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主讲人:高和平2013.9第三章园艺设施的覆盖材料第三章园艺设施的覆盖材料第一节园艺设施覆盖材料的发展一、园艺设施覆盖材料的沿革古代罗马人利用云母片或半透明的滑石板作为覆盖材料。大约在14世纪80年代，开始用玻璃充当覆盖材料，如当时的玻璃房(一种屋顶不透光、四周由玻璃窗围成，种植花卉的建筑)。到18世纪初才建成具有玻璃屋顶的温室。20世纪30年代英国化学家福西特(Faucett)和吉布森(Gibson)发明了聚乙烯薄膜，1938年在英国生产。后相继研制出聚氯乙烯和乙烯—醋酸乙烯薄膜当做温室、塑料大棚等园艺设施的覆盖材料。20世纪50年代后期开始用玻璃纤维增强塑料板做温室的覆盖材料（又称玻璃钢），有玻璃纤维增强聚酯板和玻璃纤维增强丙烯酸聚酯板两种，以后有丙烯酸树脂板和聚碳酸脂板问世，最大的优点是耐冲击力强，可有效地防止冰雹等冲击，比玻璃更耐雪压，但价格十分昂贵。我国的覆盖材料研究起步晚，20世纪80年代至今先后研制生产了若干功能性薄膜，如：无滴膜、防老化膜(“长寿膜”)、保温膜、多功能膜和转光膜等。20世纪90年代初已产出乙烯——醋酸乙烯多功能复合膜。20世纪70年代末80年代初，地膜、无纺布、遮阳网等相继从日本引入中国，应用于生产。在20世纪90年代初，生产轻型的保温被代替草苫等传统的温室外保温覆盖材料。基本上都是一些复合材料，内芯由棉织物、厚型无纺布、化纤织物或塑料发泡片材等组成；外层包有防雨绸、塑料薄膜、镀铝反光膜或经表面处理的薄型无纺布等。二、园艺设施覆盖材料的种类园艺设施覆盖材料的种类较多，其名称、主要用途和功能见表3-1。第三章园艺设施的覆盖材料续表3-1续表3-1由上表可见：根据覆盖材料的不同功能区分为:①用于园艺设施采光：主要是透明的材料，如玻璃、塑料板材和塑料薄膜；②用于外覆盖保温：主要是不透明的材料，如草苫、草帘，保温被等；③其他：调节光、温环境的，是半透明或不透明的材料，如遮阳网、反光膜、薄型无纺布等。三、设施园艺生产对覆盖材料的要求(一)透明覆盖材料1.透光性透明覆盖材料的主要的功能是采光。满足设施内作物对光量和光质的要求，理想的覆盖材料透光率光谱曲线在波长350～3000nm的可见光、近红外线范围内透过率高，400～700nm是光合成有效辐射(PAR)波段，而760～3000nm波段有热效应，该波段透过率高，有利于作物的光合成和室内的增温。要求在波长＜350nm的近紫外区域和波长＞3000nm的红外线区域透过率低。（紫外线促进薄膜氧化，加速老化）(图3-1)2．强度覆盖材料应用中，要经得起风吹、雨打、日晒、冰雹的冲击和积雪的压力，还有运输和安装过程中的拉伸挤压。主要受到以下几种力：①冲击力，如下落的冰雹、刮风引起风沙磨损；②积雪对覆盖物施加的稳定而持久的横向负载，③安装时受到的拉伸力；④园艺设施不光滑的骨架对覆盖材料的磨损等。3．耐候性耐候性：防止老化的性能。为了抑制覆盖材料的老化进程延长使用寿命，在生产塑料薄膜、塑料板材等覆盖材料时添入光稳定剂、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。4．防雾、防滴性雾滴和露滴容易使作物的茎叶沾湿，诱导病害的发生和蔓延。在生产塑料薄膜和塑料板材时，添加防雾滴剂(是一类表面活性剂，旨在降低表面张力，增加薄膜表面与水的亲和性)，具有防露滴功能的薄膜，（其表面亲水性能强，当有露滴发生时，露滴会沿着薄膜表面扩展，最后成为一薄水层，顺薄膜表面流走），防露滴性又称为无滴性或流滴性。（不具备防露滴功能的薄膜，表面与水不亲和，当露滴较小时，沾着在薄膜表面，当其较大时，在重力作用下，下落到作物表面）图3-2。5.保温性玻璃保温性能优于塑料薄膜塑料薄膜的保温性能：聚氯乙烯最好，聚乙烯最差，乙烯—醋酸乙烯介于两者之间。提高覆盖材料的保温性能，生产塑料薄膜或塑料板材时添加红外阻隔剂，阻挡热辐射，保持室内温度。(二)不透明覆盖材料不透明覆盖材料主要用于温室和塑料棚的外覆盖保温，如草苫、草帘、纸被、保温被等；也有用于温室和塑料棚的内张材料，如薄型无纺布、塑料薄膜等。第二节透明覆盖材料及其应用一、农用塑料薄膜的种类、特性及应用(一)普通聚氯乙烯和聚乙烯薄膜聚氯乙烯（PVC）薄膜由聚氯乙烯树脂添加增塑剂经高温压延而成，聚乙烯（PE）薄膜是由低密度聚乙烯(LDPE)树脂或线型低密度聚乙烯(LLDPE)树脂吹制而成。1.透光性新聚氯乙烯薄膜使用半年后，透光率由80％下降到50％，使用一年后下降到30％以下，失去使用价值；新的聚乙烯薄膜使用半年后，透光率由75％下降到65％，使用一年后仍在50％以上。2.强度和耐候性强度：聚氯乙烯薄膜的强度优于聚乙烯薄膜耐候性：由于聚乙烯薄膜对紫外线的吸收率较高，容易引起聚合物的光氧化加速老化(自然破裂)。普通聚乙烯薄膜的连续使用寿命仅3～6个月，普通聚氯乙烯薄膜则可连续使用6个月以上。(见表3-4)3.保温性聚氯乙烯薄膜在长波热辐射区域的透过率比聚乙烯薄膜低得多，可以有效地抑制棚室内的热量以热辐射的方式向棚室外散逸，聚氯乙烯的保温性能优于聚乙烯。4.其他性能亲水性：聚乙烯薄膜表面与水分子的亲和性较差，故表面易附着水滴；耐寒性：聚乙烯耐寒性强，其脆化温度为－70.0℃，聚氯乙烯薄膜脆化温度较高为－50.0℃，而在温度为20.0～30.0℃时则表现出明显的热胀性；比重：聚氯乙烯的比重为1.30g／cm2，而聚乙烯的比重仅为0.92g／cm2。其他：聚氯乙烯可以黏合，铺张、修补都比较容易，但燃烧时有毒性气体放出．在使用时应注意。(二)功能性聚氯乙烯薄膜1．聚氯乙烯长寿无滴膜在聚氯乙烯树脂中添加增塑剂（受阻胺光稳定剂或紫外线吸收剂等）防老化助剂和聚多元醇脂类或胺类等复合型防雾滴助剂压延而成。聚氯乙烯长寿无滴膜流滴的均匀性好且持久，流滴持效期可达4～6个月。这种薄膜厚度0.12mm左右。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，主要作用是阻止增塑剂、防雾滴剂向外表面析出，使膜表面静电性减弱，起到防尘提高透光率的作用。(三)功能性聚乙烯薄膜1.聚乙烯长寿无滴膜在聚乙烯树脂中添加防老化和防雾滴助剂，不仅延长使用寿命而且因薄膜具有流滴性提高了透光率。2.聚乙烯多功能复合膜采用三层共挤设备将具有不同功能的助剂(防老化剂、防雾滴剂、保温剂）分层加入制备而成。防老化剂相对集中于外层，具防老化性能；防雾滴剂相对集中于内层具有流滴性，提高透光率；保温剂相对集中于中层，抑制棚室内热辐射流失保温。3．薄型多功能聚乙烯膜以聚乙烯树脂为基础母料，加入光氧化和热氧化稳定剂提高其耐老化性能，加入红外线阻隔剂提高其保温性，加入紫外线阻隔剂以抑制病害发生和蔓延。见表3-5、3-6、3-7。(四)调光薄膜1.漫反射膜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。使直射阳光透过薄膜后，在棚室内形成均匀的散射光。图3-6。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该膜具有光转换特性，膜受到太阳光照射时可将吸收的紫外线(290～400nm)区能量大部分转化成为有利于作物光合作用的橙红光(600～700nm)。转光膜的还有保温性能较好。2.转光膜3．紫色膜和蓝色膜紫色膜和蓝色膜有两种：一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；二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、莴苣和叶莱等，蓝色膜对防止水稻育秧时的烂秧效果显著。(五)乙烯——醋酸乙烯多功能复合薄膜以乙烯—醋酸乙烯共聚物(EVA)树脂为主体的三层复合功能性薄膜。醋酸乙烯(VA)的引入，使EVA树脂具有许多独特的性能：结晶性降低、良好的透明性、耐低温、耐冲击、具有弱极性、与防雾滴剂有良好的相容性；EVA膜的流滴持效期长，EVA膜红外阻隔率高于PE膜，故保温性好(但较PVC膜差)。该膜由3层复合而成：外表层为LLDPE（线型低密度聚乙烯）、LDPE（低密度聚乙烯）或VA（醋酸乙烯）含量低的EVA树脂为主，添加耐候、防尘助剂，机械性能良好，耐候性强，防止防雾清助剂析出。中层以VA含量高的EVA树脂为主，添加保温、防雾滴助剂，有良好的保温和防雾滴性能。内表层以VA含量低的EVA树脂为主，添加保温、防雾滴助剂，机械性能、加工性能好，有较高的保温和流滴持效性能。有的膜3层均为VA含量高的EVA树脂，保温性能更好。(六)氟素膜氟素膜(ETFE)：以四氟乙烯为基础母料。特点：高透光和极强的耐候性，其可见光透过率在90％以上，而且透光率衰减很慢，经使用10～15年，透光率仍在90％，抗静电性强、尘染轻。可连续使用10～15年。二、地膜的种类、特性及应用(一)对地膜质量规格的要求我国对地膜质量规格有如下基本要求：1.强度高、纵横向拉力均衡、使用寿命长。（便于“一膜多用”和回收加工利用，防止田园残留）2.保证强度的条件下薄型化，降低成本，节省能源。3.厚度均匀、无断头、破口、无明显折叠或扭曲。全部双剖单幅收卷、卷紧、卷实，每卷重10～15kg，不超过20kg。(二)普通地膜1.高压低密度聚乙烯(LDPE)地膜(简称高压膜)用LDPE树脂经挤出吹塑成型制得。厚度0.014mm±0.003mm，幅宽有40～200cm多种规格，每hm2用量120～150kg，主要用于蔬菜、瓜类、棉花及其他多种作物。2.低压高密度聚乙烯(HDPE)地膜(简称高密度膜)用HDPE树脂经挤出吹塑成型制得。厚度0.006～0.008mm，每hm2用量60～75kg，用于蔬菜、棉花、瓜类、甜菜，也适用于经济价值较低的作物。3.线型低密度聚乙烯(LLDPE)地膜(简称线型膜)由LLDPE树脂经挤出吹塑成型，厚度0.005～0.009mm，用于蔬菜、棉花等作物。(三)有色地膜1.黑色地膜厚度0.01～0.03mm，每hm2用量105～180kg，其透光率仅10％，膜下杂草无法进行光合生产而死亡，可节省除草成本。2.绿色地膜厚0.015mm。使光合有效辐射的透过量减少，特别是光合作用吸收高峰橙红色光的透过率低，对膜下的杂草有抑制和灭杀的作用。3.银灰色地膜又称防蚜地膜。厚度0.015～0.02mm。对紫外线的反射率较高，具有驱避蚜虫、黄条跳甲、象甲和黄守瓜等害虫和减轻作物病毒病的作用。还具有抑制杂草生长，保持土壤湿度的作用。无色透明地膜透光率最高，土壤增温效果最好；黑色地膜和白黑双面地膜透光率最低，土壤增温效果最差。银灰色地膜、乳白色地膜、白黑双面地膜和银黑双面地膜反光性能好，可改善作物株行间的光照条件，还有一定降温作用，可于夏季栽培。银黑双面地膜、银灰色地膜对紫外线反射较强，用于避蚜防病。黑色和绿色地膜，透光率低，灭草。(四)特殊功能性地膜1.耐老化长寿地膜在聚乙烯树脂中加入耐老化助剂，经挤出吹塑制成，厚度0.015mm，每hm2用量120～150kg。膜强度高，寿命较普通地膜长45d以上。2.除草地膜在聚乙烯树脂中，加入除草剂，经挤出吹塑制成。两层覆合地膜，一层呈乳白色，覆膜时朝上，另一层呈黑色，覆膜时朝下，厚度0.02mm，每hm2用量150kg左右。乳白色膜能增强反射光，提高作物基部光照度，降低地温1～2℃。黑色膜有除草，保水功能。银黑双面地膜：银灰色膜朝上，有反光、避蚜、防病毒病的作用，黑色朝下，有灭草、保墒作用。3.黑白双面地膜4.可控性降解地膜可控性降解地膜能在短期内自然崩坏，使地膜高分子结构降解，很快成为小碎片，然后成粉末，最后消失的地膜，有3种类型：一是光降解地膜：在聚乙烯树脂中添加光敏剂，自然光的照射下，加速降解、老化崩裂。不足之处是：在光照条件下才有降解作用，降解后的碎片也不易粉化。三是光生可控双降解地膜：在聚乙烯树脂中既添加光敏剂，又添加高分子有机物，具备光降解和生物降解的双重功能。自然光照射薄膜崩裂成为小碎片，被微生物吸收利用。二是生物降解地膜：在聚乙烯树脂中添加高分子有机物（如淀粉、纤维素和甲壳素或乳酸脂），土壤中的微生物(细菌、真菌、放线菌)将塑料彻底分解重新进入生物圈。