地下温室设计终极指南：全球视角

在环境问题日益突出、全球人口不断增长的时代，寻求可持续和高效的粮食生产方法比以往任何时候都更为关键。一种在世界范围内受到关注的创新解决方案是地下温室，通常被称为“瓦利皮尼”（Walipini）。本指南全面概述了地下温室的设计、建造、优势和全球应用，为所有对可持续农业和粮食安全感兴趣的人士提供宝贵的见解。

什么是地下温室（瓦利皮尼）？

地下温室，或称“瓦利皮尼”（艾马拉语，意为“温暖之地”），是一种部分或全部建在地下的结构。这种设计利用了地球的天然隔热特性，以全年保持稳定的温度，使其成为在极端气候地区种植作物的理想选择。

地下温室运作背后的关键原则是：

• 被动式太阳能供暖： 温室的朝向旨在最大限度地利用阳光，尤其是在冬季。朝南的设计（在北半球）很常见。
• 地热供暖： 地下几英尺处的地温保持相对恒定。这种地热能有助于调节温室温度，在冬季提供温暖，在夏季提供凉爽。
• 隔热： 周围的土壤充当天然隔热层，减少了冬季的热量损失和夏季的热量增加。

地下温室的优势

与传统的地上温室相比，地下温室具有众多优势，尤其是在气候恶劣的地区。

1. 全年粮食生产

稳定的温度环境使得全年都能进行作物生产，即使在冬季严寒或夏季酷热的地区也是如此。这可以显著提高粮食安全，并减少对进口农产品的依赖。

示例： 在瓦利皮尼的发源地——南美洲安第斯山脉的高海拔地区，生长季节通常短暂且不可预测。地下温室使社区能够全年种植新鲜蔬菜和水果，从而改善了营养和生计。

2. 降低能源成本

通过利用被动式太阳能和地热能，地下温室显著减少了对人工供暖和制冷的需求。这意味着更低的能源账单和更小的碳足迹。

3. 防御极端天气

覆土式设计可以抵御强风、大雪、冰雹和极端温度波动，保护作物免受损害和损失。它也更能抵抗飓风和龙卷风等极端天气事件。

示例： 在加勒比海等易受飓风影响的地区，即使在强风暴期间，地下温室也能为粮食种植提供一个安全受保护的环境。

4. 节约用水

封闭的环境有助于减少水分蒸发，使地下温室比传统花园或温室更节水。冷凝水也可以被收集和再利用。

5. 病虫害防治

地下温室的受控环境有助于最大限度地减少病虫害问题，从而减少对化学农药和除草剂的需求。

6. 延长生长季节

稳定的气候延长了生长季节，使得种植在当地气候下原本无法生长的作物成为可能。您还可以提早育苗，以便移植到室外花园。

7. 提高作物品质

受控的环境可以提高作物品质，带来更好的产量、风味和营养价值。

地下温室的关键设计考量

设计一个高效的地下温室需要仔细考虑几个因素。

1. 选址

选择合适的地点对于最大限度地发挥地下温室的优势至关重要。

• 日照： 场地应接收充足的阳光，尤其是在冬季。朝南的斜坡（在北半球）是理想选择。
• 土壤类型： 排水良好的土壤对于防止积水至关重要。进行土壤测试以确定土壤成分和排水特性。
• 水源： 灌溉需要可靠的水源。考虑将雨水收集作为一种可持续的选择。
• 可达性： 场地应便于施工和维护。
• 当地法规： 在开始施工前，请查阅当地的建筑规范和法规。

2. 温室尺寸与形状

温室的尺寸和形状将取决于可用空间、预算和预期用途。矩形通常是最大化空间和日照效率最高的形状。

温室的深度也是一个重要的考虑因素。通常建议深度为6-8英尺（1.8-2.4米），以利用地球的隔热特性。

3. 玻璃材料

玻璃材料的选择将影响进入温室的光线量和保留的热量。常见的玻璃材料包括：

• 聚碳酸酯板： 耐用、轻便，并提供良好的隔热效果。
• 玻璃： 提供出色的透光性和耐用性，但比聚碳酸酯板更昂贵、更重。
• 聚乙烯薄膜： 一种经济实惠的选择，但耐用性和隔热性不如聚碳酸酯板或玻璃。

4. 通风

适当的通风对于防止过热和保持空气质量至关重要。通风系统可以是主动的，也可以是被动的。

• 被动通风： 依靠通过通风口和门的自然气流。通风口应位于温室的顶部和底部，以促进空气循环。
• 主动通风： 使用风扇来循环空气。这在温暖气候中尤为重要。

5. 隔热

可以在温室的墙壁和屋顶上增加额外的隔热材料，以进一步减少热量损失。常见的隔热材料包括：

• 泡沫板： 提供出色的隔热效果，且相对容易安装。
• 覆土护坡： 在温室外墙堆积土壤可提供额外的隔热。
• 稻草捆： 一种天然且可持续的隔热选择。

6. 排水

适当的排水对于防止积水至关重要。在温室周边安装排水系统，将水引离结构。

7. 照明

在日照有限的地区，可能需要补充照明以确保植物的最佳生长。LED植物生长灯是一种节能的选择。

8. 供暖与制冷系统

虽然地下温室的设计旨在最大限度地减少对人工供暖和制冷的需求，但在极端气候下可能需要辅助系统。选项包括：

• 地热供暖/制冷： 利用地球的恒定温度为温室供暖或制冷。
• 太阳能热水器： 使用太阳能加热水，然后将其在温室中循环。
• 燃木炉： 一种低成本的供暖选择，但需要可靠的燃料来源。
• 蒸发式冷却器： 利用蒸发来冷却空气。在干燥气候中效果显著。

建造过程

建造地下温室可能是一项大工程，但对于寻求可持续粮食生产解决方案的人来说，这是一个回报丰厚的项目。以下是建造过程的概述：

1. 规划与设计： 制定详细的计划，包括温室的尺寸、朝向和材料。如果需要，请咨询专业人士。
2. 开挖： 将场地挖掘至所需深度。确保适当的排水坡度。
3. 地基： 使用混凝土或其他耐用材料建造坚实的地基。
4. 墙壁： 使用混凝土砌块、木材或其他合适的材料建造墙壁。
5. 屋顶结构： 建造屋顶结构以支撑玻璃材料。
6. 安装玻璃： 安装玻璃材料，确保密封严密以防热量损失。
7. 安装通风系统。
8. 增加隔热层： 为墙壁和屋顶增加隔热层。
9. 安装排水系统。
10. 内部装修： 添加种植床、通道和其他内部设施。
11. 水电设施： 连接水和电（如果需要）。

全球案例研究

地下温室正在世界各地被用于应对粮食安全挑战和推广可持续农业。

1. 南美洲安第斯山脉

瓦利皮尼起源于南美洲安第斯山脉的高海拔地区。几个世纪以来，土著社区一直使用这些结构在恶劣的气候中种植作物。它们在漫长的冬季提供了至关重要的新鲜农产品来源。

2. 寒冷气候：北美与欧洲

在北美和欧洲，地下温室在冬季寒冷的地区越来越受欢迎。它们使园丁和农民能够延长生长季节并全年生产粮食，减少对进口农产品的依赖，并促进本地粮食系统。

示例： 在加拿大和斯堪的纳维亚半岛，冬季温度可能极低，地下温室使得种植原本不可能生长的蔬菜和香草成为可能。

3. 干旱地区：中东与非洲

在中东和非洲的干旱地区，地下温室有助于节约用水并创造更稳定的生长环境。封闭的环境减少了水分蒸发，使其成为缺水地区的理想选择。

示例： 在中东部分地区，一些项目正在尝试将地下温室与海水淡化厂相结合，以创建可持续的粮食生产系统。

4. 岛屿国家

岛屿国家通常易受极端天气事件影响且耕地有限，可以从地下温室中获益匪浅。即使在风暴期间，它们也能为粮食种植提供受保护的环境，并有助于提高粮食安全。

示例： 一些加勒比岛屿正在探索使用地下温室来增加本地粮食产量，并减少对进口食品的依赖，因为进口食品通常价格昂贵且易受供应中断的影响。

挑战与考量

虽然地下温室提供了诸多好处，但也存在一些需要注意的挑战和考量。

• 建造成本： 由于涉及开挖和施工工作，建造地下温室可能比建造传统的地上温室更昂贵。
• 湿度控制： 在地下温室中管理湿度水平可能是一个挑战。可能需要适当的通风和除湿系统。
• 可达性： 进入温室可能更加困难，特别是对于行动不便的人。
• 积水： 排水不畅会导致积水，这会损害植物并造成不健康的环境。
• 氡气： 在某些地区，氡气可能是地下结构中的一个问题。可能需要进行氡气检测和缓解措施。
• 许可： 根据您所在的位置，建造地下温室可能需要建筑许可证。

维护与运营

适当的维护和运营对于确保地下温室的长期成功至关重要。

• 定期检查： 定期检查温室是否有任何损坏或磨损的迹象。
• 通风管理： 根据需要调整通风系统，以保持最佳的温度和湿度水平。
• 浇水： 定期给植物浇水，但要避免过度浇水。
• 病虫害防治： 监测植物的病虫害情况，并采取适当措施。
• 土壤管理： 定期用堆肥或其他有机物质改良土壤，以保持肥力。
• 清洁： 保持温室清洁，无杂物。

结论

地下温室为各种气候条件下的粮食生产提供了一种可持续且有弹性的解决方案。通过利用地球的自然资源，这些结构可以提供全年的新鲜农产品，降低能源成本，并提高粮食安全。虽然存在需要考虑的挑战，但地下温室的优势使其成为创建更可持续、更公平的全球粮食系统的宝贵工具。随着气候变化持续影响我们的星球，采用像地下温室这样的创新技术对于确保粮食安全和建设一个更具弹性的未来至关重要。通过仔细的规划、设计和建造，任何人都可以建造和运营一个地下温室，以种植自己的食物、支持社区并为更可持续的世界做出贡献。这种方法符合全球可持续发展目标，并推广气候智能型农业实践。

资源

• 书籍：
  • 《覆土式太阳能温室之书》（The Earth Sheltered Solar Greenhouse Book），作者：Mike Oehler
  • 《冬季收获手册：利用深层有机技术和无供暖温室进行全年蔬菜生产》（The Winter Harvest Handbook: Year Round Vegetable Production Using Deep Organic Techniques and Unheated Greenhouses），作者：Eliot Coleman
• 网站：
  • ATTRA（国家可持续农业信息服务）：https://attra.ncat.org/
  • 本地合作推广服务