纸基农用地膜的研究现状及发展趋势

刘昊 马晓博 郝盼盼 张绵绵

摘 要 本文介绍了可降解农用纸地膜的研究及其应用概况，同时提出了其目前所存在的一些问题，并展望了纸地膜的发展前景。

关键词 农用纸地膜；研究现状；发展趋势

近年来，地膜覆盖栽培技术发展迅速，提高了农业生产的效率。目前广泛使用的农用地膜，为合成聚合物如聚乙烯和聚氯乙烯地膜，地膜碎片可以在土壤中残存200～400年，不能自行分解和消失，造成严重的白色污染，破坏了农田生态环境。地膜覆盖技术在给农业增产增收带来经济效益的同时，也给产生了严重的污染。因此，纸基农用地膜的研究引起了国内外的极大关注。

1 纸基农用地膜的研究背景

对可降解地膜的研究主要包括以下四个方向

1.1 光降解地膜

是指在紫外线作用下，聚合链能有序进行分解[10]，其研究重点是使用光稳定剂等方法控制其降解速度。它是在高分子聚合物中引入光敏基团或加入光敏性物质，使其吸收太阳紫外光后引起光化学反应而使高分子链断裂变为低分子量化合物的一类地膜[11]。

1.2 生物降解性地膜

是在自然条件下，可被土壤微生物分解的一类地膜。它可以分为微生物合成高分子型、化学合成高分子型和天然高分子型三种，它们都具有较好的透光、保温和强度等性能。

1.3 光—生物双降解地膜

是将光降解和生物降解两种机制相结合的一种新型地膜。

1.4 植物纤维地膜

是以植物纤维为基本原料，在纸浆内添加PAE、透明剂等助剂抄制原纸，然后对其进行加工处理，使纸张具有地膜所要求的机械强度、透光、透水、保温、增温、保墒性或其他功能的地膜。

前三种降解型地膜经过十几年的发展，已经取得了一定的成就，然而还存在一定的不足：光降解地膜仅解决耕作表层中的残膜积累造成的污染问题，而埋在土壤中的残膜是无法降解的；同时光降解地膜的分解物对大气、水质、土壤是否会产生二次污染的问题，有待进一步跟踪确认。生物降解地膜中仅其中的淀粉可被微生物降解，而塑料部分只是丧失其形状及降低其性能，并不能彻底解决对环境的污染。光-生物降解地膜的问题是光与生物两者间的有机结合还不够理想。

以植物纤维为原料的纸基地膜，土壤中的微生物就可以将其分解，而且分解产物可作为有机肥料，增加土壤的肥力。下面本文将对纸地膜进行详细介绍。

2 降解型纸地膜的研究概况

纸地膜的巨大优越性就在于它的生物可降解性，而且降解产物还可以增加土壤的有机肥质，符合“生态农业”的要求。但是，如何降低纸基地膜成本、提高纸地膜的透明度和干、湿强度等核心技术仍然处于实验室阶段，纸地膜还没有推广使用。

早在1990年日本就研制了可生物降解的农用纸膜 [12] ，这种纸膜是将1%-10%（对纸浆重）的脱乙酰几丁质涂布于定量为50g/㎡的针叶木机械浆原纸上而得，该膜能透气透水且湿强度较高，适用于屏护苗圃种苗。但是这种地膜的降解速度太快，在土壤中最多只可以保留2个月就碎解完全，不适合农作物的生长需要。

在我国湖北省枝城市第一造纸厂试制成多功能农用纸地膜并已经批量投产。据报道，这种地膜能在3个月左右自行分解变成肥料，具有放虫病、除杂草、增养分和改善土壤结构等功能，同时可以提高粮、蔬菜等的生长期。但是用该纸膜进行植棉[13]实验并与塑料地膜覆盖实验比较时，发现用此地膜覆盖的棉花产量减低，该膜保温保湿的能力比塑模差而且成本高。因此，该纸膜的应用还要进一步的研究。

1995年天津市园艺工程研究所[14]研制出多效农藝营养纸膜以求代替塑膜，试验证明，这种纸膜不但可自行分解，而且能释放多种营养成分，促进植物的生长发育，并在一定程度上起到防治植物病害的作用，但是其保温作用不及塑膜，配方还需要改进；此外，其降解时间和降解速度还有待于进一步研究。

1997年，天津科技大学在实验室范围内采用常规造纸方法制造了以植物纤维为主要原料的农用纸基地膜，并进行了小型种植[15]试验和纸质材料在土壤中降解测试[16]。试验结果也表明，该纸基地膜，各有关性能与塑料地膜基本相当，对地温、作物的根系发育及光合作用等均有较明显的改善，作物产量有一定的提高，同时，具有良好的生物降解性能。

对于如何提高纸地膜的透光性能，天津科技大学有人[17]在实验室范围内以乳液聚合法合成了一种新型的纸用透明剂，该透明剂的折光率与纤维较接近，从而可以和纤维素纤维形成光学性质更加均一的纸层，提高纸页的透明度。用此透明剂处理的原纸最高可达80%的透明度，提高基纸透明度约45%，稍有不足的是经透明剂处理后的原纸物理强度均有所降低，是否满足纸基地膜的强度要求，还有待进一步的验证。考虑到其成本因素，可以在抄造过程中添加适当比例的草浆或苇浆等来降低成本，加入适宜的助剂来提高其物理强度来满足纸基地膜的基本要求。

总之，纸地膜的生产成本极其强度性能仍然是限制其推广的主要因素。

3 纸基农用地膜今后发展趋势

纸基地膜的纤维素材料具有一定的吸湿性能，不但具有调节土壤湿度的作用，而且对空气湿度也有一定的调节作用，可以有效抑制大棚中因过度潮湿而带来的菌核病和灰霉病等病害的发生和传播。因此，与普通塑料地膜相比，纸地膜能够更好地协调保水性与透气性之间的矛盾，具有较好的保温效果，具有抑制杂草、减少“白色污染”和提高土壤质量的作用，有利于降低空气环境的相对湿度，降低病虫害的发生概率，从而提高作物的光合作用，有利于作物的持续增产。

今后发展的趋势集中在以下三个方面：

（1）应着力探寻控制纤维素降解过程的方法，以便可以根据不同生产与生活需求，制造出降解方式和降解期限可调控的纤维素基降解地膜。

（2）开发废弃的农作物秸秆资源直接作为制造可降解地膜原料的新方法与新技术，解决纸基地膜生产成本问题，使可降解地膜具有更实际的推广应用价值。

（3）利用高分子设计手段，采用生物合成技术、精细化学合成技术以及基因改良技，研究纤维素及纤维素基降解地膜的新品种，为大规模工业化生产及推广应用开辟新的领域。

参考文献：

[1]高玉杰，谢来苏.纸基农用地膜实际应用研究.天津造纸，1998（1）：11.

[2]贾原媛、谢来苏.纸质材料在土壤中的降解.中国造纸，1997（3）：67.