轉(zhuǎn)光膜在園藝作物上的應(yīng)用初探

王 紅，許望龍

（1.岳陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 岳陽(yáng) 414000；2.岳陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，湖南 岳陽(yáng) 414000）

多功能轉(zhuǎn)光膜有紅藍(lán)光同時(shí)轉(zhuǎn)化、防滴、長(zhǎng)壽、保溫等多種功能。我國(guó)從上世紀(jì)90年代開始引進(jìn)、研究、應(yīng)用、推廣轉(zhuǎn)光膜。目前，以棚膜覆蓋的蔬菜園藝設(shè)施（大棚和溫室）面積超過了66.7萬(wàn)hm2，棚膜消耗達(dá)57萬(wàn)噸/年。1993～1996年累積推廣面積197.87萬(wàn)hm2，共增產(chǎn)蔬菜8 501萬(wàn)噸，產(chǎn)值1 275億元，增加純收入828億元。我國(guó)適宜推廣棚膜覆蓋的面積為333.3萬(wàn)hm2，2000年棚膜覆蓋面積達(dá)100萬(wàn)hm2，2010年達(dá)146.7萬(wàn)hm2。功能性棚膜是棚膜的發(fā)展方向，而轉(zhuǎn)光膜是功能膜中最具發(fā)展前途的代表之一。

1 轉(zhuǎn)光膜概況

光是植物生長(zhǎng)的必要條件，但并非所有波段的光線都對(duì)植物的生長(zhǎng)有益。每一種植物都有其特定的最佳生長(zhǎng)作用光譜。在最適生長(zhǎng)的光譜條件下，植物能快速生長(zhǎng)，并實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)。但是，一般的日光由于不只包含作物生長(zhǎng)的最適作用光譜，所以，需要轉(zhuǎn)光膜將一般的日光轉(zhuǎn)換成植物的最適生長(zhǎng)光照（即葉綠素的吸收光譜），改善農(nóng)作物的光照條件，使之處于最佳生長(zhǎng)狀態(tài)。

1.1 轉(zhuǎn)光膜及轉(zhuǎn)光原理

轉(zhuǎn)光劑是指能夠?qū)⑷展庵薪贤夤夂停ɑ颍┚G光轉(zhuǎn)變成藍(lán)光和（或）紅光的農(nóng)用薄膜助劑，是應(yīng)現(xiàn)代高效優(yōu)質(zhì)農(nóng)業(yè)的需要，為充分利用太陽(yáng)能，減少使用化肥和農(nóng)藥，提倡綠色食品而發(fā)展起來的一種新型塑料功能助劑。轉(zhuǎn)光膜是一種通過添加轉(zhuǎn)光劑來實(shí)現(xiàn)光轉(zhuǎn)換的薄膜，能將紫外光和510～560 nm的可見光轉(zhuǎn)變成作物所需的光如藍(lán)光、綠光、紅光等，提高棚溫3～5℃，從而加速作物生長(zhǎng)，提高作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。

雖然不同轉(zhuǎn)光劑所轉(zhuǎn)換（吸收）的光源范圍和轉(zhuǎn)換出（發(fā)射）的波長(zhǎng)范圍及強(qiáng)度不同，但轉(zhuǎn)光的原理基本一致，即體系中含有不穩(wěn)定的離子或p電子，此能量可傳遞給中心離子，使其電子從不穩(wěn)定激發(fā)狀態(tài)躍進(jìn)回到穩(wěn)定的基態(tài)，同時(shí)放出（發(fā)射）一定波長(zhǎng)的光，這種發(fā)光遵守斯托克斯定律，即發(fā)射的光子能量必然小于發(fā)光的光子能量。

1.2 常用轉(zhuǎn)光膜的種類品種

從光能利用的角度看，現(xiàn)有的轉(zhuǎn)光農(nóng)膜可以分為兩大類。第一類轉(zhuǎn)光膜可將太陽(yáng)光中的紫外光、綠光轉(zhuǎn)換成植物光合作用所需要的紅橙光和藍(lán)光，主要研究國(guó)家有俄羅斯、美國(guó)、韓國(guó)、日本。我國(guó)20世紀(jì)90年代才開始研究應(yīng)用這類轉(zhuǎn)光膜。

Golota Anatolij Fedorovich等人（俄羅斯，專利號(hào)：RU 2013437）指出，聚乙烯農(nóng)膜的填充劑組分主要有以下幾種：銪激活的釔氧化物22 w t%～30 w t%，銻和鎂激活的磷酸氯鈣36 w t%～44 w t%，鎂激活的鍺酸氟鎂26 w t%～34 w t%。這些聚乙烯類轉(zhuǎn)光膜的發(fā)光譜在500～700 nm之間，透光率93%～100%，在200～480 nm范圍的吸光率為100%，吸收的紫外光轉(zhuǎn)化到紅光區(qū)域的轉(zhuǎn)化率為90%～96%。

Ram Phosphorix LLC（美國(guó)，專利號(hào)：US6153665）研制出摻雜高密度聚乙烯的覆膜，包含轉(zhuǎn)光添加劑釔-銪氧硫化物0.05 w t%～0.5 w t%、聚氨基琥珀酸酯光穩(wěn)定劑0.1 w t%～1 w t%和含量在98.5%以上的聚合物樹脂，可將紫外光轉(zhuǎn)化成促進(jìn)作物光合作用的光。

Sumsung General Chem icals Co.,Ltd（韓國(guó)，專利號(hào)：KR 2000002054）研制出的聚乙烯塑料農(nóng)膜中包含聚合物樹脂、含量為0.08%～0.25%，粒徑為1～30 mm的無機(jī)熒光顆粒EumYnOkSl（m=0.01～0.2，n=2～3，k=2～3，l=0～1）和大于或等于1的添加劑。

Okura Industrial Co., Ltd. （日本，專利號(hào)：JP10304781）研制出能夠促進(jìn)植物生長(zhǎng)的農(nóng)膜，包含0.1%～20%能夠發(fā)出可見光的儲(chǔ)光顏料，激發(fā)和發(fā)光峰分別在365 nm和520 nm。

我國(guó)哈爾濱工業(yè)大學(xué)科技發(fā)展有限責(zé)任公司研制出一種光生態(tài)高產(chǎn)農(nóng)用塑料薄膜（專利號(hào)：CN 20031010 7608）。該膜的特征在于其基體樹脂內(nèi)添加有一種或多種熒光物質(zhì)A和B，還添加有抗老化劑C，以延長(zhǎng)薄膜的使用壽命。熒光物質(zhì)A的加入量為原料總質(zhì)量的0.01%～1%；熒光物質(zhì)B的加入量為原料總質(zhì)量的0.01%～0.2%；抗老化劑C的加入量為原料總質(zhì)量的0.2%～1.2%。熒光物質(zhì)A吸收太陽(yáng)光中的紫外光，發(fā)出藍(lán)紫、綠或紅橙光；熒光物質(zhì)B將太陽(yáng)光中的綠光轉(zhuǎn)化為紅橙光。除了該公司外，還有湖南師范大學(xué)、上海師范大學(xué)、北京市航衛(wèi)高新技術(shù)研究所等研發(fā)了相關(guān)的專利技術(shù)。

第二類是將太陽(yáng)光中的紅外光轉(zhuǎn)化成可見光的農(nóng)膜，僅日本和俄羅斯有研究。

M okrousov G M等（俄羅斯，專利號(hào)：RU 2229496）發(fā)明了溫室遮蓋用聚合物組分，包括0.02%～0.5%Y2O2S∶Eu3+，0.04%～4.5% IR校正劑，0.1%～1.0%熱光穩(wěn)定劑，粒徑<20 mm，余部為熱塑性材料。IR校正劑吸收IR太陽(yáng)輻射并轉(zhuǎn)化成可見光，選自M-Ln，M為釔氧硫化合物等，Ln為鉺或鐿。熱塑性塑料為聚乙烯，熱光穩(wěn)定劑選自Tinuvin 622和Tinuvin 783。

Fuji Kagaku Kogyo KK（日本，專利號(hào)：JP2003165967）研制出一種農(nóng)用薄膜，包含100重量份樹脂和1～50重量份復(fù)合氫氧化鹽紅外吸收劑（A l2Li價(jià)陰離子，0≤m≤10、0.5≤x≤1、0.5≤y≤3.0。紅外吸收劑被高級(jí)脂肪酸、高級(jí)脂肪酸鹽、高級(jí)脂肪酸酯、磷酸、非離子表面活性劑、陽(yáng)離子表面活性劑或偶合劑涂覆。該農(nóng)膜還包括0.01～5重量份光穩(wěn)定劑、防霧劑等。

協(xié)和化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社（專利號(hào)：CN99802573）研制出一種水滑石類化合物，具有優(yōu)異吸收紅外線能力，在農(nóng)用薄膜中顯示出優(yōu)異的光通過性。

2 轉(zhuǎn)光膜在園藝作物上應(yīng)用的現(xiàn)狀

2.1 轉(zhuǎn)光膜在蔬菜上的應(yīng)用

2.1.1 光照強(qiáng)度和透光率優(yōu)勢(shì)明顯 多功能轉(zhuǎn)光膜較普通無滴長(zhǎng)壽膜在光照強(qiáng)度和透光率等方面的優(yōu)勢(shì)明顯。無論是晴天還是陰天，多功能轉(zhuǎn)光膜的透光率均明顯高于對(duì)照，增幅達(dá)4.59%～9.75%，但隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，兩種膜的透光率均呈下降趨勢(shì)。據(jù)呂敬剛報(bào)道，因多光膜改變了棚內(nèi)光照強(qiáng)度與光質(zhì)，故多光膜對(duì)番茄株高的增長(zhǎng)有抑制作用，對(duì)莖粗的增長(zhǎng)有促進(jìn)作用，對(duì)韭菜增產(chǎn)作用顯著，增產(chǎn)幅度達(dá)30%以上。

2.1.2 增溫效應(yīng) 多功能轉(zhuǎn)光膜較普通無滴長(zhǎng)壽膜有明顯的增溫效應(yīng)。有試驗(yàn)表明，白天下午2∶00左右，多功能轉(zhuǎn)光膜內(nèi)溫度比對(duì)照高1～1.5℃；夜晚該膜內(nèi)最低溫度也比對(duì)照稍高。早春白天大棚升溫快，有利于蔬菜的光合作用；夜間保溫性能好，有利于保護(hù)蔬菜免受早春低溫冷害或凍害。轉(zhuǎn)光膜大棚的棚內(nèi)溫度要稍高于普通膜大棚的棚內(nèi)溫度，特別是當(dāng)溫度較低時(shí)，轉(zhuǎn)光膜覆蓋的棚內(nèi)氣溫、地溫分別比對(duì)照提高0.5～0.9℃和0.7～1.3℃。

2.1.3 提早上市 研究表明，轉(zhuǎn)光膜大棚栽培蔬菜可使成熟期提前，產(chǎn)量提高，且蔬菜的營(yíng)養(yǎng)成分含量也有所提高。例如轉(zhuǎn)光膜栽培的黃瓜比普通大棚栽培的黃瓜提早4天上市，產(chǎn)量提高40%，糖分含量增加9.7%，Vc含量增加31.4%，并且色澤亮麗，脆甜可口。

2.1.4 增產(chǎn)效果明顯 在番茄、茄子、黃瓜、青椒等蔬菜上的試驗(yàn)表明，轉(zhuǎn)光膜對(duì)其有明顯的增產(chǎn)效果。與對(duì)照相比，應(yīng)用轉(zhuǎn)光膜栽培番茄增產(chǎn)18.2%、茄子增產(chǎn)20.8%、黃瓜增產(chǎn)21.6%、青椒增產(chǎn)15.1%。以“四月慢”青菜和“蘇椒5號(hào)”為供試材料的試驗(yàn)表明，與對(duì)照相比，多功能轉(zhuǎn)光膜均有不同程度地提高了產(chǎn)量，前茬“四月慢”青菜產(chǎn)量達(dá)2 853.5 kg/667 m2，比對(duì)照增產(chǎn)6.9%；后茬“蘇椒5號(hào)”辣椒產(chǎn)量達(dá)3 282.7 kg/667 m2，比對(duì)照增產(chǎn)7.9%。

2.1.5 提高品質(zhì) 與普通大棚相比，轉(zhuǎn)光膜大棚栽培的蔬菜，品質(zhì)有明顯的提高，干物質(zhì)、Vc含量、可溶性糖含量比對(duì)照分別增加1.76%、76.05 mg/100 g、0.49%。使用多功能轉(zhuǎn)光膜生產(chǎn)的“四月慢”青菜干物質(zhì)含量比對(duì)照高1%；生產(chǎn)的蘇椒5號(hào)青熟果實(shí)維生素C含量比對(duì)照高0.8%。

2.2 轉(zhuǎn)光膜在果樹上的應(yīng)用

轉(zhuǎn)光膜在果樹上主要應(yīng)用在南方葡萄和草莓栽培上，轉(zhuǎn)光膜的增溫效果明顯，特別是陰雨天氣增溫更明顯，對(duì)葡萄開花期克服低溫的影響有很好的作用。目前生產(chǎn)上推廣的南方梨果實(shí)套袋的黃色套袋就是用轉(zhuǎn)光膜生產(chǎn)的，價(jià)格便宜，操作方便，套袋效果好，深受果農(nóng)歡迎，而且套袋后梨的裂果少，病蟲少，果形美觀，產(chǎn)量高。

2.3 轉(zhuǎn)光膜在花卉上的應(yīng)用

目前，轉(zhuǎn)光膜在花卉上的應(yīng)用國(guó)內(nèi)還未見正式報(bào)道，俄羅斯有資料證明，轉(zhuǎn)光膜下種的玫瑰花可提前1個(gè)月開花，而且在冬季生火的大棚里花瓣也不焦邊。

3 轉(zhuǎn)光膜在園藝作物上應(yīng)用的前景

3.1 我國(guó)與國(guó)外轉(zhuǎn)光膜應(yīng)用的差距

我國(guó)對(duì)棚膜的研究開發(fā)起步較晚，且科技經(jīng)費(fèi)投入不足，因此在質(zhì)量、品種、價(jià)格等方面與其他發(fā)達(dá)國(guó)家仍有較大差距。我國(guó)聚乙烯棚膜的平均使用壽命和防流滴期分別約為2年和4個(gè)月，而日本產(chǎn)品均為5～6 年；我國(guó)的功能膜種類只有40種左右，日本卻多達(dá)300余種；專用棚膜在我國(guó)的研究還剛剛起步。

最近幾年，發(fā)達(dá)國(guó)家開發(fā)出一種新型棚膜——光生態(tài)棚膜。這種新型棚膜可保留對(duì)作物生長(zhǎng)有利的光，可將對(duì)作物有害的紫外光或綠黃光部分濾掉或轉(zhuǎn)化為作物光合作用所需的藍(lán)紫光和紅橙光，并且可轉(zhuǎn)紫外光范圍廣，轉(zhuǎn)光光譜與光合作用也相吻合，轉(zhuǎn)光壽命長(zhǎng)達(dá)180～300天，還有明顯提高農(nóng)作物品質(zhì)和減少病蟲害的功能。而我國(guó)在光生態(tài)棚膜的開發(fā)方面仍是空白，而且我國(guó)目前開發(fā)的轉(zhuǎn)光棚膜多以增溫為主，可轉(zhuǎn)光范圍窄、效果差，轉(zhuǎn)光壽命僅為20～30天，可轉(zhuǎn)的紫外光僅有1%～3%，功能也不完善，發(fā)展空間較大。

目前，發(fā)達(dá)國(guó)家以研制應(yīng)用專用型棚膜為主，根據(jù)不同作物對(duì)光的需求分別采用不同的棚膜，因而培育的作物產(chǎn)量高、品質(zhì)好。我國(guó)在這些方面還需加強(qiáng)研究，以改善我國(guó)大棚蔬菜“柿子不紅，茄子不紫”的情況。發(fā)達(dá)國(guó)家在發(fā)展工廠化農(nóng)業(yè)進(jìn)程中，已經(jīng)研制出現(xiàn)代化大棚，覆蓋材料不再是傳統(tǒng)的塑料薄膜，而是厚膜或較厚片材，強(qiáng)度高，透光好，保溫性能強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)達(dá)15～30年，同時(shí)還可以較容易地集成多種功能，如選擇轉(zhuǎn)光、防流滴、防霧等。我國(guó)主要還在普遍應(yīng)用傳統(tǒng)塑料薄膜，使用壽命短，功能性差。

3.2 轉(zhuǎn)光膜在園藝作物上應(yīng)用的前景

我國(guó)屬大陸性季風(fēng)氣候，適宜發(fā)展設(shè)施園藝。至2010年，全國(guó)設(shè)施面積將增加到300萬(wàn)hm2，功能性棚膜的比重占棚膜年銷量40%以上。大量的試驗(yàn)已經(jīng)證明，轉(zhuǎn)光膜可通過對(duì)光的調(diào)節(jié)來增加植物的藍(lán)光或紅光照射程度，可以使作物根系發(fā)達(dá)，莖葉茂盛，增產(chǎn)增收和品質(zhì)優(yōu)越；另外，吸收320～350 nm范圍的紫外線對(duì)植物的某些病害、蟲害有抑制作用。所以，轉(zhuǎn)光膜應(yīng)用于設(shè)施園藝，具有廣闊的前景。據(jù)說正在研究一種轉(zhuǎn)光型花卉專用膜，用于地處高原，紫外光照強(qiáng)，不利于花卉栽培的地區(qū)，如云南。用轉(zhuǎn)光膜栽培花木，可充分利用陽(yáng)光，增加對(duì)植物有利的藍(lán)光或紅橙光，使花木根系發(fā)達(dá)，花葉茂盛，并能延長(zhǎng)花期，縮短培育時(shí)間，提高單位面積產(chǎn)量，增加收入。

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