王蕊+楊小龍+馬健+須暉+李天來

（沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，沈陽110866）

溫室透光覆蓋材料的種類

溫室透光覆蓋材料主要為玻璃、塑料薄膜（軟質(zhì)和硬質(zhì)）和硬質(zhì)塑料板。玻璃一般采用普通平板玻璃或者浮法玻璃；常用的塑料薄膜包括聚乙烯（PE）膜、乙烯-醋酸乙烯（EVA）膜、聚氯乙烯（PVC）膜和聚烯烴（PO）膜；常用的硬質(zhì)塑料板主要是聚碳酸酯（PC）板，包括中空板和波浪板。

玻璃

玻璃是一種透光、保溫、防霧滴、耐久性能均較為理想的覆蓋材料，結(jié)構(gòu)系數(shù)可靠，使用壽命長達(dá)25年。玻璃溫室光照條件好、室內(nèi)作業(yè)空間大、使用時(shí)間長，適宜規(guī)?；N植，在大多數(shù)地處寒冷氣候的歐美國家，玻璃仍然是常用的溫室透光覆蓋材料。按加工方法分為普通平板玻璃和浮法玻璃，在溫室中經(jīng)常選用4 mm和5 mm厚度兩種規(guī)格。浮法玻璃由于具有表面平滑、光學(xué)畸變小、質(zhì)量好、尺寸可調(diào)范圍較大等優(yōu)點(diǎn)，在溫室建造上得到了廣泛應(yīng)用。但玻璃密度大，對(duì)骨架承重要求較高，建造和維修難度大，在建造時(shí)受到加工尺寸和承重能力的限制，玻璃溫室較高的造價(jià)也限制了其在生產(chǎn)中的應(yīng)用。在雨雪過后，玻璃表面易沾染粉塵，應(yīng)及時(shí)清洗以增加透光性。此外，玻璃的抗拉性、抗沖擊性能差，易碎，對(duì)冰雹等惡劣的自然災(zāi)害抵抗性較差，破損時(shí)容易對(duì)操作人員和作物造成較嚴(yán)重的傷害。

軟質(zhì)塑料膜

溫室的大面積推廣歸功于塑料薄膜在農(nóng)業(yè)上的成功應(yīng)用。軟質(zhì)塑料薄膜是現(xiàn)階段進(jìn)行設(shè)施園藝生產(chǎn)所選擇和使用最為廣泛的覆蓋材料，具有質(zhì)地輕柔、性能優(yōu)良、品種多、用途廣泛、透光率高、價(jià)格便宜、實(shí)用性強(qiáng)、黏合、鋪張、裝卸及相關(guān)配套設(shè)備操作簡單等優(yōu)點(diǎn)。將軟質(zhì)塑料薄膜作為溫室覆蓋材料能夠防御或減輕自然災(zāi)害對(duì)作物的威脅，提高溫室大棚運(yùn)行效率，獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益。生產(chǎn)上應(yīng)用的塑料薄膜主要有PVC膜、PE膜、EVA膜和PO膜等，目前最好的覆蓋材料為乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE）膜、耐高溫聚酯（PET）膜和PO膜，與EVA膜相比，PO膜的平均透光率高出15.8%[1-2]，作物產(chǎn)量也相應(yīng)增加。根據(jù)常用的幾種塑料薄膜的熱學(xué)特性，溫室秋冬茬或冬春茬蔬菜生產(chǎn)中以選用PVC無滴膜、PO膜或EVA膜為最優(yōu)。軟質(zhì)塑料薄膜因所用樹脂和助劑的種類、數(shù)量、質(zhì)量、厚薄、均勻程度及制造工藝的不同，其透光性能、機(jī)械性能、耐候性能等有很大差別，對(duì)于軟質(zhì)塑料薄膜的強(qiáng)度低、穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)也必須在安裝及使用中給予足夠的重視，在生產(chǎn)應(yīng)用中也應(yīng)做好棚膜的防塵、修補(bǔ)及防火工作。

硬質(zhì)塑料板和塑料膜

硬質(zhì)塑料板能改善溫室的受力狀況，承受更大的雨雪荷載，提高溫室的安全性，其抗沖擊性能優(yōu)異，且具有良好的抗彎曲強(qiáng)度，能夠適用于各種結(jié)構(gòu)形式的溫室。早期用于溫室透光的硬質(zhì)塑料板包括聚氯乙烯（PVC）板、玻璃鋼板（GRP）等，由于耐候性能欠佳，近幾年來已基本全部改為PC板。PC板具有均衡的機(jī)械性能和良好的保溫性，外觀整齊美觀，但PC板透光率衰減較快、易附著灰塵且清除困難，價(jià)格也較昂貴，目前在一些高檔花卉溫室或展示性溫室應(yīng)用較多[4]。市場上開發(fā)生產(chǎn)的PC板有平板、波浪板和多層中空板3種類型，平板厚0.7～

1.22 mm，波浪板覆蓋的溫室內(nèi)光照比較均勻，平均透光率略有提高，雙層或三層聚碳酸酯中空板厚3～16 mm，具有良好的保溫效果，其傳熱系數(shù)可降低至1.6～2.2 W/（m2·K），比玻璃節(jié)能30%～60%。玻璃纖維增強(qiáng)聚酯板（FRP）以聚酯樹脂為主，加入玻璃纖維以提高強(qiáng)度，具有不燃燒、耐腐蝕、拉伸強(qiáng)度高、光學(xué)性能好等優(yōu)點(diǎn)。新的FRP板的透光率與玻璃接近，但使用幾年之后，纖維開始脫離，板變黃，透光率下降。聚氟乙烯薄膜（PVF）是一種硬質(zhì)薄膜，具有強(qiáng)度大、耐老化的性能，是日前使用壽命最長的塑料薄膜，可連續(xù)覆蓋12～15年。但由于氟具有毒性，在制造過程中需將氟夾在中間層，避免使用時(shí)對(duì)環(huán)境造成污染，使用后需進(jìn)行專門回收處理。

多功能透光覆蓋材料

隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)資材需求的提升，與普通覆蓋材料相比，在光環(huán)境調(diào)節(jié)、遮陽降溫、調(diào)節(jié)生理活動(dòng)、除濕防霧等方面增加特殊功能的覆蓋材料新產(chǎn)品不斷被開發(fā)。如加入不同顏料制成的有色薄膜對(duì)于滿足不同作物的特殊光譜需求具有重要的調(diào)節(jié)作用；降低光線中紫外線的UVC膜，能夠起到預(yù)防蟲害、減少農(nóng)藥使用量的作用；讓可見光盡可能的透過而減少紅外線部分光量的遮陽隔熱膜，能達(dá)到提高溫室溫度的目的，還可通過配合溫室的換氣等調(diào)控方式來控制溫室溫度。一些散射光材料，能使進(jìn)入溫室的散射光均勻分布，從而提高植株群體底部的光合作用。此外通過調(diào)節(jié)不同波長的光線，調(diào)控作物的光合作用對(duì)辣椒、番茄的增產(chǎn)效果也不斷被報(bào)道，而針對(duì)溫室高濕的環(huán)境條件，利用吸濕性強(qiáng)的材料增強(qiáng)防霧、防流滴性能也是拓展覆蓋材料功能的重要方面。在生產(chǎn)應(yīng)用中，應(yīng)該依據(jù)不同作物的生長特性、生產(chǎn)目的及栽培制度選擇合適的多功能透光覆蓋材料。

溫室透光覆蓋材料的特性

溫室內(nèi)所獲得的光能主要取決于透光覆蓋材料的光學(xué)特性，太陽輻射的微小差異對(duì)作物生長發(fā)育就會(huì)產(chǎn)生顯著的影響，此外透光覆蓋材料對(duì)于溫室的溫度也具有一定的調(diào)節(jié)作用。根據(jù)溫室建設(shè)地區(qū)的氣候和種植作物的生長要求，選擇溫室透光覆蓋材料主要應(yīng)考慮其光學(xué)特性、熱學(xué)特性、機(jī)械性能、防霧滴性以及耐候性[7]（表1）。

光學(xué)特性

光學(xué)特性是溫室透光覆蓋材料最重要的性能，在一定程度上決定著溫室內(nèi)的光照強(qiáng)度和光譜分布，從而顯著影響作物光合作用、器官形成。為此，溫室透光覆蓋材料的光學(xué)特性一是要求透光率高；二是要求透過的光譜適合作物的生長。其中透光率主要包括5個(gè)方面的含義：① 材料對(duì)光線垂直入射的透光率；② 不同入射角下的透光率；③ 透光率隨時(shí)間的衰減特性；④ 透過光線中散射光與直射光的比率；⑤ 對(duì)不同光質(zhì)的透光率。透光覆蓋材料應(yīng)對(duì)作物光合有效輻射具有最大的透過能力，因此理想的透光覆蓋材料應(yīng)該在波段為400～700 nm光合有效輻射（PAR）區(qū)域透光率高，其他波段透光率低。太陽輻射透光率與溫室透光覆蓋材料特性及其污染和老化狀況密切相關(guān)。新溫室棚膜可見光透過率為88%～95%，如果使用有滴膜而不經(jīng)常清除污染再加上自身老化以及溫室結(jié)構(gòu)的遮光，日光溫室透光率最低僅有40%左右。研究表明PVC膜透光率最低，PE膜透光率最高，EVA膜透光率介于二者之間，這與PVC膜較PE膜易于被污染有關(guān)。一些散光性高的覆蓋材料可使部分直射光變?yōu)樯⑸涔舛干涞饺展鉁厥覂?nèi)，使輻射分布更均勻，在一定程度上避免了弱光區(qū)的出現(xiàn)。近年來開發(fā)出的多功能抗老化及防塵無滴膜，使PVC和PE的光學(xué)性能得到不斷提高和完善[8]。不同覆蓋材料對(duì)不同光質(zhì)的透光率有較大差異，PE膜在270～380 nm紫外光區(qū)的透光率為80%～90%，而PVC膜在350 nm以下紫外光區(qū)透過率較低，0.1 mm厚的PVC膜對(duì)5000 nm以上的遠(yuǎn)紅光透光率為25%、EVA膜透光率為55%、PE膜透光率為88%。在400～700 nm可見光區(qū)的藍(lán)光波段，PVC膜透光能力最高，EVA膜透光能力最低；在黃綠光區(qū)，PE膜透光能力最高，EVA膜次之，PVC膜最低[9]。此外，同一覆蓋材料，由于內(nèi)部添加劑不同，其透光率也不同，如PE膜的透光率由高到低的順序?yàn)镻E耐老化膜>PE無滴膜>PE草莓專用膜>PE無滴耐老化膜。

熱學(xué)特性

選擇保溫性能好的透光覆蓋材料對(duì)降低溫室的運(yùn)行能耗具有重要的作用，覆蓋材料的傳熱途徑主要有傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。溫室透光覆蓋材料都很薄，其傳導(dǎo)熱阻很小，而對(duì)流換熱的強(qiáng)度大小又主要取決于室外風(fēng)速和室內(nèi)空氣流動(dòng)狀況，所以，輻射性能是衡量透光覆蓋材料保溫性的重要依據(jù)。太陽輻射進(jìn)入日光溫室后，被其內(nèi)部的土壤、墻壁、骨架、作物等吸收，轉(zhuǎn)化為長波輻射向外放出，這些長波輻射進(jìn)入和放出的多少，取決于覆蓋材料，透光覆蓋材料能阻止室內(nèi)地面、作物等低溫物體發(fā)射的長波輻射透出溫室，從而起到保溫作用。紅外輻射透過率低的溫室覆蓋材料有利于溫室內(nèi)熱量和溫度的保持，在制造過程中常在塑料中添加紅外線阻隔劑，以提高材料的長波輻射性能。一般的，PVC膜長波輻射透過率最低，保溫性能最好，PE膜不易受污染但長波輻射透過率高，保溫性能較差，EVA膜長波輻射透過率最高，保溫性能較差，但優(yōu)于PE膜，PO膜的性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)PE膜及EVA膜，其中PO膜覆蓋溫室的溫度比PE膜覆蓋溫室高1～2℃。

機(jī)械性能

透光覆蓋材料作為園藝設(shè)施的主要圍護(hù)物，長年暴露在大自然中，因此必須結(jié)實(shí)耐用，經(jīng)得起風(fēng)吹、雨打、日曬、冰雹的沖擊、積雪的壓力和極端溫度的影響，同時(shí)還應(yīng)便于運(yùn)輸、安裝和調(diào)控，因此必須具備極強(qiáng)的機(jī)械性能。機(jī)械性能是表示透光覆蓋材料在使用過程中承受荷載能力和影響安裝施工難易程度的重要指標(biāo)，主要包括材料的強(qiáng)度、抗沖擊性能和熱脹冷縮性能等。軟質(zhì)塑料膜常用縱向和橫向的拉伸強(qiáng)度以及斷裂拉伸率來表示材料的強(qiáng)度指標(biāo)，而玻璃等剛性材料則使用抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度等指標(biāo)來衡量。軟質(zhì)塑料膜伸縮性大、抗裂強(qiáng)度小；玻璃具有良好的透光、保溫和抗老化性能，但抗沖擊力弱、易碎、且不能彎曲；硬質(zhì)塑料不僅具有很好的抗沖擊性、保溫性和耐候性，而且彎曲度強(qiáng)、外觀整齊美觀，適宜于在各種溫室中使用。

防霧滴性

由于棚內(nèi)外存在溫度差，尤其是在冬季，棚膜內(nèi)外溫差較大，棚內(nèi)空氣中水蒸氣會(huì)在棚膜表面液化并凝結(jié)成水珠。這些水珠會(huì)使射入棚內(nèi)的光線發(fā)生散射和折射，并降低溫室棚膜的透光率和溫度，從而妨礙作物的生長發(fā)育，凝結(jié)的水滴如果滴落到作物表面、秧蕊或者苗蕊，則會(huì)引起“燒心現(xiàn)象”，還容易誘導(dǎo)作物病害的發(fā)生和蔓延。針對(duì)這一現(xiàn)象，溫室覆蓋材料應(yīng)具有減少內(nèi)壁水珠的吸附及直接滴落的功能，使薄膜表面親水性增強(qiáng)，露滴沿著棚膜表面擴(kuò)展為薄水層，順表面流下，這種性能被稱之為“無滴性”或“流滴性”。使覆蓋材料具有“流滴性”的方法主要是在棚膜制備過程中加入或在棚膜表面噴涂高度親水的流滴劑，使覆蓋材料表面高度親水。棚膜流滴性能除了與棚膜的制膜原料和制膜工藝有關(guān)外，還受到使用期間棚內(nèi)土壤水分、空氣濕度、有無覆蓋地膜、外界氣溫、溫室結(jié)構(gòu)、棚膜覆蓋方法、棚內(nèi)作物種類等因素的影響[10]。

耐候性

溫室透光覆蓋材料隨著使用時(shí)間的延長，外觀逐漸發(fā)暗，透光率衰減，機(jī)械性能減弱，易撕裂，最終無法達(dá)到透光覆蓋材料透光、保溫、保濕、防止水滴滴落、減少霧氣等使用要求。因此需要將棚膜光溫功能性與長壽性保持同步。設(shè)計(jì)開發(fā)結(jié)構(gòu)更為優(yōu)異的不易被光氧化或熱氧化降解的聚合物分子或選用耐候性較好的材質(zhì)是延長溫室透光覆蓋材料耐候性的有效途徑，但研發(fā)費(fèi)用大，周期長，價(jià)格較高。目前綜合性能較佳、壽命可達(dá)10年的PET膜和壽命更長時(shí)間的PC板、ETFE棚膜已投入使用，但價(jià)格相對(duì)較高[11]。在現(xiàn)有材料配方的基礎(chǔ)上添加光穩(wěn)定劑、熱穩(wěn)定劑、抗氧化劑和紫外線吸收劑，延長了溫室透光覆蓋材料的使用壽命，且使棚膜拉伸及抗撕裂強(qiáng)度增大，不易吸附灰塵，達(dá)到長久保持高透光率的效果，該方法的配方設(shè)計(jì)、加工成型、檢定測試的周期較短，應(yīng)用效果顯著。

參考文獻(xiàn)

[1]張福墁.設(shè)施園藝學(xué)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2010.

[2]李天來.日光溫室蔬菜栽培理論與實(shí)踐[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2013.

[3]衛(wèi)向東，須暉，馬健，等.農(nóng)用塑料薄膜光質(zhì)輻射透過性能[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2009（03）：164-167.

[4]李勝戰(zhàn).新型薄膜覆蓋材料的性能分析及應(yīng)用其效果的研究[D].楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2009.

[5]吳衍材.新型棚膜在日光溫室番茄和甜椒生產(chǎn)中的應(yīng)用效果評(píng)價(jià)[D].泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2014.

[6]張瑛，李順偉.不同農(nóng)用橋塑料薄膜的性能特點(diǎn)與選擇使用[J]. 硅谷，2014（01）：119-120.

[7]日本設(shè)施園藝協(xié)會(huì).設(shè)施園藝植物工廠ハンドブック[M].日本：農(nóng)文協(xié)出版社，2015.

[8]王楠，馬承偉，趙淑梅，等.日光溫室常用透光覆蓋材料輻射透過性能測試研究[J]. 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2013（05）：531-535.

[9]胡飛虎.幾種塑料棚膜性能及其對(duì)西瓜初期生長的影響[D].南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2009.

[10]陳宇，王朝暉，許國志.園藝透光覆蓋材料的功能性與材料壽命同步性研究[J].化工新型材料，2006（S1）：1-4.

[11]周長吉.現(xiàn)代溫室工程[M].2版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

*項(xiàng)目支持：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目“日光溫室內(nèi)番茄群體光分布特征的模擬研究”（編號(hào)31000921）；教育部留學(xué)回國人員科研啟動(dòng)基金資助項(xiàng)目“東北地區(qū)大跨度日光溫室空氣濕環(huán)境動(dòng)態(tài)模型的研究” （編號(hào)[2011]1568）；

作者簡介：王蕊（1980-），女，遼寧沈陽人，講師，博士，主要從事日光溫室環(huán)境調(diào)控及模擬方面的研究。