有色地膜的透光性能與光學(xué)效果及對作物生長發(fā)育的影響

張輝 劉斌

(甘肅省景泰川電力提灌水資源利用中心，甘肅 景泰 730400)

地膜是一種覆蓋在土壤表面的薄膜材料，具有保護農(nóng)作物，調(diào)節(jié)土壤溫度和濕度，增加光照強度等效應(yīng)，地膜覆蓋作為一項有效提高作物產(chǎn)量的栽培措施廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中[1]。近年來，隨著人們對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求不斷增加，地膜的種類和功能也在不斷拓展。有色地膜作為一種新型地膜材料，具有透光性好，耐候性強，顯色效果突出等特點，受到越來越多的關(guān)注。然而，目前對于有色地膜的透光性能和光學(xué)效果的研究還相對較少；對于不同顏色地膜的透光率、顯色性和光散射特性等關(guān)鍵參數(shù)缺乏系統(tǒng)的認識。因此，本研究旨在通過研究分析，探索不同顏色地膜的透光性能與光學(xué)效果及對作物正常發(fā)育的影響，為有色地膜覆蓋技術(shù)的推廣和應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

1 有色地膜的光學(xué)特性

1.1 有色地膜的基本原理

有色地膜是一種種植保護材料，常用于溫室種植、農(nóng)田種植和園藝栽培等領(lǐng)域。其基本原理是通過選擇合適的顏色，使得地膜能夠吸收或反射部分特定波長的光線，以達到調(diào)控光照、增溫、延長照射時間等效果[2]。

有色地膜的選擇與種植作物有關(guān)，不同顏色的地膜對作物生長和發(fā)育產(chǎn)生不同的影響。一般而言，藍色地膜主要吸收紅光和藍光，反射綠光；紅色地膜主要吸收藍光和綠光，反射紅光；黑色地膜主要吸收光線，減少光的透射和反射。這些有色地膜能夠?qū)Νh(huán)境光進行選擇性吸收和反射，改變地表溫度和光合作用，從而影響作物的生長和發(fā)育。

1.2 有色地膜的透光性能測試方法

有色地膜的透光性能測試是評價其光學(xué)特性的重要指標(biāo)之一。透光性能直接關(guān)系到地膜的光能利用率和對環(huán)境光的調(diào)節(jié)效果[3]，常用的有色地膜透光性能測試方法包括以下3種。

1.2.1 透光率測定

該方法是通過測量地膜材料對不同波長光線(如可見光、紫外線等)的透射量來評估其透光性能[4]。常用測試儀器有分光光度計、透光率測定儀等。通過對各個波長的光線透射率進行測試，可以得到地膜的透光率曲線，進而分析不同波長光線在地膜中的透射情況。

1.2.2 光反射率測定

該方法是通過測量地膜材料對不同波長光線的反射量來評估其光反射性能。常用測試儀器有反射光度計、光反射率測定儀等。通過對各個波長的光線反射率進行測試，可以得到地膜的反射率曲線，進而分析不同波長光線在地膜中的反射情況。

1.2.3 色差測定

該方法是通過測量地膜材料的顏色參數(shù)來評估其顏色特性。常用測試儀器有色差計、光譜色度計等。通過測量地膜的顏色值，可以分析地膜的色差、色調(diào)和色飽和度等參數(shù)，進而評價地膜的色彩效果。

2 不同顏色地膜的透光率和光反射率對比分析

不同顏色地膜的透光率和光反射率是評價其光學(xué)特性的重要指標(biāo)[5]?，F(xiàn)將通過數(shù)據(jù)表格對不同顏色地膜的透光率和光反射率進行分析，見表1。

表1 不同顏色地膜的透光率和光反射率對比

由表1可知，藍色地膜具有較高的透光率和較低的光反射率，主要吸收紅光和藍光，反射綠光；紅色地膜具有適中的透光率和光反射率，主要吸收藍光和綠光，反射紅光；黑色地膜具有較低的透光率和較高的光反射率，主要吸收光線，減少光的透射和反射。根據(jù)不同顏色地膜的透光率和光反射率分析，可以選擇適合的地膜顏色來滿足特定種植需求[6]。如，在需要增溫的環(huán)境中，選擇黑色地膜可以有效吸收光線，提供更高的溫度；在需要控制光照條件的環(huán)境中，選擇藍色或紅色地膜可以調(diào)節(jié)光線的透射和反射，影響作物生長和發(fā)育。

3 不同顏色地膜的光學(xué)效果

3.1 地膜顏色對光譜分布和光濾波效應(yīng)的影響

光譜分布是指光的波長在不同頻率范圍內(nèi)的分布情況。地膜顏色對光譜分布的影響可以通過測量地膜對不同波長光的透過率來確定。在研究中，選取不同顏色的地膜，如紅色、藍色、黃色和綠色，分別測量其對不同波長的光的透過率。

試驗結(jié)果顯示，不同顏色的地膜對不同波長的光有不同的透過率。如，紅色地膜對紅光的透過率較高，而對藍光和綠光的透過率較低；綠色地膜對綠光的透過率較高，而對紅光和藍光的透過率較低。這說明地膜顏色對光譜的分布有顯著影響，不同顏色的地膜對不同波長的光有選擇性地進行濾波，使得透過的光波長分布發(fā)生變化[7]。

此外，地膜顏色對光濾波效應(yīng)也有重要影響。光濾波效應(yīng)是指地膜對不同波長的光的吸收、散射和透過能力。試驗結(jié)果顯示，不同顏色的地膜對不同波長的光有不同的吸收和透過能力。如，紅色地膜對紅光的吸收能力較強，而對藍光和綠光的透過能力較強；綠色地膜對綠光的透過能力較強，而對紅光和藍光的吸收能力較強。這說明地膜顏色對光的濾波效果有顯著影響，不同顏色的地膜可以選擇性地吸收和透過不同波長的光。

3.2 地膜顏色對陽光入射角和光線折射的影響

地膜顏色對陽光入射角和光線折射的影響可以通過測量地膜對陽光入射角度和透過光線的折射率來確定。在研究中，選取不同顏色的地膜，并在不同入射角度下測量透過地膜光線的折射率。

試驗結(jié)果顯示，不同顏色的地膜對陽光入射角度有不同的影響。如，紅色地膜對垂直入射的陽光透過率較高，而對較大入射角度的陽光透過率較低；綠色地膜對較大入射角度的陽光的透過率較高，而對垂直入射的陽光的透過率較低。這說明地膜顏色對陽光入射角度的變化有顯著影響，不同顏色的地膜對陽光的透過率不同。

此外，地膜顏色對光線的折射率也有一定的影響。試驗結(jié)果顯示，不同顏色的地膜對透過的光線有不同的折射率。如，紅色地膜對光線的折射率較低，而綠色地膜對光線的折射率較高。這說明地膜顏色對光線的折射有一定的影響，不同顏色的地膜對光線的傳播路徑有所差異[8]。

3.3 不同顏色地膜對光能利用效率和光照均勻性的影響

光能利用效率是指地膜對透過的光能利用情況。光照均勻性是指地膜透過的光在覆蓋區(qū)域內(nèi)分布的均勻程度。研究不同顏色地膜對光能利用效率和光照均勻性的影響可以通過測量不同顏色地膜下作物的光合作用強度和作物生長情況來確定。

試驗結(jié)果顯示，不同顏色的地膜對光能利用效率和光照均勻性有顯著影響。如，紅色地膜對作物的光合作用強度有較大影響，作物在紅色地膜下的光合作用強度更高，而在其他顏色地膜下的光合作用強度較低；綠色地膜對作物的生長情況有較大影響，作物在綠色地膜下的生長情況更好，而在其他顏色地膜下的生長情況較差。

綜上所述，地膜顏色對光學(xué)效果有重要影響。不同顏色的地膜會對光譜分布和光濾波效應(yīng)產(chǎn)生影響，對陽光入射角度和光線折射率產(chǎn)生影響，同時也會對光能利用效率和光照均勻性產(chǎn)生影響。通過深入研究不同顏色地膜的光學(xué)效果，可以優(yōu)化地膜的設(shè)計和應(yīng)用，提高農(nóng)作物的光能利用效率和生產(chǎn)產(chǎn)量。

4 有色地膜對作物生長發(fā)育的影響

4.1 光合作用和光合有效輻射的變化

光合作用是作物在光照下利用光能將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成有機物質(zhì)的過程。光合作用的進行受到光照強度和光譜的影響，而有色地膜的使用可以改變光照條件，從而對光合作用產(chǎn)生影響[9]。

為了研究不同顏色地膜對光合作用的影響，試驗測定了光合有效輻射(PAR)的變化。PAR指的是光譜范圍為400～700nm的光輻射，是作物光合作用的主要能量來源。通過使用光合作用測量儀器，測定分析了作物在不同顏色地膜下的PAR水平。試驗結(jié)果表明，不同顏色地膜對光合作用的影響顯著。黑色地膜光透過率較低，導(dǎo)致光合有效輻射的吸收量較少；白色地膜光透過率較高，因此可以提供更多的PAR能量供作物進行光合作用；紅色地膜的光譜傳遞特性使其能夠增強光合作用中的PAR吸收，從而促進作物的光合作用[9]。

4.2 不同顏色地膜對作物生長發(fā)育的影響

作物生長與發(fā)育受到環(huán)境因素的影響，其中光照條件是作物正常生長所必需的因素之一。有色地膜被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，以改善光照條件并提高作物產(chǎn)量。不同顏色的地膜對作物生長發(fā)育的影響會隨著不同光譜的傳遞而變化[8]。為了研究不同顏色地膜對作物生長的影響，試驗選擇了3種常用的顏色地膜，黑色、白色和紅色地膜，并測定分析植株高度、莖直徑、葉片面積、根長和鮮重等指標(biāo)。

試驗結(jié)果表明，不同顏色地膜對作物生長發(fā)育有明顯影響。黑色地膜的光透過率較低，導(dǎo)致作物的光合作用受到限制，從而使作物高度和莖直徑相對較?。幌啾戎拢咨啬さ墓馔高^率較高，有利于作物光合作用的進行，植株高度和莖直徑相對較大；紅色地膜在光譜傳遞上也存在一定差異，能夠增強光合作用中的光合有效輻射吸收，從而促進作物生長發(fā)育。

4.3 作物形態(tài)和生理指標(biāo)的影響

除了作物生長發(fā)育和光合作用以外，試驗測定了作物形態(tài)和生理指標(biāo)進行了測量和分析。試驗結(jié)果表明，作物形態(tài)指標(biāo)方面，黑色地膜下的植株高度和莖直徑相對較小，而白色地膜和紅色地膜下的植株高度和莖直徑較大；葉片面積也表現(xiàn)出類似的趨勢，黑色地膜下的葉片面積較小，白色地膜和紅色地膜下的葉片面積較大；生理指標(biāo)方面，黑色地膜下的作物根長和鮮重較小，而白色地膜和紅色地膜下的作物根長和鮮重較大。

綜上所述，不同顏色地膜對作物生長的影響是多方面的。黑色地膜可以限制光照和光合作用，進而影響作物生長。白色地膜和紅色地膜則有助于提供適宜的光照條件，促進光合作用和作物生長發(fā)育。

5 有色地膜在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用前景

5.1 有色地膜的優(yōu)勢和局限性

有色地膜是一種農(nóng)膜，其與常規(guī)農(nóng)膜最大的區(qū)別在于顏色。相比于透明或黑色的常規(guī)農(nóng)膜，有色地膜具有以下優(yōu)勢和局限性。

5.1.1 優(yōu)勢

5.1.1.1 調(diào)節(jié)光照和溫度

有色地膜的顏色可以控制光的透射率和波長，從而調(diào)節(jié)光照和溫度，對作物的生長和發(fā)育產(chǎn)生影響。

5.1.1.2 保護作物

有色地膜作為一種遮陽農(nóng)膜，可以防止紫外線和過剩光照對作物造成傷害，降低溫室內(nèi)的溫度，減少病蟲害的發(fā)生[10]。

5.1.1.3 節(jié)約水資源

有色地膜的遮陽效果可以減少水分蒸發(fā)，提高溫室內(nèi)的相對濕度，從而節(jié)約水資源和減少灌溉次數(shù)。

5.1.1.4 提高產(chǎn)量和質(zhì)量

有色地膜能夠調(diào)控作物的生長特性，如促進側(cè)芽分枝、增加果實數(shù)量等，從而提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。

5.1.2 局限性

5.1.2.1 光透過率不一致性

不同顏色的有色地膜對光的透過率有差異，而且隨著時間的推移，光透過率可能會發(fā)生變化，這會對作物的生長產(chǎn)生不利影響。

5.1.2.2 需要準(zhǔn)確調(diào)控

有色地膜的應(yīng)用需要準(zhǔn)確選擇顏色和安裝位置，并進行調(diào)控，否則可能會導(dǎo)致光照不足或過度照相，影響作物的生長。

5.1.2.3 成本較高

相比于常規(guī)的農(nóng)膜，有色地膜的生產(chǎn)成本較高，這可能會限制其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用。

5.2 有色地膜在溫室蔬菜種植中的應(yīng)用案例

引黃灌區(qū)是中國西部的重要農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)域，由于氣候炎熱干旱，溫室種植蔬菜成為主要的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)。在引黃灌區(qū)，有色地膜的應(yīng)用在溫室蔬菜種植中發(fā)揮了重要作用。以下是有色地膜在引黃灌區(qū)溫室蔬菜種植中的具體應(yīng)用案例。

5.2.1 降溫調(diào)控

引黃灌區(qū)夏季氣溫高達40℃以上，極易導(dǎo)致溫室內(nèi)溫度過高，影響蔬菜的生長。通過使用淺色有色地膜覆蓋溫室，可以降低溫室內(nèi)的溫度，提供適宜的生長環(huán)境，促進蔬菜的健康生長。

5.2.2 保護作物

有色地膜遮擋紫外線，并且降低溫室內(nèi)的光照強度，減少了蔬菜葉片的氧化傷害。同時，有色地膜還可以有效防止農(nóng)作物遭受蟲害的侵害，提高作物產(chǎn)量和質(zhì)量。

5.2.3 調(diào)節(jié)光照

有色地膜可以調(diào)節(jié)光的透射率和波長，適當(dāng)引導(dǎo)光能進入溫室，為蔬菜提供充足的光照，促進光合作用的進行，從而增加蔬菜的產(chǎn)量。

5.2.4 節(jié)約水資源

有色地膜的遮陽效果可以減少溫室內(nèi)水分的蒸發(fā)，使溫室內(nèi)的相對濕度增加，從而節(jié)約了灌溉水資源的使用量。

5.3 有色地膜在其他農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的潛在應(yīng)用

有色地膜在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用不僅局限于溫室蔬菜種植領(lǐng)域，也有潛在的應(yīng)用范圍在其他農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。

5.3.1 水果種植

有色地膜可以調(diào)節(jié)光照和溫度，提供適宜的生長環(huán)境，促進水果的生長和發(fā)育。在果園中，有色地膜可以防止果實受到日曬后的干裂或損傷，同時也可以減少病蟲害的發(fā)生。

5.3.2 花卉種植

有色地膜的色澤可以營造較為舒適的生長環(huán)境，提供適宜的光照和溫度條件，促進花卉的生長和開花，并且可以使花卉顏色更加鮮艷。

5.3.3 菌類種植

有色地膜可以在種植菌類中起到隔離的作用，防止菌類的交叉感染。同時，有色地膜的顏色也可以對菌類的生長和發(fā)育產(chǎn)生影響，因此可以通過選擇不同顏色的有色地膜來促進菌類的生長。

5.3.4 大田作物種植

有色地膜可以在農(nóng)田中覆蓋，作為遮陽和保溫材料，減少土壤溫度的波動，提供適宜的生長環(huán)境，從而提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。

總之，有色地膜作為一種農(nóng)膜，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有廣泛的應(yīng)用前景。通過調(diào)節(jié)光照、溫度和濕度等因素，可以提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，促進農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。然而，有色地膜的應(yīng)用還面臨一些挑戰(zhàn)，需要進一步的研究和技術(shù)改進來解決。

6 結(jié)束語

本研究基于有色地膜的透光性能與光學(xué)效果進行了深入研究與分析。試驗表明，地膜的顏色和材料的光學(xué)性質(zhì)對透光率、反射率等指標(biāo)有著重要影響。此外，不同顏色地膜在不同環(huán)境中對光線的傳播和作物的生長也有顯著影響。本研究對于優(yōu)化有色地膜的設(shè)計和應(yīng)用具有重要意義，可以為建筑、農(nóng)業(yè)和園藝等領(lǐng)域的實際應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)，未來的研究可以進一步探索有色地膜的光學(xué)效果與作物生長之間的關(guān)系，研發(fā)更具實際應(yīng)用價值的有色地膜產(chǎn)品。