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農業農村部農業生態與資源保護總站薛穎昊:可降解農用地膜的材料研究與應用現狀

農業農村部農業生態與資源保護總站薛穎昊:可降解農用地膜的材料研究與應用現狀

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  • 發布時間:2020-07-01 15:15
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詳情

可降解農用地膜的材料研究與應用現狀

薛穎昊1,2,孫占祥3?,居學海2,習斌2,靳拓2,賈濤2

(1.沈陽農業大學土地與環境學院,沈陽 110866;2.農業農村部農業生態與資源保護總站,北京 100125;3.遼寧省農業科學院,沈陽 110161)

摘 要: 簡述了可降解地膜的發展歷史,將現有可降解農用地膜分成全生物降解地膜和崩解型地膜2個部分,綜述了合成型生物降解地膜、天然生物聚合型生物可降解地膜、氧化催化劑地膜和光敏劑地膜的組成、性能指標、降解原理及其在農業上的研究應用,并指出國內可降解地膜存在的問題和未來的發展方向,為可降解地膜向更多作物種類的推廣應用提供了理論依據。

關 鍵 詞: 地膜;生物降解;崩解;應用

 

1 .

前言 



塑料地膜的使用在農業上被稱為“白色革命”。除保護農作物免受惡劣天氣、昆蟲和鳥類等不利生長條件的影響外,農用地膜的應用可以提高表層溫度、保墑和促進植物幼苗和根系的生長。短期應用塑料地膜覆蓋技術可以促進農作物增產55 %~142 %。塑料地膜已被用于種植玉米、棉花、甘蔗、水稻、蔬菜和果樹。

塑料地膜的原材料主要為聚乙烯(PE),其制造原料主要是從石油、煤炭和天然氣中提取的,來源有保障。PE材料易于加工,具有優異的耐化學性、高耐用性、柔韌性、無異味和毒性。1938年,英國科學家首次將PE制成薄膜。Waggoner等比較研究了不同覆蓋物(PE膜、稻草、紙地膜和鋁膜)引起的微氣候變化,認為PE膜是最有效的地膜覆蓋物。因此,PE一直是最主要的農業地膜材料。然而,PE材料的相對分子質量大、性能穩定、在自然環境下難以降解,在土壤中可以殘存200~400年。通常使用的PE地膜材料厚度均非常低,如美國使用的典型塑料薄膜厚度僅為15.2~50.8 μm,如此低的厚度導致使用于土壤的地膜難以回收。殘膜在土壤中逐年累積形成隔層,不僅直接給農業耕作和播種造成了不利影響,還阻礙了土壤耕層水、氣、肥的運動,破壞了土壤結構,使農業生態環境遭到極大破壞,造成嚴重的“白色污染”。此外,殘膜的不當處理,如焚燒塑料殘膜,產生有機污染物呋喃和二噁英等有害化學物質及細微顆粒(直徑小于2.5 mm),引起中風、哮喘、肺功能下降等呼吸道疾病,干擾生物體內分泌系統,誘發癌癥,危害人類健康安全。鑒于此,世界各國相繼出臺了嚴格的限塑令以及廢棄塑料回收法律體系。與此同時,開發全新的與PE塑料地膜具有同等增溫、保墑、防蟲、除草效果的可降解地膜,已成為農業研究的重要熱點之一。目前使用度和關注度最高的是全生物降解地膜和崩解型可降解地膜。

 

2 .

全生物降解地膜



全生物降解地膜是指在自然界中可通過微生物100 %降解的一類地膜。其組成材料主要來源于淀粉、纖維素、殼聚糖及其他天然多糖類材料。在自然環境中,這類材料最終將被分解成水和二氧化碳,不會破壞土壤。按照制備方法不同,全生物降解地膜可分為兩類:合成型生物降解地膜和天然生物聚合型生物降解地膜。

合成型生物降解地膜 

合成型生物降解地膜通常是將含有酯鍵的可被生物降解的結構引入到分子結構中。已被商業化開發的主要品種有聚羥基脂肪酸酯(PHA)、聚β?羥丁酸(PHB)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚丁二酸?己二酸丁二酯(PBSA)、聚乙醇酸(PGA)、聚乳酸(PLA)、聚己內酯(PCL)、聚對苯二甲酸丁二醇?己二酸丁二醇共聚酯(PBAT)等。

PHA是一種可由微生物合成的線性聚酯,具有生物降解性、生物相容性以及可再生等特性。根據烷基取代基(R)的大小,PHA的力學性能不同,故從硬脆性塑料到柔性塑料或強韌性彈性體都可以得到。許多細菌可將聚羥基磷灰石作為細胞內的儲存物質,這些物質含有豐富的碳源和少量的氮,PHA的生物量占其細胞干重的30 %~80 %。

PHB屬于PHA家族中的一員,于1926年在巨大芽胞桿菌中發現。與PHA不同的是,PHB的烷基取代基(R)是甲基。與傳統塑料相比,PHB具有結晶度高、韌性差、加工窗口窄等缺點,需要通過與其他生物可降解聚合物的共聚或共混來改善性能。PHB可被多種微生物(細菌、真菌和藻類)降解,其降解產物為3?羥基丁酸,是正常血液的組成成分之一,因此無環境危害性。

PBS由丁二酸和丁二醇縮聚而成,目前已經商業化。PBS具有一系列令人滿意的性能,如良好的力學性能、可熔融處理能力、生物降解性和環境兼容性。PBS的加工性能優于PLA和PGA。PBS的生物降解性已經在液體培養實驗、堆肥生產測試和土壤填埋實驗中得到了充分驗證。但是,PBS的降解速率較慢,生物相容性和生物活性不足,限制了其應用。因此,一般需要采用等離子體修飾的方法對其進行表面修飾來克服這些缺陷。目前,PBS在食品包裝、餐具、農用薄膜、生物醫用高分子材料等領域得到了推廣。雖然PBS的價格相對于其他合成型生物降解塑料來說價格偏低,但仍然高于傳統塑料。

PBSA由PBS添加己二酸制得。PBSA的相對分子量較大,其性能和生物降解速率由丁二酸和丁二醇的性質決定。

PGA是最簡單的線性脂肪族聚酯,在脂肪族聚酯中的降解速度最快。其低相對分子質量產物可以被微生物充分降解利用,是理想的可降解材料。但是,PGA的造價高昂,成型加工難度大,其主要應用于醫療領域,在可降解農用地膜領域應用較少。

PLA是一種具有生物可再生特性的生物降解材料,其制備原料來源于植物資源,如玉米。PLA的生產過程無污染,而且產品可以生物降解,實現了物質在自然界中的循環,因此是聚酯中理想的綠色高分子材料,其降解速率取決于其結晶度。PLA也有脆性大、穩定性差的缺點,可通過開環聚合的方法得到高相對分子質量的PLAs,以達到提高性能的目的。

PCL又稱ε?己內酯,是一種室溫半剛性材料,可被多種溶劑溶解。PCL在室溫下具有良好的柔韌性和穩定性。但其熔點只有65 ℃左右,加工困難,基本不單獨使用。同時PCL的生產成本較高,導致了PCL制品的價格一直居高不下。自然界中的很多微生物和真菌均可降解PCL,其降解速率可通過制備丙交酯的方法控制。

PBAT兼具PBA和PBT的特性,既有較好的延展性和斷裂伸長率,也有較好的耐熱性和抗沖擊性能,同時還具有優良的生物可降解性。PBAT合成成功后可以直接加工使用,是目前生物降解塑料研究中非?;钴S的和市場應用最好的可降解材料之一。但PBAT的價格昂貴,因此在不影響其生物可降解性的前提下可通過填充改性的方式來降低PBAT的制造成本,以利于其在市場推廣。

以上合成型生物可降解聚酯中,PHA、PHB和PLA除了可以人工合成外,也可以來自微生物,并具有底物成本低、生產溫度低、能耗低等優點。PHB具有良好的生物降解性,主要用于醫用高分子材料,但也存在一些固有缺陷,如脆性低和成本高。PLA具有可用性、市場需求強勁和價格低廉等優點,表現出最高的應用潛力。此外,PLA與其他材料如PE或PP共混,可減少相對分子質量添加劑的用量,提高其力學性能和可降解性。這些合成型聚酯豐富了生物可降解材料的種類,正在逐步取代傳統石油基塑料。

天然生物聚合型生物可降解地膜 

自然界中,天然高分子聚合物有很多種,比如淀粉、蛋白質、纖維素、殼聚糖以及果膠等。這些天然高分子物質儲量豐富、可再生、價格低廉,并具有優異的生物降解性能,在生物降解地膜的研究中受到廣泛關注。這些聚合物所攜帶的化學鍵可被微生物分泌的酶所降解。但是,有一些聚合物的力學性能不佳,因此需要通過共混、共聚、接枝和交聯等方法來進行改性,以使其具備熱塑性。

淀粉是可再生的,提取簡單,價格低廉,具有完全生物降解性。然而,由于淀粉對水高度敏感,而且與其他石化聚合物相比,淀粉的力學性能相對較差,因此其用途有限。將淀粉與其他聚合物混合是解決上述問題的方法之一。與合成型聚合物相比,微生物對淀粉基聚烯烴組分的降解速度更快。近些年來,許多生物可降解淀粉基熱塑性共混物得到了廣泛的發展和研究,如淀粉與聚乙烯醇(PVA)、PLA、PCL、PHB和PBS等進行改性共混。

蛋白質是熱塑性雜環聚合物,其基本組成單位是氨基酸。相同或者不同氨基酸分子之間可形成共價連接,其性能根據氨基酸組成的不同而各異,使得蛋白質具有廣泛的化學和功能潛質。以自然形態存在的蛋白質既不溶水也不能熔融,需要將其與增塑劑混合,使其具備可加工性。動物和植物均能提供蛋白質,動物蛋白如膠原蛋白可用于醫學領域,植物蛋白如谷蛋白和大豆蛋白已被用于可食用薄膜,但涉及到蛋白質基農業地膜的研究仍然較少。

纖維素是另一種廣為人知的植物多糖,是線性聚合物,具有非常長的大分子鏈,由纖維二糖重復組成。纖維素具有結晶性,不溶于所有的有機溶劑,其生物降解是由真菌分泌的過氧化物酶催化的酶氧化過程。為了克服纖維素不溶性的問題,一種方法是在其重復單元上進行一個或多個羥基反應產生不同的衍生物,使其具備可加工性。醋酸纖維素(CA)是一種重要的纖維素衍生物,可從農副產品中獲得,主要用于纖維或薄膜應用。但是其具有較高的玻璃化轉變溫度,限制了其熱處理加工能力。另一種方法是將CA與柔性聚合物通過接枝反應形成熱塑性衍生物。麻類纖維是從麻類植物中提取的一類天然植物纖維,主要由纖維素、半纖維素和木質素組成,還有少量的果膠和蠟。果膠由雜多聚糖組成,為植物莖葉提供柔性,蠟涂層保護內部結構免受水滲透和昆蟲侵害。麻類纖維本身熱穩定性和吸濕性有限,與石油類樹脂的相容性差,因此,為了彌補這些缺點,Kalia等采用化學改性、堿化、乙?;确椒▽χ参锢w維進行改性,使其具備可加工性。在我國,已有多個廠家研制了使用麻類纖維制成的麻地膜,應用于農業生產。甲殼素、纖維素和淀粉等天然聚合物,因其自身材料特點,很難單獨進行熱塑加工,通常作為填充劑填充PE、聚丙烯(PP)和聚苯乙烯等以制備不完全生物降解材料;還可與PHB等化學合成脂肪族聚酯共混生產可完全生物降解材料,以降低化學合成聚合物薄膜的成本。

全生物降解地膜的應用現狀 

生物降解地膜可以有效解決地膜殘留的污染問題,對農作物的生長具有較好的促進作用,市場潛力巨大,但目前依然存在不少技術問題,尚屬于起步階段。生物可降解地膜已先后在馬鈴薯、甘薯、草莓等多種農作物生產上得到了應用。

田間試驗表明,生物可降解地膜與普通PE地膜一樣,具有保溫、保墑的作用;且在土壤性狀及促進作物生長方面不亞于普通PE地膜。但是應用于不同作物的地膜,在厚度、密度等常用指標上各不相同,這可能是與作物的生長特性、使用環境及生產商等因素有關(表1、表2)。純聚酯類地膜因聚合物自身的化學性質一般具有固有缺陷,如PBS的降解速率較慢,生物相容性和生物活性不足;PHB的脆性大,PLA的穩定性差。因此,在農業生產中使用純聚酯制備的生物降解地膜可能會因為上述缺點發生作物減產的情況。少部分研究也報道了PBAT膜與PE膜在棉花和玉米上的應用,發現與PE膜相比,使用PBAT膜對作物產量無顯著影響。胡偉等研究了PBS膜與商業Mater?Bi膜的降解特性,在農田填埋90 d后,PBS膜降解率僅為44.45 %,而Mater?Bi膜的降解率可達96.3 %;與PE膜相比,PBS膜和Mater?Bi膜分別造成作物減產7.08 %和減產2.16 %。

表1 部分已商業化生物可降解地膜的材料信息

產品名

生產廠家

型號

組分

Mater?Bi?

Novamont(意大利)

CF?04P

PBAT、TPS (玉米)、植物油

Ecovio?

Basf(德國)

M2351

PBAT、PLA(~7 %)

Bioplast?(B?SP4)

Group Sphere Iberica Biotech(西班牙)

GF106

PBAT、TPS(土豆)

Bioplast?(B?SP6)

Group Sphere Iberica Biotech(西班牙)

GF106+GS2189

PBAT、TPS a(土豆)、PLA

BioFlex?

FkuR(德國)

F1130

PBAT、PLA (~30 %)

BioFilm?

Limagrain/Carbios/G.Barbier(法國)

BF3012

PBAT、面粉

Mirel?

Metabolix(美國)

P5001?4

PBAT、PHB

MIMgreen?(Paper)

MimCord(西班牙)

-

纖維素

Polyethylene(PE)

Solplast(西班牙)

-

PE?LLDb

注:a)為熱塑性淀粉;b)為線性低密度聚乙烯。

表2 不同生物降解地膜材料的常用指標和推廣應用

主要成分

膜厚/μm

密度/g·m?2

斷裂伸長率/%

作物

PHA

8

12

350

馬鈴薯

PBS

12

10.5~12.6

-

番茄、胡椒

PBSA

4~12

8~13

-

棉花、甘蔗

PLA

4.5~15

42.1~71.5

-

番茄、胡椒

PCL、淀粉

-

-

-

油菜、玉米

PBAT

10~30

-

15~48

棉花、玉米

淀粉類

10~15

-

-

胡椒、棉花、烤煙

蛋白質類

-

-

-

萵苣

纖維素類

15

85

-

胡椒、番茄

麻地膜

-

-

-

蘆筍、番茄

PLA、PHB

15~37

27~85

246

辣椒、番茄、萵苣

PLA、PBAT

15~17

85

-

番茄、萵苣、覆盆子、葡萄

PBAT、淀粉

-

-

-

覆盆子

PLA、PBAT、淀粉

15~17

85

-

番茄、萵苣

PBAT聚合物自身交聯程度較低,極易破碎,常被用于短期作物。在PBAT中共混PLA不但可提高地膜材料的韌性,而且PLA的水解產物可以催化PBAT的降解,方便調節材料的生物降解性。淀粉價格便宜,易于加工,也常被用于共混聚合物的制備。因此,人們常常采用PBAT與PLA、淀粉、PHB等聚合物混合的方法來制備生物降解地膜,以期獲得能滿足農藝性能的地膜材料。Touchaleaume等研究發現,與裸地相比,無論使用PBAT/PLA膜、PBAT/淀粉膜還是PE膜,葡萄藤均提前一年開始結果;采用PBAT/PLA膜、PBAT/淀粉膜處理的葡萄產量與PE膜無顯著差異。Mosná?ková等采用PLA/PHB膜處理辣椒,與未覆膜處理的辣椒相比,前者產量提高了21%,維生素C含量提高了60 %~65 %,類蘿卜素含量提高了113 %。Zhang等研究發現,PBAT/PLA膜、PBAT/淀粉膜和PE膜對覆盆子的產量沒有顯著影響。此外,PCL/淀粉共混膜也在油菜、玉米等作物上得到了應用,作物產量與PE膜均無顯著差異。這也從側面說明,混合聚合物類生物可降解地膜可能更適用于農業生產應用。

地膜厚度是地膜材料的基本指標之一。膜厚直接影響地膜的降解速度,地膜越薄越容易降解。生物可降解地膜的膜厚應根據降解時間、農作物的種類和地理區域來選擇。與傳統的石化PE類地膜材料不同,生物可降解地膜的力學性能能否滿足農藝生產是一個值得研究的關注點。Briassoulis等比較了商業化生物降解地膜與PE膜的力學性能;從整體上來看,商業化生物降解地膜可滿足EN 17033和EN 13655的測試標準;與PE膜相比,生物可降解地膜具有較低的斷裂伸長率和較高的水蒸氣滲透率。自然界的風化作用會導致地膜的斷裂伸長率迅速降低,導致地膜提前裂解,影響使用,因此生物降解膜需要保持適當的物理和力學性能。

土壤環境因素,如土壤濕度和土壤溫度,對農作物的生長具有重要影響。低溫是限制農業生產的主要因素之一。適宜的土壤溫度可以促進植物生長,保持根系活力,提高作物產量。生物降解膜在植物生長初期對土壤溫度的提高作用與PE膜大致相同,在生長后期則出現差異。而生物降解膜在裂解之前,覆蓋的土壤濕度與PE膜也無明顯差異。這說明與PE膜一樣,生物降解膜具有良好的保溫保墑性能。在干旱地區,采用生物降解膜覆蓋聯合滴灌的方式可有效提高作物的水分利用率。此外,生物降解膜在抑制雜草生長、抑制蟲害等方面也不亞于PE膜。生物降解膜對土壤生態的影響不容忽視,其裂解產物會對土壤微生物產生輕微毒性,甚至會對農作物產生潛在的生態毒性。

綜上所述,生物降解地膜的力學性能影響其實際應用。與PE膜一樣,生物降解膜可對土壤水熱條件施加影響,改變了土壤的水分和溫度環境。然而,每種類型的生物降解膜都有各自的優缺點。雖然生物降解膜可以被自然降解,但這并不意味著生物可降解地膜對環境就完全沒有危害。應加大對可降解地膜降解產物環境風險的評估,特別需要側重于對土壤微生物群落等方面研究。隨著新國標GB/T 35795?2017《全生物降解農用地面覆蓋薄膜》和歐盟標準EN 17033《Plastics Biodegradable mulch films for use in agriculture and horticulture Requirements and test method》的相繼發布,相信生物降解膜的使用和評估將得到有效規范。

 

3 .

崩解型地膜



崩解型地膜,其主要原料是PE,摻入促進PE降解的光敏劑、氧化催化劑等功能助劑和部分可降解物質吹塑而成,主要原理是利用光敏劑、氧化催化劑等催化作用加快PE地膜的降解。

氧化催化劑地膜

氧降解添加劑通常被添加進聚烯烴類聚合物(PO),如PE和PP。向PO內加入1 %~5 %的預降解劑,再混以Fe、Mg、Ni和Co等金屬鹽可制成氧化催化劑地膜。氧化催化劑的反應機理是在光熱條件下,添加劑通過釋放自由基,攻擊聚合物分子中的化學鍵,實現材料的過氧化而發生降解。在這個過程中,金屬組分扮演了催化劑的作用。氧降解是一種非生物過程,自由基攻擊導致聚合物由疏水性轉變為親水性,吸收水分,改變了材料的力學性能,導致材料破碎。

與傳統地膜相比,尚不清楚氧化催化劑地膜是否在減少海洋垃圾方面具有優勢。因為氧化催化劑地膜的降解通常沒有明確的時間框架。Napper和Thompson發現氧降解和傳統塑料地膜在任何自然環境中都不能快速降解,在某些情況下只是分解成小塊(如露天環境下),在土壤和海洋環境中降解則至少需要3年以上。Koutny等發現2種氧化催化劑塑料的降解速度都比常規塑料要快,因為這2種塑料都含有預氧化劑,這些預氧化劑被并入聚合物鏈中,以加速光氧化和熱氧化。Al?Salem等認為氧化催化劑膜作為一種廢棄的塑料固體廢物,在未來的熱處理中具有良好的應用前景。過去的研究工作集中在海洋環境和土壤埋藏條件下氧降解物的行為。其目的通常是評估毒性水平和對當地環境的影響。Markowicz等最近對包括氧化催化劑膜在內的10種不同等級的聚合物進行了評價,他們工作的目的是確定堆肥材料的適用性和對環境的潛在影響,研究表明,含重金屬的預氧化聚合物不適合工業堆肥,環境中可能釋放的金屬離子也可能對堆肥或處理后的材料造成嚴重威脅。Camann等也提出了類似的觀點。

光敏劑地膜

在通用的地膜塑料中添加光敏劑可制得光敏劑地膜。光敏劑是一類可以促進或引發聚合物發生光降解反應的物質。光敏劑本身由有機部分和過渡金屬組成,在光降解地膜中的含量較少。常用的光敏劑包括過渡金屬螯合物、硬脂酸鹽、鹵化物、羰基化合物和多環芳烴。光敏劑能吸收波長300 nm的光線,常見光敏劑如二苯甲酮、對苯醌等在受到光照后,與相鄰分子發生脫氫反應,光敏劑將解離并轉化為活性自由基,導致聚合物的分子鏈斷裂,引發光降解。

光敏劑地膜的理論來源于Scott?Gilead受控光降解理論體系。根據Scott?Gilead理論,在光照下,聚合物通過光化學反應產生過渡金屬離子,這些過渡金屬離子反過來又在聚合物基質內引起催化鏈反應。隨后,通過斷鏈或從鏈端解鏈的方式引起聚合物相對分子質量的快速減少,以達到聚合物分解的目的。值得注意的是,聚合物的整個崩解過程是由光化學反應開始,由熱化學反應維持,微生物在崩解過程扮演了支持和增強作用。這意味著,一旦反應被陽光觸發,即使在沒有光只有氧氣的情況下,反應也會不可逆轉的持續進行下去。在該系統中,二烷基二硫代氨基甲酸與過渡金屬離子合成金屬有機螯合物時,過渡金屬離子起到了穩定劑的作用;并且,在金屬有機物合成后,過渡金屬離子作為促氧化劑存在于聚合物中。復合物中的過渡金屬離子在吸收了紫外線能量以后引發氧化反應,這一過程存在誘導期,誘導期的長短取決于聚合物中光敏劑的濃度。Scott?Gilead系統可以改變光敏劑濃度來調節聚合物的使用壽命。

崩解型地膜的應用現狀

在國外,Ledent等研究表明,透明光敏劑地膜可以有效提高土壤溫度,使得玉米種子萌發提前了3~10 d,干物質含量增加了9 %,改善了玉米根系的生長。在番茄種植中,光敏劑地膜具有節水、控制雜草和保持水果潔凈的作用。有研究發現,與標準黑色地膜相比,使用紅色地膜時,番茄產量優勢明顯,但依舊低于使用紅色PE地膜時的番茄產量;研究認為,使用紅色地膜的番茄產量增加是由遠紅外光的反射以及隨后的光色素介導的光合產物對果實發育的調控所致。

我國是農業大國,光敏劑地膜在農業生產上的試驗和應用案例有很多。南殿杰等研究了國內外29種不同型號的光降解地膜對棉花田間效應的影響,與普通地膜相比,光敏劑地膜具有相同的土壤環境效應和相近的增產效果。陳明周等研究了光敏劑地膜對甘蔗的增產效果及地膜殘留狀況,發現光敏劑地膜可以完全代替普通地膜,不會影響甘蔗苗期生長和產量。楊友軍等研究了黑色光敏劑地膜對菠蘿種植的影響,表明黑色光敏劑地膜覆蓋栽培技術,可發揮與普通地膜類似的促進菠蘿生長的作用,同時又具有除草、降解功能,能有效提高菠蘿的產量、產值。

綜上所述,崩解型地膜同樣具有提高地溫、保墑、增產、提高效益等作用,但是其尚存在一些不足。我國20世紀70年代末開始從日本引進PE地膜,崩解型地膜也已同步開展了近40年的研究,但至今仍沒有突破性技術。一是其主體原料為PE,崩解受光強度、地理、季節、作物品種等因素的制約較大,崩解速率很難準確控制,過早或過晚的崩解均不利于農業生產。二是從標準上看,歐盟采用高溫堆肥試驗測定二氧化碳排放量,經檢測,部分崩解地膜產品無法達到降解地膜標準。在日本和歐洲,較早進行過此類降解材料的研究,但由于環境風險性高,已經禁止生產和使用上述崩解型地膜,而我國覆膜量大面廣,更應該謹慎。三是其降解性能飽受爭議,有專家指出,這種地膜分解過程實際是PE材料的裂解,改變了地膜的物理性狀,裂解成了更小的PE顆粒,并未改變化學性質,甚至會形成塑料碎片和導致二次污染。

 

4 .

可降解地膜存在的問題與展望



目前,崩解型地膜存在的問題主要有埋藏部分的不溶性、降解后殘膜的非持續性分解以及土壤污染問題,不符合生態宜居和治理有效的要求。同時,該材料應用范圍有限,產品的降解過程不易控制。生物可降解膜一方面可以通過生態過程完全降解,另一方面其填充材料主要是淀粉和纖維素,具有可再生性。與傳統PE膜相比,生物降解膜基本消除了殘留膜的危害。但由于其加工難度大、力學性能差、耐水性差,在農業氣候、自然條件、作物多樣性等因素的影響下,生物降解膜的可控性差,給推廣和應用帶來了很大挑戰。據預測,綠色環保型產品將是未來市場的主導產品。因此,生物降解地膜替代普通PE地膜是地膜覆蓋技術應用的必由之路,生物降解地膜的發展前景良好。

2019年1月1日起,《中華人民共和國土壤污染防治法》正式實施,明確國家鼓勵和支持農業生產者使用生物可降解農用薄膜。2015~2019年,農業農村部農業生態與資源保護總站在全國13個省累計34個點上開展對比試驗和適度示范應用,覆蓋了東北風沙區、西南山區、華北平原區、西北旱塬區、西北綠洲5個主要地理區帶,試驗涉及6種主要覆膜作物(玉米、花生、馬鈴薯、棉花、煙草、蔬菜),共計27家企業參與了試驗示范。其中20家企業采用了全生物降解地膜,另7家采用崩解型地膜。5年的試驗結果表明,全生物降解地膜在馬鈴薯、煙草、設施蔬菜種植上可適度替代PE地膜,但其他作物上短期內難以大面積推廣使用。下一步,對于全生物可降解地膜,建議進一步做好性能驗證和田間試驗,因地制宜,充分考慮地膜降解誘導期、作物、氣候、農藝性等因素對地膜性能的要求;同時,針對馬鈴薯、煙草、設施蔬菜等作物率先進行生物可降解地膜應用的示范推廣,累計經驗。對于崩解型地膜,考慮到其主要成份仍是塑料,能否完全降解還有待進一步驗證,加之歐盟已明令禁止使用這類產品,建議繼續做好研發和試驗評價,在沒有探明其產品穩定性和安全性之前,不宜進行推廣應用。

 

5 .

結語



黨的“十九大”提出實施鄉村振興戰略,提出了產業興旺、生態宜居、鄉風文明、治理有效、生活富裕的總要求,以加快推進農業農村現代化為目標,為未來農業農村發展指明了方向。為了解決PE地膜對農業耕地的污染問題,研究不同類型可降解地膜材料在不同田間條件下對作物和土壤的影響是十分必要的。今年年初,國家發展改革委、生態環境部正式印發“禁塑令”——《進一步加強塑料污染治理的意見》,要求以降解安全可控性、規?;瘧媒洕缘葹橹攸c,開展可降解地膜等技術驗證和產品遴選。自然環境的異質性給生態農業的發展提出了很高的要求,對可降解地膜的發展增加了難度。因而,需要進一步推進技術創新,研發更多的農業膜材料聚合物、更高效的添加劑以及混合生物降解聚合物技術,同時,應加強可降解地膜產品和技術跟蹤,重點開展可控性、經濟性、安全性驗證及環境影響評價,制定完善可降解農用地膜的評價標準體系。

 

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