温室是一种专门设计以调控内部环境温度和湿度的结构。虽然当今有各种不同类型的温室,但它们的共同特征是有着大型的透明材料覆盖,这些材料能够让光线进入同时阻挡热量逸出。现代温室的屋顶和墙壁常用的材料包括聚碳酸酯的刚性塑料、聚乙烯薄膜或玻璃。当阳光照射到温室内部时,温度上升,为植物提供了即使在寒冷天气下也能生长的庇护环境。无论是「温室」「玻璃屋」还是「热屋」,这些术语往往可以互换使用,具体依材质和加热系统的不同而定。
时至今日,温室的大小各异,从小型的棚屋到工业规模的建筑都有。最小的例子是迷你温室,即寒框,通常在家庭中使用,而大型商业温室则是高科技的蔬菜、花卉或水果生产设施。这些透光的玻璃温室内部配有许多设备,如屏蔽系统、加热、冷却以及照明,甚至可由电脑控制来优化植物生长条件。各种技术被应用来管理生长条件,包括空气温度、相对湿度和蒸气压差,以提供特定作物的最佳栽培环境。
在温室发展之前,农业实践受到气候条件的制约。根据社区的气候区,人民的选择范围和种植时间非常有限。然而,在公元30年左右,罗马帝国建立了第一个人工环境的尝试。由于提比略帝健康衰退,皇宫医生建议他每天吃一根黄瓜,但黄瓜是一种脆弱的植物,难以全年种植。因此,罗马人设计了一种类似温室的人工环境,使这种蔬菜在一年四季都能供应皇帝。这些黄瓜被种植于可日常推入阳光下的手推车中,并在晚上带进去保暖。
温室设计的下一个重大突破来自15世纪的韩国,当时朝鲜王朝的宣旨医生孙宇全在其手稿《蔬菜艳录》中描述了第一个人为加热的温室。这一设计纳入了独特的温暖系统——「暖通(ondol)」,这是一种通过从热源通过地板下方的烟道传递热量的方法。此外,还有用水加热的锅炉来创造蒸汽,提高温室内的温度和湿度。这些温室是第一个主动控制温度的温室,而不仅仅依赖阳光。这一设计依然包含了半透明的油纸窗口和保持热量的砖墙等被动加热方式,但额外的炉子则提供了更加精确的控制。
17世纪,温室的概念在荷兰和英国也出现。虽然早期的温室操作繁琐,需要耗费大量精力进行保护和冬季化。随着技术进步,玻璃和结构技术也有了改进。英国的首个「锅炉」加热温室在1681年于切尔西药草园建成。今天,荷兰拥有许多世界最大的温室,它们的规模足以每年生产数百万吨蔬菜。
1737年,克兰德商人安德鲁·范奥斯文(Andrew Faneuil)在美国建造了第一个温室。 1784年,乔治·华盛顿请教了另一位花园设计师,并在自己的庄园中建造温室。随着19世纪的到来,法国植物学家查理斯·路西安·波拿巴(Charles Lucien Bonaparte)建立了实用的现代温室,而这些温室原先仅限于富裕阶层的花园。随着热带植物的科学研究兴起,温室技术逐渐普及到大学。各种设计继续推陈出新,以满足对热带植物的需求。
进入20世纪,各种新型温室如喇叭顶和金字塔型的建造纪录逐渐增多。更重要的是,聚乙烯薄膜的使用逐渐便利,导致更多小型农场和园艺中心开始建设温室。这些改进显著降低了建设成本,使用寿命也得到了延长。到了80年代和90年代,排水式温室逐渐变得普及,这些温室在生产和零售特定植物时都能够发挥重要作用。
温室的运作机理在于阳光透过透明的屋顶和墙壁进入,并被地面与内部内容吸收,进而加热空气,造成温度上升。
为了让植物最终实现最理想的生长条件,通风、加热、冷却及光照的控制都十分重要。
改进的紫外线抑制技术在1970年代得到了进一步发展,使得聚乙烯薄膜的耐用性大幅提升,延长了使用寿命,进而促进了温室技术的普及。
今天的温室不仅限于提供受控的生长环境,它们在推动农业生产力方面起着至关重要的角色。对于许多地区,尤其是高纬度国家,温室提供了一个在恶劣气候下可以全年无阻生产的解决方案。这些古老的技术和设计不仅影响了当代农业,还在全球农业生产中发挥着举足轻重的作用。随着科技的进步,不同的环境控制系统正赋予农民更多的生产选择,塑造未来农业的样貌。未来,这些传统的设计,配合现代科技,将如何继续推动农业的发展呢?