轉光膜在園藝作物上的應用初探

王 紅，許望龍

（1.岳陽職業(yè)技術學院，湖南 岳陽 414000；2.岳陽市農業(yè)科學研究所，湖南 岳陽 414000）

多功能轉光膜有紅藍光同時轉化、防滴、長壽、保溫等多種功能。我國從上世紀90年代開始引進、研究、應用、推廣轉光膜。目前，以棚膜覆蓋的蔬菜園藝設施（大棚和溫室）面積超過了66.7萬hm2，棚膜消耗達57萬噸/年。1993～1996年累積推廣面積197.87萬hm2，共增產蔬菜8 501萬噸，產值1 275億元，增加純收入828億元。我國適宜推廣棚膜覆蓋的面積為333.3萬hm2，2000年棚膜覆蓋面積達100萬hm2，2010年達146.7萬hm2。功能性棚膜是棚膜的發(fā)展方向，而轉光膜是功能膜中最具發(fā)展前途的代表之一。

1 轉光膜概況

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

1.1 轉光膜及轉光原理

轉光劑是指能夠將日光中近紫外光和（或）綠光轉變成藍光和（或）紅光的農用薄膜助劑，是應現(xiàn)代高效優(yōu)質農業(yè)的需要，為充分利用太陽能，減少使用化肥和農藥，提倡綠色食品而發(fā)展起來的一種新型塑料功能助劑。轉光膜是一種通過添加轉光劑來實現(xiàn)光轉換的薄膜，能將紫外光和510～560 nm的可見光轉變成作物所需的光如藍光、綠光、紅光等，提高棚溫3～5℃，從而加速作物生長，提高作物的產量和質量。

雖然不同轉光劑所轉換（吸收）的光源范圍和轉換出（發(fā)射）的波長范圍及強度不同，但轉光的原理基本一致，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)躍進回到穩(wěn)定的基態(tài)，同時放出（發(fā)射）一定波長的光，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 常用轉光膜的種類品種

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

Golota Anatolij Fedorovich等人（俄羅斯，專利號：RU 2013437）指出，聚乙烯農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%，吸收的紫外光轉化到紅光區(qū)域的轉化率為90%～96%。

Ram Phosphorix LLC（美國，專利號：US6153665）研制出摻雜高密度聚乙烯的覆膜，包含轉光添加劑釔-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，可將紫外光轉化成促進作物光合作用的光。

Sumsung General Chem icals Co.,Ltd（韓國，專利號：KR 2000002054）研制出的聚乙烯塑料農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：JP10304781）研制出能夠促進植物生長的農膜，包含0.1%～20%能夠發(fā)出可見光的儲光顏料，激發(fā)和發(fā)光峰分別在365 nm和520 nm。

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

第二類是將太陽光中的紅外光轉化成可見光的農膜，僅日本和俄羅斯有研究。

M okrousov G M等（俄羅斯，專利號：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太陽輻射并轉化成可見光，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：JP2003165967）研制出一種農用薄膜，包含100重量份樹脂和1～50重量份復合氫氧化鹽紅外吸收劑（A l2Li價陰離子，0≤m≤10、0.5≤x≤1、0.5≤y≤3.0。紅外吸收劑被高級脂肪酸、高級脂肪酸鹽、高級脂肪酸酯、磷酸、非離子表面活性劑、陽離子表面活性劑或偶合劑涂覆。該農膜還包括0.01～5重量份光穩(wěn)定劑、防霧劑等。

協(xié)和化學工業(yè)株式會社（專利號：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，在農用薄膜中顯示出優(yōu)異的光通過性。

2 轉光膜在園藝作物上應用的現(xiàn)狀

2.1 轉光膜在蔬菜上的應用

2.1.1 光照強度和透光率優(yōu)勢明顯 多功能轉光膜較普通無滴長壽膜在光照強度和透光率等方面的優(yōu)勢明顯。無論是晴天還是陰天，多功能轉光膜的透光率均明顯高于對照，增幅達4.59%～9.75%，但隨著使用時間的延長，兩種膜的透光率均呈下降趨勢。據(jù)呂敬剛報道，因多光膜改變了棚內光照強度與光質，故多光膜對番茄株高的增長有抑制作用，對莖粗的增長有促進作用，對韭菜增產作用顯著，增產幅度達30%以上。

2.1.2 增溫效應 多功能轉光膜較普通無滴長壽膜有明顯的增溫效應。有試驗表明，白天下午2∶00左右，多功能轉光膜內溫度比對照高1～1.5℃；夜晚該膜內最低溫度也比對照稍高。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，有利于保護蔬菜免受早春低溫冷害或凍害。轉光膜大棚的棚內溫度要稍高于普通膜大棚的棚內溫度，特別是當溫度較低時，轉光膜覆蓋的棚內氣溫、地溫分別比對照提高0.5～0.9℃和0.7～1.3℃。

2.1.3 提早上市 研究表明，轉光膜大棚栽培蔬菜可使成熟期提前，產量提高，且蔬菜的營養(yǎng)成分含量也有所提高。例如轉光膜栽培的黃瓜比普通大棚栽培的黃瓜提早4天上市，產量提高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 增產效果明顯 在番茄、茄子、黃瓜、青椒等蔬菜上的試驗表明，轉光膜對其有明顯的增產效果。與對照相比，應用轉光膜栽培番茄增產18.2%、茄子增產20.8%、黃瓜增產21.6%、青椒增產15.1%。以“四月慢”青菜和“蘇椒5號”為供試材料的試驗表明，與對照相比，多功能轉光膜均有不同程度地提高了產量，前茬“四月慢”青菜產量達2 853.5 kg/667 m2，比對照增產6.9%；后茬“蘇椒5號”辣椒產量達3 282.7 kg/667 m2，比對照增產7.9%。

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

2.2 轉光膜在果樹上的應用

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

2.3 轉光膜在花卉上的應用

目前，轉光膜在花卉上的應用國內還未見正式報道，俄羅斯有資料證明，轉光膜下種的玫瑰花可提前1個月開花，而且在冬季生火的大棚里花瓣也不焦邊。

3 轉光膜在園藝作物上應用的前景

3.1 我國與國外轉光膜應用的差距

我國對棚膜的研究開發(fā)起步較晚，且科技經費投入不足，因此在質量、品種、價格等方面與其他發(fā)達國家仍有較大差距。我國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個月，而日本產品均為5～6 年；我國的功能膜種類只有40種左右，日本卻多達300余種；專用棚膜在我國的研究還剛剛起步。

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

目前，發(fā)達國家以研制應用專用型棚膜為主，根據(jù)不同作物對光的需求分別采用不同的棚膜，因而培育的作物產量高、品質好。我國在這些方面還需加強研究，以改善我國大棚蔬菜“柿子不紅，茄子不紫”的情況。發(fā)達國家在發(fā)展工廠化農業(yè)進程中，已經研制出現(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，強度高，透光好，保溫性能強，使用壽命長達15～30年，同時還可以較容易地集成多種功能，如選擇轉光、防流滴、防霧等。我國主要還在普遍應用傳統(tǒng)塑料薄膜，使用壽命短，功能性差。

3.2 轉光膜在園藝作物上應用的前景

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

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