可降解農用覆地膜的現狀及發展分析

許 衛， 武 妍， 康玉嬋， 張錦陽

(西安工程大學 紡織與材料學院，陜西 西安 710048)

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可降解農用覆地膜的現狀及發展分析

許 衛， 武 妍， 康玉嬋， 張錦陽

(西安工程大學 紡織與材料學院，陜西 西安 710048)

摘要：指出了可降解農用覆地膜是今后農用覆地膜發展的重要趨勢，闡述了農用覆地膜的使用現狀，針對傳統農用覆地膜所存在的“白色污染”問題提出了解決方法，通過研制可降解農用覆地膜來解決此問題，分析了可降解農用覆地膜的生產現狀、成型方法及存在的問題。

關鍵詞：農用覆地膜；可降解；發展趨勢

1引言

農用覆地膜(地膜)即地面覆蓋薄膜。地膜可以有效地調節土壤溫濕度,儲存土壤中的營養物和水分,防止雜草的生長,為農作物的生長創造了良好的生態環境[1]。然而任何事物都具有兩面性，雖然使用農用覆地膜使得農業增收增產,但是由于目前的地膜大多是高分子化合物，在自然條件下完全降解相當困難，并且地膜的應用量和使用年限逐年增加，殘留大量的地膜造成了“白色污染”，影響農業生產的正常進行，農業環境的安全與健康造成了嚴重污染[2]。如何解決這個日漸嚴重的問題就擺在了當前，通過研究表明，研制及使用可降解農用覆地膜則是解決這一問題的重要途徑。因此，研究、開發和應用完全可降解農用覆地膜是今后農用覆地膜發展的主要趨勢。

2農用覆地膜現狀

農用覆地膜大多都是透明或黑色的聚乙烯薄膜，用于覆蓋地面。地膜可以保持土壤水分以提高土壤的溫濕度，使土壤結構得以維持，防止害蟲、微生物引起的病害，使得植物快速生長。在我國一些自然條件惡劣的地區，地膜的使用對農作物育秧和栽培有著很重要的作用[3]。

2.1傳統農用覆地膜現狀

在農業上使用農用覆地膜，可以有效調節土壤溫濕度，儲存土壤中的水分和營養物，防止雜草的生長，促使農作物早熟，最終能夠增產50 %～350 %。我國自20世紀70年代末引進了地膜覆蓋技術以來，迅速發展起來，給我國的農業帶來了一場“白色革命”[4]。由于地膜在保溫、保濕、保肥、防寒等方面有著顯著的優點，所以地膜的需求量日漸增長。目前，在農業中我國每年傳統塑料地膜的使用面積已超過1500萬 hm2，并有逐年擴大的趨勢。我國地膜的生產量和使用量是其它所有國家總和的1.6倍，已經成為世界上使用和生產農用覆地膜數量最多的國家。

但是，就目前社會大環境而言，傳統農用覆地膜的發展遇到嚴重的污染問題，這是一個較為矛盾的結合體。大量的傳統農用覆地膜難以自然降解，而對于地膜的回收機構尚不完善，而農業勞動者對于地膜的處理不妥善，一部分人選擇棄置于農田，一部分人選擇燒毀，無論哪一種方式，都在以不同的形式給環境帶來負擔，傳統農用覆地膜的發展遇到嚴重阻礙。

2.2可降解農用覆地膜現狀

我國是農業大國，農業生產中的地膜使用量大，塑料地膜是最主要也是使用最廣泛的地膜，其使用和消費量也是世界第一。然而塑料地膜在使用后不可降解，農田中積累的廢棄塑料底膜對農田的污染情況日趨嚴重。為解決這一問題，可降解地膜的研制陸續登場，主要有光降解塑料底膜、生物降解地膜、光-生物降解地膜三大類。目前，可降解地膜的降解機理也可分為光降解、生物降解、化學降解三大類。

作為農業大國，為降低農用地膜帶來的環境污染，研制開發可降解地膜成為解決問題的重要解決途徑。可見，可降解地膜的開發有實際意義，得到大環境的支持。現階段，通過深入研究天然高分子材料的改性技術和成型工藝，以降低生成成本為目的，大力發展完全可降解地膜。

3農用地膜的成型工藝

3.1傳統農用覆地膜成型工藝

目前使用的傳統農用地膜是一種人工合成的高分子化合物地膜，其成型工藝主要有有擠出吹塑成型、擠出流延成型和雙向拉伸薄膜成型3種[1]。

3.1.1擠出和雙向成膜

擠出吹塑成膜的主要優點在于設備簡單、投資少、無邊料,成品率高;幅面寬,焊縫少,易于制袋; 薄膜經拉伸、吹脹,力學性能較好;但薄膜厚度均勻度較差,生產線速度慢。目前，擠出吹塑成膜常用于PE、PP、PVC等農用薄膜的成型;采用雙向拉伸技術生產的塑料薄膜具有以下特點：與未拉伸薄膜相比，機械性能顯著提高，拉伸強度是未拉伸薄膜的3～5倍；阻隔性能提高，對氣體和水汽的滲透性降低；光學性能、透明度、表面光澤度提高；耐熱性、耐寒性能得到改善，尺寸穩定性好；厚度均勻性好，厚度偏差小；實現高自動化程度和高速生產。適用于雙向拉伸生產的塑料薄膜主要包括聚酯、聚丙烯、聚酰胺、聚苯乙烯和聚酰亞胺薄膜等。

3.1.2反應擠出成膜

反應擠出是20世紀60年代后期才興起的一種新技術,因其能使聚合物多樣化、功能化、生產連續化、工藝操作簡單經濟而越來越受到重視。反應擠出是以螺桿和料筒組成的塑化擠壓系統作為連續反應器,將欲反應的各種原料組分,如單體、引發劑、聚合物、助劑等一次或分次由相同的或不同的加料口加入到螺桿中,在螺桿轉動下實現各原料之間的混合、輸送、塑化、反應和從口模擠出的過程。可以看出，一般以合成高分子材料為基質的降解地膜不僅制備過程較為復雜繁瑣，而且在加工過程中所使用的原料助劑也會對環境造成一定的污染[1]。

3.2可降解農用覆地膜成型工藝

由于環境污染問題日益突出，使用傳統農用覆地膜會產生大量的“白色污染”，所以傳統覆地膜將逐漸退出歷史的舞臺，取而代之的則是正在不斷發展的可降解農用覆地膜。

3.2.1可降解農用覆地膜原料的選用

在自然界中有一類天然的可降解物質，即纖維素。纖維素是自然界中分布最廣、含量最多的一種多糖，占植物界碳含量的50 %以上。棉花的纖維素含量接近100 %，為天然的最純纖維素來源。一般木材中，纖維素占40%～50 %，還有10 %～30 %的半纖維素和20 %～30 %的木質素。據資料統計，每年全世界的植物物質，只有11%被用作農作物產品、造紙、飼料和建筑原料，而剩余89%的纖維素纖維則被自然界分解轉化，造成大量資源浪費[5]。因此，利用植物纖維制備可降解農用覆地膜，既可以充分利用資源，同時也為塑料工業開辟了一個新原料方向。目前非織造農用地膜的生產制造主要研究的原料有以下3種。

(1)最優原料當屬短絨棉。短絨棉可從廢舊棉制物中提取，資源數量龐大，也實現了廢物利用。且棉的纖維素含量如此高，作為可降解的植物纖維，短絨棉成本低，經過再加工可制成棉短絨地膜，完全可降解，對環境無害。隨著生活水平提高，國內每年消耗丟棄棉制品數以百萬噸，這些廢棄棉制品的回收及再利用也已經成了不可忽視的問題。因此，可以將這些廢棄棉制品收集起來，經過非織造濕法成網和改性處理，制備可完全降解的農用覆地膜。這樣不僅可以有效解決傳統地膜產生的環境污染問題，還可以降低成本。通過回收再利用，資源價值進一步達到最大化，符合可持續發展要求[6，7]。

(2)我國具有豐富的麻類纖維資源，種植面積和產量均居世界首位，眾多的麻類品種中，經過研究培育、配套合適的加工方法，也能提供優質原料。

(3)在自然界中仍存在著大量其他的植物資源可以為人們所利用，也有一些研究利用各種物理或化學的方法對其形態進行加工處理后，提取纖維用來生產農用地膜。

3.2.2可降解農用覆地膜成型工藝

非織造布加工工藝以其簡單、低成本、自動化和無污染等優點受到歡迎，因此非織造布在農業上的應用更是越來越廣泛，所以可以采用非織造生產工藝來制備可降解農用覆地膜。

可加工成農用覆地膜的非織造加工工藝有干法成網和濕法成網兩種[8]。

(1)干法成網。經梳理成網，或使用梳理成網和氣流成網結合，利用針刺加固或化學粘合加固，最終制得非織造可降解農用覆地膜。

(2)濕法成網。將長度較短的纖維素纖維加入適量的助劑，如分散劑、增強劑、粘合劑等，通過打漿、調料、稀釋等工序，制得纖維均勻分布的懸浮液，再經過成網、烘干后即可得到非織造可降解農用覆地膜。濕法成網中分散劑的作用機理是減少纖維的絮凝，改進成形質量，得到均勻的成品。而在有纖維素存在時，在成網之前加入的化學助劑主要是濕強劑，它一方面賦予某些產品濕強度，另一方面對纖網提供足夠的濕強度，保證纖網有足夠的牽伸應力，可供地膜使用時強力的需求。濕法成網制得的可降解農用覆地膜具有厚度較薄、手感柔軟、質量較輕、且滿足使用要求等優點。

成膜方法的選擇依據應根據纖維成網的可行性，由待加工植物纖維的表觀特性、物理特征來判斷。由于其來源多為廢棄棉纖維，根據其原料來源和使用性能要求，建議使用濕法成形加工工藝。

4農用覆地膜存在問題

4.1傳統農用覆地膜存在問題

目前我國農業中所用的地膜大多為單體聚乙烯或合成高聚物，而這些聚合物都具有分子量大、性能較穩定、且難以分解的特點，雖然在使用中確保了農作物增產增收，但是在使用過后，殘留著大量的地膜碎片，散落在土壤中，嚴重降低土壤的通透性，給耕作、播種和作物的生長帶來了阻礙[8]。具體存在如下問題。

(1)殘膜降低了土壤的通透性，養分分布不均，影響微生物的活動和正常土壤的結構，降低了土壤的肥力。

(2)殘膜碎片改變了土壤結構，影響土壤的正常滲透，耕地的抗旱能力逐漸降低，甚至會引起土壤次生鹽堿化的后果。

(3)殘膜給作物的根系發育帶來困難，作物不能正常吸收水分和養分，致使產量下降。據測定，種子播在殘膜上爛種率為6.92 %，爛芽率5.17 %，子葉期死苗率3.08 %。據相關資料查得，每畝土壤殘膜達3.9 kg時，小麥減產9 %～16 %，玉米減產11 %～23 %，蔬菜減產14.6 %～59.2 %。嚴重的影響了農業的可持續性發展。

(4)殘膜中會存在有害物質，對農作物會產生毒性，破壞了葉綠素的形成，導致農作物生長緩慢或黃化死亡。

(5)大量殘膜存在于耕層，會纏繞播種機輪盤，影響田間耕作。

4.2可降解農用覆地膜存在問題

可降解地膜(特別是完全降解地膜)[9]存在的問題來自于原料成本與價格,由于價格昂貴,除非政府補貼,否則很難大面積推廣使用。在使用性能方面,如全淀粉塑料地膜、草纖維地膜、紙地膜的干濕強度、拉伸強度等方面都有待改進；在降解性能方面,絕大部分的光-生物降解地膜在降解的可控性、徹底性有待進一步研究;另外,可降解地膜缺乏統一的識別標志和產品檢測標準,技術市場和產品市場較為混亂。

5結論

農用覆地膜具有保溫、保濕、保肥和防寒等顯著優點，使得地膜的需求量日益增長。但傳統覆地膜所帶來的一系列問題也逐漸顯現出來，傳統塑料地膜帶來的“白色污染”也是越來越嚴重。不難看出，大量不可降解農膜的使用已迫使人們不得不解決殘膜對土壤的污染問題。而采用可降解農用覆地膜則是解決這一問題的重要途徑。近年來，草纖維地膜、紙基地膜等環保地膜的研究火熱。實踐應用表明，以紙漿為原料的紙地膜和以植物纖維為原料的環保型麻地膜效果較好。不但降解效果良好，且對農作物的保溫和保濕效果優越，就促進作物的生長而言，與傳統農用地膜相比毫不遜色。將植物纖維(或廢棄天然纖維)采用非織造生產工藝(干法成網或濕法成網)制成新型的可降解農用覆地膜，環保可降解，解決了傳統農用覆地膜難降解的問題,進而解決了廢棄地膜造成的“白色污染”，綠色環保，具有良好的社會前景與經濟效益。研究、開發和應用完全可降解農用覆地膜是今后農用覆地膜發展的重要趨勢。

參考文獻：

[1]黎先發. 可降解地膜材料研究現狀與進展[J].塑料，2004,33(1):76～76.

[2]何文清，嚴昌榮，趙彩霞，等. 我國地膜應用污染現狀及其防治途徑研究[J].農業環境科學學報,2009,28(3):533～533.

[3]舒帆. 我國農用地膜利用與回收及其財政支持政策研究[D]. 北京：中國農業科學院研究生院.2014.

[4]封俊. 可降解農用地膜的研究進展[J].現代化工,1990(2):8～9.

[5]鹿寶鑫，周睿，王霞.天然纖維基降解塑料地膜的現狀與發展趨勢[J].農機化研究,2008(12):207～209.

[6]呂仕元，陸德生，王祖行,等.自然降解農用棉短絨地膜的研制[J].產業用紡織品,2002(2):13～17.

[7]盛偉，羅軍，葛明橋.紙基棉短絨地膜的研制與表征[J].產業用紡織品,2009(3):9-11.

[8]賈珊珊,徐紅.可降解非織造農用地膜的研究進展[J].江蘇絲綢.2011,(6):38～39.

[9]唐賽珍,陶欣.中國降解塑料的研究與開發[J].塑料.2001,30(5):9～16.

收稿日期：2016-05-05

作者簡介：許衛(1994—)，男，西安工程大學編織與材料學院學生。

中圖分類號：X592

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944(2016)12-0200-02

Analysis on the Current Situation and Development of Degradable Agricultural Mulching Film

Xu Wei, Wu Yan, Kang Yuchan,Zhang Jinyang

(CollegeofTextilesandMaterials,Xi’anPolytechnicUniversity,Xi’anShanxi710000，China)

Abstract:This paper introduced the use of agricultural land mulching film andput forward the solutionto the existing “white pollution”problem of traditional agricultural mulching film, that is, the development of biodegradable mulch film.Analyzingthe production status, molding method and existing problems, the paper expounded the development trend of biodegradableagricultural film.

Key words:agricultural mulching film，biodegradation，present situation， development trend