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可消失的生物降解地膜

2018-1-10 9:59:00
作者:周洁 刘晓霞 来源:京郊日报

  “地膜可是帮了我们大忙,在大棚里铺地膜,既能避免杂草生长,又能保持土壤温度和水分。在大田里铺地膜,产量显著提高。”说起农膜,京郊的农民并不陌生,铺设地膜为农业生产带来了不错的效益,但农民也有自己的烦恼:“多年种植,地膜残留越来越多,有些已经妨碍耕种了。但是捡拾收回地膜,一是人工成本太高,二是能捡拾的只是浅层的大块地膜,小块的却清理不了。”据悉,为筛选出适宜北京市农业生产的可降解地膜,近两年来,北京市农业环境监测站在顺义大孙各庄镇开展了全生物可降解地膜试验,目前已筛选出两种降解速率快、具有较好适应性和推广型的农膜。这种新型地膜不需要捡拾就可以直接降解在棚里或地里。

  地膜应用广 弊端却凸显

  地膜覆盖具有增温保墒、防病抗虫和抑制杂草等作用,具有显著的增产效果,成为西北、东北和华北地区玉米生产应用最广的农艺技术之一。据统计,截止到目前,北京市地膜使用量已达到近三千吨,覆膜面积达到近两万公顷。

  地膜覆盖可改变作物生长小环境,扩大农作物种植区域。与常规种植相比,地膜覆盖不仅可以使农作物稳产早熟,还可使部分喜温作物的栽培北界北移2-5个纬度,即向北推进500多公里,使作物种植海拔向上提升500-1000米。

  但就像“塑料是20世纪最伟大也是最糟糕的技术发明”一样,普通塑料地膜在发挥积极效应的同时,由它产生的负面效应也很糟糕。随着地膜投入量的不断增加,越来越多的残膜留在了土壤中,由于地膜是一种人工合成的高分子化合物,在自然条件下需要近百年的时间才能完全降解,因此,在地膜广泛应用的区域,农田土壤中存在不同程度的残膜污染。

  近些年来,随着地膜覆盖面积增大以及大量不符合国家标准的超薄地膜(厚度小于0.008mm)的使用,使得地膜回收越来越困难,残膜污染也呈现不断恶化的趋势。大量的地膜残留给农田生态环境以及农业生产带来了严重的负面影响,造成土壤结构破坏、耕地质量下降、作物减产以及农事操作受阻、次生环境污染等一系列问题。

  解决地膜残留问题有两个途经:一是采用国标厚度地膜,不易破碎,便于捡拾回收;二是使用全生物可降解地膜。

  许多发达国家一直在使用地膜,农业白色污染却较少,因为国际农用地膜厚度推荐标准为0.012mm以上。欧美等国家生产的地膜厚度一般要求为0.02mm,日本为0.015mm,并且使用后实行强制回收,因此,农田的残膜污染风险得到了有效的控制。

  但在中国,许多地膜生产企业为减少生产成本,获得更大的经济利益和迎合农民的心理和需求,生产销售的地膜厚度大多为0.005-0.006mm脱标产品,甚至更薄,导致地膜强度低,易老化破碎,回收十分困难。

  降解地膜 让地膜消失在地里

  地膜越薄,成本越低,而且不用人工“抠洞”,幼苗可以自己“拱破”地膜长出来。对于农民来说,选择最廉价、最实用的地膜,不应当受到任何责怪。推广降解地膜是解决地膜残留的一个新趋势,在作物生长期充分发挥地膜覆盖效应,在作物收获期地膜完全自行分解,可谓是两全其美。

  降解地膜与传统的聚乙烯地膜相比,其主要优点是在地膜失去增温保墒等功能后,在各种因素作用下经过一定的时间自动降解为对环境无污染的小分子物质,从而可以防止残膜对农田环境的污染。

  生物可降解地膜由木薯淀粉等材料制成,具有与普通地膜相似的保温和保水效果,同时能够完全自然降解,因此,生物可降解地膜的应用是解决地膜残留环境问题的主要手段。

  生物降解地膜是在自然环境中通过微生物的作用而引起降解的一类塑料薄膜。根据主要原料可分为天然生物质为原料的降解地膜和石油基为原料的降解地膜。

  天然生物质如淀粉、纤维素、甲壳素等,通过对这些原料进行改性、再合成形成生物降解地膜的生产原料。

  淀粉作为主要原料的地膜按照降解机理和破坏形式又可分为淀粉添加型不完全生物降解地膜和以淀粉为主要原料的完全生物降解地膜。添加型生物降解地膜是用PE塑料中添加具有生物降解特性的天然或合成聚合物等混合制成的原料,再添加相容剂、抗氧化剂和加工助剂等吹制而成,不属于完全生物降解的地膜。以淀粉为原料生产的完全生物降解地膜主要是通过发酵生产乳酸,乳酸经过再合成形成聚乳酸,以聚乳酸为主要原料生产的地膜。

  另一类重要的天然生物质是纤维,通过对纤维素醚化、酯化以及氧化成酸、醛和酮后可制成地膜,属于完全生物降解的地膜。

  以石油基生产生物降解地膜的主要成分是一些高分子物质。这些高分子物质在自然界中能够快速分解和被微生物利用,最终降解产物为二氧化碳和水。

  ●淀粉基降解地膜

  生物降解地膜研发初期,淀粉添加型生物降解地膜一直是研发的重点,从最初用6 % -20 % 淀粉和聚合物烯烃共混制备地膜逐渐发展到由50 % 淀粉和亲水性聚合物共混制备地膜;目前是将淀粉进行改性,生产出能够被生物降解的塑料,然后生产地膜。该种地膜具有工艺简单、成本低等优点。国内研发单位大部分生产添加型淀粉塑料,其产品中淀粉含量为10 % -30 % 。

  ●完全生物降解地膜

  目前开发的用于生物降解地膜生产的材料主要由淀粉进行发酵成乳酸,再聚合成完全生物降解的半晶质聚合物,可在水和土壤中完全降解的聚乳酸。

  ●纤维素类生物降解地膜

  以天然纤维丝为原料生产生物降解地膜一直是研究的热点,这类地膜虽然在增温保墒等功能方面不如普通PE地膜,但具有很好的透水透气性能。国内多家单位开展了草纤维地膜、纸基地膜的研究和应用,这类地膜被大规模应用在水稻育秧和南方蔬菜种植方面。

  全生物可降解地膜 掀起农膜绿色革命

  减少化石能源的消耗,并从根本上解决废弃农膜回收问题,杜绝农田白色污染,长远看来,全生物降解地膜更加适应现代农业发展的需求。随着国家土壤治理政策的落地执行,全生物降解地膜终将逐步取代传统地膜,掀起一场盛大的“绿色革命”。

  2010年以来,国外生物降解地膜材料研发生产大企业开始与中国有关科研和农业技术推广部门合作,进行生物降解地膜的试验和示范工作,重点在西北的新疆、甘肃和内蒙古地区,西南的云南以及华北的北京、河北等,应用作物有棉花、玉米、烟草、马铃薯和蔬菜等。

  2015年,国家有关部门设立了专项资金进行全国生物降解地膜试验评价,选择了20多家公司的不同生物降解地膜,在东北、华北、西北和西南四大区域的11个省(区) 23个县(市)的7种农作物上开展了试验。目的是明确不同生物降解地膜的降解特性和区域差异,不同降解地膜增温保墒和防除杂草的功效及对作物产量的影响,促进与区域和作物特点相适宜的降解地膜的研发与应用,为国家有关决策部门制定地膜应用及污染防治提供依据。

  由于全生物降解地膜价格高于聚乙烯地膜,许多人认为这是制约其规模化推广的最大障碍。实际上,加上回收残膜与再生利用成本,全生物降解地膜其实比聚乙烯地膜更为划算。

  国内有关企业在生物降解树脂材料生产线完成的基础上,开始进行降解地膜的研发和应用,并不断改进和完善产品配方,使得产品应用性能、经济性能都得到了大幅度提高。

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