內蒙古赤峰市稀土轉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

(內蒙古自治區冶金研究院(內蒙古自治區冶金產品質量檢驗所)，內蒙古 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活14億人口是我國政府關注的焦點問題之一。目前，設施農業的主要模式之一是各種類型的溫室大棚，這也是我國農業正在大力推進的“種子、生物、溫室、綠色”四大工程中的一項重要內容提要。我國農用薄膜用量位居世界前列，但在品種上、質量上較世界發達國家都存在著相當大的差距。光照的質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環境，成為現代農業的主要研究課題或研究方向。

本項目研發的稀土材料轉光膜是一種通過添加稀土轉光材料來實現光轉換的設施農業棚膜，它能將對作物有害的紫外光轉換成對作物有益的藍光和紅光，通過改變透過膜的光質，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，加快發育過程，生長周期縮短，作物產量明顯提升，果實中總糖、維生素C和可溶性固形物等營養成分明顯增加，而且全程沒有使用電能，起到了節能環保的作用。

基于內蒙古自治區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，筆者重點研究開發出東部赤峰市的稀土轉光材料薄膜，適應本地區設施農業發展。如若稀土轉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，棚內紫外線強度2.27mW/cm2，棚內一天內溫度范圍為：8℃～32℃。根據西紅柿“莎麗”(品種)的生長特點調整稀土雙反轉光薄膜添加稀土轉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，紅色稀土轉光材料(Y2O3/Y2O2S:Eu3+)與藍色稀土轉光材料(CaAl2O4∶Eu2+，Nd3+)的比例為1∶1，由于內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、藍色稀土轉光材料母粒0.25kg、紅色稀土轉光材料母粒0.25kg、無滴劑13.35kg、抗氧化劑2.67kg、光穩定劑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絲的稀土雙反轉光膜。

1.2 赤峰市稀土雙反轉光薄膜的應用

課題組為農戶免費提供稀土雙反膜，以稀土雙反轉光膜與農戶普通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業溫室大棚。每個溫室大棚長160m，跨度9m，面積為1 440m2。每個棚內西紅柿南北向順序，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日一家農戶分別在稀土雙反膜棚、普通膜棚內種植西紅柿“莎麗”，每個棚內種植110壟，每壟30棵。課題組對西紅柿的生長做了簡單的跟蹤，僅對農戶提供的最終產量，成熟周期數據進行了對比，并對西紅柿的營養成分做了檢測。

1.2.1 稀土轉光膜對西紅柿產量影響。2021年春茬，據農戶反饋，稀土雙反膜棚內的西紅柿長勢明顯好于普通膜，統計最終收獲時西紅柿的產量，見表1。根據株、行距，計算每1 440m2定植株數，統計一行內的坐果數，計算平均單株結果數，采收一行內的果實稱重，計算平均單果重，縮值系數取0.95，產量按下列公式計算：

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

表1 稀土雙反膜/普通膜對西紅柿產量的影響

表2 稀土雙反膜/普通膜春茬西紅柿成熟周期對比

經過表1統計，普通膜內西紅柿春茬的產量為9 616.5kg，稀土雙反膜西紅柿的產量為11 384.9kg。與普通膜相比，稀土雙反膜西紅柿產量增加了18.39%。

1.2.2 稀土轉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、普通膜內西紅柿成熟周期分別為117d、106d，與普通膜相比，稀土雙反膜內西紅柿成熟周期縮短了11d。由以上數據可以看出，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使用。

1.2.3 稀土轉光膜對西紅柿營養成分影響。課題組通過內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成分及農藥殘留物進行了檢測，稀土雙反膜內西紅柿蛋白質含量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物質。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偏高，這與該膜下紅、藍光質的顯著增加使光合產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/普通膜西紅柿營養成分分析

1.2.4 經濟效益分析。以上述農戶提供數據為依據，計算具體經濟效益。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量約為11 384.9kg，春茬批發價為6元/kg，銷售額為：68 309.4元。普通膜成熟期有效銷售產量約為9 616.5kg，春茬批發價為5.6元/kg，銷售額為：53 852.4元。

增加直接經濟效益：14 457元，具體增加指標，見表4。

表4 各增加指標

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

2 結論

筆者在內蒙古自治區赤峰市喀喇沁旗做稀土材料雙反轉光膜的試驗應用，得到當地農戶的一致好評。經過課題組對比試驗研究發現稀土材料轉光膜處理的西紅柿“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18.39%、品質好(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%)、經濟效益增加了31.67%。

項目研發的紅色/藍色稀土轉光材料除了與作物最佳生長作用光譜相匹配外，還具有高穩定性、無放射性、低成本等優良性能。其作為一種無毒無污染的綠色光源材料，調控設施農業棚內光環境，在能源日益緊張的當今社會，節能降耗與內蒙古特色的科技創新之路相吻合，有望為農業高質量發展產生良好的生態效益及社會效益。