摘要：轉(zhuǎn)光膜是一種可以轉(zhuǎn)換光質(zhì)，并且把吸收的太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換成植物光合作用所需光的功能性農(nóng)膜。以意大利生菜為試驗(yàn)材料，在日光溫室條件下進(jìn)行了轉(zhuǎn)光膜和普通膜對(duì)照試驗(yàn)，研究轉(zhuǎn)光膜對(duì)溫室環(huán)境、土壤環(huán)境以及生菜生長(zhǎng)發(fā)育的影響，以期為轉(zhuǎn)光膜在農(nóng)業(yè)發(fā)展上提供參考依據(jù)。結(jié)果表明：轉(zhuǎn)光膜有效提升了溫室環(huán)境參數(shù)，在整個(gè)生育期內(nèi)，轉(zhuǎn)光膜溫室的平均空氣溫度、平均光照強(qiáng)度、平均CO2濃度以及土壤溫度較普通膜溫室分別提高了2.10%、3.79%、31.73%和3.32%。對(duì)于作物生長(zhǎng)來說，轉(zhuǎn)光膜溫室下生菜的株高、葉長(zhǎng)和SPAD較普通膜溫室分別提高了3.55%、2.55%和2.42%，生菜平均公頃增產(chǎn)8.54%。整體來看，在轉(zhuǎn)光膜的使用下，溫室的空氣、光照及土壤環(huán)境參數(shù)有所提升，進(jìn)一步促進(jìn)了生菜生長(zhǎng)形態(tài)和產(chǎn)量形成。

　　關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)光膜;溫室環(huán)境;土壤溫度;作物生長(zhǎng)形態(tài)

　　我國(guó)是世界人口大國(guó)，棚膜溫室是農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要生產(chǎn)模式之一。我國(guó)農(nóng)用薄膜使用量位居世界前列，但是年產(chǎn)量與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍存在差距。與此同時(shí)使用轉(zhuǎn)光膜提高溫室產(chǎn)量，改善作物品質(zhì)是現(xiàn)代新型農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要舉措之一。轉(zhuǎn)光膜是一類可轉(zhuǎn)換光波波長(zhǎng)的功能膜，它可將某些對(duì)植物有害以及不能引發(fā)植物光合作用的光轉(zhuǎn)化為可引發(fā)植物光合作用的光[1]。

　　有研究表明，轉(zhuǎn)光膜能把陽(yáng)光從高能短波轉(zhuǎn)化為低能長(zhǎng)波和介質(zhì)波來提高溫室的溫度，提高光合效率，縮短生長(zhǎng)周期，提高農(nóng)作物的質(zhì)量[2-5]。目前，通過熔融 插層法制備了具有光轉(zhuǎn)換功能的納米聚乙烯薄膜，用XRD、UV-Vis、FL、TGA等方法對(duì)轉(zhuǎn)光膜的性能進(jìn)行了分析研究，結(jié)果表明新型納米轉(zhuǎn)光膜能有效地吸收對(duì)植物有害、對(duì)溫室棚膜有破壞作用的206～360nm的紫外光，發(fā)射360～500nm的藍(lán)紫光，且其具有良好的抗熒光衰減性能[6]。

　　但是李紅玫等[7]研究表明，轉(zhuǎn)光膜對(duì)甘藍(lán)霜霉病和蚜蟲的發(fā)生未表現(xiàn)出明顯的控制作用。劉雙清等[8]研究也表明，轉(zhuǎn)光膜對(duì)萵苣霜霉病的防治作用不明顯。近年來蔬菜種植面積逐年增加，種植種類越來越多，但由于不同的蔬菜對(duì)溫光的要求存在較大的差異，因此，為了進(jìn)一步研究轉(zhuǎn)光膜的特性和效果，該研究以意大利生菜為試驗(yàn)對(duì)象，對(duì)轉(zhuǎn)光膜和普通膜進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，系統(tǒng)研究轉(zhuǎn)光膜對(duì)生菜生長(zhǎng)的環(huán)境、土壤和生長(zhǎng)形態(tài)等因素的影響，以期為進(jìn)一步研究轉(zhuǎn)光膜對(duì)作物的生長(zhǎng)提供參考依據(jù)。

　　1材料與方法

　　1.1試驗(yàn)材料

　　試驗(yàn)于2019年9—11月在北京市昌平區(qū)國(guó)家精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)示范基地日光溫室內(nèi)進(jìn)行。溫室規(guī)格為長(zhǎng)度40.0m、跨度6.5m、高度3.0m。

　　2個(gè)溫室棚膜分別使用轉(zhuǎn)光膜與普通棚膜。試驗(yàn)所用的轉(zhuǎn)光膜是稀土轉(zhuǎn)光材料薄膜，該薄膜是以PVC為載體，加入一定比例的稀土轉(zhuǎn)光農(nóng)膜熒光粉制成薄膜，當(dāng)陽(yáng)光照射時(shí)，陽(yáng)光中的紫外線(會(huì)損傷植物組織)和綠光(會(huì)被植物反射而損失)被稀土轉(zhuǎn)光材料吸收轉(zhuǎn)換，釋放出對(duì)植物生長(zhǎng)有利的藍(lán)光和紅光，使棚內(nèi)的藍(lán)色和紅色光譜成分增加，提高了光能利用率。供試對(duì)象為意大利生菜(LactucasativaL.)，使用地下水進(jìn)行灌溉。

　　1.2試驗(yàn)方法

　　試驗(yàn)設(shè)置2個(gè)處理，一個(gè)溫室使用轉(zhuǎn)光膜，另一個(gè)溫室使用普通膜，2個(gè)溫室種植、田間管理、水肥模式均一致。每個(gè)溫室種植24壟生菜，每壟種植2行，采用滴灌灌溉，每行生菜布設(shè)一條滴灌帶。滴灌系統(tǒng)首部由封閉水桶、逆止閥、閘閥等控制設(shè)備和水表、壓力表等計(jì)量設(shè)備組成，整個(gè)滴灌系統(tǒng)設(shè)置2級(jí)過濾，分別為網(wǎng)式過濾器和疊片式過濾器，滴灌系統(tǒng)運(yùn)行壓力為0.1MPa。2019年9月18日定植，生菜定植第55天時(shí)收獲，收獲后測(cè)定生菜產(chǎn)量。

　　1.3項(xiàng)目測(cè)定

　　1.3.1溫室環(huán)境參數(shù)的測(cè)定由自動(dòng)氣象站觀測(cè)空氣溫度、光照強(qiáng)度、空氣濕度等環(huán)境因子的變化。

　　1.3.2土壤參數(shù)的測(cè)定基于埋設(shè)的土壤傳感器(美國(guó)Decagon，EC-5土壤水分傳感器)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤溫度變化情況。

　　1.3.3作物生長(zhǎng)參數(shù)的測(cè)定定株測(cè)量生菜生長(zhǎng)指標(biāo)，每個(gè)處理選取6株，每7d用直尺測(cè)量生菜株高(莖基部到最高點(diǎn)距離)、葉長(zhǎng)、葉寬，葉長(zhǎng)和葉寬所測(cè)葉片為植株最大葉片。生菜收獲后，每個(gè)溫室測(cè)定2壟生菜的地上部鮮質(zhì)量及株數(shù)，得到平均單株質(zhì)量，計(jì)量每個(gè)溫室的生菜總株數(shù)，得出總產(chǎn)量。1.4數(shù)據(jù)分析采用MicrosoftExcel2010軟件處理數(shù)據(jù)，采 用Origin2017軟件繪制圖表，采用SPSS23軟件統(tǒng)計(jì)分析。

　　2結(jié)果與分析

　　2.1轉(zhuǎn)光膜對(duì)溫室環(huán)境的影響

　　2.1.1轉(zhuǎn)光膜對(duì)空氣溫度的影響

　　整個(gè)生育期內(nèi)，轉(zhuǎn)光膜溫室和普通膜溫室的溫度隨著月增長(zhǎng)逐漸降低，在1d的變化內(nèi)，最高溫度出現(xiàn)在13：00—15：00，最低溫度出現(xiàn)在05：00—07：00。轉(zhuǎn)光膜溫室和普通膜溫室的平均空氣溫度存在顯著性差異，溫室利用轉(zhuǎn)光膜后平均溫度在9—11月分別提高了1.63%、2.16%和2.68%。此外，生育期內(nèi)轉(zhuǎn)光膜溫室的空氣最高溫度和最低溫度較普通膜溫室也存在極顯著差異，最高溫度分別提高了2.99%、0.30%和1.83%，最低溫度分別提高了3.38%、0.61%和1.58%，表明轉(zhuǎn)光膜可有效提高溫室溫度。

　　2.1.2轉(zhuǎn)光膜對(duì)溫室空氣濕度的影響

　　生育期內(nèi)日光溫室空氣濕度隨著月數(shù)增加逐漸增加，在1d中呈劇烈變化過程，最高濕度出現(xiàn)在06：00—08：00，最低濕度出現(xiàn)在13：00—15：00。由表3可知，在9—11月中，轉(zhuǎn)光膜溫室的平均濕度與普通膜溫室相比，分別降低了5.25%、2.69%和0.67%，9月和10月的平均空氣濕度差異極顯著，11月差異不顯著。9月和10月的轉(zhuǎn)光膜溫室最高空氣濕度較普通膜溫室降低了2.09%和0.82%，11月轉(zhuǎn)光膜溫室較普通膜溫室提高了2.09%。

　　9月和10月中，轉(zhuǎn)光膜溫室最低空氣濕度較普通膜溫室提高了2.09%和0.52%，在11月轉(zhuǎn)光膜溫室較普通膜溫室降低了0.74%。生菜結(jié)球后期要求較低的空氣濕度，若空氣濕度較高，則極易引起軟腐病、菌核病等病害發(fā)生。轉(zhuǎn)光膜溫室和普通膜溫室的空氣濕度差異極顯著，有效的減少了病蟲害的產(chǎn)生。

　　2.2轉(zhuǎn)光膜對(duì)土壤溫度的影響

　　轉(zhuǎn)光膜對(duì)土壤溫度的影響較顯著。整個(gè)生育期內(nèi)，轉(zhuǎn)光膜日光溫室和普通膜日光溫室的土壤溫度全天變化較大，轉(zhuǎn)光膜溫室最高土壤溫度和最低土壤溫度較普通膜溫度差異極顯著。其中，9月棚膜溫室間平均土壤溫度差異極顯著，10月和11月差異均不顯著。轉(zhuǎn)光膜溫室的平均土壤溫度、最高土壤溫度和最低土壤溫度均明顯高于普通膜溫室，而且最高土壤溫度出現(xiàn)在9月。

　　在1d之內(nèi)，最高溫度出現(xiàn)在15：00—18：00，最低溫度出現(xiàn)在05：00—08：00。在9—11月中，轉(zhuǎn)光膜溫室的平均土壤溫度較普通膜溫室分別提高了7.48%、1.78%和1.58%。轉(zhuǎn)光膜溫室的最高土壤溫度較普通膜溫室分別提高了9.31%、2.19%和1.70%，最低土壤溫度分別提高了3.60%、3.08%和6.66%。3討論轉(zhuǎn)光膜具有對(duì)溫室環(huán)境參數(shù)的調(diào)控效果。該研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)光膜溫室的空氣溫度、光照強(qiáng)度較普通膜溫室有很大的提高。唐顥等[9]研究結(jié)果表明，轉(zhuǎn)光膜的保溫效果稍優(yōu)于普通膜。

　　王玉霞等[10]研究結(jié)果表明，轉(zhuǎn)光膜的透光率較高，增溫效果較好，同時(shí)具有調(diào)節(jié)棚內(nèi)溫度的作用，這與該研究結(jié)果類似。這是因?yàn)檗D(zhuǎn)光膜能夠吸收高能量的紫外光和綠黃光，發(fā)射低能量的藍(lán)紫光和紅橙光，將太陽(yáng)光中能量相對(duì)較大的紫外線轉(zhuǎn)換成能量較小的光，能量差以熱的形式釋放出來，提高了塑棚溫室的升溫速度、升降溫速比和積溫，形成有利于植物光合作用的可見光，改善了低溫寡照天氣對(duì)光合作用的影響[11]。

　　此外，該研究發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)光膜溫室可以顯著提高溫室內(nèi)的CO2濃度。這是由于轉(zhuǎn)光膜能在保留普通農(nóng)膜基本性能的基礎(chǔ)上，按照植物生長(zhǎng)需要將太陽(yáng)光中對(duì)植物光合作用有害或無用的紫外光、綠光轉(zhuǎn)化為光合作用所需的紅光或藍(lán)光，增加了棚內(nèi)紅光和藍(lán)光的比例，葉綠體色素對(duì)紅光和藍(lán)光都有很好的吸收，增加了呼吸速率，提高了CO2濃度[12-13]。

　　土壤溫度對(duì)根系的影響很大，其影響根系的生長(zhǎng)、呼吸和吸收能力。李文秀等[14]研究結(jié)果表明轉(zhuǎn)光膜可改善溫室大棚內(nèi)光照條件，有效提高空氣溫度和土壤溫度。這與該研究結(jié)果類似。對(duì)大多數(shù)植物來說，隨著土壤溫度增高，生長(zhǎng)也加快，根系吸收作用和呼吸作用加強(qiáng)，物質(zhì)運(yùn)輸加快，因而細(xì)胞分裂和伸長(zhǎng)的速度也隨之而增，間接影響植物的生長(zhǎng)。轉(zhuǎn)光膜可將太陽(yáng)光中的高能短波轉(zhuǎn)換成低能量級(jí)長(zhǎng)波和中長(zhǎng)波，調(diào)整太陽(yáng)光譜，將對(duì)作物光合作用不利的紫外光等轉(zhuǎn)換成作物需要的藍(lán)紫光和紅橙光。地面只能以紅外波段向外釋放熱量，轉(zhuǎn)光膜可以有效反射這部分紅外波段的能量，提高土壤的溫度。

　　材料論文投稿刊物：《功能材料》(Journal of Functional Materials)——材料專業(yè)類學(xué)術(shù)期刊，1970年創(chuàng)刊，由重慶材料研究院主管、主辦，目前為月刊，平均發(fā)表周期約5個(gè)月。主要報(bào)道功能材料科學(xué)與工程各領(lǐng)域最新成果的原始論文和研究報(bào)告以及新材料、新技術(shù)的進(jìn)展綜合論述。辦刊宗旨：反映我國(guó)功能材料各領(lǐng)域中的最新科學(xué)技術(shù)成果，報(bào)道功能材料研究論文與綜合論述，推動(dòng)材料科技進(jìn)步與推廣應(yīng)用，增進(jìn)國(guó)內(nèi)外材料科學(xué)與工程領(lǐng)域的學(xué)術(shù)交流，為發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和培養(yǎng)人才服務(wù)。

　　4結(jié)論

　　溫室內(nèi)濕度、溫度、光照強(qiáng)度、CO2濃度等各種要素共同作用影響生菜的生長(zhǎng)發(fā)育。轉(zhuǎn)光膜溫室空氣溫度、光照強(qiáng)度、CO2濃度和土壤溫度對(duì)生菜影響較普通膜均有顯著提高，與普通膜相比，應(yīng)用轉(zhuǎn)光膜溫室的株高、葉長(zhǎng)、SPAD和平均單株質(zhì)量分別提高了3.55%、2.55%、2.42%和8.54%，促進(jìn)了作物的生長(zhǎng)，最終提高了生菜的產(chǎn)量，較普通膜增產(chǎn)8.54%。轉(zhuǎn)光膜作為一種改性材料在溫室生菜的栽培上應(yīng)有具有提高光能利用效率促進(jìn)作物生產(chǎn)的有益作用。

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　　作者：高海榮1，2，吳勇3，陳廣峰3，張鐘莉莉2，孔婧祎2，郭瑞2