农用塑料技术在设施园艺产业中的应用与发展

设施园艺是指在不适宜露地种植的季节或地区，利用温室、塑料大棚等保护设施栽培蔬菜、果树、花卉等园艺作物的生产方式。设施园艺原本特指温室、塑料大棚，以及后来发展的工程技术集成度和智能调控水平更高的植物工厂等大型保护设施栽培，后来扩展到中小拱棚、阳畦等小型简易保护栽培。农用塑料技术是设施园艺产业的主要支撑技术之一，其在设施园艺产业的应用主要包括棚膜、遮阳网、防虫网、地膜等农用覆盖材料，喷灌、微灌、低压管道等节水灌溉器材，穴盘、护根钵、花盆等塑料育苗容器，以及其他农用塑料制品。除了作为具体的园艺资材，相关单位还根据设施园艺生产的需要，不断研发系列配套集成技术，不但有力地推动了中国设施园艺产业的发展，取得了较好的社会效益和经济效益，更是未来设施园艺产业转型升级的重要技术保障。1 农用覆盖材料及器械1.1 棚膜中国的棚膜覆盖栽培技术可以追溯到 20 世纪50 年代中后期，1963 年以后随着 PVC 塑料薄膜实现国产化，塑料棚覆盖栽培迅速兴起。早期是塑料小拱棚，60 年代中后期出现塑料大棚；70 年代中期以前的农用塑料薄膜全都是 PVC，但由于增塑剂选择不当造成大面积棚栽作物中毒，1977 年后转向重点发展 PE 塑料薄膜覆盖栽培；80 年代初塑料薄膜开始大量取代玻璃用作园艺设施的透明覆盖材料。近 30 年来中国设施栽培面积翻了 7 番，由 3.1万 hm2（47 万亩）扩大到 410.7 万 hm2（6 160 万亩），年均增长 17.7%。目前中国设施栽培面积约是世界其他国家总和的 16 倍，主要设施栽培面积及其占比分别为：日光温室 92.7 万hm2（1 390 万亩）， 占 24.7%；大中棚 187.3 万 hm2（2 810 万亩），占 45.6%；小 拱棚 114.7 万 hm2（1 720 万亩），占28.0%；连栋温室 3.6 万 hm2（54 万亩），占 8.8 ；加温温室 3.5 万 hm2（52 万亩），占 8.4。耐候功能膜产品不断升级换代。中国防老化膜的研制始于20世纪70年代中后期；80年代中后 期，具有流滴防老化效果的第一代耐候功能膜（时称双防膜）研制并推广应用起来；90 年代初，按照设施园艺对棚膜高透光、高保温、既流滴又防雾的要求，先后优化了具有流滴、消（减）雾、保温等功能的第二代耐候功能膜，利用三层共挤装备优化了防老化助剂体系、树脂体系和流滴消（减）雾、保温等功能助剂体系及成膜工艺的多功能复合型第回顾了近 30 年来农用塑料技术在设施园艺产业的应用和发展，包括农用覆盖材料、塑料育苗容器、节水灌溉材料及相应的配套集成技术，分析了农用塑料技术在设施园艺生产中产生的社会效益和经济效益，进而提出了推进设施园艺产业转型升级的发展策略。农用塑料技术在设施园艺产业中的应用与发展张真和，全国农业技术推广服务中心首席专家，农技推广研究员，E-mail：zhzhe126.com 收稿日期：2015-06-10张真和（全国农业技术推广服务中心，北京 100125）2015（7）：1 -5 1新优品种栽培管理本期视点产业市场病虫防控 产业广角中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES三代耐候功能膜，有效地促进了中国耐候功能膜的制造工艺革新与科技进步，使不同的功能助剂与专用树脂工艺配方由共混均匀添加转变为分层复合构建。PE 的成膜工艺由共混吹塑发展到三层共挤，且在传统外部冷却的基础上增加了内部冷却，显著提高了耐候功能膜的生产效率和质量性能指标；PVC 的成膜工艺由传统窄幅压延转变为双向拉伸扩幅，生产效率、幅宽大幅增加。从而使棚膜的功能实现了由只流滴不防雾到既流滴又消（减）雾；由单一流滴防老化膜到流滴、消（减）雾、高透光、高保温甚至还具有转光特性的多功能复合膜的飞跃。其流滴消（减）雾持效期由 23 个月延长到69 个月，耐候性由参差不齐到 1236 个月稳定可控，促进了耐候功能膜的迅速发展，基本满足了设施园艺产业大发展的需要。20世纪90年代后期，针对内添加型流滴消（减）雾功能膜成本偏高、持效期仍偏短、质量稳定性欠佳等问题，一些企业开始研制以硅溶胶及硅烷偶联剂为主要成分的表面涂敷液，采用灌浆法生产表面涂敷型流滴消（减）雾功能膜，流滴消（减）雾持效期可达半年以上或更长，受到用户欢迎。但灌浆涂敷膜存在使用不便、涂层易受剐蹭缺失等问题，于是在线干法涂敷 PO膜的生产工艺应运而生。该工艺推动了功能持效期与薄膜寿命同步、性能高且稳定性好的第四代耐候功能膜的快速发展，使中国棚膜的功能助剂实现了由内添加到在线表面干法涂敷的历史性跨越。30 年来，不仅通用型耐候功能膜不断升级换代，而且专用型耐候功能膜的研发也取得了可喜进展。目前已开发应用的专用型耐候功能膜有：水稻育秧膜、韭菜膜、草莓膜、抗农药膜、内张保温膜、苫盖膜、水产养殖膜、青贮饲料膜等。目前，中国耐候功能膜的研发成果总体达到国际先进水平，其中流滴性能快速检测方法、农田应用试验评价方法、农业用聚乙烯吹塑棚膜和农业用乙烯 - 乙酸乙烯酯共聚物（EVA）吹塑棚膜国家标准研制，以及新型农膜专用树脂（mLLDPE、长支链 mLLDPE、C8LLDPE 等）应用、薄型（厚度 100 m）耐候功能膜研制与产业化均居国际领先地位 ，转光膜的研制与工业化生产居世界前列，消（减）雾型耐候功能膜的技术水平领先欧美、接近日本。据匡算，30年间全国棚膜中耐候功能膜的占比已由不足10.0%上升到46.6%，年产销量约为 55 万 t，每年可节约 160 万 t 棚膜专用 树脂。1.2 地膜20 世纪 70 年代末从日本引进地膜覆盖栽培技术，到 1982 年进入大面积推广阶段，仅用了 4 年时间。1983 年中国地膜覆盖栽培面积达到 62.9 万hm2（943 万亩），超过日本跃居地膜覆盖栽培大国之首。1984 年，全国地膜覆盖栽培面积为 133.4 万hm2（2 001 万亩），2013 年突破 2 466.7 万 hm2（3.7亿亩），30 年翻了 4 番，年均增长 10.7%。目前中国地膜覆盖栽培面积大约是世界其他国家总和的13 倍，其中蔬菜 633.3 万 hm2（9 500 万亩）、果用瓜 186.7 万 hm2（2 800 万亩）、草莓 6.7 万 hm2（100万亩）。30 年来，地膜年用量由 13 万 t 增加到 139万 t，翻了 3 番，年均增长 8.3%。1979 年从日本引进的地膜厚度为 15 m、幅宽 8090 cm，覆盖成本较高 。为了全面降低地膜覆盖成本，科学家们通过试验证明，厚度为 58 m的微薄地膜的增温保墒作用仍能满足农艺要求 ，增产效果与 15 m 厚 的地膜基本相同，从而推动了中国地膜的全面减薄和微薄地膜加工工艺技术进步。为了充分发挥地膜防霜覆盖促早熟作用，研发推广了蔬菜、瓜果地膜微拱棚、地膜沟棚、地膜阳坡深穴覆盖等技术，这些改良地膜覆盖栽培的瓜菜可提早 715 天上市，早熟增收效果非常显著。农膜企业按照地面覆盖、微拱棚覆盖和高畦（垄）覆盖、半膜覆盖、全膜覆盖、宽膜覆盖等农艺要求，开发出不同厚度和幅宽的通用地膜系列产品；按照趋避蚜虫、根际增温以及行间除草等农艺要求，采用分流道共挤出工艺开发出银白、银黑、黑白等配色地膜；按照稳定增温除草的农艺要求，通过添加炭黑开发出物理除草地膜，或添加除草剂加工化学除草地膜；按照改善植株下部光照条件和抑制土壤升温的农艺要求，通过双层共挤工艺开发出银/黑、银/白、白/黑双面地膜；按照促早发的农艺要求，通过添加保温母料开发出热效地膜。正是地膜产品的多样化开发，成就了中国农业生态区域多样化、农作物多样化和栽培目的多样化的地膜覆盖栽培技术的不断创新发展。 2新优品种栽培管理本期视点产业市场病虫防控 产业广角中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES1.3 遮阳网和防虫网30 年来，中国遮阳网、防虫网从无到有，快速发展。遮阳网已广泛应用于蔬菜、花卉、食用 菌、夏秋茶覆盖栽培，以及无性系花卉、茶树良种扦插育苗上，使用量约 15 亿 m2。防虫网帐、网室以及用防虫网封闭棚室门窗、放风口，已成为全国各地蔬菜瓜果病虫害绿色防控的关键技术措施和质量安全的重要保障，使用量已突破 3 亿 m2。每年需要更新6亿7亿m2遮阳网、1.0 亿1.5 亿 m2防虫网。其中防老化性能优良的产品从无到有，目前所占比重约为 30%，每年可节约 4.5 万 t 遮阳 网、防虫网专用树脂。1.4 塑料育苗容器近 30 年来，随着塑料容器护根育苗技术的推广，园艺作物营养钵、营养土块和裸根等传统育苗移栽技术已逐步被塑料容器护根育苗移栽技术所替代。尤其是近几年来，以穴盘轻基质为主要特点的集约化育苗的年增长率都在 20% 以上，目前全国蔬菜集约化规模化育苗企业的年供苗能力已达 1 000 亿株。其中优质耐用塑料穴盘的占比约为60%，每年可节约 5 万 t 穴盘专用树脂。1.5 节水灌溉器材2014 年中国农田高效节水灌溉面积达 1 466.7万 hm2（2.2 亿亩），比 30 年前翻了 5 番，年均增长11.7%。其中近 5 年年均增长 13.6%，尤以节水效果最佳的微灌增速最快，年均增长 35.5%。目前微灌、低压管道输水灌溉、喷灌面积分别为 713.3 万 hm2（1.07 亿亩）、753.3 万 hm2（1.13 亿亩）和 306.7万 hm2（0.46亿亩）。全国节水器材的年耗用量在200 万 t 左右。2 相关配套集成技术节能设施园艺创新取得重大突破。1985 年以来，发源于中国辽南地区的日光温室，在合理采光时段和异质复合蓄热保温体的理论创新成果指导下，通过合理采光时段屋面角及异质复合墙体和后屋面的优化设计与建造，采取提早扣膜冬前蓄热、加盖防雨膜、强化前屋面保温、适当早定植冬春茬果菜类蔬菜等综合节能措施，在冬春季节日照 率 50% 和 5 年一遇极端低温在 -25 以上的地区，可以不用人工加温进行喜温蔬菜越冬生产。此项节能技术体系为中国独创 、国际领先，目前已广泛应用于“三北”地区及青藏高原地区。与传统加温温室相比，每 667 m2可节约标准煤 1540 t；与现代化连栋温室相比，每 6 67m2可节约标准煤60130 t。近年来，在日光温室内增设以水、 土壤、墙体建材为储热介质的太阳能热交换系统，蓄热增温效果显著，加上挤塑聚苯保温板、挤塑岩棉保温板和发泡聚氨酯等优良绝热材料和高光效耐候功能膜的应用，显著改善了日光温室冬季生产的温光条件，室内外最高温差可达 40 左右，大大提高了日光温室喜温蔬菜冬季生产的安全性，也为推进日光温室现代化做了必要的技术储备。此外 ，浙江、江苏、安徽、四川等长江流域省市的沿江及江南地区，采用三棚四膜或三棚五膜覆盖保温措施，正常年份也可实现喜温蔬菜安全越冬生产。1984 年以来，农用塑料技术在园艺领域中的应用取得了一大批获奖科技成果，其中“聚乙烯地膜和地膜覆盖栽培技术”获国家科技进步一等奖；“棚室蔬菜生产配套技术推广”、“日光温室蔬菜高效节能栽培技术开发”、“工厂化农业（园艺）关键技术研究与示范”、“新型日光温室蔬菜系统技术工程研究与开发”等成果获得国家科技进步二等奖。3 社会效益和经济效益3.1 提高农产品供给水平设施蔬菜生产每 667 m2可比露地增产 1.5 倍以上。据匡算，推广蔬菜含西（甜）瓜设施栽培2013 年增产逾 2.80 亿 t，2014 年增产 2.85 亿 t。36种蔬菜产品月均批发价的波动幅度（月均最高批发价比月均最低批发价的增长幅度）由 1996 年的 1.19倍减小到 2013 年的 0.48 倍、2014 年的 0.70 倍，分别收窄了 70.4% 和 48.7%，为中国蔬菜市场供应均衡度达到国际先进水平作出了巨大贡献。3.2 促进农民可持续增收地膜、棚膜、遮阳网、防虫网、塑料钵体软盘、塑料秧盘、塑料盆钵、节水灌溉器材、青贮氨化薄膜、塑料网具等均已成为农业生产不可缺少的塑料制品，其应用技术已成为农牧渔业增产增效的核心技术和农民可持续增收的重要保障。按照各类种植业产品的市场均价计算，2013 年度共为种植业增 3新优品种栽培管理本期视点产业市场病虫防控 产业广角中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES加产值 1.54 万亿元，增加净产值 1.07 万亿元，对全国乡村人口人均纯收入的贡献额为 1 706.87 元，占 19.2%。其中园艺设施栽培增值 1.19 万亿元、净增值逾 7 700 亿元，对全国乡村人口人均纯收入的贡献额为 1 230.1 元，占 13.8%（2014 年农产品价格偏低，增收效果略低于 2013 年）。3.3 增强抗灾减灾能力农用塑料技术在农业生产抗灾减灾中具有极其重要的地位和作用。温室可以抗御北方冬春季节的冰雪严寒，生产各种喜温蔬菜瓜果。塑料棚可以抗御晚秋和早春的低温冷害、霜冻以及夏季的暴雨、冰雹，适用于多种农作物春提前和秋延后栽培。利用棚室集约化育苗技术装备，冬春季灾后 3050天、夏秋季灾后 20 天左右即可抢育一茬果菜苗；利用棚室灾后抢种速生菜，可以迅速恢复生产自救。防雨棚具有良好的避雨防病效果，广泛用于南方多阴雨高湿地区的葡萄、西（甜）瓜生产。遮阳网和防虫网覆盖，可以遮强光、降高温、防暴雨，防止害虫入侵为害，减轻热带风暴、冰雹和由伤口侵染的病菌对农作物的危害。喷灌和微喷不仅高效节水抗旱，而且能有效预防干热风危害。防渗膜用于水窖（池、坑、井）集雨补灌，可以缓解干旱对农业的威胁。3.4 避免了大量温室能耗排放中国独创的日光温室高效节能栽培技术，19851986 年冬春季节取得突破，1990 年进入大面积推广阶段，20132014 年度已达 84.0 万 hm2（1 260万亩），共节约标准煤3.2亿t，相当于少排放 8.3 亿 t 二氧化碳、260.0 万 t 二氧化硫、230.0万 t 氮氧化物。与现代化温室相比，其节能减排的贡献额还要增加 3 倍以上。4 发展对策中国园艺设施栽培面积虽然已占世界九成的份额，但无论是设施的规范化、标准化程度，还是设施的生产力水平，与荷兰、日本等设施园艺发达国家相比都还存在一定的差距。要实现由设施园艺大国到强国的飞跃，必须大力推进设施园艺产业转型升级。第一，要大力推进园艺设施改造升级。据调查，全国现有的园艺设施中缺乏优化设计的约占80%，抗御风雨雪灾的能力较差，冷害、热害普遍存在，冻害时有发生，冬夏生产安全风险大。园艺设施改造升级的重点：一是结构参数优化设计和高标准建造。日光温室改造升级的总体要求是，按照合理采光时段原理提高采光性能，按照异质复合蓄热保温体原理提高蓄热保温性能，地梁下的地基夯实程度要一致，墙体要坚固，基础要牢固，后屋面仰角 40；室内地面下沉深度 50 cm，并要特别注意排涝 ，严防雨水倒灌。塑料大棚改造升级的总体要求是，按照合理轴线方程和适应机械化发展需要设计棚面高度与弧度，增强抗风雪荷载性能。棚室的设计要注意克服盲目大型化的倾向，加强棚室建造质量监管，提高抗御风雨雪灾的能力。二是大力推广应用新型隔热保温材料。为防止日光温室墙体、后屋面和四周土壤中的热量传导损失，提高日光温室的保温能力，应大力推广应用挤塑聚苯保温板、挤塑岩棉保温板和发泡聚氨酯等绝热性能好的材料，并采用扣合或搭接式粘结。三是积极采用经济实用的太阳能热交换技术与装备。为了提高日光温室的蓄热保温性能，要求后屋面水平投影宽度达到跨度的20%，内墙要用粘土砖、毛石等热容量大的建筑材料建造。相关研究证明，采用经济实用的太阳能热交换技术与装备进行蓄热增温，可以有效弥补因缩短和减薄日光温室后屋面甚至取消蓄热墙体而造成的热量损失，因而可以显著降低日光温室的建造难度和成本，应当积极试验示范 推广。第二，要大力推进耐候功能膜升级换代。一方面，要进一步完善现有的耐候功能膜工艺技术，加大推广力度，力争全国耐候功能膜的推广普及率每年提高 1.5%。另一方面，要进一步加大耐候功能膜新产品的研发，包括加大高端耐候功能膜的研发推广力度，以满足连栋温室和标准塑料大棚对此类功能膜的需求；加大专用耐候功能膜的开发推广力度，以满足不同作物对光质的特殊要求，提高产量和品质；加大特殊耐候功能膜的研发推广力度等。设施栽培易形成高湿环境条件，利于真菌和细菌性病害的发生和流行，为了防治灰霉病、霜霉病、叶霉病、细菌性角斑病、晚疫病等低温高湿病害，使用含硫、含氯农药是不可避免的。为此，要加大抗农药耐候功能膜的研发推广力度，以避免棚室生产 4新优品种栽培管理本期视点产业市场病虫防控 产业广角中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES损失和质量纠纷。南方多雨高湿地区，塑料设施表面很容易滋生苔藓，造成耐候功能膜的透光率严重下降，致使长寿命耐候功能膜的优势难以发挥，抗苔藓也应成为今后耐候功能膜的重要研发方向之一。中国日光温室园艺的突出特点是最大限度地利用冬季太阳能进行蔬菜瓜果越冬生产，然而深冬季节不仅严寒，而且光照严重不足。通过内添加或涂敷工艺技术，把太阳可见光辐射中占比较大、但对绝大多数农作物光合作用和生长发育无效的绿光及部分紫外光转换为光合作用可利用的蓝光和红光，并通过进一步延长转光剂的半衰期或改变附加转光功能的技术路线，尽快解决转光剂半衰期与显效转光季节不匹配的问题，让转光技术成为日光温室优质高产高效的重要支撑。高透光漫散射型耐候功能膜可以显著增加光合有效辐射，大大改善农作物群体中下部功能叶的光照条件，是促进塑料棚优质高产高效生产的关键技术之一，要加快步伐研发推广。还有用于提高土壤和棚室熏蒸消毒效果的高阻隔膜，用于夏季抗高温暴雨覆盖栽培的凉爽膜，以及高阻隔波长在 350 nm 以下紫外线的抗病膜的市场前景都很好 ，也应成为今后耐候功能膜新产品研发的重要方向。第三，要大力推广轻简增效园艺技术。面对设施园艺产业成本剧增、效益滑坡，以及从业人员兼业化、老龄化、妇女化的严重局面，必须大力推广普及轻简增效园艺技术。一是加快设施园艺生产机械化，实现耕整、播种（移栽）、植保、采收运转、采后处理机械化。二是大力发展微灌肥水一体化，充分利用微灌系统和水溶性肥料，实现肥水管理科学化、轻简化，有效提高水肥利用率。三是积极推进环境调控智能化，对设施微环境的光、温、水、气、肥实行自动化、智能化监测调控。四是加快推进种苗培育集约化。在全国 2 266.7 万 hm2（3.4 亿亩）的蔬菜和瓜类生产中，育苗移栽的果菜类约占25%，需要果菜类种苗逾 1 900 亿株；育苗移栽的茎叶菜类约占 20%，需要茎叶菜类种苗逾 4 800 亿株，需要育苗移栽的洋葱苗逾 750 亿株。要在大力推广普及常规穴盘集约化育苗的同时，积极示范推广潮汐灌溉、电热膜加温、水培、方体基质育苗等新兴集约化育苗技术，力争通过 510 年的努力，把集约化育苗的推广普及率由目前的不足 10% 提高到 30% 以上。五是大力推进设施资材省力化，重点是研制推广轻便快捷的嫁接、植株调整专用器具。六是大力发展专业化、社会化服务，鼓励引导规模生产经营主体实行全产业链运营，按照优势互补的原则，大力发展承接或外包专业化服务贸易，使园艺产业成为产销一体化、决策信息化、劳作轻简化、生产清洁化、管理数字化的现代农业先导产业，实现轻简、轻松、清洁、快乐生产，让广大园艺生产者彻底告别面朝黄土背朝天的传统劳作方式，让菜农、果农、花农都成为体面的职业，使新生代劳动者乐于加入园艺产业大军，保证园艺产业后继有人。第四，大力推广优质高产园艺技术。培育、筛选、推广专用品种，实现设施栽培和加工品种专用化；推广适龄壮苗，彻底解决传统老大苗易早衰问题；优化设施环境，包括棚室适期早扣膜冬前多蓄热，适宜高温管理增加冬季蓄热，地面全覆盖降湿防病，采用太阳能热交换技术装备、高透光和高光效耐候功能膜等。第五，大力推广普及质量安全技术。一是严格按照不同目标食品（无公害食品、绿色食品、有机食品）的产地环境标准，先行产地环境评估，在环境评估合格的区域组织目标食品的标准化生产。并通过对产地环境的定期复查评估，依法、科学、及时划定食用农产品禁止生产区域。二是综合应用定向免疫高抗、多抗良种，定期远缘轮作、水旱轮作，严禁使用有害元素超标的畜禽粪便，推广应用嫁接换根、膜下滴灌、水肥气热协调促控等农业防治措施。三是因地制宜采用薄膜避雨棚和遮阳网、防虫网覆盖，以及粘虫板、频振式杀虫灯、高温闷棚、空间电场消雾降湿防病、生物垃圾臭氧快速处理技术装备，以及高温消毒、微波消毒、紫外光消毒等物理防治措施。四是积极应用天敌产品、生物农药和生物修复等生物防治措施。五是配合应用合理的化学防治措施，包括选用高效低毒短残效期农药、现代施药器械和适时对症用药，禁止使用禁用限用农药，严格安全间隔期。六是大力推行统防统治，通过购机补贴等政策措施，为专业化、社会化服务组织配备高效精准施药装备，提高病虫害统防统治的能力、效率、效果和效益，使其具备自我积累、自我发展的能力。 5新优品种栽培管理本期视点产业市场病虫防控 产业广角中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES