山立;韩冰
【摘 要】农用塑料地膜给环境造成了巨大的污染,可降解地膜是解决白污染的有效途径之一.该文对国内外各种农用降解地膜产品的研究与发展进行了较为全面的概述,总结了地膜降解的作用与实际效果,并对包括可降解原料的选择、地膜的加工工艺以及成品的性能和应用等做了阐述.同时分析了可降解地膜在发展过程中存在的主要问题及其发展前景,并对今后的发展提出了问题与今后发展的方向.
【期刊名称】《陕西农业科学》
【年(卷),期】2015(061)012
【总页数】5页(P73-77)
【关键词】防攀爬网农用塑料地膜;可降解地膜;研究进展;发展方向
【作 者】山立;韩冰
【作者单位】西北农林科技大学水土保持研究所,陕西杨凌712100;西北农林科技大学水土保持研究所,陕西杨凌712100
【正文语种】透视望远镜中 文
在半个世纪以来，随着科学技术的发展，为了增加农业生产，提高经济效益，国外发达国家及我国提高地膜的增产技术进行了相关研究，并将地膜运用于农业生产。我国是农业大国，在近三十年来农用地膜在我国农业生产中快速发展，农用塑料地膜产量居世界首位，是其他所有国家总和的1.6倍。在近十年来我国地膜年产量达100万t左右，地膜覆盖面积超过0.2亿hm2，地膜增产覆盖技术推广于全国，使用地膜的农地在前三十年提高了较好的经济效益，但之后的每年土壤残膜因回收成本大而存留在土壤中引起的土壤污染，破坏土壤理化结构，引起了农业减产的负面效应，且环保危机也显现出来，威胁着我国农业人口的生态安全。据统计，我国农膜年残留量高达35万t，残膜率达42%。据湖北省的调查表明，玉米覆盖地膜45 kg·hm-2，使用一年残留地膜26.55 kg·hm-2，连续使用3 a残留地膜32.85 kg·hm-2，连续使用8 a残留地膜42.45 kg·hm-2，年平均残留地膜10.76 kg·hm-2，残留率23.9%；花生地膜覆盖的残留污染趋势相同，但年平均残留量和残留率更高，分别达28.02 kg·hm-2和26.7%。大量残留的农用地膜污染农田，给农作物的生长带来了危害，造成不同程度的减产，耕作土壤层有废膜的土地比没有废膜的减产8.3%～54.2%[1]。残膜造成耕层土壤透气性降低，阻碍作物根系发育和对水分、养分的吸收，从而影响作物的产量。此外，大量残膜积聚于耕层，严重影响机耕作业及机耕质量，在百年后残膜降解，造成土壤严重中毒，后患无穷。且残膜碎片随风乱飘，严重污染生态环境。因此为解决累积在农田土壤中的残留塑料地膜对农田土壤的污染问题，对可降解地膜的研发势在必行。
降解地膜主要是为适应农业环境保护的需要而产生的一种地膜，主要原料为降解母粒与塑料粒子母料混合生产而成。降解是利用自然界中的微生物对地膜侵蚀或者是利用太阳光氧化的作用而达到的降解。当前运用与研究最多是：光降解地膜、生物降解地膜、光/生物降解地膜、植物纤维地膜等4类。
2.1 光降解塑料地膜
光降解地膜是合成树脂中加入光敏剂的方法生产的地膜，用于土壤中，只有地膜暴露阳光下部分地膜在光作用下降解。光降解塑料地膜包括合成型和添加型两种。
2.2 生物降解塑料地膜
该地膜指在自然环境条件利用微生物作用而引起降解的塑料地膜。生物降解塑料是最重要的一类降解塑料地膜。主要包括以下三种：
第一种，微生物合成高分子型生物降解地膜是指以有机物为碳源，通过发酵而得到的生物降解塑料原料，用此塑料原料为基材生产的地膜。
第二种，化学合成高分子型生物降解地膜大多是在分子结构中引入能被微生物分解的含酯基结构的脂肪族聚酯、聚乙醇酸、聚乳酸、聚乙烯醇等生产的地膜。
第三种，天然高分子甲壳质、纤维素和淀粉因为具有能为微生物分泌的酶作用的化学键，在受到微生物侵袭时可发生生物降解，它们被用来制造生物降解地膜。
2.3 光/生物双降解地膜
该地膜是在生物降解高分子中， 添加光敏剂可以同时具有光降解性和生物降解性。
2.4 植物纤维地膜
该地膜是以植物纤维为原料，经过恰当的处理制成的地膜(包括麻纤维地膜和纸地膜)，其
具有良好的生物可降解性。
3.1 概念的提出
消音材料针对塑料地膜的大面积使用对农田土壤造成的严重的“白污染”问题，各国先后展开了替代覆盖材料的研究。英国科学家格里芬(G.J.L.Griffin)于1973年最早提出了生物降解塑料这一概念，成为世界各国研究的热点。并将其作为解决“白污染”这一世界性难题的理想途径[2]。
以日本、美国、法国、德国、加拿大等为首的发达国家在新型覆盖材料的研制方面做了很多的工作。尤为在生物降解方面。(生物降解地膜是一种可以被土壤微生物在自然条件下分解的可降解地膜)。目前，在美国、日本和西欧等国家，对生物降解薄膜的研究和开发被给予了极大的关注，日本、欧盟甚至投巨资对生物降解膜进行跨国联合研发[3]。
3.2 美国的研究
美国利用一种可降解的聚己内酯(PCL)合成型高分子研制出不同级别的化学合成高分子型生物降解地膜，之后开发出一种以玉米淀粉和改性淀粉为原料的淀粉基高分子型生物降解
地膜，美国Agri-Tech公司将该技术投入生产。在全球11家最大的生物降解地膜生产企业中，美国就占到了4家。年产能力在5 000～45 000 t之间。
3.3 德国的研究
德国BASF(巴斯夫)公司于2012年研制出一种脂肪族/芳香族共聚酯生物降解地膜，德国BioTec(生物-特可)公司开发的淀粉基塑料，单一或与其它品种生物降解塑料混合制造薄膜； Bayer (拜尔)公司研发成功的淀粉/聚氨酯共混型生物降解塑料。生物降解地膜可投入较少的时间和劳动成本，投入产出比较好，受到市场的欢迎。
3.4 日本的研究
日本在二十世纪六十年代就开始研究塑料地膜的改进技术，在普通地膜中添加淀粉原料，经过化工技术的研制和改进，生产的可降解的生物质地膜。但是淀粉的含量低于原料的三分之一，在土壤中的大部分非淀粉原料没有分解。日本农用纸地膜的研究也投入了较多的力量，纸地膜的原料是纤维素，在这方面研究走在世界前列。纸地膜中纤维素含量较小，大部分聚乙烯塑料没有降解，污染土壤环境。
3.5 其他国家的研究
目前，加拿大等国在研究含金属络合物的新型光敏剂和淀粉降解地膜材料——淀粉的改性问题；意大利对全淀粉地膜材料进行研制[4]；荷兰在研究淀粉与纤维混合的降解地膜材料。在美国有公司研制出乙烯和CO共聚物，并已利用该技术制造地膜投入工业化生产。有国外报道，将降解缓慢的木质素作为生物稳定剂用于地膜的生产可以满足产品使用寿命的要求。
液体地膜也称液态喷洒式可降解地膜，这种地膜是由天然高分子材料制成，均匀喷洒在土壤表面就能形成地膜，这种新型材料由意大利国家研究委员会下属的高分子化学与技术研究所开发，可在很多领域替代普通地膜[5]。各国在针对不同作物的可降解地膜颜上进行了研究，开发出了好多种有可降解地膜，但可降解地膜颜与降解速率没有明显的相关度。
4.1 发展进程
20世纪50年代，我国开始对乳化沥青在农业上的应用进行研究，这种覆盖材料喷洒到地表
成膜，不但具有一般地膜的效果，而且成本较低、使用方便，又可改善土壤团粒结构。20世纪70年代，中国科学院地理研究所(1976)研制出以主要用于农业生产的乳化沥青进行试验和推广，涵盖了粮食作物、经济作物、水果、蔬菜、林木、花卉等多个种类，收效良好。
针对普通塑料地膜存在的土壤污染问题，国内对可降解地膜进行的研发进程和技术水平与世界先进水平相当，并已研制出多种不同类型的可降解地膜。比如：为了解除覆盖造成的土壤环境恶化，国内多家单位相继开始对乳化沥青等化学覆盖剂进行研究开发，即现在所说的“液体地膜”，也称为“液态地膜”[6]。
4.2 研究成果
天津丹海股份有限公司生产的一种叫生态利的共混母料，以变性玉米淀粉和PE树脂为主要原料，这种母料在8 μm的可降解地膜中添加量可达20%，能很好协调其物理机械性能和降解性能。江西科学院应用化学所通过对淀粉结构无序化研究制成了力学性能基本达到普通塑料的性能的热塑性淀粉薄膜，这种薄膜经过不同的制作配方，其降解时间可控制在3个月到1 a[6]。中国农业大学食品学院以淀粉和海藻酸钠为主要原料制成可直接在田间成型的可
完全生物降解地膜，但存在降解速度快且很难控制的问题而未投入实际生产中(张绍英和顾杰1998)。天津大学化学系研究人员通过在淀粉中添加多元醇研制出可完全生物降解的热塑性淀粉复合材料[7]。
国内还有多家单位对植物纤维地膜开展了大量的研究，其研制成果有新型草纤维农用地膜、纸地膜等。还有北京塑料研究所、营口石油化工研究所、安徽大学高分子材料研究所等单位对可控光-生物降解地膜进行了研究[8]。
5.1 可降解地膜覆盖的作用效果贺育民
随着人类对自身生存环境问题的日益重视，人们越来越多的关注可降解地膜对农作物生产的效应，以期到可以完全替代普通塑料地膜的最合适的可降解地膜。近几年，人们在多种作物生产中运用可降解地膜与覆盖普通地膜进行比较，如小麦、玉米、花生、棉花、辣椒、茄子、秋白菜、西瓜等，结果表明：可降解膜覆盖下因作物不同有的增产，有的减产，也有的无显著差异。造成这种差异与作物种类、作物的遮光性、耕作栽培方式等多种原因有关。专家认为，由于光照不足等气候原因，可降解膜未能降解保持完好无损，而这类地膜的透光强度却不如普通地膜，因此最终影响了作物产量。数字高清网络摄像机
