度为10 m，炕体内膛直径0.4 m,烟道内膛直径0.21 m ;
烟道内、距棚体南侧面8 m处安装一台轴流风机；
加热炉正面以北为操作池，操作池以北南方向为长，其长、宽、高尺寸分别为2 m、1.8m、0.65 m0
[0005]上述双热源加温单元中的双热源是指太阳能和地炕式加热炉提供的热能。该双热源大樱桃半自动促成栽培系统适用于纬度为34.52-39.52、经度为117.33-119.24的地区。
[0006]上述双热源大樱桃半自动促成栽培系统，所采用特定结构尺寸的大棚、与该大棚相适应的地炕式加热炉、及安装在特定位置的轴流风机，相互配合、共同作用以使棚体内环境因子即使在外界自然环境发生剧烈变化的条件下仍处于稳定的状态；从而使棚体内的大樱桃的经济效益得到了显著提高。具体来说:第一，本发明的大棚为南北走向，其目的在于降低白天棚体内的温差。试验结果表明，上午太阳位置偏南，下午偏北；冬季天气晴朗时，一天中光照最强时段东西走向的大棚内，3.5m以下靠近南边的区域和靠近北边的区域温差幅度最大，在5.7°C左右。而相同条件的南北走向大棚内，3.5m以下靠近东边的区域和靠近西边的区域温差幅度最大，在3.1°C左右。第二，合理设置了棚体尺寸(顶高7.5m，3/10斜率)，在保持较强抗风雪等外力破坏的前提下，提高了棚体内栽培环境的控制容积；从而在外界环境发生剧烈变化时，棚体内的环境具备较强的缓冲、抵抗作用，以保持棚体内的稳定环境。第三，本发明的地炕式加热炉:其炉体和烟筒贯穿大棚南北，增大了加热面积；其炉膛的下半部分位于地面以下、烟筒的少部分位于地面以下，所以，其传热介质包括两种不同传热系数的空气和土壤；其正面距离棚体南侧面4.5m，在保证全面加热的前提下节省的了烟筒的用量。另外，该地炕式加热炉的位置、尺寸是与上述大棚的结构尺寸相适应的，其中任何一个因素的变化均会打破棚体的稳定环境。第四，在棚体内的特定位置设置轴流风机和换气调节缝，从而达到快速均匀地调节棚体内的环境。
[0007]为了便于调控大棚内的环境因子，本发明的上述双热源大樱桃半自动促成栽培系统，其大棚棚体表面覆盖有能卷起的保温草帘。
[0008]为了进一步提高大棚内温度、湿度等环境因子的稳定性及大樱桃的经济效益，本发明的上述双热源大樱桃半自动促成栽培系统，还包括需冷量自动选择、记录与显示单元，以及环境自动监测、记录和联控报警单元。
[0009]需冷量自动选择、记录与显示单元，由CN203149314U公开的大樱桃休眠需冷量自动监测记录仪完成。该记录仪可以自动检测和选择大樱桃树冬季自然休眠所需的有效低温(O-7.2°C)，并自动记录和积累显示有效低温存在时间(需冷量)。研究表明，目前国内常见大樱桃品种合理休眠的需冷量都在400-1200小时范围内，只要需冷量满足后，大樱桃树就可在设施栽培条件下提前打破休眠萌芽生长，提前开花结果，提前成熟，管理人员可在每年的秋冬季节，根据记录仪累计显示的需冷量，确定所栽大樱桃品种的扣棚升温时机。[0010]环境自动监测、记录和联控报警单元，由CN102778881A公开的一种甜樱桃栽培大棚温湿度监测、记录联控装置完成。该装置安装在棚外值班室内，通过传感器和传输电缆，带线遥测并自动记录棚内选定位置的温、湿度和光照度；然后将检测到的数据与人工输入的参数进行比对，达到设定指标，输出控制信号到半自动控制单元，由人工进行状态保持操作，使甜樱桃最佳促成栽培环境处于保持状态。超出设定范围，则输出另一种控制信号到半自动控制单元，推动发出声光报警，提醒值班员通过调控电动卷帘机等装置，继续对达不到设定指标的环境因子进行调节。
有益效果
连续二年应用本系统进行大樱桃促成栽培生产试验，取得预期效果，与传统的大棚及温室栽培相比，采用了地炕式补充加热方式，合理设置了棚体尺寸(顶高7.5m, 3/10斜率)，增加了栽培环境的控制容积，对棚内环境因子施行了半自动联控和棚温平衡调节，使栽培环境相对稳定，果实外观质量普遍提高，大小均匀，色泽亮丽，无裂果，无冻害，平均亩产超过600kg，平均优质果率在90 %以上，克服了传统栽培大棚及温室生产，质量及产量均不稳定的弊端，经济效益比露地栽培提高近10倍。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为棚体组成及结构示意图；
图2为地炕式加热炉及操作池侧面示意图；
图中，1-1.电动卷帘机，1-2.保温草帘，1-3.顶部换气调节缝，1-4.钢管横梁，1-5.钢管支架，1-6.塑料薄膜，1-7.钢管立柱，1-8.底部换气调节缝，1-9.地面，1-10.加热炉，2-2.台阶，2-3.操作池，2-4.炕体，2-5.烟道，2-6.轴流风机，2-9.外排烟筒，2-10.炉膛，2-11.灰渣膛，2-12.炕体内膛，2-13.烟道内膛。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述:
如图1所示，所述大棚棚体采用钢架结构，沿南北方向建成，其长度、宽度、肩高、顶高尺寸分别为100m、20 m、4.5 m、7.5 m，1/2宽度为10 m，肩高和顶高之间的斜率为3/10。其钢架结构由数根长度不等的钢管立柱1-7、数根钢管横梁1-4和钢管支架1-5构建而成；以最长的钢管立柱1-7为中心，东西两侧各分部两列钢管立柱1-7 ;其中，所有最长的钢管立柱1-7的顶端形成南北走向的棚体脊部。钢架结构上覆盖塑料薄膜1-6，塑料薄膜1-6在棚体脊部两侧和东西两侧面的底部各开有两条顶部换气调节缝1-3和底部换气调节缝1-8 ;顶部换气调节缝1-3和底部换气调节缝1-8均成南北走向；底部换气调节缝1-8距地面1-9垂直距离均是60cm，顶部换气调节缝1-3距离脊部60cm ;人工操作通过绳索和滑轮调节顶部换气调节缝1-3和底部换气调节缝1-8的大小。塑料薄膜1-6之上覆盖保温草帘1-2，保温草帘1-2能向上卷至棚体脊部；棚体脊部还设有用于控制保温草帘1-2的电动卷帘机1-1。100 m长的大棚顶上装有4台电动卷帘机1-1，每25 m设置一台，每台电动卷帘机1-1均可独立运行，由值班员遥控或手动操控电动卷帘机1-1正反转，通过绳索和滑轮来改变保温草帘1-2的覆盖面积，在阴冷天气和夜间，可控制保温草帘1-2严密覆盖大棚。在大棚南面和北面紧靠棚体的地面1-9各装有一台电动卷帘机1-1，用于调节大棚南北两面保温草帘1-2的覆盖面积。棚体宽度方向的中心位置、距地面3.7m处、沿南北方向每25米安装一台轴流风机2-6 ;此处的轴流风机2-6的型号为SF型0.1lKff0控制轴流风机2_6运行时每台每小时送风流量1000 m3，送风方向水平360度自动循环，每分钟循环一次，棚内因位置不同造成的温度差异，受轴流风机2-6强制送风形成的循环气流调节，使棚内不同位置的温度达到平衡一致。
[0013]如图2所示，所述地炕式加热炉1-10加热是双热源之一，沿北南方向建成，设置在棚体宽度方向中点线的西侧，加热炉1-10正面距棚体北面4.5 m,以煤或木柴为燃料。加热炉1-10的炕体2-4沿北南方向长度为10 m，水平设置的炕体内膛2-12直径0.4 m、其下方与炉膛2-10联通；炉膛2-10的下方为2-11灰渣膛；烟道内膛2-13直径0.21 m、与炕体内膛2-12沿北南方向连通，烟道2-5 —直延伸到棚体南面以外与外排烟筒2-9连通，烟道2-5北端略低于南端。烟道2-5和炕体内膛2-12均用水泥砂浆密封抹平，以利于快速排烟。在烟道2-5内、距棚体南面8 m远的位置安装一台0.5kw轴流风机2-6，协助排烟和助燃；此处的轴流风机2-6可以用一台CZR-75型0.55kw助燃风机代替。炕体内膛2_12的下半部分位于地面1-9以下；裸露在地面1-9以上的加热炉炕体2-4和烟道2-5部位，可用泥土覆盖，以增加其抗踩踏强度。操作池2-3位于加热炉1-10正面以北，以北南方向为长，其长、宽、高尺寸分别为2 m、l.8 m、0.65 m ;操作池2_3的北侧面设有台阶2_2。
[0014]大棚内安装CN203149314U公开的大樱桃休眠需冷量自动监测记录仪和CN102778881A公开的一种甜樱桃栽培大棚温湿度监测、记录联控装置。其中，甜樱桃栽培大棚温湿度监测、记录联控装置由温度、湿度、光照度检测，记录，联控报警三部分电路组合而成，安装在棚外值班室内，通过传感器和传输电缆，带线遥测并自动记录棚内选定位置的温、湿度和光照度；在使用前，根据各环境因子之间相互影响的规律，确定需要设定的环境因子参数指标，由人工操作输入到联控系统的参数设定环节。
[0015]大樱桃休眠需冷量自动监测记录仪自动检测和选择大樱桃树冬季自然休眠所需的有效低温(O-7.2V )，并自动记录和积累显示有效低温存在时间(需冷量)。当需冷量达到大樱桃的休眠需冷量(究表明，目前国内常见大樱桃品种合理休眠的需冷量都在400-1200小时范围内)之后，扣棚。
[0016]用甜樱桃栽培大棚温湿度监测、记录联控装置对大棚内的环境因子进行检测，并将检测到的棚内环境因子数值与设定值比较，达到设定指标，输出控制信号到半自动控制单元，通过人工状态保持操作，使甜樱桃最佳促成栽培环境处于保持状态。超出设定范围，则输出另一种控制信号到半自动控制单元，推动发出声光报警，提醒值班员对达不到设定指标的环境因子进行调节。
[0017]大棚内气温调控主要由人工操控的电动卷帘机1-1、塑料薄膜1-6的顶部和底部换气调节缝1-8、保温草帘1-2或棉被、地炕式加热炉1-10等装置完成，棚内气温检测、报警由设置在棚外值班室内的甜樱桃设施栽培环境因子监测、记录、联控控系统自动完成，测温探头采用具有防水外壳的PT-100型热敏电阻，置于棚内具有温度代表性的位置。白天，当外界有阳光且棚温需提高时，把保温草帘1-2或棉被卷到最小，同时把底部换气调节缝1-8和顶部换气调节缝1-3调小或封闭。同理，当需降低棚内气温时，减少保温草帘1-2或棉被覆盖面积，通过打开或调大底部换气调节缝1-8和顶部换气调节缝1-3降温。当需要保温或夜间调节棚温时，也是通过调控以上装置完成。棚内地温由气温和滴灌水温及水量控制。需增加地温时，除增加或保持棚温外，还要减少滴灌时间，使浅层土透过的水量减小，温度回升，反之，增加滴灌时间，使地温下降，如此调控，可在整个冬季把棚内地温动态控制在要求范围7-17°C以内。当遭遇连续阴冷天气时，点燃地炕式加热炉，需快速升温时，以干燥木柴为燃料，根据环境自动监测、记录和联控报警单元所示的温度值，调节木柴添加量控制火势，需大幅度升温时调旺火势并开启轴流风机助燃，需小幅度升温时调低火势。当需要保温或缓慢升温时，以优质煤炭为原料，以煤炭添加量和轴流风机的开启或关闭调节火势。
[0018]所述的大棚内光照度调控，由人工根据光照检测值调节保温草帘1-2遮盖面积完成，需结合当时光温相互影响规律，与温度共同调控，需增加光照时，减小遮盖面积，反之增加遮盖面积，冬季的白天棚内光照保持在6-55K1UX范围内，棚内气温可相应保持在7 0C -23℃。
【权利要求】
1.一种双热源大樱桃半自动促成栽培系统，其特征在于，包括屋脊形大棚、双热源加温单元、轴流风机； 所述大棚的棚体采用钢架构结，沿南北方向建成；其长度、宽度、肩高、顶高分别为100m、20 m、4.5 m、7.5 m ； 棚体脊部两侧、距离脊部60cm处设有顶部换气调节缝，棚体东西两个侧面上、距地面垂直距离为60cm处设有底部换气调节缝；底部换气调节缝和顶部换气调节缝均为南北走向，其开口大小可调节； 棚体宽度方向的中心位置、距地面3.7m处、沿南北方向每25米安装一台轴流风机； 所述双热源加温单元包括位于棚体宽度方向的中部、沿南北方向设置的地炕式加热炉，其正面距棚体北侧面4.5 m； 加热炉包括炕体，和一端与炕体连接、另一端延伸至棚体南侧面的烟道；炕体炉膛的下半部分位于地面以下，烟道的南端完全位于地面以上；炕体沿北南方向长度为10 m，炕体内膛直径0.4 m,烟道内膛直径0.21 m ; 烟道内、距棚体南侧面8 m处安装一台轴流风机； 加热炉正面以北为操作池，操作池以北南方向为长，其长、宽、高尺寸分别为2 m、1.8m、0.65 m0
2.根据权利要求1所述的双热源大樱桃半自动促成栽培系统，其特征在于，大棚棚体表面覆盖有能卷起的保温草帘。
3.根据权利要求1或2所述的双热源大樱桃半自动促成栽培系统，其特征在于，还包括需冷量自动选择、记录与显示单元，以及环境自动监测、记录和联控报警单元。
【文档编号】A01G9/14GK103444466SQ201310433008
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年9月23日 优先权日:2013年9月23日
【发明者】刘庆忠, 张道辉, 王甲威, 魏海蓉, 宗晓娟, 陈新, 徐丽, 崔海金 申请人:山东省果树研究所