1 引言
1.1研究背景与研究意义
设施农业是指在人为可控制的设施环境下，能够使作物获得适宜的生长条件，从而延长乃至“改变”生产季节，进行农作物栽培的农业生产方式。作为现代农业的一种重要形式，设施农业通过聚集土地、资金、技术和劳动力等要素，形成了以资金密集、技术密集、劳动力密集为主要特征的集约高效农业。发展设施农业，有利于缓解农业受自然环境条件制约的脆弱性，可以为市场提供大量的反季节蔬菜，在很大程度上满足了人们多元化、多层次的消费需求。同时还可以提高光热资源、土地资源利用率和水资源利用率，有利于保护农业生态环境。对于保障农产品有效供给，促进农业发展、农民增收，增强农业综合生产能力具有重要的意义。
从 80 年代以来，河北省设施农业发展迅猛，生产规模不断扩大，种植区域也由郊区迅速发展到农区，设施生产面积迅速增加，种植模式不断多样化，到 2006 年设施蔬菜种植面积已达到了 50.09 万 hm2,居全国第二位。生产能力不断增强，设施蔬菜已占蔬菜生产面积的 50%以上，突破了光热资源限制，基本实现了淡季不淡、周年生产、保障供应。科技含量较快提高，无立柱日光温室、温室滴灌、二氧化碳气肥等先进技术得到推广应用，科技进步贡献率达到 65%以上，成为种植业中科技含量较高的产业，且经济效益明显。到目前为止，河北省已经成为了全国设施蔬菜生产及其产品供应的大省，为丰富京津及全国人民的“菜篮子”做出了突出贡献。
以设施蔬菜为主的设施农业也已经发展成为河北省农业的支柱产业和农民增收的重要来源之一。可以看出，河北省设施农业在近 30 多年的发展历程中，取得了很大的进步，在棚室结构等各方面都发生了很大的变化，但目前的研究仅局限于某一方面的研究，并没有对其发展变化的这一过程进行过系统的总结，特别是把棚室结构、灌水方式和灌水效率的发展变化情况综合起来考虑还缺乏系统的研究和总结。因此，本文在收集大量文献资料的基础上，主要分析总结了河北省自 80 年代以来在棚室结构、灌水方式和灌水效率方面的发展变化情况，以期使我们能够对其发展变化过程有更加清晰的认识，然后在此基础上对今后设施农业的发展面积进行预测。
1.2国内外研究现状
设施农业是现代农业发展的象征，是世界各国用以提供新鲜农产品的重要技术措施，是以物质和技术要素替代土地资源要素的节地型农业，也是当今世界最具活力的产业之一。世界设施农业发展到今天，已经在结构、管理技术等方面取得了很大的发展，且形成了相当的规模。它正以传统农业前所未有的生产效率创造着良好的经济效益，在农业生产中占有非常重要的地位。根据本文的研究内容，将从设施结构类型、设施灌水方式和灌水效率等几个方面总结下国内外的发展研究状况。
1.2.1棚室结构的研究
从 20 世纪 80 年代开始，我国的科技工作者开始对设施的结构作了大量的研究，各地相继推出了多种类型的结构形式，也提出了很多种结构优化的方法。在保障合理采光、保温和经济用材的条件下，选择确定合理的温室跨度、脊高、采光屋面角、采光屋面形状、后屋面的结构和墙体结构等建筑结构参数，对完善我国设施结构起了非常重要的作用[1]。 温室首先要考虑的问题是最大限度地合理利用自然光。学者们在合理设计采光屋面角和采光屋面形状方面进行了大量研究工作。周长吉[2]通过研究提出了有关采光设计中的太阳高度角、方位角、太阳辐射度、温室综合透光率的基本计算方法；薛占军[3]以邢台山区为例，利用温室采光性能优化的数学模型，通过分析温室方位角、脊高、内跨和长度对其平均采光效率的影响以及山体坡度对温室间距的影响，研究了山地日光温室采光性能的优型设计,为山地日光温室的设计提供参考。李晓豁[4]建立了日光温室采光性能的数学模型，利用该模型模拟计算了温室采光量与其结构形状、几何尺寸、朝向、地理纬度、节气和时间之间的关系，找出了各因素对日光温室采光性能的影响，并分析研究了其变化规律，所得结论为正确地设计高产、高效、经济的日光温室奠定了基础。周长吉[5]根据强光作物的一般光补偿点、光饱和点，最适光照情况，又提出日光温室采光设计指标，并提出了日光温室采光设计的计算办法；吴毅明[6]等作过温室采光设计的理论分析研究，通过计算任一时刻每个斜面对太阳直接辐射的透过率，以及在温室地面的投影，得出太阳直接辐射在温室内地面的瞬时分布状况。
2 设施农业环境与设施结构
2.1河北省设施农业环境
河北省地处北纬 36°03′～42°40′，东经 113°27′～119°50′之间，华北平原北部。东临渤海，东南与山东省毗邻，南临河南省，西倚太行山与山西省分界，北与内蒙古相邻，东北与辽宁省接壤，中间环绕北京、天津两大城市。总面积为 18.77 万平方公里，占全国的 1.96%，在全国各省、市、自治区居第 14 位。南北最大距离 750km，包括石家庄市、唐山市、秦皇岛市、邯郸市、邢台市、张家口市、承德市、廊坊市、沧州市、保定市、衡水市 11 个地级市。 河北省地貌复杂多样，高原、山地、丘陵、平原、盆地等地貌类型均有。平原、山地和高原面积比为 4：5：1。
全省地势由西北向东南倾斜，西北部为山区、丘陵和高原，其间分布有盆地和谷地，中部和东南部为广阔的平原。分为张北高原、冀北(燕山)山地、冀西(太行山)山地、河北平原(以海河平原为主体)四区。高原位于西北部。张北地区的“张北高原”和承德地区的“围场高原”统称“坝上高原”，平均海拔 1200～1500m。山脉呈半环状排列在西部和北部，主要包括太行山和燕山，多数山峰海拔 1000m 以上。长城以南多为丘陵谷地。河北境内的平原展布于燕山以南，太行山以东至海滨，属华北大平原的一部分，主要由黄河、海河、滦河及其支流冲积而成，大部分海拔 50m 以下。
3 设施灌溉技术发展及灌水效益........................ 29-40
3.1 河北省设施灌水方式发展过程....................... 29-31
3.2 各区不同种植模式的灌溉用....................... 31-36
3.2.1 冀中南地区....................... 31-33
3.2.2 冀北地区....................... 33-36
3.3 各区不同节水灌溉措施下....................... 36-39
3.3.1 冀中南地区 .......................36-38
3.3.2 冀北地区 .......................38-39
3.4 小结 .......................39-40
4 各分区设施面积发展分析....................... 40-49
4.1 冀中南地区 .......................40-42
4.2 冀北地区....................... 42-43
4.2.1 冀北地区播种面积分析....................... 42
4.2.2 冀北地区设施面积分析....................... 42-43
4.2.3 小结 .......................43
4.3 各区设施面积发展预测 .......................43-48
4.4 小结 .......................48-49
结论
（1）在前人工作的基础上，总结了棚室结构、设施灌溉方式、灌水效率方面的国内外研究现状，了解了国内外在这些方面的研究进展以及未来的一个发展趋势。
（2）通过分析河北省自然环境和设施内环境的特征及区别，以气候条件为主要考虑因素，将河北省设施农业分为两个区：冀中南地区和冀北地区。分析研究了 80 年代以来各区棚室结构类型的发展变化过程。在这个过程中，屋面采光角度、墙体宽度等方面都得到了不同程度的改进，使得光热资源利用效率有不同程度提高、抵御自然灾害能力逐渐提高、建造和拆除更方便、种植模式逐渐增多、农事操作更加方便和适宜更多大型操作农具的应用。
（3）研究总结了河北省设施灌水技术的发展过程，通过选取每个区典型的种植模式，分析总结各不同种植模式的灌溉用水量。结合河北省实际发展现状，选取低压管灌和膜下滴灌为典型灌溉模式，并分别计算了冀中南地区和冀北地区的不同种植模式在不同灌溉措施下的节水量和水分生产效率增加量，对其灌水效益进行分析研究。
（4）统计了 2000-2008 年各区不同设施类型面积，对各区的设施面积发展进行分析，总结了其发展规律。分析结果显示各区三类设施面积都呈现增长的趋势，而以大棚增长幅度最大，温室和中小棚的增长幅度相对较小。各区之间增长幅度各有差异。最后，采用灰色 GM（1，1）模型预测了不同发展年各区设施农业的发展面积。预测 2020 年全省设施日光温室的发展面积为 19.69万 hm2，大棚的发展面积为 14.42 万 hm2，中小棚的发展面积为 22.27 万 hm2。2030 年全省日光温室的发展面积为22.14万hm2，大棚的发展面积为17.97万hm2，中小棚的发展面积为23.78万hm2 。