论文部分内容阅读
专家简介：高丽红，中国农业大学园艺学院蔬菜系教授，现代农业技术体系北京果类蔬菜创新团队岗位专家，兼任农业工程学会设施园艺专业委员会秘书长，农用塑料应用技术学会副会长。主要从事黄瓜、番茄等蔬菜作物研究，重点研究设施果类蔬菜水肥及土壤资源高效利用原理与技术等相关内容，包括设施果类蔬菜农艺节水技术与相关机理研究、设施菜田土壤健康保持与退化土壤生物修复技术与相关机理研究、无土栽培与蔬菜商品苗生产相关技术研究。发表相关研究论文130余篇，作为主要完成人获得2011年中华农业科技奖一等奖。
截至2015年底，我国设施园艺的面积已接近6000万亩，主要是单屋面日光温室和塑料薄膜拱棚，透明覆盖材料主要是塑料薄膜。目前生产中应用的塑料薄膜种类很多，那么，对园艺设施生产中应用的塑料薄膜有哪些要求？目前常用的塑料薄膜有哪些种类？其性能如何，生产中如何根据设施类型和栽培作物选用合适的薄膜类型？本文将针对广大用户关心的问题进行讲解。
一、园艺设施生产对塑料薄膜的要求
首先是透光性。塑料薄膜最主要的功能是采光，薄膜首先要满足设施内作物对光量和光质的要求。此外，对不同波段光的透过率不同，也决定了塑料薄膜在增温、保温、耐老化特性方面的差异。如对长波辐射（热辐射）透过率高的薄膜其保温性相对较差，而对紫外光透过率高的薄膜一般耐老化特性低。因此通过在薄膜生产过程中加入不同的助剂可以改善薄膜的性能，从而形成不同类型的功能性薄膜。
其次是强度。覆盖材料是园艺设施的围护物，长年暴露在大自然中，因此必须结实耐用，经得起风吹、雨打、日晒、冰雹的冲击和积雪的压力，同时还应经得起运输、安装过程中受到的拉伸挤压等外力作用。
第三是防止老化的性能，这关系到覆盖材料的使用寿命。薄膜的老化一般包括两方面，一是薄膜在强光和高温作用下变脆而自动撕裂；二是光衰减，随着使用时间的增长，透光率变低，以至于不能满足设施内蔬菜生长的要求，而失去使用价值。为了抑制老化进程，延长薄膜的使用寿命，需要在生产塑料薄膜时添加光稳定剂、热稳定剂、抗氧化剂和紫外线吸收剂等助剂，成为有防老化功能（或耐候性强）的覆盖材料。
第四是防雾、防滴性。园艺设施内经常是一种高湿环境，当温度低时就有可能在室内生成雾，或在薄膜的内表面上生成露。雾气弥漫或表面被水滴沾满，透光率会降低5%～10%，影响室内的增温；同时雾滴和露滴容易使作物的茎叶濡湿，诱导病害的发生和蔓延。为了克服这一缺点，需要在生产塑料薄膜时，添加防雾滴剂。
第五是保温性。设施园艺生产要求薄膜具有较高的保温性能，以满足冬春生产对温度的要求。同样是塑料薄膜，聚氯乙烯薄膜的保温性能最好，聚乙烯薄膜最差，乙烯-醋酸乙烯薄膜介于两者之间。究其原因主要是不同薄膜的热辐射透过率不同，热辐射透过率高的，保温性能差。因此，为了提高塑料薄膜的保温性能，在生产薄膜时，需要添加红外阻隔剂，阻挡设施内向外界失散的热辐射，保持室内温度。
除此之外，聚氯乙烯薄膜因其具有静电性，表面易吸附灰尘，使透光率下降，因此还有防尘性的要求。
二、设施园艺生产上常用的塑料薄膜种类
按生产的基础母料不同，常用的塑料薄膜有聚乙烯薄膜（PE膜）、聚氯乙烯薄膜（PVC膜）、乙烯-醋酸乙烯薄膜（EVA膜）和聚烯烃膜（PO膜）。按照功能分，有普通膜、防老化膜、双防膜（防老化、防雾滴）、多功能膜（长寿、防老化、防雾滴）、转光膜、漫散射膜、紫光膜、蓝光膜等。
不同基础母料薄膜，其性质的差异主要表现在对不同光质的透过率不同。以目前生产上应用最普遍的聚乙烯薄膜（PE膜）、聚氯乙烯薄膜（PVC膜）和乙烯-醋酸乙烯薄膜（EVA膜）为例，聚氯乙烯薄膜的增温保温性能和强度指标都优于聚乙烯薄膜，这是因为它对热辐射和紫外线的透过率低于聚乙烯，使其保温性和强度更好；而对光合有效辐射和近红外线透过率又高于聚乙烯膜，使其升温速度快，利于作物光合作用；乙烯-醋酸乙烯薄膜的性质介于两者之间，但其亲水性强，功能性薄膜的流滴持效期要好于聚乙烯和聚氯乙烯流滴膜。
三、常用塑料薄膜的性质及应用
（一）普通塑料薄膜
主要有聚乙烯薄膜和聚氯乙烯薄膜两种。从保温性、使用寿命等方面看，聚氯乙烯薄膜比聚乙烯薄膜好。一般普通聚乙烯薄膜的连续使用寿命仅3～6个月，而普通聚氯乙烯薄膜则可连续使用6个月以上。在相同条件下聚氯乙烯薄膜覆盖的棚室比聚乙烯薄膜覆盖的棚室内的气温，白天高3℃左右，夜间高1～2℃。但聚氯乙烯薄膜在20～30℃时表现出明显的热胀性，在高温强光下薄膜容易松弛，因此容易受风害；此外聚氯乙烯的比重为1.3g/cm2（克/平方厘米），而聚乙烯的比重仅为0.92g/cm2，因此同样重量、同样厚度的两种薄膜，聚氯乙烯膜的覆盖面积要比聚乙烯少29%。
不论哪种普通薄膜，因其使用寿命短等限制因素，目前仅用于中、小拱棚覆盖，薄膜厚度多为0.03～0.05毫米。
（二）功能性塑料薄膜
1. 聚氯乙烯长寿无滴膜
在聚氯乙烯树脂中，添加一定比例的增塑剂、光稳定剂或紫外线吸收剂等防老化助剂和复合型防雾滴助剂压延而成。其有效使用期由普通聚氯乙烯的6个月提高到8～10个月。防雾滴剂能使薄膜表面形成一层均匀的水膜并顺倾斜膜面流入土中，使透光率大幅度提高，其流滴持效期一般可达4～6个月。薄膜厚度0.12毫米左右，在高寒和高海拔地区日光温室果菜类蔬菜越冬生产上应用广泛。
2. 聚氯乙烯长寿无滴防尘膜
在聚氯乙烯长寿无滴膜的基础上，增加了一道表面涂敷防尘工艺，使薄膜外表面附着一层均匀的有机涂料，阻止增塑剂、防雾滴剂向外表面析出，从而起到防尘、提高透光率的作用，延长了薄膜的无滴持效期。这种薄膜的适宜使用地区同聚氯乙烯长寿无滴膜，也是应用于高寒地区越冬单屋面温室覆盖。 3. 聚乙烯长寿无滴膜
在聚乙烯树脂中按一定比例添加防老化和防雾滴助剂，延长使用寿命，提高透光率。薄膜的厚度0.12毫米，无滴持效期可达5个月以上，使用寿命1～1.5年，透光率较普通聚乙烯膜提高10%～20%。在华北和西北地区广泛应用于塑料大棚和日光温室的覆盖。
4. 聚乙烯多功能复合膜
将防老化剂、防雾滴剂、保温剂分层加入基础母料内制备而成。薄膜厚度为0.08～0.12毫米，使用年限在1～1.5年以上，夜间保温性能优于普通聚乙烯膜，接近于聚氯乙烯膜，流滴持效期3～4个月。在华北和西北地区广泛应用于塑料大棚和日光温室的覆盖。
5. 漫反射膜
漫反射膜是由性状特殊的结晶材料混入聚氯乙烯或聚乙烯母料中制备而成的。这种薄膜可以使直射光透过薄膜后形成均匀的散射光；还能把部分紫外线转变成能级较低的可见光。覆盖后棚内温度特点是阴雨天温度高于普通薄膜，强光下中午棚内温度低于普通膜，早晚高于普通膜。因此漫反射膜主要应用于多阴雨地区的塑料棚覆盖栽培，或用作夏秋季覆盖栽培，或用作茎叶菜覆盖栽培。
6. 转光膜
在各种功能性聚乙烯薄膜中添加某种荧光化合物和介质助剂而成，这种薄膜能将吸收的紫外光转化成为兰光和红光或将绿黄光转化成红光，有利于提高作物光能利用率，增强光合速率。如高光能农膜能使茄果类蔬菜提前3～15天收获，增产10%～30%。黄瓜、茄子中的维生素、糖类等物质含量提高10%以上。另一显著特点是保温性能好，尤其在严寒的12月份和1月份更显著，最低气温可提高2～4℃。转光膜主要应用于紫外线辐射强度高的地区，或用作冬春覆盖栽培以及茎叶菜覆盖栽培。
7. 紫色膜和蓝色膜
紫色膜和蓝色膜有两种，一种是在无滴长寿聚乙烯膜基础上加入适当的紫色或蓝色颜料；另一种是在转光膜的基础上添加蓝色或紫色颜料，两种薄膜的蓝、紫光透光率均增加。紫光膜适用于韭菜、茴香、芹菜、莴苣和叶菜等；蓝色膜对防止水稻育秧时的烂秧效果显著。
8. 乙烯—醋酸乙烯多功能复合膜
是以乙烯—醋酸乙烯共聚物（EVA）树脂为主体的三层复合功能性薄膜。其厚度0.1～0.12毫米。由于醋酸乙烯（VA）的引入，使薄膜有良好的透明性；具有弱极性，使其与防雾滴剂有良好的相容性，EVA膜的流滴持效期长。EVA多功能复合膜在耐候、初始透光率、透光率衰减、无滴持效期、保温等方面有优势，既解决了PE膜无滴持效期短、初始透光率低、保温性差等问题；又解决了PVC膜比重大，同样重量薄膜覆盖面积小，易吸尘，透光率下降快，耐候性差等问题，目前生产上广泛应用。
此外，最近几年市场上开始推广使用的茂金属线形低密度聚乙烯（mPE-LLD）膜，厚度0.06～0.08毫米，具有透光率高，雾度低，强度高，寿命长的特点。还有采用三层共挤生产工艺，将聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）多层复合而成的新型温室覆盖薄膜PO膜，具有透光率高且衰减慢、强度大、抗老化性能好、比重轻、燃烧时不散发有害气体等特点，近几年得到了迅速推广应用。
四、塑料薄膜选用注意事项
首先要考虑设施的类型，如小拱棚和日光温室在选择薄膜时是不同的。其次，要考虑栽培作物对温光的要求。多数绿叶蔬菜对温度要求不高，但紫光有利于提高产量与品质，因此以叶类蔬菜生产为主的棚室可以选择覆盖紫光膜等；第三，要综合考虑价格性能比，功能越好的薄膜价格越高，如果种植对温光需求比较低、经济效益比较低的蔬菜，可以选择保温性能低一些的薄膜，如同是多功能膜，选择0.08毫米的薄膜，保温性会低于0.12毫米薄膜，但对种植一般蔬菜而言，性价比前者就可能高于后者。最后，要考虑使用地区的气候条件，如东北高寒地区，冬季温室生产要选择透光和保温性能好的功能性聚氯乙烯薄膜，高海拔和紫外线辐射强度高的地区要选择转光膜等。
截至2015年底，我国设施园艺的面积已接近6000万亩，主要是单屋面日光温室和塑料薄膜拱棚，透明覆盖材料主要是塑料薄膜。目前生产中应用的塑料薄膜种类很多，那么，对园艺设施生产中应用的塑料薄膜有哪些要求？目前常用的塑料薄膜有哪些种类？其性能如何，生产中如何根据设施类型和栽培作物选用合适的薄膜类型？本文将针对广大用户关心的问题进行讲解。
一、园艺设施生产对塑料薄膜的要求
首先是透光性。塑料薄膜最主要的功能是采光，薄膜首先要满足设施内作物对光量和光质的要求。此外，对不同波段光的透过率不同，也决定了塑料薄膜在增温、保温、耐老化特性方面的差异。如对长波辐射（热辐射）透过率高的薄膜其保温性相对较差，而对紫外光透过率高的薄膜一般耐老化特性低。因此通过在薄膜生产过程中加入不同的助剂可以改善薄膜的性能，从而形成不同类型的功能性薄膜。
其次是强度。覆盖材料是园艺设施的围护物，长年暴露在大自然中，因此必须结实耐用，经得起风吹、雨打、日晒、冰雹的冲击和积雪的压力，同时还应经得起运输、安装过程中受到的拉伸挤压等外力作用。
第三是防止老化的性能，这关系到覆盖材料的使用寿命。薄膜的老化一般包括两方面，一是薄膜在强光和高温作用下变脆而自动撕裂；二是光衰减，随着使用时间的增长，透光率变低，以至于不能满足设施内蔬菜生长的要求，而失去使用价值。为了抑制老化进程，延长薄膜的使用寿命，需要在生产塑料薄膜时添加光稳定剂、热稳定剂、抗氧化剂和紫外线吸收剂等助剂，成为有防老化功能（或耐候性强）的覆盖材料。
第四是防雾、防滴性。园艺设施内经常是一种高湿环境，当温度低时就有可能在室内生成雾，或在薄膜的内表面上生成露。雾气弥漫或表面被水滴沾满，透光率会降低5%～10%，影响室内的增温；同时雾滴和露滴容易使作物的茎叶濡湿，诱导病害的发生和蔓延。为了克服这一缺点，需要在生产塑料薄膜时，添加防雾滴剂。
第五是保温性。设施园艺生产要求薄膜具有较高的保温性能，以满足冬春生产对温度的要求。同样是塑料薄膜，聚氯乙烯薄膜的保温性能最好，聚乙烯薄膜最差，乙烯-醋酸乙烯薄膜介于两者之间。究其原因主要是不同薄膜的热辐射透过率不同，热辐射透过率高的，保温性能差。因此，为了提高塑料薄膜的保温性能，在生产薄膜时，需要添加红外阻隔剂，阻挡设施内向外界失散的热辐射，保持室内温度。
除此之外，聚氯乙烯薄膜因其具有静电性，表面易吸附灰尘，使透光率下降，因此还有防尘性的要求。
二、设施园艺生产上常用的塑料薄膜种类
按生产的基础母料不同，常用的塑料薄膜有聚乙烯薄膜（PE膜）、聚氯乙烯薄膜（PVC膜）、乙烯-醋酸乙烯薄膜（EVA膜）和聚烯烃膜（PO膜）。按照功能分，有普通膜、防老化膜、双防膜（防老化、防雾滴）、多功能膜（长寿、防老化、防雾滴）、转光膜、漫散射膜、紫光膜、蓝光膜等。
不同基础母料薄膜，其性质的差异主要表现在对不同光质的透过率不同。以目前生产上应用最普遍的聚乙烯薄膜（PE膜）、聚氯乙烯薄膜（PVC膜）和乙烯-醋酸乙烯薄膜（EVA膜）为例，聚氯乙烯薄膜的增温保温性能和强度指标都优于聚乙烯薄膜，这是因为它对热辐射和紫外线的透过率低于聚乙烯，使其保温性和强度更好；而对光合有效辐射和近红外线透过率又高于聚乙烯膜，使其升温速度快，利于作物光合作用；乙烯-醋酸乙烯薄膜的性质介于两者之间，但其亲水性强，功能性薄膜的流滴持效期要好于聚乙烯和聚氯乙烯流滴膜。
三、常用塑料薄膜的性质及应用
（一）普通塑料薄膜
主要有聚乙烯薄膜和聚氯乙烯薄膜两种。从保温性、使用寿命等方面看，聚氯乙烯薄膜比聚乙烯薄膜好。一般普通聚乙烯薄膜的连续使用寿命仅3～6个月，而普通聚氯乙烯薄膜则可连续使用6个月以上。在相同条件下聚氯乙烯薄膜覆盖的棚室比聚乙烯薄膜覆盖的棚室内的气温，白天高3℃左右，夜间高1～2℃。但聚氯乙烯薄膜在20～30℃时表现出明显的热胀性，在高温强光下薄膜容易松弛，因此容易受风害；此外聚氯乙烯的比重为1.3g/cm2（克/平方厘米），而聚乙烯的比重仅为0.92g/cm2，因此同样重量、同样厚度的两种薄膜，聚氯乙烯膜的覆盖面积要比聚乙烯少29%。
不论哪种普通薄膜，因其使用寿命短等限制因素，目前仅用于中、小拱棚覆盖，薄膜厚度多为0.03～0.05毫米。
（二）功能性塑料薄膜
1. 聚氯乙烯长寿无滴膜
在聚氯乙烯树脂中，添加一定比例的增塑剂、光稳定剂或紫外线吸收剂等防老化助剂和复合型防雾滴助剂压延而成。其有效使用期由普通聚氯乙烯的6个月提高到8～10个月。防雾滴剂能使薄膜表面形成一层均匀的水膜并顺倾斜膜面流入土中，使透光率大幅度提高，其流滴持效期一般可达4～6个月。薄膜厚度0.12毫米左右，在高寒和高海拔地区日光温室果菜类蔬菜越冬生产上应用广泛。
2. 聚氯乙烯长寿无滴防尘膜
在聚氯乙烯长寿无滴膜的基础上，增加了一道表面涂敷防尘工艺，使薄膜外表面附着一层均匀的有机涂料，阻止增塑剂、防雾滴剂向外表面析出，从而起到防尘、提高透光率的作用，延长了薄膜的无滴持效期。这种薄膜的适宜使用地区同聚氯乙烯长寿无滴膜，也是应用于高寒地区越冬单屋面温室覆盖。 3. 聚乙烯长寿无滴膜
在聚乙烯树脂中按一定比例添加防老化和防雾滴助剂，延长使用寿命，提高透光率。薄膜的厚度0.12毫米，无滴持效期可达5个月以上，使用寿命1～1.5年，透光率较普通聚乙烯膜提高10%～20%。在华北和西北地区广泛应用于塑料大棚和日光温室的覆盖。
4. 聚乙烯多功能复合膜
将防老化剂、防雾滴剂、保温剂分层加入基础母料内制备而成。薄膜厚度为0.08～0.12毫米，使用年限在1～1.5年以上，夜间保温性能优于普通聚乙烯膜，接近于聚氯乙烯膜，流滴持效期3～4个月。在华北和西北地区广泛应用于塑料大棚和日光温室的覆盖。
5. 漫反射膜
漫反射膜是由性状特殊的结晶材料混入聚氯乙烯或聚乙烯母料中制备而成的。这种薄膜可以使直射光透过薄膜后形成均匀的散射光；还能把部分紫外线转变成能级较低的可见光。覆盖后棚内温度特点是阴雨天温度高于普通薄膜，强光下中午棚内温度低于普通膜，早晚高于普通膜。因此漫反射膜主要应用于多阴雨地区的塑料棚覆盖栽培，或用作夏秋季覆盖栽培，或用作茎叶菜覆盖栽培。
6. 转光膜
在各种功能性聚乙烯薄膜中添加某种荧光化合物和介质助剂而成，这种薄膜能将吸收的紫外光转化成为兰光和红光或将绿黄光转化成红光，有利于提高作物光能利用率，增强光合速率。如高光能农膜能使茄果类蔬菜提前3～15天收获，增产10%～30%。黄瓜、茄子中的维生素、糖类等物质含量提高10%以上。另一显著特点是保温性能好，尤其在严寒的12月份和1月份更显著，最低气温可提高2～4℃。转光膜主要应用于紫外线辐射强度高的地区，或用作冬春覆盖栽培以及茎叶菜覆盖栽培。
7. 紫色膜和蓝色膜
紫色膜和蓝色膜有两种，一种是在无滴长寿聚乙烯膜基础上加入适当的紫色或蓝色颜料；另一种是在转光膜的基础上添加蓝色或紫色颜料，两种薄膜的蓝、紫光透光率均增加。紫光膜适用于韭菜、茴香、芹菜、莴苣和叶菜等；蓝色膜对防止水稻育秧时的烂秧效果显著。
8. 乙烯—醋酸乙烯多功能复合膜
是以乙烯—醋酸乙烯共聚物（EVA）树脂为主体的三层复合功能性薄膜。其厚度0.1～0.12毫米。由于醋酸乙烯（VA）的引入，使薄膜有良好的透明性；具有弱极性，使其与防雾滴剂有良好的相容性，EVA膜的流滴持效期长。EVA多功能复合膜在耐候、初始透光率、透光率衰减、无滴持效期、保温等方面有优势，既解决了PE膜无滴持效期短、初始透光率低、保温性差等问题；又解决了PVC膜比重大，同样重量薄膜覆盖面积小，易吸尘，透光率下降快，耐候性差等问题，目前生产上广泛应用。
此外，最近几年市场上开始推广使用的茂金属线形低密度聚乙烯（mPE-LLD）膜，厚度0.06～0.08毫米，具有透光率高，雾度低，强度高，寿命长的特点。还有采用三层共挤生产工艺，将聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）多层复合而成的新型温室覆盖薄膜PO膜，具有透光率高且衰减慢、强度大、抗老化性能好、比重轻、燃烧时不散发有害气体等特点，近几年得到了迅速推广应用。
四、塑料薄膜选用注意事项
首先要考虑设施的类型，如小拱棚和日光温室在选择薄膜时是不同的。其次，要考虑栽培作物对温光的要求。多数绿叶蔬菜对温度要求不高，但紫光有利于提高产量与品质，因此以叶类蔬菜生产为主的棚室可以选择覆盖紫光膜等；第三，要综合考虑价格性能比，功能越好的薄膜价格越高，如果种植对温光需求比较低、经济效益比较低的蔬菜，可以选择保温性能低一些的薄膜，如同是多功能膜，选择0.08毫米的薄膜，保温性会低于0.12毫米薄膜，但对种植一般蔬菜而言，性价比前者就可能高于后者。最后，要考虑使用地区的气候条件，如东北高寒地区，冬季温室生产要选择透光和保温性能好的功能性聚氯乙烯薄膜，高海拔和紫外线辐射强度高的地区要选择转光膜等。