综述：温室园艺光调控技术进展：创新型智能覆盖材料

本综述系统总结了温室智能覆盖材料（DCs、PhCs、LPhCs、SCs）在调控光强度、光谱组成和分布方面的最新研究进展，及其对蔬菜和观赏作物生长发育、产量品质的积极影响。文章重点探讨了光扩散、光选择性、发光和可切换材料如何优化光合作用（PAR）、光形态建成及抗逆性，为现代设施农业的节能增效和可持续发展提供了重要理论依据与技术方向。

　　

温室在现代农业中通过创造可控环境满足植物特定气候需求，延长生长季节并提高作物生产力与品质。光作为关键环境因子，其强度、光谱组成与光周期显著影响设施栽培中的植物表现。太阳辐射受到温室结构与覆盖材料的深刻调控，而智能材料——包括光扩散、光选择性、发光与可切换覆盖——能够积极改变光强度、光谱与分布，从而优化温室光环境，进一步改善植物生长、形态与代谢。

引言：光与设施栽培的关系

光在农业中驱动光合作用与光形态建成两大核心过程。光合作用将光能转化为化学能，而光形态建成则涵盖发育、形态和代谢上的光响应变化，如叶片扩展、茎伸长、开花和抗氧化物质合成。植物通过光敏色素、隐花色素、光otropins、ZTL/FKF1/LKP2复合体和UVR8等五类光受体感知不同波段的光信号，响应范围从紫外（UV-A、UV-B）至远红光（FR）。红光（R）和蓝光（B）是光合作用最有效的波段，R促进生长与开花，B调控叶片扩展与气孔开放，远红光与红光共同调控避荫反应与繁殖发育。绿光（G）可穿透冠层深处，支持内部叶片的光合作用。UV和蓝光还能刺激抗氧化物质合成，提升作物品质。

全球设施栽培面积已超过50万公顷，其中90%采用塑料覆盖。玻璃温室约占20%，主要分布在气候多样的欧洲地区。传统覆盖材料如玻璃、聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚碳酸酯（PC）和聚羟基烷酸酯（PHA）虽成本低、透光性好，但存在热绝缘差、紫外线老化、红外阻塞、结露积尘、机械脆性及环境影响等问题。

方法：文献综述策略

本文基于Scopus和Google Scholar数据库（截至2024年12月），以“智能温室覆盖”“创新覆盖”“光扩散覆盖”“光选择性覆盖”“可切换覆盖”“遮阳网”为关键词，筛选出96篇文献，包括42篇综述与54篇研究论文。研究对象涵盖番茄、黄瓜、生菜等多种作物，研究主题集中在微气候调控、作物产量与品质、植物胁迫响应、光调控生理及植物健康等方面。

创新型智能覆盖材料

与传统覆盖不同，智能覆盖能主动调控温室微气候，根据作物需求调节光、热等参数，提升资源利用效率与作物表现。

光扩散覆盖（DCs）

DCs通过材料本身或特殊涂层散射入射阳光，使光在温室中分布更均匀，减少直射光强与阴影区域，提升冠层内部及下层叶片的光合效率。光扩散覆盖可提高光均匀性指数达20%，促进作物整体光能利用效率提升30%，在强光条件下减轻光抑制与热胁迫。在干旱地区如沙特，DCs可增加温室内77%的散射辐射，略微降温并维持更稳定的空气湿度。反射-扩散薄膜（RDCs）在扩散可见光的同时反射部分近红外（NIR），进一步优化光温环境。

在芦笋、辣椒、黄瓜、生菜、番茄等作物中，DCs均表现出促进生长、提高产量与改善品质的效果。例如，番茄在DCs下光合速率提升21.5%，产量增加3.2%，果实中番茄红素、叶黄素与酚类含量显著上升。观赏植物如菊花也在散射光下表现出更好的干物质积累与侧枝发育。

光选择性覆盖（PhCs）

PhCs通过选择性阻断或透过特定波段的光，调节光质以实现目标生理与形态响应。这类覆盖可改变R/B/FR比例，调控植物生长速率与结构，或透过UV-B以刺激次生代谢。尽管存在光诱导色素降解与透光率下降的问题，现代PhCs寿命可达15年。

生菜在R增强、B与黄绿光减少的光谱下表现出更高的光合速率与水分利用效率，生物量和花青素含量提升。野生芝麻菜在UV向R/B光谱转换下叶绿素含量提高30%。瓜类作物如甜瓜在B与R增强的EVA薄膜下产量提高52%，西瓜和马铃薯也表现出产量与糖分提升。番茄与茄子在UV高透膜下产量显著增加，同时病害发生减少。

光选择性覆盖还可通过调节UV以抑制真菌孢子萌发，减轻生物胁迫。红色与蓝色遮阳网在猕猴桃上可提高单果重与干物质，灰色与白色网则改善果实硬度与落果率。

发光光选择性覆盖（LPhCs）

LPhCs包括有机染料、量子点（QDs）和稀土离子三类材料。有机染料如多环芳烃（PAHs）可吸收绿光并转换为光合有效辐射，量子点则可将UV和蓝光转为红光，提升光合效率。在野生芝麻菜中，发光薄膜促进光合色素积累；在茄子和番茄中，集成染料敏化太阳能电池（DSSC）的玻璃覆盖提升叶绿素含量与抗氧化能力。不过，量子点的发射调控仍需优化，以匹配植物需求与地理环境变化。

可切换覆盖（SCs）

SCs能根据环境变化动态调整透光与隔热性能，实现光温参数的实时优化。电致变色、热致变色材料可响应温度与光照变化，调节透明度；极化粒子装置如SPDs与PDLCs通过电信号调制光热条件。这类覆盖在气候波动大的地区（如地中海）表现优异，可提升番茄产量达20%，促进甜瓜提早开花与提高糖分，在马铃薯中帮助调控温度并提早收获。

控制技术与发展前景

被动动态控制技术如热致变色与光致变色材料可自动响应环境变化，无需外部能源，提升能量效率。主动控制技术则依赖外部能源，实现更精准的光温调控。覆盖材料中常添加紫外线吸收剂、稳定剂、防雾剂、红外阻隔剂等功能添加剂，以提升耐久性与光学性能。新型材料如锑锡氧化物（ATO）纳米颗粒、钻石基颜料和透明太阳能蒸馏器（TSD）进一步优化了光热管理与能源利用。

讨论与结论

智能覆盖材料通过调控光环境，支持温室农业的节能、减排与提质增效。光扩散覆盖提升光均匀性与冠层光合效率；光选择性覆盖针对光质调控，促进生长与品质形成；发光覆盖将非光合有效辐射转为可用光能；可切换覆盖实现动态响应，适应气候变化与作物需求。未来研究应聚焦于作物特异性光需求、材料回收与降解性、以及智能传感与控制系统集成，以推动设施农业的精准化与可持续发展。