现代设施农业中的覆盖材料种类和性能

2024-04-17 理论教育版权反馈

【摘要】：目前，覆盖材料的种类繁多，除玻璃外，还有各种塑料薄膜、有机树脂板、防虫网、遮阳网等，覆盖材料的功能也从传统的保温功能延伸到减少病虫害发生、提高品质等多功能上。除目前普遍使用的长寿无滴膜以外，还开发了转光膜、有色膜、病虫害忌避膜等覆盖材料。

三、覆盖材料的种类和性能

近年来，我国的设施园艺有了非常迅速的发展，这在很大程度上同化学工业特别是塑料薄膜工业的发展着很大的关系。目前，覆盖材料的种类繁多，除玻璃外，还有各种塑料薄膜、有机树脂板、防虫网、遮阳网等，覆盖材料的功能也从传统的保温功能延伸到减少病虫害发生、提高品质等多功能上。

1.塑料薄膜

塑料薄膜具有质地轻、价格较低、性能优良、使用和运输方便等优点，因而成为我国目前设施农业中使用面积最大的覆盖材料。按其母料进行分类，目前我国使用的农用薄膜主要可分为聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)和最近开发出的乙烯-醋酸乙烯(EVA)多功能复合膜等三大类。

(1)聚氯乙烯(PVC)薄膜以聚氯乙烯树脂为主原料加入适量的增塑剂(增加其柔性)制作而成，同时许多产品还添加光稳定剂、紫外线吸收剂以提高耐候性，添加表面活性剂以提高防雾效果。因此，聚氯乙烯薄膜种类繁多，功能丰富，目前已成为我国使用最普遍的薄膜之一。

聚氯乙烯薄膜的缺点是容易发生增塑剂缓慢释放以及吸尘现象，使得聚氯乙烯薄膜透光率下降迅速，缩短了使用年限。

表2-1　各种薄膜对近紫外线的透过特性及其适用范围

(2)聚乙烯(PE)薄膜由低密度聚乙烯(LDPE)树脂或线型低密度聚乙烯(LLDPE)树脂吹制而成，除作为地膜使用外，也广泛作为外覆盖和保温多重覆盖使用。与聚氯乙烯薄膜相比，聚乙烯薄膜具有比重轻(0.95，PVC为1.41)、幅度大和覆盖比较容易的优点。另外，聚乙烯薄膜还具有吸尘少、无增塑剂释放等特点，使用一段时间后的透光率下降要比聚氯乙烯薄膜低。但聚乙烯薄膜对紫外线的吸收率较聚氯乙烯薄膜要高，容易引起聚合物的光氧化而加速薄膜的老化，因此，大多聚乙烯薄膜的使用寿命要比聚氯乙烯薄膜短。

(3)乙烯-醋酸乙烯(EVA)多功能复合薄膜以乙烯-醋酸乙烯共聚物为主原料添加紫外线吸收剂、保温剂和防雾滴助剂等制造而成的多层复合薄膜。其外表层一般以LLDPE、LDPE或EVA树脂为主，添加耐候、防尘等助剂，使其具有较强的耐候性，并可阻止防雾滴剂等的渗出；在中层和内层以不同的VA含量的EVA为主并添加保温和防雾滴剂，以提高其保温性能和防雾滴性能。因此，乙烯-醋酸乙烯复合膜具有质轻，使用寿命长(3～5年)、透明度高、防雾滴剂渗出率低等特点。EVA膜的红外线区域的透过率介于聚氯乙烯薄膜和聚乙烯薄膜之间，故保温性显著高于聚乙烯薄膜，夜间的温度一般要比普通聚乙烯薄膜高出2～3℃，对光合有效辐射的透过率也高于聚乙烯薄膜与聚氯乙烯薄膜。因此，乙烯-醋酸乙烯复合膜既克服了聚乙烯薄膜无滴持效期短和保温性差的缺点，也克服了聚乙烯薄膜比重大、幅窄、易吸尘和耐候性差的缺点，具有很好的应用前景。

2.半硬质塑料膜与硬质塑料板

(1)半硬质膜目前，国外使用的半硬质膜主要有半硬质聚酯膜(PET)和氟素膜(ETFE)。半硬质膜的厚度为0.150～0.165mm，其表面经耐候性处理，具有4～10年的使用寿命，不同产品对紫外线的透过率显著不同，防雾滴效果同PVC薄膜相似。氟素膜以乙烯-四氟乙烯树脂为母料制作而成，对可见光和紫外线均具有较强的透过率，经数年使用后可见光透过率仍保持较高水平。氟素膜的使用寿命一般为10～15年，期间每隔数年需进行防雾滴剂喷涂处理，以保持防雾滴效果。该类型薄膜由于燃烧时会产生有害气体，回收后需由厂家进行专业处理。

(2)硬质塑料板近年来，随着化学工业的发展，硬质塑料板在设施中的使用量有所增加。硬质塑料板有平板和波纹板之分，其厚度大多为0.8mm左右，以往大多以PVC、FRP(玻璃纤维增强聚酯)板和FRA(玻璃纤维增强聚丙烯树脂)板较多，但由于前二者使用一定时间后易发生变色，目前大多以FRA、MMA(丙烯树脂)板和PC(聚碳酸酯树脂)板为多。硬质塑料板不仅具有较长的使用寿命(其中FRA为7～10年，MMA和PC为10～15年)，而且对可见光也具有较好的通透性，一般可达90%以上，但对紫外线的通透性则因种类而异，其中PC板几乎可完全阻止紫外线的通过，因此，不适合用于需要由昆虫来促进授粉受精和那些含较多花青素的作物。目前，由于塑料硬板的价格较高，使用面积有限。

3.玻璃

玻璃是薄膜普及之前使用最多的覆盖材料，普通玻璃的可见光透过率为90%左右，对2500纳米以内的近红外线具有较强的透过率，对330～380纳米的近紫外线有80%左右的透过率，而对300纳米以下的紫外线则有阻隔作用。由于玻璃可吸收几乎所有的红外线，夜间的长波辐射所引起的热损失很少。另外，玻璃具有使用寿命长(20年以上)、耐候性好、防尘和防腐蚀性好等优点，因此，玻璃是一种良好的覆盖材料。但由于玻璃的比重大(2.5g/cm³)，对支架的坚固性要求较高，而且易破损，因而限制了其推广应用。(www.chuimin.cn)

近年来，国外一些厂家开发出热射线吸收玻璃、热射线发射玻璃以及热敏和光敏玻璃等多功能玻璃。热射线吸收玻璃是在玻璃原料中加入铁和钾等金属氧化物，以吸收太阳光中的近红外线，由于目前此类产品大多为蓝、灰和棕色等，因此，可见光透过率比普通玻璃要低。热反射玻璃则采用双层玻璃并在两层玻璃之间填充热吸收物质以达到降低栽培环境温度的目的，但由于它也在一定程度上吸收了可见光，因此还很难在设施中应用。除此之外，国外一些厂家还开发了一些根据温度或光线强度变化而发生颜色变化的热敏和光敏玻璃，虽然在设施上也有一定的应用前景，但由于性能和价格上的原因，目前还未能在生产上应用。

4.新型多功能覆盖材料

随着科学技术的发展，透明覆盖材料的种类也越来越多。除目前普遍使用的长寿无滴膜以外，还开发了转光膜、有色膜、病虫害忌避膜等覆盖材料。这类薄膜大多处于开发研究阶段，尚未达到大面积应用水平。

(1)漫反射薄膜漫反射薄膜通过在聚乙烯等母料中添加调光物质，使直射光进入大棚后形成更均匀的散射光，作物受光均匀，设施中的温度变化减少，可促进植物的光合作用。

(2)转光膜转光膜通过在聚乙烯等母料中添加光转换物质和助剂，使太阳光中的能量相对较大的紫外线转换成能量较小有利于植物光合作用的可见光。许多试验表明，转光膜还具有较普通薄膜更优越的保温性能，可提高设施中的温度。

(3)有色膜有色膜通过在母料中添加一定的颜料以改变设施中的光环境，创造更适合光合作用的光谱，从而达到促进植物生长的目的。这方面虽然有很多的研究，但由于效果不稳定，加上使用有色膜后降低了光透过率，限制了有色膜在生产上的使用。目前，利用蓝色膜进行水稻育苗方面相对比较成功。

(4)红光/远红光(R/FR)转换膜R/FR转换膜主要通过添加红光或远红光的吸收物质来改变红光和远红光的光量子比率，从而改变植株特别是茎的生长。R/FR越小，茎节间长度越长，可利用这类薄膜在一定程度上调节植株的高度。

(5)光敏薄膜通过添加银化合物，使本来无色的薄膜在超过一定光强后变成黄色或橙色等有色薄膜，从而减轻高温强光对植物生长的危害。

(6)红外线反射薄膜红外线反射薄膜通过在PE薄膜中添加SnO₂等金属氧化物，可解决夏季的高温问题。

(7)近红外线吸收薄膜近红外线吸收薄膜通过在PVC、PET、PC和PMMA等薄膜中添加近红外线吸收物质，从而可以减少光照强度和降低设施中的温度，但这类薄膜只适合高温季节使用，而不适合冬季或寡日照地区使用。

(8)温敏薄膜温敏薄膜利用高分子感温化合物在不同温度下的变浊原理以减少设施中的光照强度，降低设施中的温度。温敏薄膜是解决夏季高温替代遮阳网等材料的重要技术，因此，许多国家正在积极研究开发。

(9)病虫害忌避膜病虫害忌避膜除通过改变紫外线透过率和改变光反射和光扩散来改变光环境外，还可通过在母料中加入或在薄膜表面粘涂杀虫剂和昆虫性激素，从而达到病虫害忌避的目的。

(10)自然降解膜自然降解膜主要通过微生物合成、化学合成以及利用淀粉等天然化合物制造而成，能在土壤微生物的作用下分解成二氧化碳和水等，从而减少普通地膜所造成的环境污染。

现代设施农业中的覆盖材料种类和性能

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