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（軟硬）和硬塑料板（圖1）。普通平板玻璃或浮法玻璃通常用于玻璃；普通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）薄膜；常用的硬塑料板主要是聚碳酸酯（PC）包括包括空心板和波浪板。

  玻璃

  玻璃是一種透光、保溫、防霧滴、耐久性理想的覆蓋材料，結(jié)構(gòu)系數(shù)可靠，使用壽命長達25年。玻璃溫室光照條件好，室內(nèi)工作空間大，使用時間長，適合大規(guī)模種植。玻璃仍然是歐洲和美國大多數(shù)寒冷氣候國家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，溫室常選擇4 mm和5 mm厚度有兩種規(guī)格。浮法玻璃因其表面光滑、光學畸變小、質(zhì)量好、尺寸可調(diào)范圍大等優(yōu)點，在溫室建設中得到了廣泛的應用。但玻璃密度高工尺寸和承載能力的限制，玻璃密度高、骨架承載要求高、施工維護困難，玻璃溫室的高成本也限制了其在生產(chǎn)中的應用。雨雪過后，玻璃表面容易被灰塵污染，應及時清洗，以提高透光率。此外，玻璃的抗拉性、抗沖擊性易碎性差、對冰雹等惡劣自然災害的抵抗力差，容易對操作人員和作物造成嚴重損壞。

  軟質(zhì)塑料膜

  溫室的大規(guī)模推廣歸功于塑料薄膜在農(nóng)業(yè)中的成功應用。軟塑料薄膜是目前設施園藝生產(chǎn)中應用廣泛的覆蓋材料。具有質(zhì)地柔軟、性能優(yōu)良、品種多、用途廣泛、透光率高、價格低廉、實用性強、粘結(jié)、鋪張、裝卸及相關配套設備操作簡單等優(yōu)點。軟塑料薄膜作為溫室覆蓋材料，可以防止或減少自然災害對作物的威脅，提高溫室的運行效率，獲得大的經(jīng)濟效益。生產(chǎn)中使用的塑料薄膜主要具有PVC膜、PE膜、EVA膜和PO目前好的覆蓋材料是乙烯-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膜的平均透光率高于15.8%，作物產(chǎn)量也相應增加。根據(jù)幾種常用塑料薄膜的熱學特性，生產(chǎn)溫室秋冬茬或冬春茬蔬菜PVC無滴膜、PO膜或EVA薄膜是好的。

由于樹脂和添加劑的類型、數(shù)量、質(zhì)量、厚度、均勻性和制造工藝不同，軟塑料薄膜的透光性和制造工藝而異。軟塑料薄膜強度低、穩(wěn)定性差的缺點也必須在安裝和使用中給予足夠的重視，棚膜的防塵、修復和防火也應在生產(chǎn)和應用中進行。

  硬塑料板和塑料膜

  硬塑料板可以改善溫室的應力狀態(tài)，承受更大的雨雪荷載，提高溫室的安全性。適用于各種結(jié)構(gòu)形式的溫室，具有優(yōu)異的抗沖擊性和良好的抗彎強度。早期用于溫室透光的硬塑料板包括聚氯乙烯（PVC）玻璃鋼板（GRP）等等，由于耐候性差，近年來基本全部改為PC板。PC板材機械性能均衡，保溫性好，外觀整潔美觀，但PC板透光率下降快，容易附著灰塵，難以清除，價格昂貴。目前廣泛應用于一些高檔花卉溫室或展示溫室。市場開發(fā)和生產(chǎn)PC平板有三種類型：平板、波浪板和多層空心板。平板厚度0.7~1.22 mm，波浪板覆蓋的溫室光線均勻，平均透光率略有提高。雙層或三層聚碳酸酯空心板厚度為3~16 mm，保溫效果好，其傳熱系數(shù)可降1.6~2.2 W/（m2·K），比玻璃節(jié)能30%~60玻璃纖維增強聚酯板（FRP）以聚酯樹脂為主，加入玻璃纖維提高強度，具有不燃燒、耐腐蝕、抗拉強度高、光學性能好等優(yōu)點。FRP板的透光率接近玻璃，但使用幾年后，纖維開始分離，板變黃，透光率降低。聚氟乙烯薄膜（PVF）它是一種強度高、耐老化的硬膜，是近使用壽命長的塑料膜，可連續(xù)覆蓋12層~15年。但由于氟的毒性，氟在制造過程中需要夾在中間層，以免使用過程中污染環(huán)境，使用后需要回收。

  多功能透光覆蓋材料

  隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對數(shù)據(jù)需求的增加，與普通覆蓋材料相比，新的覆蓋材料在光環(huán)境調(diào)節(jié)、遮陽冷卻、生理活動調(diào)節(jié)、除濕防霧等方面具有特殊功能。例如，添加不同顏料制成的彩色薄膜對滿足不同作物的特殊光譜需求具有重要的調(diào)節(jié)作用；減少光中的紫外線UVC膜，可以防止害蟲，減少農(nóng)藥的使用；使可見光盡可能通過，減少紅外遮陽保溫膜，可以達到提高溫室溫度的目的，也可以通過溫室通風和其他控制方法來控制溫室溫度。一些散射光材料可以均勻地分布到溫室中，以改善植物群體底部的光合作用。此外，通過調(diào)整不同波長的光，不斷報告作物對胡椒和西紅柿的光合作用。鑒于溫室高濕度的環(huán)境條件，利用吸濕材料提高防霧和滴水性能也是擴大覆蓋材料功能的重要方面。在生產(chǎn)應用中，應根據(jù)不同作物的生長特點、生產(chǎn)目的和栽培系統(tǒng)選擇合適的多功能透光覆蓋材料。

溫室透光覆蓋材料的特點

  溫室內(nèi)獲得的光能主要取決于透光覆蓋材料的光學特性。太陽輻射的微小差異將顯著影響作物的生長發(fā)育。此外，透光覆蓋材料還可以調(diào)節(jié)溫室的溫度。根據(jù)溫室建設區(qū)的氣候和作物種植的生長要求，溫室透光覆蓋材料的選擇應主要考慮其光學特性、熱學特性、機械性能、防霧滴性能和耐候性（表1）。

  光學特性

  光學特性是溫室透光覆蓋材料重要的性能，在一定程度上決定了溫室內(nèi)的光強度和光譜分布，顯著影響了作物的光合作用和器官的形成。因此，溫室透光覆蓋材料的光學特性需要高透光率。其次，透光譜適合作物的生長。透光率主要包括五個含義：①材料對光線垂直入射的透光率；②不同入射角下的透光率；③透光率隨時間衰減；④散射光與直射光的比例；⑤不同光質(zhì)的透光率。透光覆蓋材料應具有大的透光能力，因此理想的透光覆蓋材料應為400波段~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的特性及其污染和老化密切相關。新溫室棚膜的透光率為88%~95%，如果使用滴膜而不經(jīng)常清除污染，再加上自身老化和溫室結(jié)構(gòu)遮陽，日光溫室的低透光率只有40%左右。研究表明，PVC膜透光率低，PE膜透光率高，EVA膜透光率介于兩者之間PVC膜較PE膜很容易被污染。部分高散光覆蓋材料可將部分直射光轉(zhuǎn)化為散射光并傳輸?shù)疥柟鉁厥遥馆椛浞植几泳鶆?，在一定程度上避免了弱光區(qū)的出現(xiàn)。近年來開發(fā)的多功能抗老化、防塵無滴膜，使PVC和PE光學性能不斷提高。不同的覆蓋材料對不同光質(zhì)的透光率有很大的不同，PE膜在270~380 nm紫外光區(qū)的透光率為80%~90%，而PVC膜在350 nm紫外光透過率低于0.1 mm厚的PVC膜對5000 nm上述遠紅光透光率為25%，EVA膜透光率為55%，PE膜透光率為88%。4000~700 nm藍光波段可見光區(qū)，PVC膜透光率高，EVA膜透光率低；黃綠光區(qū)，PE膜透光率高，EVA膜次之，PVC膜低。另外，由于內(nèi)部添加劑不同，同一覆蓋材料的透光率也不同，如PE膜的透光率由高到低PE耐老化膜>PE無滴膜>PE草莓專用膜>PE無滴耐老化膜。

  熱學特性

  選擇具有良好隔熱性能的透光覆蓋材料對降低溫室運行能耗起著重要作用。覆蓋材料的傳熱方式主要包括傳導、對流和輻射。溫室透光覆蓋材料薄，傳導熱阻小。對流傳熱強度主要取決于室外風速和室內(nèi)空氣流動。因此，輻射性能是衡量透光覆蓋材料隔熱性能的重要依據(jù)。太陽輻射進入太陽能溫室后，被其內(nèi)部土壤、墻壁、骨架和作物吸收，轉(zhuǎn)化為長波輻射向外釋放。這些長波輻射的進出取決于覆蓋材料。透光覆蓋材料可以防止室內(nèi)地面、作物等低溫物體的長波輻射進入溫室，從而起到保溫作用。低紅外輻射滲透性的溫室覆蓋材料有利于保持溫室內(nèi)的熱量和溫度。為了提高材料的長波輻射性能，紅外屏障劑經(jīng)常添加到塑料中。一般來說，PVC膜長波輻射透過率低，保溫性能好，PE膜不易污染，但長波輻射透射率高，保溫性能差，EVA膜長波輻射滲透率高，保溫性能差，但優(yōu)于PE膜，PO膜的性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)膜PE膜及EVA膜，其中PO膜覆蓋溫室的溫度比PE高膜覆蓋溫室1~2℃。

  機械性能

  透光覆蓋材料作為園藝設施的主要外殼，多年暴露直暴露在自然界中。它必須堅固耐用，能承受風、雨、陽光、冰雹、雪壓和極端溫度的影響，但也應便于運輸、安裝和控制，因此必須具有較強的機械性能。機械性能是指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度的重要指標，主要包括材料強度、抗沖擊性、熱膨脹和冷收縮性能。軟塑料薄膜通常用縱向和橫向拉伸強度和斷裂拉伸率來表示材料的強度指標，而玻璃和其他剛性材料則用抗壓強度、抗拉強度、彎曲強度和抗沖擊強度來衡量。軟塑料薄膜具有較大的伸縮性和較小的抗裂強度；玻璃具有良好的透光性、絕緣性和抗老化性，但抗沖擊性弱、易碎性和無彎曲性；硬塑料不僅具有良好的抗沖擊性、絕緣性和耐候性，而且具有較強的抗彎曲性、整潔美觀，適用于各種溫室。

  防霧滴性

  由于棚內(nèi)外溫差，特別是冬季，棚膜內(nèi)外溫差較大，棚內(nèi)空氣中的水蒸氣會在棚膜表面液化凝結(jié)成水滴。這些水滴會散射和反射到棚內(nèi)的光線，降低棚膜的透光率和溫度，從而阻礙作物的生長發(fā)育。如果凝結(jié)的水滴滴落在作物表面、幼苗雄蕊或幼苗雄蕊上，會引起燒心，容易誘發(fā)作物疾病的發(fā)生和傳播。鑒于這一現(xiàn)象，溫室覆蓋材料應具有減少內(nèi)壁水滴吸附和直接滴落的功能，以增強薄膜表面的親水性。露滴沿棚膜表面擴展到薄水層，并沿表面流下。這種性能被稱為無滴或滴。使覆蓋材料流滴的方法主要是在棚膜制備過程中添加或在棚膜表面噴的流滴劑，使覆蓋材料的表面具有高親水性。棚膜的流滴性能不僅與棚膜的制膜原料和制膜工藝有關，還受土壤水分、空氣濕度、棚膜覆蓋方法等因素的影響。

  耐候性

  隨著使用時間的延長，溫室透光覆蓋材料的外觀逐漸變暗，透光率下降，機械性能減弱，易撕裂，終不能滿足透光、保溫、保濕、防止滴水、減少霧等使用要求。因此，棚膜的光溫功能需要與長壽保持同步。結(jié)構(gòu)良好的聚合物分子不易被光氧化或熱氧化降解，或選擇耐候性好的材料，是延長溫室透光覆蓋材料耐候性的有效途徑，但研發(fā)成本高，周期長，價格高。目前，綜合性能好，壽命可達10年PET膜的使用壽命更長PC板、ETFE棚膜已投入使用，但價格相對較高。在現(xiàn)有材料配方的基礎上，添加光穩(wěn)定劑、熱穩(wěn)定劑、抗氧化劑和紫外線吸收劑，延長溫室透光覆蓋材料的使用壽命，增加棚膜拉伸和抗撕裂強度，不易吸收灰塵，長期保持高透光率，配方設計、加工成型、驗證試驗周期短，應用效果顯著。