寬譜帶轉(zhuǎn)光棚膜力學(xué)與光學(xué)特性及其提高番茄產(chǎn)量和品質(zhì)

閆 妍，于賢昌，廉世勛，李衍素，賀超興，孫天智，王曉斌，劉 宏，王惠軍

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寬譜帶轉(zhuǎn)光棚膜力學(xué)與光學(xué)特性及其提高番茄產(chǎn)量和品質(zhì)

閆 妍1，于賢昌1※，廉世勛2，李衍素1，賀超興1，孫天智3，王曉斌4，劉 宏4，王惠軍4

（1. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所，北京 100081； 2. 湖南師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，長沙 410081；3. 山東天鶴塑膠股份有限公司，淄博 255400； 4. 石嘴山市種子管理站，石嘴山 753000）

為探索添加VTR-660轉(zhuǎn)光劑后涂覆型棚膜的力學(xué)特性、光學(xué)特性及日光溫室覆蓋該轉(zhuǎn)光膜對番茄產(chǎn)量和果實(shí)品質(zhì)的影響。該研究采用了熒光光度計、紅外光譜儀和雙光束紫外可見光分光光度計對試樣棚膜“傳統(tǒng)內(nèi)添加EVA消霧無滴棚膜”（F1，對照）、“涂覆型持久流滴耐老化消霧無滴棚膜”（F2）和“添加了VTR-660轉(zhuǎn)光劑后涂覆型寬譜帶紫外轉(zhuǎn)紅棚膜”（F3）的光學(xué)特性進(jìn)行分析；參照國家標(biāo)準(zhǔn)測定了試樣棚膜的力學(xué)特性（厚度、拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率和直角撕裂強(qiáng)度）；并對覆蓋不同試樣棚膜日光溫室內(nèi)的溫光環(huán)境（光照強(qiáng)度、氣溫和地溫）、番茄的生理和產(chǎn)量指標(biāo)進(jìn)行了測試。結(jié)果顯示：與F1相比，F(xiàn)3縱向的拉伸強(qiáng)度和直角撕裂強(qiáng)度分別顯著提高了30.72%和7.20%（<0.05）；在4 000～1 430，1 430～770和770～400 cm-13個波段下的紅外線透過率積分面積分別顯著提高13.69%，61.78%和41.83%（<0.05）；紫外吸光度顯著降低了49.21%（<0.05）；覆蓋寬譜帶紫轉(zhuǎn)紅棚膜日光溫室（T3）番茄每公頃產(chǎn)量比覆蓋傳統(tǒng)內(nèi)添加型EVA消霧無滴膜（T1）顯著提高了25.71%（<0.05），果實(shí)維生素C和番茄紅素含量分別顯著提高了11.11%和33.04%（<0.05）。由此可知，添加VTR-660轉(zhuǎn)光劑的寬譜帶紫轉(zhuǎn)紅棚膜顯著提高了紅外線透過率，改善了日光溫室內(nèi)的溫光環(huán)境，提高了番茄產(chǎn)量并改善了果實(shí)品質(zhì)。

光照；葉綠素；力學(xué)特性；轉(zhuǎn)光膜；光學(xué)特性；番茄；日光溫室；產(chǎn)量

0 引 言

近年來，中國設(shè)施農(nóng)業(yè)飛速發(fā)展，設(shè)施蔬菜總面積不斷擴(kuò)大，2016年設(shè)施蔬菜面積已達(dá)391.5 hm2，預(yù)計到2020年可達(dá)到410.5 hm2[1]。但是，園藝設(shè)施中低溫、弱光和高濕等環(huán)境特征阻礙了設(shè)施園藝的發(fā)展。在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中，除選擇適合當(dāng)?shù)厥褂玫臏厥医Y(jié)構(gòu)和配套栽培技術(shù)外，覆蓋材料在日光溫室蔬菜生產(chǎn)過程中也起著舉足輕重的作用[2]。選用透光率高、保溫性能好、耐用、防塵、防霧效果好的透明覆蓋材料，是實(shí)現(xiàn)節(jié)能、高效生產(chǎn)的重要途徑之一[3]。前人研究表明，光質(zhì)可以影響植物的生長發(fā)育、光合作用和產(chǎn)量品質(zhì)[4-6]。且不同光質(zhì)對植物的生長作用不同，其中以藍(lán)紫光和紅橙光的作用尤為重要。葉綠素和類胡蘿卜素吸收波長400～480 nm的藍(lán)紫光后可以促進(jìn)植物莖葉的生長；葉綠素吸收波長600～700 nm的紅橙光可促進(jìn)植物的果實(shí)生長[7-9]。

轉(zhuǎn)光膜是在聚乙烯、聚氯乙烯等棚膜的基礎(chǔ)上，通過添加光能轉(zhuǎn)換劑來增加轉(zhuǎn)光功能，以調(diào)節(jié)棚膜透過光質(zhì)，提高大棚內(nèi)作物光合作用的一種新興功能性農(nóng)用薄膜[10-11]，主要有紫外光轉(zhuǎn)藍(lán)光（UVTB）、紫外光轉(zhuǎn)紅光（UVTR）和綠光轉(zhuǎn)紅光（GTR）3種類型[12]。轉(zhuǎn)光膜通過生產(chǎn)工藝改變了透過農(nóng)膜的光質(zhì)以實(shí)現(xiàn)光質(zhì)轉(zhuǎn)換，使之更加符合植物生長發(fā)育的需求。由于轉(zhuǎn)光膜具有轉(zhuǎn)換光質(zhì)、改善設(shè)施環(huán)境特征、提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，使用轉(zhuǎn)光膜的日光溫室能使其作物充分利用光能，改善設(shè)施內(nèi)的環(huán)境條件，提高園藝作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[13]。研究表明，轉(zhuǎn)光膜可以提高秋大白菜[14]、番茄和甜瓜的產(chǎn)量，通過增加番茄內(nèi)番茄紅素、VC[15]和甜瓜內(nèi)可溶性糖、淀粉和蛋白質(zhì)的含量提高果實(shí)品質(zhì)[16]。

轉(zhuǎn)光膜的光學(xué)特性與所添加轉(zhuǎn)光劑的激發(fā)光譜、發(fā)射光譜及其譜帶的寬窄密切相關(guān)。激發(fā)光譜是指在監(jiān)控最佳發(fā)射波長下，測得的轉(zhuǎn)光劑的發(fā)光強(qiáng)度隨激發(fā)波長掃描的變化曲線，發(fā)射光譜則是在最佳激發(fā)波長激發(fā)下，發(fā)光強(qiáng)度隨波長的變化曲線。發(fā)光學(xué)上，用峰高一半處所對應(yīng)的波長的差值代表譜帶的寬度，用FWHM（full width at half maximum）表示；當(dāng)FWHM數(shù)值大于20 nm時可稱之為寬譜帶。然而，目前報道的轉(zhuǎn)光膜，紅光發(fā)射主峰都小于660 nm，有的發(fā)射峰值甚至小于620 nm且半寬度只有4 nm，本試驗使用VTR-660轉(zhuǎn)光劑發(fā)射光譜的FWHM為50 nm，激發(fā)光譜的FWHM為100 nm，這與葉綠素紅光區(qū)最大吸收（660 nm）非常匹配。當(dāng)轉(zhuǎn)光膜的發(fā)射光譜與作物的葉綠素吸收光譜嚴(yán)重失配時，再高的轉(zhuǎn)光效率也難以對作物的生長發(fā)揮作用。本試驗以具有寬譜帶紫外激發(fā)、寬譜帶紅光發(fā)射（峰值在660 nm）的無機(jī)發(fā)光材料為轉(zhuǎn)光劑，研究了添加VTR-660轉(zhuǎn)光劑后涂覆型寬譜帶紫外光轉(zhuǎn)紅光棚膜的力學(xué)特性、光學(xué)特性及覆蓋后對日光溫室番茄果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，以期為發(fā)展番茄生產(chǎn)專用轉(zhuǎn)光棚膜提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 轉(zhuǎn)光膜性能檢測

采用湖南師范大學(xué)制備的紫外轉(zhuǎn)紅轉(zhuǎn)光劑，代號VTR-660。試驗薄膜由山東農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)計，由山東天鶴塑膠股份有限公司生產(chǎn)。試驗設(shè)置：覆蓋“傳統(tǒng)內(nèi)添加EVA消霧無滴棚膜”的溫室（T1，對照）、覆蓋“涂覆型持久流滴耐老化消霧無滴棚膜”的溫室（T2）和覆蓋添加了VTR-660轉(zhuǎn)光劑后涂覆型寬譜帶紫外轉(zhuǎn)紅棚膜的溫室（T3），共3個處理。各處理覆蓋試驗棚膜（F1、F2和F3）配方見表1。

表1 試樣棚膜配方表

注：EVA表示聚乙烯-聚醋酸乙烯酯共聚物；VA表示乙酸乙烯酯；VTR-660表示紫外轉(zhuǎn)紅轉(zhuǎn)光劑；mLLDPE1018HA表示茂金屬線性低密度聚乙烯；2005HA表示茂金屬樹脂。下同。

Note: EVA represents polyethylene-polyvinyl acetate copolymer; VA represents vinyl acetate; VTR-660 represents UV-to-red conversion auxiliary; mLLDPE1018HA represents metallic linear low density polyethylene; 2005HA represents metallic resin. The same as below.

1.1.1 熒光、紫外-可見光吸收光譜和紅外透過率測試

用日立F-4500熒光分光光度計，采用前表面熒光法對轉(zhuǎn)光膜進(jìn)行熒光光譜測試。裁取A4紙大小的樣品，放入測試窗口進(jìn)行測試；用紅外光譜儀Thermo NiCOLET iS10儀器測定試樣棚膜的紅外透光率。裁取適合大小的測試樣品，固定在測試架上，放入試樣窗口進(jìn)行測量，測量波數(shù)為400～4 000 cm-1，在4 000～1 430 cm-1、1 430～770 cm-1和770～400 cm-13個波段，用origin軟件對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；用TU-1901雙光束紫外可見分光光度計測定紫外和可見光部分的吸光度。裁取適合大小的測試樣品，放在儀器測試槽內(nèi)進(jìn)行測試，紫外-可見光譜掃描范圍為200～800 nm，在紫外（200～400 nm）和可見光區(qū)（400～800 nm）用origin軟件對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

1.1.2 棚膜力學(xué)性能測定方法

塑料薄膜厚度測試方法：使用機(jī)械測量法參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T6672-2001；塑料薄膜拉伸強(qiáng)度（縱/橫向）測試方法：參照國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T1040.3-2006；塑料薄膜斷裂伸長率（縱/橫向）性能測試方法：參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1040.3-2006；塑料薄膜直角撕裂強(qiáng)度性能測試方法：參照國家標(biāo)準(zhǔn)QB/T1130-1991。3種棚膜厚度均為0.12 mm。

1.2 日光溫室扣棚與溫光性能檢測

2017年1月7日，在寧夏石嘴山試驗示范基地選取3座結(jié)構(gòu)完全一致的全鋼架無立柱冬暖型日光溫室進(jìn)行扣棚。溫室長90 m，內(nèi)跨9 m，脊高4 m。

采用北京旗碩基業(yè)公司生產(chǎn)的型號N-BAC20環(huán)境監(jiān)測儀測定日光溫室內(nèi)光照強(qiáng)度、氣溫和地溫。環(huán)境監(jiān)測儀放置位置為兩畦中間且距棚前邊緣2.5 m，機(jī)器高度1.3 m（圖1a），探頭距離番茄植株莖基部10 cm（圖1b）。環(huán)境監(jiān)測儀每30 min記錄1次日光溫室內(nèi)的光照強(qiáng)度、氣溫和地溫數(shù)據(jù)；比較不同處理之間溫光環(huán)境（光照強(qiáng)度、氣溫和地溫）的差異，番茄作為喜溫蔬菜，其光照強(qiáng)度與生長有著密切的關(guān)系，分析環(huán)境檢測儀每天測定的光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)，太陽高度角在地方12時達(dá)到一天中的最大值（光照最強(qiáng)）選擇測定期間（1～4月份）不同試樣棚膜覆蓋日光溫室內(nèi)正午12:00的光照強(qiáng)度作為當(dāng)天的光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行比較；取每月的1日至5日、16日至20日，總計10 d的日平均光照強(qiáng)度平均值作為當(dāng)月的光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較試樣棚膜的差異；測定10 cm深的地溫，日光溫室內(nèi)使用地膜覆蓋后番茄植株根系主要分布在0～?10 cm，測定10 cm深的地溫基本能夠代表番茄生長根區(qū)環(huán)境。

分析環(huán)境監(jiān)測儀測定期間的日氣溫數(shù)據(jù)，寧夏石嘴山地區(qū)冬季多以晴朗天氣為主，為使數(shù)據(jù)具有典型和代表性，選取典型的晴朗天氣（2017年2月20日）的氣溫數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。分析各處理之間的日平均氣溫變化：選取00:00、04:00、08:00、12:00、16:00和20:00共計6個時間點(diǎn)的氣溫。

圖1 環(huán)境監(jiān)測儀和探頭放置圖

1.3 番茄生長性狀相關(guān)指標(biāo)測試

試驗作物為番茄“美粉869”。每個處理選取長勢一致的番茄幼苗于2016年12月11日定植，株距25 cm，行距125 cm，壟長580 cm，定植密度為32 070株/hm2。常規(guī)管理，留6穗果打頂。

每個處理選取日光溫室相同位置各10株番茄，于盛果期（5月15日），測定番茄主干莖基部直徑，取平均值；于盛果期（5月15日-晴天）09:30，使用SPAD手持葉綠素儀，測定番茄植株上數(shù)第2片功能葉的葉綠素含量，3次重復(fù)；自番茄果實(shí)商品成熟開始記錄產(chǎn)量，采收至第6穗果；果實(shí)采收期后期選取第6穗（完全成熟，大小均勻，可以銷售的）成熟的5個番茄果實(shí)，采用四分法，用組織搗碎機(jī)攪碎，進(jìn)行營養(yǎng)品質(zhì)的測定，3次重復(fù)。按照2,6-二氯酚靛酚滴定法[17]測定維生素C含量，萃取比色法[18]測定番茄紅素含量，可溶性固形物含量（采用折光儀-ATAGO HAND REFRACTOMETER）和紫外分光光度計法[19]測定亞硝酸鹽含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2007以及Origin 7.5軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和作圖，顯著性Duncan’s新復(fù)極差法檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗棚膜的力學(xué)性能分析

由表2可見，試驗棚膜（F1、F2和F3）的各項力學(xué)性能均超過GB4455-2006標(biāo)準(zhǔn)，F(xiàn)2和F3各項性能均顯著高于F1。與F1相比，F(xiàn)3試樣的縱向和橫向拉伸強(qiáng)度分別顯著提高了30.72%和23.30%（<0.05）；縱向和橫向直角撕裂強(qiáng)度分別顯著提高了7.20%和11.76%（<0.05）。

表2 試樣棚膜的力學(xué)性能

注：表中的縱向、橫向分別代表機(jī)器方向和垂直機(jī)器方向；同列不同小寫字母表示不同處理之間差異顯著(<0.05)。下同。

Note: Vertical and horizontal directions represent the direction of the machine and the vertical direction of the machine, respectively; Different Lowercase letters indicate significant differences between different treatments (<0.05). The same as below.

2.2 試驗棚膜的轉(zhuǎn)光特性分析

圖2是試樣棚膜（F1、F2和F3）的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜。由圖2可知，在紫外光激發(fā)下，由于棚膜中基礎(chǔ)樹脂或有機(jī)助劑的特征發(fā)光，F(xiàn)1和F2均有較強(qiáng)的寬帶藍(lán)光發(fā)射（圖2e）；但從激發(fā)光譜可以看出，400～500 nm之間的監(jiān)控下，F(xiàn)2的紫外激發(fā)強(qiáng)度是1 000，F(xiàn)1的紫外激發(fā)強(qiáng)度小于800，因此，F(xiàn)2轉(zhuǎn)換紫外光300～350 nm的效率（激發(fā)主峰在345 nm）明顯強(qiáng)于試樣F1（圖2a和圖2b）。F3棚膜在紫外光區(qū)有寬帶激發(fā)光譜（主峰335 nm），在335 nm激發(fā)下，其不僅在藍(lán)光區(qū)有與F2譜型相似的發(fā)射鋒、在紅區(qū)也有明顯的寬帶發(fā)射峰。F3棚膜紫外區(qū)的激發(fā)光譜和紅區(qū)發(fā)射光譜與所添加的轉(zhuǎn)光劑VTR-660的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜（圖2d和圖2e）相吻合，表明轉(zhuǎn)光劑VTR-660在薄膜制備過程中保持了良好的穩(wěn)定性。由此可見，3種試樣棚膜的光學(xué)特性明顯不同，F(xiàn)3棚膜具有寬帶紫外激發(fā)、寬帶藍(lán)光和紅光發(fā)射性能，F(xiàn)2和F1具有紫外激發(fā)、藍(lán)光發(fā)射的性質(zhì)，F(xiàn)2的轉(zhuǎn)光效率強(qiáng)于F1。

2.3 試驗棚膜的透光性能分析

對試樣棚膜（F1、F2和F3）的紫外線-可見光吸收光譜圖比較發(fā)現(xiàn)：在整個測定范圍（200～800 nm）內(nèi)，F(xiàn)2和F3的紫外-可見光吸光度均明顯低于F1（圖3）。由表3可知，F(xiàn)3的紫外吸光度為6.4%，比F1（12.6%）顯著降低了49.21%（<0.05）；同時，F(xiàn)3的可見光吸光度顯著低于F1（<0.05）。

由圖4可知，測定波段范圍內(nèi)（400～4 000 cm-1）的紅外線透過率，在4 000～1 430 cm-和3200～4 000 cm-1波段，F(xiàn)2和F3的紅外線透過率總體上呈現(xiàn)出大于F1；而在1 430～3 200 cm-1波段試樣棚膜的紅外線透過率相差不明顯。因此，在400～4 000 cm-1波段范圍內(nèi)，F(xiàn)3的紅外線透過率總體大于F1。比較4 000～1 430 cm-1、1 430～770 cm-1和770～400 cm-13個波段的紅外線透過率積分面積可知，F(xiàn)3比F1分別顯著提高13.69%，61.78%和41.83%（表4）。紅外線透過率增加尤其利于早期環(huán)境溫度的提高，促進(jìn)前期作物的生長和干物質(zhì)的積累，提高番茄產(chǎn)量。

注：lem，lex分別為發(fā)射波長和激發(fā)波長。

圖3 試樣棚膜的紫外-可見光吸收光譜圖

表3 試樣棚膜紫外光-可見光吸光度的比較

圖4 試驗棚膜紅外線透過率

表4 試樣棚膜紅外透過率的積分面積比較

2.4 寬譜帶紫轉(zhuǎn)紅棚膜對溫室內(nèi)光照強(qiáng)度的影響

分析覆蓋不同試樣棚膜的日光溫室（T1、T2和T3）內(nèi)光照強(qiáng)度得出：測定期間（1～4月份）不同處理的光照強(qiáng)度整體均呈升高的趨勢，其中1月份的光照強(qiáng)度最低，2月份急劇增加，4月份達(dá)到最大。由于1月份正值深冬季節(jié)，外界光照強(qiáng)度最弱，太陽高度較低，光線與棚面所成角度較小，因此，光照強(qiáng)度最低；進(jìn)一步比較相同月份不同處理之間光照強(qiáng)度可以看出：覆蓋添加了VTR-660新型轉(zhuǎn)光棚膜的日光溫室內(nèi)（T3）的光照強(qiáng)度明顯高于T2和T1，尤其是2月份以后表現(xiàn)出明顯的差異（圖5）。

注：T1: 覆蓋傳統(tǒng)內(nèi)添加型EVA膜（F1）的日光溫室；T2: 覆蓋涂覆型持久流滴耐老化消霧無滴棚膜（F2）的日光溫室；T3: 覆蓋涂覆型持久流滴耐老化消霧無滴轉(zhuǎn)光劑棚膜（F3）的日光溫室，下同。

2.5 寬譜帶紫轉(zhuǎn)紅棚膜對日光溫室內(nèi)氣溫和地溫的影響

2.5.1 寬譜帶紫轉(zhuǎn)紅棚膜對日光溫室內(nèi)氣溫和地溫變化的影響

覆蓋不同試樣棚膜日光溫室內(nèi)月平均氣溫和10 cm土層地溫均受外界氣溫的影響且變化趨勢基本一致；測定期間（1～4月份），覆蓋添加了VTR-660新型轉(zhuǎn)光棚膜對氣溫和地溫的影響見圖6。

選擇寧夏石嘴山地區(qū)冬季晴朗天氣的氣溫數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以使數(shù)據(jù)具有典型性和代表性。分析2017年2月20日1個晴天的日均氣溫和一天內(nèi)（00:00、04:00、08:00、12:00、16:00和20:00）共計6個時間點(diǎn)的氣溫數(shù)據(jù)。由圖6a可知，T3的白天平均氣溫為18.15 ℃，比T2和T1分別提高了1.87 ℃和3.72 ℃，一天內(nèi)，T1、T2和T3最低溫度均出現(xiàn)在08:00左右，最高溫度出現(xiàn)在正午前后（圖6b）；日光溫室于08:00左右揭開保溫被，由于溫室內(nèi)光照較弱、已儲存的熱量被大量消耗、散失的熱量不能及時得到補(bǔ)償，此時的溫度最低，隨著光照強(qiáng)度的增加，溫度快速回升，當(dāng)正午（12:00）以后時，溫度達(dá)到最高；由圖6c、圖6d可知，月平均氣溫和地溫均是T3最高，T1最低，T2介于二者之間，其中，1月份和2月份的T3地溫分別較T1提高了1.65 ℃和0.91 ℃。因此，覆蓋寬譜帶紫轉(zhuǎn)紅棚膜的日光溫室（T3）內(nèi)增溫效果最好，尤其1月和2月份T3平均月氣溫和地溫均達(dá)到13 ℃以上，有助于日光溫室內(nèi)中前期番茄植株生長和干物質(zhì)的積累。

圖6 不同試樣棚膜覆蓋下日光溫室內(nèi)日平均、月平均氣溫和土壤溫度的變化

2.5.2 寬譜帶紫轉(zhuǎn)紅棚膜對番茄葉綠素（SPAD）含量和莖粗的影響

覆蓋寬譜帶紫轉(zhuǎn)紅棚膜顯著增加日光溫室內(nèi)番茄葉片的葉綠素含量和植株的莖粗（圖7a和圖7b）（<0.05）。T3的葉綠素含量和植株莖粗分別比T1顯著提高17.44%和11.15%（<0.05）。

圖7 不同試樣棚膜覆蓋下溫室番茄葉片葉綠素含量和莖粗的影響

2.5.3 寬譜帶紫轉(zhuǎn)紅棚膜對番茄產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

覆蓋寬譜帶紫轉(zhuǎn)紅棚膜（F3）能顯著提高日光溫室內(nèi)番茄的產(chǎn)量和品質(zhì)（表5）。T3番茄果實(shí)維生素C、番茄紅素、可溶性固形物及亞硝酸鹽含量與T1差異顯著（<0.05），維生素C含量和番茄紅素分別比T1顯著提高了11.11%和33.04%（<0.05）；T3亞硝酸鹽含量比T1顯著降低了51.35%（<0.05）。說明覆蓋寬譜帶紫轉(zhuǎn)紅棚膜顯著影響日光溫室內(nèi)番茄的品質(zhì)。T3番茄平均單果質(zhì)量和產(chǎn)量與T1和T2差異顯著（<0.05），分別比T1顯著提高了12.35%和25.71%（<0.05）。說明覆蓋寬譜帶紫轉(zhuǎn)紅棚膜顯著影響日光溫室內(nèi)番茄產(chǎn)量。綜上，T3處理溫室中番茄的產(chǎn)量最高、品質(zhì)最好，在寧夏石嘴山地區(qū)，日光溫室番茄生產(chǎn)推薦覆蓋寬譜帶紫光轉(zhuǎn)紅光棚膜。

表5 不同試樣棚膜覆蓋下對番茄產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

3 討 論

研究表明紅光處理可以增加煙苗葉片的面積[20]、促進(jìn)油麥菜的生長[21]和番茄幼苗干物質(zhì)量的積累、提高可溶性糖及總糖的含量[22]；日光溫室內(nèi)補(bǔ)充紅光可以通過提高黃瓜冠層日最高和最低溫度、改善溫室內(nèi)的溫光環(huán)境，提高黃瓜的前期產(chǎn)量[23-25]；紅光也可以通過調(diào)節(jié)番茄果實(shí)中的光敏色素，進(jìn)而提高果實(shí)轉(zhuǎn)色期的番茄紅素含量、提高其品質(zhì)[24]。本試驗結(jié)果表明，與覆蓋傳統(tǒng)內(nèi)添加型EVA消霧無滴膜和涂覆型持久流滴耐老化消霧無滴棚膜相比，覆蓋添加VTR-660轉(zhuǎn)光劑的寬譜帶紫外轉(zhuǎn)紅棚膜可以提高日光溫室內(nèi)番茄的產(chǎn)量、改善果實(shí)品質(zhì)（增加維生素C和番茄紅素含量），與前人的研究一致。

植物光合作用最有效的光譜是可見光中的紅橙光和藍(lán)紫光，已有研究表明透過較多的紫外光會對植物造成傷害并且加速農(nóng)膜的老化[13]。紫轉(zhuǎn)紅轉(zhuǎn)光膜不僅能增加棚內(nèi)紅光的輻照強(qiáng)度，而且能有效地吸收對植物有害、對溫室棚膜有破壞作用的206～360 nm的紫外光[26]。植物光合作用光譜與葉綠素吸收光譜具有一致性。某些轉(zhuǎn)光劑的發(fā)光性質(zhì)是主峰位于615 nm的窄帶譜（半寬度在4～6 nm）[27]，這與葉綠素的吸收光譜匹配性較差，導(dǎo)致植株可利用的紅光效率較低。本試驗研制的紫外轉(zhuǎn)紅棚膜，所添加的轉(zhuǎn)光劑VTR-660的發(fā)射光譜是峰值位于660 nm的寬帶譜，與葉綠素紅光區(qū)吸收峰完全吻合。因此，使用了添加具有譜帶覆蓋面積大、紅光發(fā)射光譜與葉綠素吸收光譜高度匹配特點(diǎn)的VTR-660轉(zhuǎn)光劑新型棚膜，能夠提高棚膜紫外光轉(zhuǎn)紅光的效率、增加紅光發(fā)射總量，利于日光溫室內(nèi)番茄植株葉片的光合作用，提高其產(chǎn)量、改善果實(shí)品質(zhì)。

比較試樣棚膜4 000～1 430，1 430～770和770～400 cm-13個波段紅外線透過率的積分面積得出，寬譜帶紫轉(zhuǎn)紅棚膜（F3）較F1顯著提高了紅外線透過率，在陽光照射下能更好的發(fā)揮其光溫效應(yīng)。覆蓋了寬譜帶紫轉(zhuǎn)紅棚膜日光溫室（T3）的光照強(qiáng)度、氣溫和地溫均高于T1和T2。同時，T3能夠明顯增加1～2月份的氣溫和地溫，促進(jìn)番茄前期幼苗的生長，營養(yǎng)物質(zhì)和水分的吸收，為后期產(chǎn)量形成提供了基礎(chǔ)。因此，覆蓋寬譜帶紫轉(zhuǎn)紅棚膜有利于改善寧夏石嘴山地區(qū)冬季日光溫室內(nèi)的低溫弱光問題。

涂覆型持久流滴耐老化消霧無滴棚膜具有流滴功能與壽命同步的特性。寬譜帶紫轉(zhuǎn)紅棚膜在其基礎(chǔ)上添加轉(zhuǎn)光劑（VTR-660），既保證了涂覆型棚膜的透光性等特點(diǎn)，又提高了紫外光轉(zhuǎn)紅光的效率和總量。

4 結(jié) 論

1）添加VTR-660轉(zhuǎn)光劑的寬譜帶紫轉(zhuǎn)紅棚膜的力學(xué)機(jī)械性能高于傳統(tǒng)內(nèi)添加型EVA消霧無滴膜。寬譜帶紫轉(zhuǎn)紅棚膜（F3）縱向的拉伸強(qiáng)度和直角撕裂強(qiáng)度分別比傳統(tǒng)內(nèi)添加型EVA消霧無滴膜（F1）顯著提高了30.72%和7.20%（<0.05）；

2）覆蓋寬譜帶紫轉(zhuǎn)紅棚膜能夠增加日光溫室內(nèi)番茄產(chǎn)量品質(zhì)，T3處理的番茄產(chǎn)量較T1顯著提高了25.71%（<0.05），維生素C和番茄紅素含量較T1分別顯著提高了11.11%和33.04%（<0.05），亞硝酸鹽含量較T1顯著降低了51.35%（<0.05）。

綜上，添加VTR-660轉(zhuǎn)光劑的寬譜帶紫轉(zhuǎn)紅棚膜在冬季日光溫室番茄生產(chǎn)中有良好的應(yīng)用前景。

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Mechanical and optical properties of broadband UV-to-red conversion plastic films and its improving effect on tomato yield and quality

Yan Yan1, Yu Xianchang1※, Lian Shixun2, Li Yansu1, He Chaoxing1, Sun Tianzhi3, Wang Xiaobin4, Liu Hong4, Wang Huijun4

(1.(),100081,; 2.C,410081,; 3..,255400,; 4.,753000,)

The light conversion agent VTR-660 has many benefit characteristics. For example, its band coverage area is larger and it has a higher match between the emission spectrum of high red light and the chlorophyll absorption spectrum compared with other light conversion agents. And broadband ultraviolet-to-red light conversion plastic film added with VTR-660 (F3) has similar characteristics such as a higher match between the emission spectrum of high red light and the chlorophyll absorption spectrum. Moreover,the bandwidth of its emission spectrum is increased in high red light, and it has a higher rate of infrared transmission and a lower rate of ultraviolet transmission than the traditional inner-added EVA (polyethylene-polyvinyl acetate copolymer) anti-fog film (F1) and coated persistent drip anti-aging anti-fog film (F2). Moreover, the broadband ultraviolet-to-red light conversion plastic film can improve the temperature and light environment in the greenhouse, increase the yield per hectare and improve the quality of the tomato crop.In this work, the optical properties and the mechanical characteristics and heat preservation properties of the broadband ultraviolet-to-red light conversion plastic film added with VTR-660 were studied. The effect of the broadband ultraviolet-to-red light conversion plastic film on the yield and quality of tomato in the solar greenhouse was also investigated. The experiment in the greenhouse was conducted from November, 2016 to June, 2017 at the Agriculture Research and Demonstration Station, Shizuishan Village, Yinchuan County, Ningxia. The tomato cultivar (Meifen 869) and full steel frame unsupported winter-warm solar greenhouse (length of 90 m, inner span of 9 m, ridge height of 4 m) were selected as the test cultivar and greenhouse type, respectively. The treatments included solar greenhouse covered with traditional inner-added EVA anti-fog film as control (T1), solar greenhouse covered with coated persistent drip anti-aging anti-fog film (T2) and solar greenhouse covered with broadband ultraviolet-to-red light conversion plastic film added with VTR-660 (T3). The mechanical properties of the laminate (tensile, longitudinal/transverse elongating, and right-angle tearing strength), the transmittance of ultraviolet, visible and infrared light of the laminate, the temperature (average air temperature for day and month and 10-cm deep soil temperature), and the light intensity were measured in the solar greenhouse, and the yield and quality of tomato were considered under the different sample films and treatments. In comparison with F1, the tensile strength and right-angle tearing strength (vertical) of F3 were significantly (<0.05) increased by 30.72% and 7.20%, respectively; the ultraviolet transmittance rate of F3 was significantly (<0.05) decreased by 49.21%, and the infrared transmittance rates of the 4000-1430, 1430-770 and 770-400 cm-1bands of F3 were significantly (<0.05) increased by 13.69%, 61.78% and 41.83%, respectively. In comparison with T1, the tomato yield of T3 was significantly (<0.05) increased by 25.71% and the vitamin C and lycopene of the fruit were increased by 11.11% and 33.04%, respectively. The nitrite content of tomato under T3 treatment was significantly (<0.05) decreased by 51.35%. Overall, the broadband ultraviolet-to-red light conversion plastic film added with VTR-660 was found to improve the rate of infrared transmission, and covering this film could improve the temperature, and increase tomato yield and fruit quality in the solar greenhouse. The research can provide an important theoretical basis for the development of light conversion plastic film in the production of tomato in the future.

lights; chlorophyll; mechanical property; light conversion film; optical property; tomato; solar greenhouse; yield

2018-01-16

2018-05-30

國家重點(diǎn)研發(fā)計劃（2016YFB0302404, 2016YFB0302403）；國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目（2016YFD0201006）；國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項（CARS-25-C-01）；中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程項目（CAAS-ASTIP-IVFCAAS）和農(nóng)業(yè)部園藝作物生物學(xué)與種質(zhì)創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗室項目聯(lián)合資助。

閆妍，助理研究員，主要從事設(shè)施蔬菜栽培生理與分子生物學(xué)研究。Email：yanyan101@163.com

于賢昌，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事設(shè)施蔬菜栽培生理與分子生物學(xué)研究。Email：yuxianchang@caas.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2018.13.031

S626.5

A

1002-6819(2018)-13-0255-08

閆 妍，于賢昌，廉世勛，李衍素，賀超興，孫天智，王曉斌，劉 宏，王惠軍. 寬譜帶轉(zhuǎn)光棚膜力學(xué)與光學(xué)特性及其提高番茄產(chǎn)量和品質(zhì)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2018，34(13)：255－262. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.13.031 http://www.tcsae.org

Yan Yan, Yu Xianchang, Lian Shixun, Li Yansu, He Chaoxing, Sun Tianzhi, Wang Xiaobin, Liu Hong, Wang Huijun. Mechanical and optical properties of broadband UV-to-red conversion plastic films and its improving effect on tomato yield and quality[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(13): 255－262. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.13.031 http://www.tcsae.org