內(nèi)蒙古赤峰市稀土轉(zhuǎn)光材料薄膜的制備與應用

景 慧，路紅霞，張玲玲，范永忠，薛繼成

(內(nèi)蒙古自治區(qū)冶金研究院(內(nèi)蒙古自治區(qū)冶金產(chǎn)品質(zhì)量檢驗所)，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)

作為世界人口第一的中國，如何利用有限的耕地資源養(yǎng)活14億人口是我國政府關注的焦點問題之一。目前，設施農(nóng)業(yè)的主要模式之一是各種類型的溫室大棚，這也是我國農(nóng)業(yè)正在大力推進的“種子、生物、溫室、綠色”四大工程中的一項重要內(nèi)容提要。我國農(nóng)用薄膜用量位居世界前列，但在品種上、質(zhì)量上較世界發(fā)達國家都存在著相當大的差距。光照的質(zhì)量和強度是影響植物生長的最重要因素之一,如何改善光照條件、強化植物的光合作用、提高光能利用率，以獲得更好的溫室效應和栽培效益，制作出適宜植物生長的光生態(tài)環(huán)境，成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的主要研究課題或研究方向。

本項目研發(fā)的稀土材料轉(zhuǎn)光膜是一種通過添加稀土轉(zhuǎn)光材料來實現(xiàn)光轉(zhuǎn)換的設施農(nóng)業(yè)棚膜，它能將對作物有害的紫外光轉(zhuǎn)換成對作物有益的藍光和紅光，通過改變透過膜的光質(zhì)，與作物的葉綠素吸收光譜相匹配，有效充分的利用光肥，提高地溫和棚溫，降低作物病情指數(shù)，加快發(fā)育過程，生長周期縮短，作物產(chǎn)量明顯提升，果實中總糖、維生素C和可溶性固形物等營養(yǎng)成分明顯增加，而且全程沒有使用電能，起到了節(jié)能環(huán)保的作用。

基于內(nèi)蒙古自治區(qū)不同盟市氣候條件不同，東西部太陽光中的紫外線強度不同，筆者重點研究開發(fā)出東部赤峰市的稀土轉(zhuǎn)光材料薄膜，適應本地區(qū)設施農(nóng)業(yè)發(fā)展。如若稀土轉(zhuǎn)光材料薄膜得到廣泛應用后，將具有十分可觀的市場前景和強大的競爭力。

1 實驗部分

1.1 赤峰市稀土雙反轉(zhuǎn)光薄膜的制備

此次應用試驗正值春季，課題組針對赤峰市喀喇沁旗春茬溫室大棚棚外紫外線強度4.05mW/cm2，棚內(nèi)紫外線強度2.27mW/cm2，棚內(nèi)一天內(nèi)溫度范圍為：8℃～32℃。根據(jù)西紅柿“莎麗”(品種)的生長特點調(diào)整稀土雙反轉(zhuǎn)光薄膜添加稀土轉(zhuǎn)光材料的配比為聚烯烴(PO)樹脂的5.0‰，相對其他作物西紅柿生長溫度適中，紅色稀土轉(zhuǎn)光材料(Y2O3/Y2O2S:Eu3+)與藍色稀土轉(zhuǎn)光材料(CaAl2O4∶Eu2+，Nd3+)的比例為1∶1，由于內(nèi)蒙古東部春季溫度偏低，我們選擇制備12絲厚度的薄膜。

薄膜配比具體如下：將顆粒狀聚烯烴樹脂100kg、藍色稀土轉(zhuǎn)光材料母粒0.25kg、紅色稀土轉(zhuǎn)光材料母粒0.25kg、無滴劑13.35kg、抗氧化劑2.67kg、光穩(wěn)定劑4kg和保溫劑6.68kg，按上述配比加入攪拌機中攪拌均勻，然后送入吹塑薄膜擠出機中，擠出膜管吹脹，冷卻，牽引，制成厚度為12絲的稀土雙反轉(zhuǎn)光膜。

1.2 赤峰市稀土雙反轉(zhuǎn)光薄膜的應用

課題組為農(nóng)戶免費提供稀土雙反膜，以稀土雙反轉(zhuǎn)光膜與農(nóng)戶普通PO膜作為對比試驗，兩種薄膜分別覆蓋結構相同東西走向的設施農(nóng)業(yè)溫室大棚。每個溫室大棚長160m，跨度9m，面積為1 440m2。每個棚內(nèi)西紅柿南北向順序，高壟定植，株距0.4m，行距為1m，試驗溫室大棚除覆蓋薄膜不同外，田間肥水管理按常規(guī)進行。試驗設2個處理，以普通PO膜為對照膜，與雙反膜覆蓋的棚室進行對比試驗，2021年3月22日一家農(nóng)戶分別在稀土雙反膜棚、普通膜棚內(nèi)種植西紅柿“莎麗”，每個棚內(nèi)種植110壟，每壟30棵。課題組對西紅柿的生長做了簡單的跟蹤，僅對農(nóng)戶提供的最終產(chǎn)量，成熟周期數(shù)據(jù)進行了對比，并對西紅柿的營養(yǎng)成分做了檢測。

1.2.1 稀土轉(zhuǎn)光膜對西紅柿產(chǎn)量影響。2021年春茬，據(jù)農(nóng)戶反饋，稀土雙反膜棚內(nèi)的西紅柿長勢明顯好于普通膜，統(tǒng)計最終收獲時西紅柿的產(chǎn)量，見表1。根據(jù)株、行距，計算每1 440m2定植株數(shù)，統(tǒng)計一行內(nèi)的坐果數(shù)，計算平均單株結果數(shù)，采收一行內(nèi)的果實稱重，計算平均單果重，縮值系數(shù)取0.95，產(chǎn)量按下列公式計算：

產(chǎn)量(kg/1 440m2)=單果重×單株結果數(shù)×每1 440m2定植株數(shù)×0.95(縮值系數(shù))

表1 稀土雙反膜/普通膜對西紅柿產(chǎn)量的影響

表2 稀土雙反膜/普通膜春茬西紅柿成熟周期對比

經(jīng)過表1統(tǒng)計，普通膜內(nèi)西紅柿春茬的產(chǎn)量為9 616.5kg，稀土雙反膜西紅柿的產(chǎn)量為11 384.9kg。與普通膜相比，稀土雙反膜西紅柿產(chǎn)量增加了18.39%。

1.2.2 稀土轉(zhuǎn)光膜對西紅柿成熟周期影響。如表2所示，2021年春茬稀土雙反膜、普通膜內(nèi)西紅柿成熟周期分別為117d、106d，與普通膜相比，稀土雙反膜內(nèi)西紅柿成熟周期縮短了11d。由以上數(shù)據(jù)可以看出，稀土雙反膜處理西紅柿比普通膜處理的西紅柿成熟周期縮短很多，表明采用紅藍組合光處理可顯著促進西紅柿的開花和坐果，從而縮短西紅柿的成長周期。而且也表明稀土雙反膜很適合在偏冷地區(qū)使用。

1.2.3 稀土轉(zhuǎn)光膜對西紅柿營養(yǎng)成分影響。課題組通過內(nèi)蒙古華瑞檢驗檢測有限公司對赤峰市喀喇沁旗種植的西紅柿營養(yǎng)成分及農(nóng)藥殘留物進行了檢測，稀土雙反膜內(nèi)西紅柿蛋白質(zhì)含量0.8g/100g，維生素C含量19.8mg/100g，番茄紅素含量7.7mg/100g，總糖為3.9g/100g，可溶性固形物4.4%。普通膜蛋白質(zhì)含量0.87g/100g，維生素C含量15.0mg/100g，番茄紅素含量6.4mg/100g，總糖為3.5g/100g，可溶性固形物4.4%。與普通膜西紅柿相比，稀土雙反膜內(nèi)西紅柿番茄紅素含量增加了20.31%，維生素C增加了32%，總糖增加了11.43%。糖代謝是植株生命活動中的重要代謝過程和能源基礎，在其生長過程中發(fā)揮核心作用。番茄紅素是決定西紅柿果實外觀顏色的重要功能性營養(yǎng)物質(zhì)。紅光能夠提高光溫效應，進而促進果實中維生素C的合成。赤峰市稀土雙反膜這3項指標比呼和浩特地區(qū)偏高，這與該膜下紅、藍光質(zhì)的顯著增加使光合產(chǎn)物更多的分配到果實中有關，進而促進了果實中總糖、番茄紅素、維生素C含量的積累。

表3 稀土雙反膜/普通膜西紅柿營養(yǎng)成分分析

1.2.4 經(jīng)濟效益分析。以上述農(nóng)戶提供數(shù)據(jù)為依據(jù)，計算具體經(jīng)濟效益。每個溫室大棚長160m，跨度9m，面積為1 440m2，春茬試驗蔬菜西紅柿，品種為“莎麗”，種植110壟，每壟(株距0.4m，行距1m)30株，共計3 300株，稀土雙反膜成熟期有效銷售產(chǎn)量約為11 384.9kg，春茬批發(fā)價為6元/kg，銷售額為：68 309.4元。普通膜成熟期有效銷售產(chǎn)量約為9 616.5kg，春茬批發(fā)價為5.6元/kg，銷售額為：53 852.4元。

增加直接經(jīng)濟效益：14 457元，具體增加指標，見表4。

表4 各增加指標

總計稀土轉(zhuǎn)光膜內(nèi)種植高端西紅柿品種“莎麗”增加經(jīng)濟效益合計17 057元，折合每平方米增加11.85元/m2，比普通膜增加經(jīng)濟效益31.67%，經(jīng)濟效益明顯。

2 結論

筆者在內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市喀喇沁旗做稀土材料雙反轉(zhuǎn)光膜的試驗應用，得到當?shù)剞r(nóng)戶的一致好評。經(jīng)過課題組對比試驗研究發(fā)現(xiàn)稀土材料轉(zhuǎn)光膜處理的西紅柿“莎麗”根系粗壯，生長快，坐果好，結果多，抗病蟲害強、早熟11d、增產(chǎn)18.39%、品質(zhì)好(與普通膜西紅柿相比，番茄紅素含量增加了20.31%，維生素C增加了32%，總糖增加了11.43%)、經(jīng)濟效益增加了31.67%。

項目研發(fā)的紅色/藍色稀土轉(zhuǎn)光材料除了與作物最佳生長作用光譜相匹配外，還具有高穩(wěn)定性、無放射性、低成本等優(yōu)良性能。其作為一種無毒無污染的綠色光源材料，調(diào)控設施農(nóng)業(yè)棚內(nèi)光環(huán)境，在能源日益緊張的當今社會，節(jié)能降耗與內(nèi)蒙古特色的科技創(chuàng)新之路相吻合，有望為農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展產(chǎn)生良好的生態(tài)效益及社會效益。