巧用太陽光

馮鎖榮是江蘇省金壇市儒林鎮的農民，以蔬菜種植為主要收入來源，他最大的心愿就是通過自己的辛勤勞動，把蔬菜種得好一些，多賣一些錢，但由于村里農民選用的作物品種都一樣，種植方法也差不多，馮鎖榮的努力成效和大家差不多。

2009年的一天，村里突然來了一位名叫周寧琳的老師，挨家挨戶推廣她研究的一種轉光農膜，說是能提高農作物的產量和品質。盡管她是南京師范大學化學教授，而且這種農膜還讓大家免費試用，但是，村民還是不買她的帳。

江蘇省金壇市儒林鎮政府調研員王庚生說，因為老百姓使用以前的農膜已經習慣了，對新型產品，心理上想接受，但又怕賠本。

這些年，農民遇到打著專家教授旗號推銷產品的事情不少，但是大都沒有明顯的效果，有人還把耕種時機耽誤了，影響了收成。因此，在沒有看到實際效果之前，農民都不愿冒風險。就在周寧琳教授要離開這里時，馮鎖榮卻主動找到周教授，要求試用這種轉光膜。

馮鎖榮說，一個棚可以省800元薄膜錢，就是虧，最多虧掉五六千。

按照周寧林教授的說法，這種轉光膜可以按照植物的需求轉化太陽光，農作物生長需要什么樣的光，農膜就把太陽光轉化成什么樣的光，促進植物光合作用的效率，而一旦植物的光合作用效率提高了，無論產量和品質都會得到提高，一個種植季馮鎖榮不用多投入一分錢，就可以增收好多錢。這樣的說法對于有著幾十年耕種經驗的馮鎖榮來講，近乎神話，農作物產量和品質的高低主要因素是品種，怎么還跟光合作用扯上了關系，農作物真的能夠像教授說的那樣，提高光合作用的效率嗎？（圖1）

南京大學生命科學學院教授李健宏說，光合作用，一般意義上就是綠色植物把光能通過它自身的一些生物化學反應，轉變成化學能，然后再把二氧化碳固定成糖類和其他的一些有機物，用于植物生長或者儲存的需要。

太陽光是地球上植物進行光合作用的主要光源，但是，并不是所有照射在植物上的太陽光都對植物生長有利，尤其是農作物更是如此，人們希望按照自身需求，改變它們的莖葉、果實的生長，就需要一些目的性更強的光照。

李健宏說，絕大多數光對生物是有意義的，但從光合作用效率來講，不同波長的光，效應是不一樣的。一些植物形態的形成、正常的生長發育，以及在各個不同生長生理階段，對光質的要求也不一樣。

太陽光可分為三個不同波段長度的光區，分別是波長290 nm～400 nm的紫外光區；400 nm～780 nm 的可見光區；以及780 nm～3 000 nm 的紅外光區。人們發現了太陽光波長與植物生長發育的一些規律。

南京師范大學副校長陳國祥說，并不是所有的光對光合作用都有效果，而是只有特定波長的光，也就是我們通常講的橙紅光或藍、紫光，對光合作用有效果，其他的光從光合作用的角度講，應該說是一些無效的光。

不僅如此，在太陽光中，一些光線還對植物生長有害，不利于農作物生長，會對植物產生抑制作用。

因此，多年來，科學家一直研究，通過什么樣的有效手段，在農作物生長過程中，將那些不利于農作物生長的太陽光線過濾掉，把有利于農作物高產的有益光線進行強化和放大。

李建宏說，很多科學家在研究怎樣利用農用薄膜改變作物生長的條件，通過不同方法和一些新技術，生產出不同性能的農用薄膜，通過光質的改變，溫度的改變使溫室生長條件更趨向于人類所期望的環境條件。

在這個過程中，他們想把一些特殊的轉光材料加進農膜里面，改變光質，營造人工小環境。

周寧琳說，轉光的機理，主要是因為太陽光中有不同波段的光，其中有一段是高能的紫外光，紫外光特別是短波對作物是有害的，我們這種技術就是把有害的紫外光，轉換成作物生長所需要的紅、藍、紫光等，來滿足作物生長光合作用的所需。

馮鎖榮用了轉光農膜后，效果怎樣呢？

為了做對比，馮鎖榮分別在轉光膜棚里和普通膜棚里種了相同品種的黃瓜和西紅柿，每天觀察兩個棚里農作物的長勢變化。

他提心吊膽持續觀察了幾個月的時間，終于看出了結果。

馮鎖榮說，果然效果不一樣，兩邊對比，轉光膜棚里的苗長得壯，葉面肥，光澤度好。（圖2）

更讓老馮驚喜的還在后面，到了4月中下旬，別的棚里的西紅柿還泛著青、黃瓜還沒長大時，老馮轉光膜棚里的西紅柿、黃瓜竟然都成熟了，比正常的果實早熟20多天，而且口感、賣相都優于以往。（圖3）

馮鎖榮說，我們金壇市所有鄉鎮的鎮長、技術站站長都來參觀，我給每個人5個番茄，他們吃后都說好。我在集市上賣得也很好。

這一次，馮鎖榮靠賣轉光膜棚里的西紅柿和黃瓜，比平時多收入5000多元。老馮靠農膜增收的事情給周圍的農民不小的刺激，在其他條件都一樣的情況下，只用了一下轉光膜，一畝地就多收這么多錢，周教授一下子成了村里的座上賓。

周教授的轉光膜是怎樣做到這些的呢？

通常藍、紫光能夠被葉綠素、類胡蘿卜素等強烈吸收，起到強光合作用，促進植物的莖葉生長，而紅橙光可促進植物的果實生長，黃、綠光則基本對植物沒有貢獻。但這只是一般意義而言，在藍、紫光或紅橙光區中，不同的作物還有其最佳的光線頻段，周寧琳教授在實驗室分別把各種農作物的葉子和果實進行光譜測定，然后根據農作物的特定光譜生產轉光劑，使轉光劑和植物所需要的光譜最大限度地匹配，充分發揮它對光合作用的促進功效。

當把具有轉光功能的制劑加入到普通農膜里，普通的農膜就具有神奇的轉光功能，可以根據不同農作物對光合作用的特定需求，訂單式地提供農作物所需要的色光，促進其生長發育。再次試用時，受到了農民的歡迎。

但是，這次規模化生產的轉光膜，農民試用不久，就發現了很多問題，在同一個大棚里，同一個品種的農作物長勢不均勻，有的提前結果了，有的才剛剛泛青，而且用一段時間效果就不明顯了。不僅如此，這種轉光農膜使用壽命特別短，原本一條農膜能使用一兩年，可是這種轉光膜半年左右就壞了。如果以后用錢買，成本會增加。當這個問題反映到周教授那里時，她也有些頭疼了。

周寧琳說，把一種合成的材料，摻雜在高分子材料里，存在分散不均勻的問題，會衰減比較快。

經過一番研究之后，周寧琳教授想到了納米技術，希望借助于這一神奇的技術解決這些問題。

周寧琳說，納米從它本身來說，是一個尺度，一般來說是10的負9次方米，滿足這樣的尺寸它才是納米尺寸，如果提升到納米材料，首先必須滿足納米尺寸，第二必須對材料的性質有很大的改變。

納米是近年來人類探索認識微觀物質世界的又一個具有里程碑意義的科學進展，20世紀80年代，兩位科學家在瑞士第一次通過掃描隧道顯微鏡看見了原子，從而獲得了諾貝爾物理學獎。之后，又通過隧道探針實現了自由挪移原子的科學夢想，在納米技術的不斷研究中，科學家還發現物質在1～100納米這一尺度內，性能會發生神奇的改變。

周寧琳說，它會有一些特殊的性能表現出來，比如它的光、電、磁、熱等，會在這些性能上發生突變，因為任何材料小到某一尺寸后，由于它的一些表面效應、量子效應和體積效應，就會造成性能的變化。

怎樣才能利用納米材料的特性，把轉光劑均勻分布在農膜中呢？在研究過程中，周寧琳發現了一種黏土具有層狀的結構，當通過化學制備的方法把它與轉光劑做成納米材料后，就給轉光劑均勻分布在農膜中間建立了渠道。（圖4）

周寧琳說，在吹塑過程中，原來聚集在一起的片層就會解離成一片一片的，每片上都會帶轉光劑，均勻分散。

通過電子顯微鏡可以看到納米轉光劑均勻分散在農膜里。不僅如此，由于分散均勻，加上納米材料的一些神奇特性，新一代納米轉光農膜在抗拉伸性、耐老化等方面也比以前有了很大的提高，再次投入使用時，不僅產品單產比普通農膜大棚提高了30%，口感好，營養豐富，而且農膜使用壽命達到3年以上。

圖1 周寧琳教授介紹轉光膜的作用

圖2 轉光膜棚里的黃瓜長勢旺盛

圖3 轉光膜棚里的西紅柿比正常果實早熟

圖4 納米轉光劑均勻分散在農膜里