可降解农用覆地膜的现状及发展分析

许 卫， 武 妍， 康玉婵， 张锦阳

(西安工程大学 纺织与材料学院，陕西 西安 710048)



可降解农用覆地膜的现状及发展分析

许 卫， 武 妍， 康玉婵， 张锦阳

(西安工程大学 纺织与材料学院，陕西 西安 710048)

摘要：指出了可降解农用覆地膜是今后农用覆地膜发展的重要趋势，阐述了农用覆地膜的使用现状，针对传统农用覆地膜所存在的“白色污染”问题提出了解决方法，通过研制可降解农用覆地膜来解决此问题，分析了可降解农用覆地膜的生产现状、成型方法及存在的问题。

关键词：农用覆地膜；可降解；发展趋势

1引言

农用覆地膜(地膜)即地面覆盖薄膜。地膜可以有效地调节土壤温湿度,储存土壤中的营养物和水分,防止杂草的生长,为农作物的生长创造了良好的生态环境[1]。然而任何事物都具有两面性，虽然使用农用覆地膜使得农业增收增产,但是由于目前的地膜大多是高分子化合物，在自然条件下完全降解相当困难，并且地膜的应用量和使用年限逐年增加，残留大量的地膜造成了“白色污染”，影响农业生产的正常进行，农业环境的安全与健康造成了严重污染[2]。如何解决这个日渐严重的问题就摆在了当前，通过研究表明，研制及使用可降解农用覆地膜则是解决这一问题的重要途径。因此，研究、开发和应用完全可降解农用覆地膜是今后农用覆地膜发展的主要趋势。

2农用覆地膜现状

农用覆地膜大多都是透明或黑色的聚乙烯薄膜，用于覆盖地面。地膜可以保持土壤水分以提高土壤的温湿度，使土壤结构得以维持，防止害虫、微生物引起的病害，使得植物快速生长。在我国一些自然条件恶劣的地区，地膜的使用对农作物育秧和栽培有着很重要的作用[3]。

2.1传统农用覆地膜现状

在农业上使用农用覆地膜，可以有效调节土壤温湿度，储存土壤中的水分和营养物，防止杂草的生长，促使农作物早熟，最终能够增产50 %～350 %。我国自20世纪70年代末引进了地膜覆盖技术以来，迅速发展起来，给我国的农业带来了一场“白色革命”[4]。由于地膜在保温、保湿、保肥、防寒等方面有着显著的优点，所以地膜的需求量日渐增长。目前，在农业中我国每年传统塑料地膜的使用面积已超过1500万 hm2，并有逐年扩大的趋势。我国地膜的生产量和使用量是其它所有国家总和的1.6倍，已经成为世界上使用和生产农用覆地膜数量最多的国家。

但是，就目前社会大环境而言，传统农用覆地膜的发展遇到严重的污染问题，这是一个较为矛盾的结合体。大量的传统农用覆地膜难以自然降解，而对于地膜的回收机构尚不完善，而农业劳动者对于地膜的处理不妥善，一部分人选择弃置于农田，一部分人选择烧毁，无论哪一种方式，都在以不同的形式给环境带来负担，传统农用覆地膜的发展遇到严重阻碍。

2.2可降解农用覆地膜现状

我国是农业大国，农业生产中的地膜使用量大，塑料地膜是最主要也是使用最广泛的地膜，其使用和消费量也是世界第一。然而塑料地膜在使用后不可降解，农田中积累的废弃塑料底膜对农田的污染情况日趋严重。为解决这一问题，可降解地膜的研制陆续登场，主要有光降解塑料底膜、生物降解地膜、光-生物降解地膜三大类。目前，可降解地膜的降解机理也可分为光降解、生物降解、化学降解三大类。

作为农业大国，为降低农用地膜带来的环境污染，研制开发可降解地膜成为解决问题的重要解决途径。可见，可降解地膜的开发有实际意义，得到大环境的支持。现阶段，通过深入研究天然高分子材料的改性技术和成型工艺，以降低生成成本为目的，大力发展完全可降解地膜。

3农用地膜的成型工艺

3.1传统农用覆地膜成型工艺

目前使用的传统农用地膜是一种人工合成的高分子化合物地膜，其成型工艺主要有有挤出吹塑成型、挤出流延成型和双向拉伸薄膜成型3种[1]。

3.1.1挤出和双向成膜

挤出吹塑成膜的主要优点在于设备简单、投资少、无边料,成品率高;幅面宽,焊缝少,易于制袋; 薄膜经拉伸、吹胀,力学性能较好;但薄膜厚度均匀度较差,生产线速度慢。目前，挤出吹塑成膜常用于PE、PP、PVC等农用薄膜的成型;采用双向拉伸技术生产的塑料薄膜具有以下特点：与未拉伸薄膜相比，机械性能显著提高，拉伸强度是未拉伸薄膜的3～5倍；阻隔性能提高，对气体和水汽的渗透性降低；光学性能、透明度、表面光泽度提高；耐热性、耐寒性能得到改善，尺寸稳定性好；厚度均匀性好，厚度偏差小；实现高自动化程度和高速生产。适用于双向拉伸生产的塑料薄膜主要包括聚酯、聚丙烯、聚酰胺、聚苯乙烯和聚酰亚胺薄膜等。

3.1.2反应挤出成膜

反应挤出是20世纪60年代后期才兴起的一种新技术,因其能使聚合物多样化、功能化、生产连续化、工艺操作简单经济而越来越受到重视。反应挤出是以螺杆和料筒组成的塑化挤压系统作为连续反应器,将欲反应的各种原料组分,如单体、引发剂、聚合物、助剂等一次或分次由相同的或不同的加料口加入到螺杆中,在螺杆转动下实现各原料之间的混合、输送、塑化、反应和从口模挤出的过程。可以看出，一般以合成高分子材料为基质的降解地膜不仅制备过程较为复杂繁琐，而且在加工过程中所使用的原料助剂也会对环境造成一定的污染[1]。

3.2可降解农用覆地膜成型工艺

由于环境污染问题日益突出，使用传统农用覆地膜会产生大量的“白色污染”，所以传统覆地膜将逐渐退出历史的舞台，取而代之的则是正在不断发展的可降解农用覆地膜。

3.2.1可降解农用覆地膜原料的选用

在自然界中有一类天然的可降解物质，即纤维素。纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖，占植物界碳含量的50 %以上。棉花的纤维素含量接近100 %，为天然的最纯纤维素来源。一般木材中，纤维素占40%～50 %，还有10 %～30 %的半纤维素和20 %～30 %的木质素。据资料统计，每年全世界的植物物质，只有11%被用作农作物产品、造纸、饲料和建筑原料，而剩余89%的纤维素纤维则被自然界分解转化，造成大量资源浪费[5]。因此，利用植物纤维制备可降解农用覆地膜，既可以充分利用资源，同时也为塑料工业开辟了一个新原料方向。目前非织造农用地膜的生产制造主要研究的原料有以下3种。

(1)最优原料当属短绒棉。短绒棉可从废旧棉制物中提取，资源数量庞大，也实现了废物利用。且棉的纤维素含量如此高，作为可降解的植物纤维，短绒棉成本低，经过再加工可制成棉短绒地膜，完全可降解，对环境无害。随着生活水平提高，国内每年消耗丢弃棉制品数以百万吨，这些废弃棉制品的回收及再利用也已经成了不可忽视的问题。因此，可以将这些废弃棉制品收集起来，经过非织造湿法成网和改性处理，制备可完全降解的农用覆地膜。这样不仅可以有效解决传统地膜产生的环境污染问题，还可以降低成本。通过回收再利用，资源价值进一步达到最大化，符合可持续发展要求[6，7]。

(2)我国具有丰富的麻类纤维资源，种植面积和产量均居世界首位，众多的麻类品种中，经过研究培育、配套合适的加工方法，也能提供优质原料。

(3)在自然界中仍存在着大量其他的植物资源可以为人们所利用，也有一些研究利用各种物理或化学的方法对其形态进行加工处理后，提取纤维用来生产农用地膜。

3.2.2可降解农用覆地膜成型工艺

非织造布加工工艺以其简单、低成本、自动化和无污染等优点受到欢迎，因此非织造布在农业上的应用更是越来越广泛，所以可以采用非织造生产工艺来制备可降解农用覆地膜。

可加工成农用覆地膜的非织造加工工艺有干法成网和湿法成网两种[8]。

(1)干法成网。经梳理成网，或使用梳理成网和气流成网结合，利用针刺加固或化学粘合加固，最终制得非织造可降解农用覆地膜。

(2)湿法成网。将长度较短的纤维素纤维加入适量的助剂，如分散剂、增强剂、粘合剂等，通过打浆、调料、稀释等工序，制得纤维均匀分布的悬浮液，再经过成网、烘干后即可得到非织造可降解农用覆地膜。湿法成网中分散剂的作用机理是减少纤维的絮凝，改进成形质量，得到均匀的成品。而在有纤维素存在时，在成网之前加入的化学助剂主要是湿强剂，它一方面赋予某些产品湿强度，另一方面对纤网提供足够的湿强度，保证纤网有足够的牵伸应力，可供地膜使用时强力的需求。湿法成网制得的可降解农用覆地膜具有厚度较薄、手感柔软、质量较轻、且满足使用要求等优点。

成膜方法的选择依据应根据纤维成网的可行性，由待加工植物纤维的表观特性、物理特征来判断。由于其来源多为废弃棉纤维，根据其原料来源和使用性能要求，建议使用湿法成形加工工艺。

4农用覆地膜存在问题

4.1传统农用覆地膜存在问题

目前我国农业中所用的地膜大多为单体聚乙烯或合成高聚物，而这些聚合物都具有分子量大、性能较稳定、且难以分解的特点，虽然在使用中确保了农作物增产增收，但是在使用过后，残留着大量的地膜碎片，散落在土壤中，严重降低土壤的通透性，给耕作、播种和作物的生长带来了阻碍[8]。具体存在如下问题。

(1)残膜降低了土壤的通透性，养分分布不均，影响微生物的活动和正常土壤的结构，降低了土壤的肥力。

(2)残膜碎片改变了土壤结构，影响土壤的正常渗透，耕地的抗旱能力逐渐降低，甚至会引起土壤次生盐碱化的后果。

(3)残膜给作物的根系发育带来困难，作物不能正常吸收水分和养分，致使产量下降。据测定，种子播在残膜上烂种率为6.92 %，烂芽率5.17 %，子叶期死苗率3.08 %。据相关资料查得，每亩土壤残膜达3.9 kg时，小麦减产9 %～16 %，玉米减产11 %～23 %，蔬菜减产14.6 %～59.2 %。严重的影响了农业的可持续性发展。

(4)残膜中会存在有害物质，对农作物会产生毒性，破坏了叶绿素的形成，导致农作物生长缓慢或黄化死亡。

(5)大量残膜存在于耕层，会缠绕播种机轮盘，影响田间耕作。

4.2可降解农用覆地膜存在问题

可降解地膜(特别是完全降解地膜)[9]存在的问题来自于原料成本与价格,由于价格昂贵,除非政府补贴,否则很难大面积推广使用。在使用性能方面,如全淀粉塑料地膜、草纤维地膜、纸地膜的干湿强度、拉伸强度等方面都有待改进；在降解性能方面,绝大部分的光-生物降解地膜在降解的可控性、彻底性有待进一步研究;另外,可降解地膜缺乏统一的识别标志和产品检测标准,技术市场和产品市场较为混乱。

5结论

农用覆地膜具有保温、保湿、保肥和防寒等显著优点，使得地膜的需求量日益增长。但传统覆地膜所带来的一系列问题也逐渐显现出来，传统塑料地膜带来的“白色污染”也是越来越严重。不难看出，大量不可降解农膜的使用已迫使人们不得不解决残膜对土壤的污染问题。而采用可降解农用覆地膜则是解决这一问题的重要途径。近年来，草纤维地膜、纸基地膜等环保地膜的研究火热。实践应用表明，以纸浆为原料的纸地膜和以植物纤维为原料的环保型麻地膜效果较好。不但降解效果良好，且对农作物的保温和保湿效果优越，就促进作物的生长而言，与传统农用地膜相比毫不逊色。将植物纤维(或废弃天然纤维)采用非织造生产工艺(干法成网或湿法成网)制成新型的可降解农用覆地膜，环保可降解，解决了传统农用覆地膜难降解的问题,进而解决了废弃地膜造成的“白色污染”，绿色环保，具有良好的社会前景与经济效益。研究、开发和应用完全可降解农用覆地膜是今后农用覆地膜发展的重要趋势。

参考文献：

[1]黎先发. 可降解地膜材料研究现状与进展[J].塑料，2004,33(1):76～76.

[2]何文清，严昌荣，赵彩霞，等. 我国地膜应用污染现状及其防治途径研究[J].农业环境科学学报,2009,28(3):533～533.

[3]舒帆. 我国农用地膜利用与回收及其财政支持政策研究[D]. 北京：中国农业科学院研究生院.2014.

[4]封俊. 可降解农用地膜的研究进展[J].现代化工,1990(2):8～9.

[5]鹿宝鑫，周睿，王霞.天然纤维基降解塑料地膜的现状与发展趋势[J].农机化研究,2008(12):207～209.

[6]吕仕元，陆德生，王祖行,等.自然降解农用棉短绒地膜的研制[J].产业用纺织品,2002(2):13～17.

[7]盛伟，罗军，葛明桥.纸基棉短绒地膜的研制与表征[J].产业用纺织品,2009(3):9-11.

[8]贾珊珊,徐红.可降解非织造农用地膜的研究进展[J].江苏丝绸.2011,(6):38～39.

[9]唐赛珍,陶欣.中国降解塑料的研究与开发[J].塑料.2001,30(5):9～16.

收稿日期：2016-05-05

作者简介：许卫(1994—)，男，西安工程大学编织与材料学院学生。

中图分类号：X592

文献标识码：A

文章编号：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