设施冬枣专用纳米转光膜的研究

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近年来,我国农膜行业发展迅速,农膜发展方向逐步趋于高性能化、专业化、多功能化。随着高附价值的经济作物不断的走进我们的生活,研发不同作物专用膜对于提高农业发展质量、促进农村经济增长具有十分重要的意义。我国果树设施栽培虽然起步比较晚,但是发展规模在不断扩大,冬枣由于其优良的品质、丰富的营养价值,倍受种植者的青睐。目前农用薄膜在设施冬枣种植中还存在一些问题亟待解决,这些问题主要是:第一,冬枣在各个物候期内所需的环境条件不同,适宜的环境对提高冬枣品质有着积极的作用,因此需要利用农膜对设施环境因子(温度、湿度、光照强度等)进行调控;第二,枣树是喜光树种,适宜的光照条件可以促进枣树健康生长,但太阳光是直射光,会造成温室内光照分布不均匀,叶片底部和背部接受到的光不足,导致光合效率降低;在炎热的夏季,直射光易造成叶片、果实灼伤,严重影响了果农的经济效益;第三,冬枣在整个物候期内对于温度和光照的要求较高,但目前市场上的功能性农膜都无法实现对光温的智能调控;第四,由于透光率和光合作用下降的问题,市场上应用于冬枣的农膜使用期多为一年,且无法实现农膜的功能与寿命同步。因此,针对冬枣的生长习性,研发冬枣专用的功能与寿命同步的具有集防流滴消雾、高保温、转光、漫散射、防虫等多种功能于一身的多功能棚膜具有重要意义。针对以上情况,本文选用了目前农业上广泛应用的聚乙烯(简称PE)树脂为基体材料,将设施冬枣专用转光助剂(NANO-ZG)通过熔融插层法制备成设施冬枣专用的转光母粒;再通过三层共挤吹塑技术制备了设施冬枣专用纳米转光农膜(PE/NANO-ZG),对其结构进行了一系列表征,最后在我国的“冬枣之乡”山东沾化进行大田实验,通过连续两年的追踪分析,进一步评价PE/NANO-ZG的实际应用效果。具体研究内容如下:(1)设施冬枣专用纳米转光膜的制备及性能研究。首先通过熔融插层法将设施冬枣专用纳米转光助剂(NANO-ZG)与其他功能性助剂共混制备得设施冬枣专用纳米转光母料;再通过三层共挤吹塑生产工艺制备出设施冬枣专用纳米转光膜(PE/NANO-ZG),并利用SEM、XRD、FTIR、TG、FA、力学性能测试以及重金属含量检测等方法对设施冬枣专用纳米转光膜的物理化学性能进行了一系列表征。SEM可以观察到母粒表面的片层结构,FTIR、XRD结果分析表明NANO-ZG在PE基体中完全剥离,均匀地分散在PE的基体中;TG结果分析显示PE/NANO-ZG的起始分解温度为比对照膜PE/DZ提高了 28.3℃,最大分解温度提高了 15.4℃;FA测试结果显示,设施冬枣专用纳米转光膜可以高效选择性吸收紫外光,转化成有利于冬枣生长的蓝紫光、蓝绿光;力学性能测试结果显示,PE/NANO-ZG的拉伸强度、断裂伸长率和直角撕裂强度均大于对照棚,且超过了行业标准。透光率和散射率测试分析表明,PE/NANO-ZG透光率高达90.1%,比对照棚增加了 2.04%;散射率为19.10%,比对照棚提高了 3.74%;对不同时间浸泡农膜的水样进行重金属离子含量检测,水样中均未发现重金属离子超标,可以安全使用。(2)设施冬枣专用纳米转光膜的大田试验。对设施冬枣专用纳米转光膜和对照膜内的环境因子进行实时监测,通过对温室内的空气温度、空气湿度、土壤温度、光照强度的数据分析,探讨设施冬枣专用纳米转光膜对温室大棚内微气候的影响;再通过对比同一时间两棚内冬枣在各个物候期内的生长情况,以及对冬枣果实品质的检测,进一步评价PE/NANO-ZG膜的实际应用效果。结果表明PE/NANO-ZG膜更适合冬枣的生长,缩短了生长周期的同时,有效的提高了果品的质量。(3)设施冬枣专用纳米转光膜的连续性大田试验。选用第一年使用过的设施冬枣专用纳米转光膜和对照膜(新膜),进行第二轮大田试验。通过对设施因子(空气温度、空气湿度、土壤温度、光照强度)的监测,以及对冬枣三个主要物候期(萌芽期、花期、果实成熟期)的跟踪分析,评价设施冬枣专用纳米转光膜连续第二年的实际使用效果。结果显示PE/NANO-ZG膜在第二年的使用过程中,仍可以提供冬枣适宜的生长环境,各类环境因子数据均优于对照棚;第二轮试验中,PE/NANO-ZG膜内的冬枣依旧可以提前成熟,果实大、色泽鲜润。再次验证了设施冬枣专用纳米转光膜的功能,并且其各项功能没有因为使用时间的延长而减退。综上可以看出我们设计制备的设施冬枣专用纳米转光膜更适合冬枣生长,可以使冬枣达到早熟、优产的效果,并且农膜的功能与寿命同步,满足了设计的要求。
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