地膜分类与发展趋势

国外使用的普通地膜厚度一般在0.02毫米左右，覆盖期较短，一般是用收卷式残膜回收机卷起、洗净后连续使用2年至3年，土壤残膜留量很少。我国使用的普通地膜一般在0.008毫米以下，覆盖期长达150天左右，残膜多以机收、人机结合的方式进行治理，土壤残膜留量较大。可降解地膜的现状及发展趋势摘要：地膜技术的引进促进了传统农业向现代化农业转变的科学技术。然而随之带来的白色污染又破坏了人们的生存环境，解决白色污染势在必行。而实验证明可降解地膜与普通地膜有同等的功效。因此地膜的可降解是我国地膜发展的方向。但是可降解地膜依然存在着一些问题。关键词：光降解地膜；生物降解地膜；光——生物降解地膜；存在问题；发展趋势1.可降解地膜的产生背景目前，随着塑料工业的迅速发展，塑料椅和钢铁、木材、水泥并列成为四大支柱材料之一。特别是在农业方面，由于农用地膜的使用，有效的控制了土壤的温度和湿度，减少了水分和营养物的流失，促进了农作物的高产和稳产，从而增加了农业生产效益。但与此同时，由于地膜的一次性使用，每年都会有大量的残膜留在土壤里。塑料地膜多为分子量数万至数十万的聚乙烯，它们在自然界中很难降解。这些地膜碎片可在土壤中形成阴隔层，使土壤中的水、气、肥等流动受阻，造成土壤结构板结，严重危害生态环境，造成白色污染。因此，解决残膜污染土壤问题已成为地膜覆盖栽培技术的当务之急，为了解决这一问题，可降解地膜的研究应运而生。2.可降解地膜的现状近年来已经进行过农田应用试验的降解地膜大致有以下几种：①植物纤维(又称草纤维)地膜；②纸地膜；③淀粉地膜；④光降解地膜；⑤光和生物降解地膜，而能够实用的则是光降解、生物降解和光——生物双解地膜。光降解技术主要有两种：合成型和添加型，前者是在聚烯烃聚合时在其主链上引入某种光增敏基团，如ECO共聚物，乙烯单体共聚物等；后者则是在聚合物中添加具有光增敏作用的化学助剂，过渡金属络合物等。生物降解主要分为淀粉填充型和人工直接合成型两类，从资料报道看，我国的生物降解研究几乎全部集中在淀粉填充型。据不完全统计，目前从事降解塑料科研、生产和应用试验的单位有100个左右，研究的方向有光降解、淀粉基生物降解、光—生物降解、纤维素生物降解及微生物合成脂肪族聚酯降解等，均取得了一定程度进展。3.可降解地膜的分类3.1光降解地膜由于太阳光照是最廉价的引起降解的能源，因此，光降解地膜得到竞相开发。对光降解可控性的试验结果表明，调节光敏剂的用量，可粗略地调控地膜的光降解诱导期，但较好的方法是采用稳定降解型控制剂和协同降解型控制剂。可控光降解地膜的特点是：在完成农作物生长周期后迅速降解。光降解膜的降解过程拟以两个途径同时存在或交错进行：有膜→光解→无膜和有膜→微生物降解→无膜。光降解地膜要求在使用期后迅速降解，使它的分子量小到足以被土壤中的微生物降解，但就目前的研究表明，要达到这一要求技术尚不成熟。据外国科学家十年的研究试验结果：光降解后的PE虽可被细菌分解，但分解时间很长，光降解产物从发生生物降解到完全还原进入生态系统需要50年以上时间。光降解膜虽已进入实用阶段，但埋在土壤里的部分时间得不到光照，很难降解。据山西农科院棉花研究所试验，埋入土中的光解膜人为出土后，继续曝晒，仍能降解；光解产物对土壤矿质元素的含量无明显影响，对土壤其它方面影响也较小，未发现有害物质产生。据1993年的农田试验表明，光解地膜的环境评价与普通地膜比较具有降低土壤污染、水体污染及自然景观污染三大优点。3.2生物降解地膜生物降解与光降解有一定协同关系，当PE光降解的分子量降到5000左右时，用释放的CO2来衡量，PE的生物降解率可达70%左右。由于生物降解不会污染环境，所以近年来受到各方面的重视。目前淀粉添加PE型生物降解塑料的开发比较普遍，但PE根本不是所谓的生物降解塑料，微生物只是从淀粉——PE体系中的PE表面移走了一部分淀粉而已，残留的PE膜仍以一种低强度的多孔结构的形态继续存在，且淀粉的加入对PE膜的力学性能影响较大，加工条件苛刻，因而单纯的淀粉填充型PE生物降解膜，由于其不完全降解性，用途受到很大限制。所以在这方面仍需进一步攻关，其方向是将淀粉改性成热塑性淀粉，把注意力转移到开发可完全降解的淀粉基塑料和可生物降解或可水溶(如PVA)的降解塑料合金母料上来。3.3光——生物双解地膜鉴于光降解和生物降解的不完全降解性和不能彻底解决环境污染问题，应用采可控———生物双解地膜，它是近年来发展的一种较理想的新型降解地膜，能结合光和生物的降解作用达到较完全降解的目的，到目前为止仍无明确的术语定义。PE进行光降解到一定程度时，地膜中那些有利于生物活性的化合物很易被真菌、细菌吞食，发生微生物降解。这种膜使用一年后，在土壤中应碎成1平方厘米以下的小块，两年后应全部粉化。这种膜所用的助剂应对作物生长无毒无害，降解产物对土壤无污染。双解膜的特点是在农作物生长期内其力学性能良好，完成该周期后则迅速降解，到一定程度后再由微生物降解，埋土试验结果表明，含淀粉的光—生物降解地膜比单纯的光或生物降解地膜具有较好的自然同化作用，只是含淀粉的双解膜在制备工艺上还存在一些问题。普通PE地膜与光—生物双解地膜的性能比较图1。图1普通PE地膜与双解PE地膜性能比较1—普通PE地膜；2—光—生物双解PE地膜把图1分成A、B、C3个区域。A区域：两种膜的机械性能没有什么区别，基本保持不变，这主要是通过控制加入的抗氧剂浓度来实现。B区域：双解PE膜迅速降解，力学性能大幅度下降。这是光降解部分，主要是通过加入光敏剂等助剂来达到；而普通PE膜的力学性能在这个区域仍是缓慢下降。C区域：当光降解到点“×”时(一般认为此处地膜的延伸率丧失95%)，再由微生物降解，直到与土壤同化，最终产物是二氧化碳和水。这一部分是生物降解部分，主要通过添加生物降解母料来实现；而同期普通PE膜却达不到生物降解的程度。目前我国光—生物降解塑料的研究水平可与国外先进水平相当。但是由于缺乏统一的评价标准试验方法，要生产出完全符合农业要求、符合环保要求的地膜还需进一步努力和实际验证。4.可降解地膜存在的问题4.1光降解地膜存在的问题光解膜当前存在的主要问题是埋土部分的降解情况，需进一步攻关。光降解地膜主要采用合成树脂中加入光敏剂的方法使之降解。在自然光下可自行降解，但埋土部分不降解，而且降解后碎片不易继续分化或被土壤同化，污染土壤问题仍未得到根本解决。另外成本较普通膜高，使推广应用受到限制。4.2生物降解地膜存在的问题生物降解膜其添充的材料中大多是淀粉、纤维素可以代替石油：一方面由于其可以完全降解，具有环保意义；另一方面在当今石油短缺的情况下其可完全代替石油。因此生物降解地膜在农业生产中应为首选，但我国多数采用纤维素来制膜，存在加工困难、力学性能和耐水性能差的问题，无法加以推广和应用。4.3光——生物双解地膜存在的问题双降解地膜不但有生物降解地膜已有的特性，还向其膜内填充了光敏剂，地面部分主要引入光降解技术，埋土部分引入生物降解技术。用后无论埋土部分还是地面部分，均可降解。尽管地面和埋土部分降解速度还不完全相同，但埋土部分已降解到不影响下季耕作的水平，并能稍后进一步被土壤所同化。与普通地膜相比，双降解地膜已基本做到能消除残膜危害，同时因为该技术符合中国国情、成本可以接受，应当加以推广应用。然而双降解地膜也有其局限性，农业气候、自然条件及作物的多样性，加大了降解地膜的降解可控难度。5.可降解地膜发展趋势随着人类社会对环境问题认识水平的不断深化，解决废弃地膜造成的“白色污染”建立环境友好性社会，建立人与环境的良性互动，唯一的办法就是推广应用可降解地膜。而其中光——生物双降解地膜的发展及推广尤为重要。双降解地膜的研究，是今后我国地膜产业的发展趋势，也是发展可持续性农业的必要前提。氧化生物双降解地膜在电视上宣传的企业：1、山东天壮环保科技，2014年10月，山东天壮环保科技有限公司成功研究出氧化生物双降解生态地膜后，我国已成为世界上第三个掌握此技术的国家。2005年，天壮环保科技有限公司董事长王丽红还在加拿大做外贸生意时，结识了一支致力于塑料研究的世界顶尖团队，让她对塑料生态降解技术产生浓厚兴趣。随后，她回国创业，致力于研究、开发、生产、销售生态降解塑料制品。天壮公司和山东省标准化研究院一起起草的《复合型双降解生态地膜》标准已在国家标准委立项，并于16年完成。山东天壮环保科技有限公司副总经理王寒介绍,通过氧化作用,微生物消化吸收利用,地膜最后变成水、二氧化碳、腐殖质,实际是塑料的快速降解。这种新型可降解地膜已经列入了2016年山东省农业主推技术。2、山东广电农科膜旺（山东广电农科传媒有限公司联合山东天壮环保科技有限公司共同推出农科膜旺-氧化生物双降解生态地膜）：山东广播电视台农科频道2016-05-25问题一：“农科膜旺”氧化生物双降解生态地膜是一种什么产品？“农科膜旺”氧化生物双降解生态地膜是顺应时代发展的高科技环保地膜产品。从地膜生产所用的塑料母料和生产工艺两方面入手，彻底解决了普通地膜在使用过程中造成的农作物减产、农田“白色污染”问题，同时具有保温保墒的作用和清洁土壤的特点。问题二：普通地膜在使用过程中存在哪些问题？当前，农业生产中大量使用的地膜是不可降解的普通地膜，虽然保温保墒作用明显，但使用后需大量人工来清理废旧地膜，费工费时。清理不出来的废旧地膜残留在土壤中，造成六大严重问题：第一，残膜造成农作物严重减产在不知不觉中发生。研究表明，当土壤中地膜残留量达到120千克/公顷时，小麦、玉米、棉花产量分别下降17.8%、13.2%和16%。第二，残膜导致土壤理化性质变差，影响作物根系下扎，容易造成播种后的缺苗断垄现象。第三，残膜造成了严重的土壤污染，环境污染，农田地力不断下降。第四，土壤中的残膜阻碍耕作机械工作，致使耕层变浅，严重影响作物产量。第五，地下块根块茎类作物生长膨大时容易夹杂土壤中残留的废旧地膜，或将废旧地膜包裹其中，从而造成农产品的质量安全问题。第六，一些作物秸秆上缠绕了废旧地膜难以清理，制成饲料后饲喂牲畜，容易造成牲畜死亡。问题三：跟普通地膜相比，“农科膜旺”氧化生物双降解生态地膜的优势是什么？“农科膜旺”氧化生物双降解生态地膜的最大优点就是能够具备良好的保温保墒作用，在使用后可降解，具体有四大优势：（一）专膜专用，降解可控。“农科膜旺”氧化生物双降解生态地膜产品分通用型和定制型两类，不同生长期的作物可选择不同降解时间的地膜，随着时间推移，地膜逐渐发生降解。（二）生态环保，节本增效。“农科膜旺”氧化生物双降解生态地膜降解后变成二氧化碳和水，不会对环境造成任何污染，不必费工费时回收残膜，不影响下茬作物耕种，节约大量人工。（三）保温保墒，增产提质。“农科膜旺”氧化生物双降解生态地膜具备和普通地膜同样的保温保墒作用，降解后的产物还能改善土壤环境，显著提高土壤生态质量，提高农作物产量和品质。（四）后期降解，温控保障。“农科膜旺”氧化生物双降解生态地膜使用后期逐渐降解，甚至裸露出土壤，有利于夜间土壤温度降低，以利于地下块根块茎类作物养分物质积累。问题四：“农科膜旺”氧化生物双降解生态地膜的降解原理是什么？这项技术成熟吗？“农科膜旺”氧化生物双降解生态地膜技术的核心是在传统聚乙烯地膜生产加工工艺中，利用高科技专利及配方技术，添加不同比例的氧化生物双降解塑料添加剂，通过自然界的光热作用，将大分子量聚乙烯可控降解为小分子量含氧低聚物，含氧低聚物再由土壤微生物降解为二氧化碳、水和土壤有机质等。可以形象地理解为：“农科膜旺”氧化生物双降解生态地膜是一种“能被微生物吃掉的地膜”或者“能化在土壤中的地膜”。这项技术拥有国家专利6项，通过中国科学院王佛松院士为鉴定组组长的科技成果鉴定，鉴定结论为“国际领先，填补国内空白”；相关技术产品通过国内外第三方权威机构检测；被国家农业部评为中华农业科技二等奖；被山东省农业厅、山东省科技厅列为2016年山东省农业主推技术；2009年在山东省棉花上开展大田试验示范至今，山东省马铃薯、棉花、花生、大姜、大蒜等主要覆膜作物上累计应用