我国可降解地膜的应用现状及发展趋势2010.pdf

p塑 料地膜覆盖栽培技术自 1979 年在我国试验应用并推广以来 ，已经成为农业增产的一项重要技术[1]。但由于目前大多数地膜为聚乙烯或聚氯乙烯地膜 ，其稳定性极高 ，降解过程相当缓慢 ，大约要 100 年 ；残留在土壤中的碎片不能被土壤微生物降解 ，也不能被作物吸收利用 。特别是超薄地膜 （微膜 ）的制造 ，虽然可以使单位面积地膜用量相对减少 ，成本降低 ，但地膜越薄 ，越易破碎 ，破碎后形成的地膜残片残留在地表和土壤中 ，给清理和回收带来很大困难[2]。随着塑料地膜的大量使用 ，残弃塑料地膜在耕地中的积累越来越多 ，不仅影响农业生态环境 ，而且对景观环境也造成污染 ，还威胁着牲畜的生命 ；同时在土壤中形成阻隔层 ，降低土壤透气性 ，阻碍作物根系发育和对水分 、养分的吸收 ，造成农作物减产[3]，有些地方农作物因此而减产幅度达 20以上 。故从长远看 ，塑料地膜造成的污染导致的减产幅度将逐步达到和超过其保温 、保湿等作用带来的增产幅度 。据农业部调查 ，为了尽量减少残膜对土壤的污染 ，降低残膜对作物产量的影响 ，在地膜完成使用功能后 ，采用人工揭膜方式回收一部分 ，揭膜费用大约 60 元 /hm2，而采用可降解地膜 ，虽然增加成本 15 元 /hm2（功能性地膜国家允许价格上浮 5），但无需揭膜 ，既减轻劳动强度 ，又解决了对土壤及环境的污染问题 ，具有巨大的社会效益 。且可降解地膜具有普通地膜类似的保温和保水效果 ，还具有自然降解作用[4]。因此 ，发展可降解地膜能够较好的解决地膜污染问题[5]。以下仅对几种可降解地膜及其应用进行综述 。1 可降解地膜的种类及特点目前 ，国内外广泛开展的研究工作 ，主要有生物降解地膜 、光降解地膜 、光 ／ 生物降解地膜 、植物纤维地膜 、液态喷洒薄膜 、多功能农用薄膜等 。国内研究开发较多的是生物降解地膜 、光降解地膜和光 /生双降解地膜 。1.1 生物降解地膜生物降解地膜是在自然条件下 ，通过土壤微生物的生命活动而进行降解的一类地膜 。生物降解地膜分为化学合成高分子基地膜 、天然高分子基地膜两大类 。从降解机理看 ，生物降解地膜又可分为不完全生物降解地膜和可完全生物降解地膜 。其中 ，不完全生物降解地膜是指在通用塑料 （PE、PP、PVC 等 ）中通过共混或接枝混入一定量的 （10～30）具有生物降解性的物质 ；可完全生物降解地膜是使用中保持与现有塑料相同程度的功能 ，使用后能为自然界中细菌 、真菌 、海藻等微生物作用分解成低分子化合物 ，并最终分解成水和二氧化碳等无机物的高分子材料[6]。尽管这类地膜能够降解 ，但都存在加工困难 、力学性能和耐水性能差的问题 ，目前难以推广和应用[7]。1.2 光降解地膜光降解地膜是在高分子聚合物中引入光增敏基团或加入光敏性物质 ，使其在吸收太阳紫外光后引起光化学反应而使大分子链断裂变为低分子质量化合物的一类地膜 。光降解地膜分为添加型光降解地膜和合成型光降解地膜两大类 。光降解地膜的降解主要是地膜中的光敏剂吸收了来自太阳光中的紫外线 ，在其他助剂的协同作用下引发光氧化反应 ，聚乙烯分子链开始断裂 ，地膜变脆 ，物理机械性能下降 ，最后破裂破碎和消失 。但是光降解地膜也存在不足 一是降解受紫外线强度 、地理环境 、季节气候 、农作物品种等因素的制约较大 ，降解速率很难准确控制 ；二是大田覆盖使用时 ，埋入土壤中的部分不能被降解 ，而且其分解物对大气 、水质 、土壤是否产生二次污染尚不明确 ，因此它的应用受到限制[8]。1.3 光 /生双降解地膜光 /生双降解地膜是在通用高分子材料 （如 PE）中添加光敏剂 、自动氧化剂 、抗氧剂和作为微生物培养基的生物降解助剂等制作而成的一类地膜 。光 /生双降解地膜的特点是把地膜降解成小颗粒 ，短期内对作物生长不会有太明显的负面影响 ，不过随着使用时间的延长 ，土壤中塑料颗粒逐渐增加 ，会影响作物根系的生长 ，甚至减产 。另外 ，非常难清除降解后的塑料小颗粒 ，可以说用人工方法无法清除 ，不利于农业的可持续发展[9]。2 可降解地膜的应用现状2.1 光降解地膜应用效果武宗信等[10]研究表明 ，光降解地膜在棉花生产中 ，覆盖期间与普通地膜相比 ，具有相同的土壤环境效应和相近的增我国可降解地膜的应用现状及发展趋势赵 燕 李淑芬 吴杏红 郑启宏（云南农业职业技术学院 ，云南昆明 650031）摘要 介绍了我国可降解地膜的种类 、特点及应用现状 ，阐述了可降解地膜的发展趋势 ，以期为可降解地膜的研究及应用提供参考 。关键词 可降解地膜 ；应用现状 ；发展趋势中图分类号 S626.2 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2010）23-0105-03Application Satus and Development Trend of the Degradable Plastic Film in ChinaZHAO Yan LI Shu-fen WU Xing-hong ZHENG Qi-hong（Yunnan Vocational and Technical College of Agriculture，Kunming Yunnan 650031）Abstract The types and charactristics of degradable plastic film were decribed，its applacation satuation and development trend in China wereproposed.Key words degradable plastic film; applacation satus; development trend收稿日期 2010-10-29农艺学现代农业科技 2010 年第 23 期105农 艺学 现代农业科技 2010 年第 23 期产效果 。毛任钊等[11]研究也表明 ，光降解地膜覆盖棉田不仅能产生水热效应 ，而且具有预期的降解性能 ，因而能显著的改善棉田环境生态条件 。虽然光降解地膜压土部分 （无光照 ）基本上不降解 ，但离土后 （有光照 ）仍能继续降解 ，其残片进入土壤后 ，对棉花生长发育未产生不良影响[12]。覆盖光降解地膜的甘蔗苗期长势 、农艺性状 、产量及糖分与覆盖普通地膜无明显差异 ，光降解地膜与普通地膜一样具有保水 、保温作用 。同时光降解地膜在完成普通地膜的功能后 ，在受光情况下自行光降解 ，残留明显低于普通地膜[13-14]。另外 ，光降解甘蔗除草地膜也完全具备普通地膜的功能 ，且具有可降解和除草功能 ，不会对甘蔗生长或产量造成影响[15]。孟庆雷等[16]研究表明 ，光降解地膜在增温保湿 、促进烟草生产 ，提高烤烟的单产 、均价及等级方面与普通银膜具有同等作用 ；且光降解地膜在田间经自然光照射 ，日渐降解 、粉化 、消失而融合于土壤中 ，有利于保护烟田生态环境 。赵作民[17]研究表明 ，光降解地膜在提高地温 、降低土壤容重 、抗旱保墒等方面的效果及促进玉米生长发育 、早熟 、丰产方面的效应均优于普通地膜 。光降解地膜应用于花生生产中 ，具有与普通地膜相似的增温保墒增产效果 ，又可节省人工拾膜用工[18]。陈明周等[19]研究表明 ，花生光降解除草地膜在覆盖栽培中也具有与普通地膜相同的保温 、保湿作用 ，增产效果明显 ，产量增幅高达14.13～30.79 ；且具有控制田间常见杂草生长的作用 。另外 ，光降解性避蚜地膜与普通地膜相比 ，具有降解 、防治蚜虫及其他病虫害 、保持土壤水分和肥效 、调节土壤温度 、强化光合作用等功能 。它可使作物增产 20左右 ，同时减少农药用量 ，且使用后会降解 ，减轻了白色污染 ，有显著的经济效益和社会效益[20]。大量田间试验证明 ，光降解地膜与普通地膜具有相同的提高地温 、保墒 、增加产量 、提高效益等作用 ；光降解地膜发生破碎 、降解[21]，光降解地膜小残片进入土壤后 ，不会使土壤性质变劣而危害植物 ；并有降低土壤污染 、水体污染和自然景观污染的优点[22]。2.2 生物降解地膜应用效果生物降解地膜的保温作用与普通地膜相同 ，且在低温时的保温性优于普通塑料地膜[23]；保水作用比普通地膜略好 ，同样可以达到早熟 、丰产的栽培效果[24]。胡 靖等[25]试验结果显示 ，生物降解地膜对玉米 、棉花 、土豆的增产效果均在 2030，而对葡萄的增产效果最明显 ，达 60。生物降解地膜配合滴灌技术还可显著提高番茄可溶性固形物含量和番茄红素含量及番茄的水分利用效率和肥料利用效率[26]。梁兴泉等[27]研究表明 ，淀粉地膜与塑料地膜相同 ，有保温 、保湿和增产的作用 ，而且当淀粉含量达 30以上时具有明显的降解作用 ，基本上消除了塑料地膜引起的土壤板结 、阻碍农作物根系生长等农田耕作环境的污染 。王延琴等[28]研究表明 ，纤维素膜覆盖一样具有促进棉花早发稳长 ，增产增收和提高纤维品质的作用 ；且使用一段时间后会自然分解 ，减少环境污染 ，且可增加土壤有机质 。付登强等[29]研究结果表明 ，麻地膜在覆盖白菜 、莴苣 、辣椒 、黄瓜 、豆角 、番茄 、丝瓜 、四季豆 、草莓等作物过程中具有较好的保水保温性能 ，能增加土壤对降雨的储蓄能力 ，减少土壤水分的蒸发 ，提高作物的水分利用效率 。麻地膜覆盖明显促进了作物地上部和地下部的生长 ，有明显的增产效果[30]，且由于不透光还可防止杂草生长 ，除草和降温效果明显[31]。麻地膜覆盖还具有增温平缓不烧苗 ，长期使用能增加土壤有机质含量 ，改良土壤团粒结构 ，提高土壤微生物和酶活性 ，增加土壤有效养分含量的作用[32]。起到了 “开源节流 ”的作用 。大量田间试验证明 ，生物降解地膜与普通 PE 地膜一样 ，具有保温 、保水的作用 ，且在土壤性状及促进作物生长方面均优于普通 PE 地膜 ，可在田间产生降解而消失 ，对土壤无污染[33]。2.3 光 /生双降解地膜应用效果在玉米 、烤烟上 ，双降解地膜降解效果较好[34]。利用双降解地膜覆盖春玉米 ，比普通地膜用量少 ，节省投资 ，增温 、保墒效果良好 ，还有自然降解作用[35]；王盼忠等[36]试验结果表明 ，双降解地膜在分解过程中 ，还能释放出有利于玉米吸收的养分和二氧化碳 ，促进玉米的生长发育 ；对春玉米有显著的增产效果 ，一般比普通地膜增产 13.6，比露地玉米增产39.1。旱地春花生利用双降解地膜覆盖栽培具有保温 、保水 、保肥 、保持土壤疏松 、除草等作用 ，具有增进春花生根 、叶 、花 、果的生长发育的作用 ，有利于干物质的积累与合理分配 ，加快生育进程 ，缩短生育期 ，从而避免和减少早春低温阴雨对花生出苗及生育后期夏旱的影响 ，缓解季节矛盾[37]。地膜覆盖 70 d 后可开始光解溶化 ，不需回收残膜 ，减少对生态环境的污染[38]。双降解地膜覆盖栽培棉花可增加果枝数 ，提高单株结铃率 ，增产作用更显著 ；且在光照和土壤微生物作用下是可以降解的 ，并且降解效应十分显著[39]。光 /生物双降解地膜经多年在粮 、棉 、油等多种作物上覆盖使用证明 ，其降解可控性好 ，保温保墒 ，作物长势与产量与普通地膜无差异 ；光 /生物双降解地膜本身不含有害成分 ，降解产物对土壤 、作物均不产生毒害[40]。保水 、保温性能在观测期内与普通膜相当 ，作物的生物发育状态基本一致[41]。覆盖农作物后 ，出苗期提前 ，产量增加[42]。地膜在曝晒条件下 ，当年基本上可降解成粉末状[43]。而双组分可控降解地膜未经光照的部分在热氧化 、微生物的综合作用下 ，均被降解 ，降低了分子量的聚乙烯也有被微生物降解的趋势[44]。覆盖双降解地膜的农田生物效应 、增产效益均优于普通地膜[45]。总之 ，从生产应用来看 ，可降解地膜和普通地膜的保水 、保温和增产效果基本相同 ，而可降解地膜之间差异不显著 ；比较各降解地膜的降解状况 ，生物降解地膜降解最快 ，其次是光 /生双降解地膜 ，光降解地膜最慢[46]。3 可降解地膜的发展趋势综上所述 ，不难看出 ，应用中多数降解地膜尚属于不完全降解型地膜 ，因其降解性仅限于其中的淀粉或甲壳素等部分 ，不能降解其中的 PP、PVC 等塑料成分 。如光降解地膜埋土部分无法降解 ，降解速率很难准确控制 ；光 ／ 生双降解地膜主要是加速了地膜中能降解部分的降解过程 ，不能解决根本问题[47]，不能实现当季无害化[48]。 故光降解地膜和光 /生双降解地膜因其降解程度对环境的依赖性很强及降解的不彻底性 ，使其应用受到了一定限制[49]。只有生物降解地膜可106有 效解决地膜的环境污染问题[50]；不过就效益而言 ，光 /生双降解地膜由于成本较低 、降解重复性较好 ，地膜的成型加工简单易行[51]，根据我国具体情况 ，目前作为解决地膜残留污染重要而有效的途径之一 ，仍具有推广应用前景 。未来农业的主要目的在于充分利用自然资源 ，合理使用生产资料 ，注意保护生态环境 ，保持作物生产可持续发展 ，发挥作物最大生产潜力 ，实现作物高产 、优质 、低耗 、无公害 ，并获得最大的经济效益 、社会效益 、生态效益[52]。近年来 ，国内很多单位开展了草纤维地膜 、纸基地膜等环保地膜的研究[53-55]。通过应用表明 ，以纸浆为原料的纸地膜 ，其降解效果良好[56]；以植物纤维为原料的环保型麻地膜具有很好的保温 、保湿和促进作物生长发育的作用 ，在田间可以完全降解 ，无污染 ，降解后还有改良培肥土壤的作用[8，57]。据专家预测 ，绿色环保型产品将是未来市场的主导产品 。因此 ，研究 、开发和应用完全生物降解地膜是今后的发展趋势 。4 参考文献[1] LAMERS J，BRUENTRUP M，BUERKERT A.The profitability of trad-itional and innovative mulching techniques using millet crop residues inthe West African Sahal[J].Agriculture，Ecosystems and Environment，1998，67（1）23.[2] 封俊 .可降解农用地膜的研究进展 [J].现代化工 ，1990（2）8-15.[3] 李铁骑 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