龐買只

地膜不僅能夠提高地溫、保水、保土、保肥，還能在育苗時確保苗齊、苗全、苗壯，而且還有抑草、防病蟲、防旱抗?jié)车裙δ?，最終提高作物產(chǎn)量。20世紀60年代，地膜覆蓋技術在日本、歐美等國家興起，并得到普及。1979年以來，地膜覆蓋栽培技術在我國得到了大力推廣。我國1980年農(nóng)膜覆蓋面積僅為0.167萬公頃（2.5萬畝），2005年地膜覆蓋面積達0.09億公頃（1.35億畝），2011年地膜覆蓋栽培面積達0.23億公頃（3.5億多畝），全國地膜用量達120萬t，我國已成為世界上地膜使用量最多的國家。預計2015年地膜覆蓋栽培面積可達0.267億公頃（4億畝）左右，地膜需求量達140萬t左右。地膜的普及應用，尤其對于干旱、氣候條件惡劣的地區(qū)，對農(nóng)作物起到了保溫保墑的關鍵性作用，使得作物產(chǎn)量明顯增加，地膜已經(jīng)逐漸成為農(nóng)業(yè)中不可缺少的生產(chǎn)物資。

一、地膜污染日益嚴重

隨著地膜覆蓋面積不斷推廣，地膜使用量逐年增加，由于普通地膜難以回收，而且在土壤中100年也不降解。因此，經(jīng)過多年的累積使用，土壤中地膜殘留量越來越多，大量廢舊地膜年復一年殘留累積在土壤中，其危害正日益凸現(xiàn)。

甘肅省農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護管理站監(jiān)測結(jié)果顯示，不同地膜覆蓋地塊土壤中的殘膜量相差3倍多，每畝殘膜量最高的為14.67kg，最少的為5.23kg。中國農(nóng)業(yè)科學院監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，目前我國長期覆膜的農(nóng)田土壤，平均每畝地膜殘留量在5～15kg。2013年5月8日CCTV-1《焦點訪談》“農(nóng)田里的白色污染”節(jié)目中提到，最嚴重污染地的殘膜量達597kg/公頃。

土壤中的殘留地膜對土壤以及環(huán)境的危害日益加重：耕地中殘留地膜不斷增加，土壤的原有結(jié)構(gòu)遭到破壞，土壤肥力水平隨之下降；殘膜直接影響作物根系的發(fā)育和均勻分布，阻礙作物對水分和養(yǎng)分的吸收，導致作物減產(chǎn)；隨意棄置于田邊、地頭的殘膜，被風吹散后，掛附在農(nóng)田周圍的樹枝、電桿上，飄到地頭、路旁溝渠等處，影響自然景觀，也影響農(nóng)村環(huán)境衛(wèi)生；殘膜與秸稈、牧草混在一起，被牲畜誤食后還會引起病害甚至死亡；殘膜隨意堆放或者焚燒，又會造成二次水源或氣體污染。

廢舊農(nóng)膜殘留污染已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的嚴重威脅，因此，有效防治農(nóng)田“白色污染”已刻不容緩。

二、解決地膜污染的途徑

目前，解決地膜污染的途徑主要為2大類。

1.地膜回收利用

地膜回收利用的思路主要是加大地膜回收利用力度，不僅減少了地膜的殘留，而且回收的地膜可以得到重新利用，但是目前地膜回收利用也面臨著諸多困難。

（1）回收效率低

普通地膜為了達到較高透明度、降低成本等，地膜做的很薄，厚度一般為0.004～0.006mm，這樣也使得地膜強度差，使用后由于老化，而且與土壤粘在一起，無論是機器還是人工，都很難回收，回收效率很低。

（2）回收成本高

地膜回收時的人工及設備投入成本大于回收薄膜的收益，社會效益雖大，經(jīng)濟效益卻很小，加上殘膜回收設備技術不夠成熟，而大型殘膜回收機械價格過高，農(nóng)戶購買能力不足。

（3）造成二次污染

回收的殘膜與根茬、泥土混雜在一起，清洗難度大，即使清洗，也會造成水資源浪費，殘膜上的農(nóng)藥、化肥殘留等也會對水造成二次污染。如果將殘膜進行焚燒，又可能對大氣造成污染。

（4）回收后重新利用價值不大

回收的破損地膜碎片，由于風化老化，性能損失嚴重，幾乎沒有循環(huán)再利用的價值。

因此，人們?nèi)绻胪ㄟ^地膜回收利用的途徑解決地膜污染問題，還需要做如下幾方面的努力：

①加大地膜厚度，減少回收難度。地膜厚度增加后，強度好、老化慢、使用后便于回收，殘膜就會很少了。

②修改地膜國標。原來的地膜國標《聚乙烯吹塑農(nóng)用地面覆蓋薄膜》（GB 13735-1992）中地膜的最低厚度為0.008±0.003mm，很多企業(yè)為了追求成本最低、利益最大，生產(chǎn)的地膜厚度通常為0.004～0.006mm，因此，為了便于回收，就要從標準上加大地膜厚度，例如修改地膜最低厚度為0.01mm，針對使用期較長的地膜，厚度甚至可以設定為0.015～0.020mm。

③加大地膜補貼。由于地膜增厚了，成本明顯增加，農(nóng)民的積極性下降，因此，政府可以出臺相關補貼政策，鼓勵農(nóng)民選用增厚地膜，摒棄使用超薄地膜。

④加大回收機械的研發(fā)、研制。地膜回收是一個產(chǎn)業(yè)，人工回收成本高，效率低，加大地膜回收機械的研發(fā)研制，而且回收機械要做大做好，提高回收效率，降低回收成本。

⑤完善回收機構(gòu)的機制，激勵企業(yè)重新處理利用廢舊地膜。政府應該建立專業(yè)的殘膜或回收地膜的回收機構(gòu)，鼓勵回收機構(gòu)去農(nóng)田大規(guī)?；厥?，并鼓勵回收機構(gòu)循環(huán)利用回收地膜材料。

總之，地膜回收利用這個途徑還有很長的路要走。

2.使用降解地膜

解決地膜污染的另外一個途徑，是采用降解地膜。降解地膜按照降解方式，可分為光降解、熱降解、氧化降解、生物降解以及組合降解等，而真正環(huán)保、真正綠色的就是生物降解地膜。我國降解地膜發(fā)展經(jīng)過了圖1所示的幾個階段。

降解塑料不等于生物降解塑料，尤其以聚乙烯（PE）為基質(zhì)，添加各種降解助劑得到的降解材料，并不是真正綠色環(huán)保的材料，因為它的降解產(chǎn)物不能被環(huán)境代謝吸收，所以它們與生物降解塑料存在著根本的區(qū)別。

生物降解塑料是指在自然界如土壤和/或沙土等條件下和/或特定條件如堆肥化條件下或厭氧消化條件下或水性培養(yǎng)液中，由自然界存在的微生物作用引起降解，并最終完全降解變成二氧化碳（CO2）或/和甲烷（CH4）、水（H2O）及其所含元素的礦化無機鹽以及其他新生物質(zhì)的材料。

目前，世界上已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化的幾種生物降解塑料有聚乳酸（PLA）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、聚己二酸-對苯二甲酸-丁二醇酯（PBAT）、聚羥基烷酸酯（PHAs）、聚丙撐碳酸酯（PPC）、聚己內(nèi)酯（PCL）等，這些材料均已符合ASTM D6400和EN 13432的標準。

生物降解塑料地膜是指以完全生物降解塑料為主要材料，或加入淀粉、纖維素等天然生物降解材料，或加入無環(huán)境危害的無機填充物、功能性小分子助劑等材料，采用吹塑、流延等工藝生產(chǎn)的農(nóng)用地面覆蓋薄膜。該生物降解地膜可在自然界條件下，由光照、溫度、水份、氧、微生物等綜合環(huán)境因素作用引起降解，并能在1～2個植物生長周期內(nèi)能最終完全降解為二氧化碳和/或甲烷、水及其所含元素的礦化無機鹽以及其他新生物質(zhì)的地面覆蓋薄膜。

生物降解地膜具有與普通PE地膜一樣的使用性能，但它廢棄后可被環(huán)境微生物完全分解，最終成為自然界中碳素循環(huán)的一個組成部分。由于其可以完全被環(huán)境中的有機質(zhì)代謝掉，從根本上解決了“白色污染”的問題，因此，它被全球公認為一種真正綠色的環(huán)保產(chǎn)品。

在我國這樣一個農(nóng)業(yè)大國，地膜使用量最大的國家，推廣使用生物降解地膜，不但符合地膜的發(fā)展趨勢，也適應了國民經(jīng)濟基礎產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求。生物降解地膜本身能夠在使用后完全降解，且降解后對土壤、作物、環(huán)境不存在任何負面影響，則能夠從源頭上徹底解決殘留地膜造成的“白色污染”問題，是解決地膜污染最環(huán)保有效的一種方案。

我國疆域面積廣大，各地區(qū)農(nóng)業(yè)氣候條件差異很大，農(nóng)作物種類繁多，不同農(nóng)作物對地膜使用時間、功能作用的要求不同，一種配方組成的地膜無法滿足不同地區(qū)、不同農(nóng)作物的生長需求。

因此，生物降解地膜推廣應用的瓶頸主要在于——不同地區(qū)、不同氣候環(huán)境下，針對不同作物，開發(fā)研制一種降解速度與作物生長需求相匹配的地膜產(chǎn)品，而且該地膜的其他性能指標（力學性能、增溫性、保墑性、抑草性、透光性等）也得滿足作物需求。

三、生物降解地膜降解機理與工藝技術

1.降解機理

充分認識地膜的降解機理，才能針對性的對地膜的組成進行設計。地膜所處的環(huán)境為自然環(huán)境，不是堆肥，也不是單純的土壤，有光照、空氣、水份、微生物等復雜條件，降解機理極為復雜，生物降解地膜不可能只發(fā)生生物降解，它與普通PE地膜同樣經(jīng)受光、氧降解作用的同時，還要經(jīng)受水解以及微生物的降解作用。

地膜在自然使用狀態(tài)下，發(fā)生的降解作用有：①光降解。針對棉花等作物，或在新疆等光照強度大、光照時間長的地區(qū)，以及高海拔地區(qū)，光降解作用會很強烈。②水解。針對水稻等作物，或在雨水充沛的地區(qū)，水解作用會很強烈。③生物降解。在一定的溫、濕度作用下，微生物活性較高、種群較豐富的地區(qū)，生物降解作用會很強烈。④氧化降解。在低海拔地區(qū)，氧化降解作用會很強烈。⑤其他降解。土壤中的農(nóng)藥、化肥等對地膜也有一定的降解作用。

2.工藝技術

根據(jù)生物降解地膜在自然環(huán)境下所經(jīng)歷的多種復雜的降解過程，可以針對性地進行配方組成設計和生產(chǎn)工藝設計，使其性能能夠達到作物的使用要求。降解地膜的一些關鍵技術可概括如下：

（1）地膜專用降解樹脂的分子設計與合成技術

樹脂材料的分子組成以及分子結(jié)構(gòu)，決定了其各種性能如力學性能、熱性能、老化性能等，因此，要想獲得特定性能的樹脂材料，必須得對其分子組成和分子結(jié)構(gòu)進行設計。例如，地膜吹塑加工時，膜泡直徑一般較大，厚度一般很小，吹膜工藝對材料的熔體強度要求較高，因此，可以在樹脂的合成階段引入支化結(jié)構(gòu)，提高材料的熔體強度。

（2）降解地膜專用料的復合改性技術

依據(jù)地膜的降解機理，針對性地在地膜材料中引入各種功能性助劑或組分，實現(xiàn)對其降解速率的控制，以及使得地膜達到滿足使用要求的力學性能、增溫性能、保墑性能等。

（3）降解地膜穩(wěn)定加工技術

降解材料一般為脂肪族聚酯、脂肪族-芳香族共聚酯材料，分子鏈上大量酯基以及端羥基、端羧基的存在，使得材料的極性較大，受熱加工吹膜時，粘性較大，開口性較差，必須找到合適的爽滑、開口體系解決薄膜的粘性和開口性問題。降解材料的熱穩(wěn)定性較差，加工溫度較高時，容易熱解。因此，加工溫度一般偏低，而此時材料的熔體粘度就會較高，加工設備的負荷就會增大，這就要求設計設備的動力要充足。適用于柔性薄膜的降解材料一般為脂肪族-芳香族共聚酯，由于共聚、支化等原因，導致分子鏈結(jié)構(gòu)不規(guī)整，結(jié)晶速度較慢，吹膜加工時，冷卻速度就較慢，因此，要通過引入結(jié)晶成核劑等方法加快其冷卻速度，使其盡快定型。由于降解材料的熔體強度偏低，冷卻速度偏慢，在吹膜加工過程中，如果冷卻風均勻性、平穩(wěn)性較差時，膜泡局部區(qū)域容易被不穩(wěn)定氣流沖破，就會出現(xiàn)“膜泡擺動或膜泡葫蘆狀”現(xiàn)象，因此，要對吹膜機的風環(huán)結(jié)構(gòu)進行改造，改善冷卻風的穩(wěn)定性和均勻性。適用于柔性薄膜的降解材料柔韌性較好，斷裂伸長率較高，彈性較大，在吹膜過程中，牽引、收卷等工序容易張力過大，薄膜就會出現(xiàn)拉伸變形、死皺，因此，要對吹膜機的牽引和收卷系統(tǒng)進行無張力性改造，避免這些問題。由于降解材料的支化結(jié)構(gòu)較少，吹脹比較小時，薄膜的縱橫向強度差別較大，為了使得薄膜的縱橫向強度均勻，吹脹比2.5以上時，薄膜在縱橫向2個方向上都能經(jīng)過一定的拉伸取向，強度區(qū)域均勻，因此，建議吹脹比盡量達到2.5以上。

（4）降解速度可控性關鍵技術

針對地膜的各種降解作用，設計各種地膜專用料配方，實現(xiàn)對其降解速率的控制。通過地膜厚度的調(diào)整，也能實現(xiàn)降解速率的調(diào)節(jié)。

（5）降解地膜的保水性優(yōu)化技術

例如，厚度為0.01mm的PBAT薄膜透水率為1 000g/（m2×24h）左右，而PE僅為100g/（m2×24h）左右，保水性差，需要大大改善保水性。優(yōu)化的技術包括：引入保水性的功能性助劑；引入阻隔材料或多層復合，提高薄膜阻水性。

（6）降解地膜標準與效果評價規(guī)范

降解地膜標準與效果評價規(guī)范包括：降解地膜厚度、降解速度、透光率等標準需要規(guī)范；使用降解地膜的作物有效積溫、地膜保水性、增溫性、抑草性等也需要標準評價；降解地膜使用后的殘膜量，以及降解后對土壤、后續(xù)作物的長期影響，也需要進一步評價。

（7）降解地膜的低成本生產(chǎn)技術

降解材料的價格是PE的2～3倍，高昂的成本也是制約其推廣應用的一個瓶頸。降解材料規(guī)?；纳a(chǎn)、工藝技術的改進，材料成本的降低，將是一個必然趨勢。

四、生物降解地膜效果評價

1.初始評價

與普通PE地膜相比，生物降解地膜除了降解特性外，其他力學性能指標如拉伸強度、斷裂伸長率、直角撕裂強度、落鏢沖擊強度等也必須與普通PE地膜指標持平。

2.過程評價

（1）降解速度

生物降解地膜從覆蓋到完全消失，要經(jīng)歷幾個性狀變化的階段，參照全國農(nóng)業(yè)技術推廣服務中心首席專家張真和老師的意見，可以把降解周期分為以下幾個階段：誘導期、破裂期（開裂期）、大裂期（崩解期）、碎裂期（完全崩解期）和無膜期（完全降解期）幾個階段。降解階段的判定標準見表1。

地膜的降解階段可以形象的反應地膜的降解速度，也直接影響作物的生長進程，因此，這些降解周期是評價地膜效果最有價值的指標之一。地膜的降解速度要與農(nóng)作物對降解階段的要求一致，偏差過大，即降解過快或過慢都可能造成減產(chǎn)。

（2）增溫性

使用降解地膜時，記錄土壤0～25cm深的溫度變化，與使用PE地膜的情況對比，計算其有效積溫，滿足作物的生長需求。

（3）保墑性

降解地膜最大的挑戰(zhàn)莫過于保墑性的提高，在西北部干旱地區(qū)，對地膜的保墑性要求非常高，尤其是育苗初期，保墑更為關鍵。因此，如何改善其保墑性，需要大家共同改進提高。

（4）其他

一些特殊用途或特殊功能的地膜，也可以采用降解材料，如有色地膜、打孔地膜、化學除草地膜、滲水地膜等。

3.結(jié)果評價

（1）產(chǎn)量情況

地膜普及使用以后，使用降解地膜，作物產(chǎn)量與不覆蓋地膜相比已經(jīng)沒有意義，只能與傳統(tǒng)地膜相比，是否出現(xiàn)減產(chǎn)。推廣降解地膜的最終目的，不僅僅是要解決普通地膜的污染問題，更重要的是保證作物的增產(chǎn)或不減產(chǎn)。

（2）降解效果

降解地膜在作物生長期結(jié)束后，降解效果如何，是否達到無膜期，如果沒達到無膜期，殘膜量多少，是否影響下一季作物耕種？這些問題都應該考慮。

五、生物降解地膜試驗方案與應用情況

1.試驗方案

研發(fā)、試驗、推廣生物降解地膜時，應該認真擬定試驗方案。具體包括以下4個方面：①地區(qū)氣候條件分析.分析試驗地區(qū)近10年來的氣候環(huán)境數(shù)據(jù)（風力、光照、雨水、氣溫、土壤性狀、氣壓情況等。②作物生長特性分析。何時播種、何時發(fā)芽、灌溉情況、何時收獲、何時進入下一季種植、溫濕度需求等。③作物對地膜使用要求分析。力學性能要求、鋪膜要求、打孔要求、增溫性要求、保水性要求、抑制雜草要求、降解周期要求等。④計地膜配方組成和生產(chǎn)工藝。針對特定地區(qū)的氣候條件、特定作物的生長特性、以及對地膜使用要求等，設計專用的地膜專用料，生產(chǎn)專用地膜。

2.應用情況

近幾年來，先后與地膜方面權威學術單位以及地膜行業(yè)知名企業(yè)如山東清田塑工有限公司、山東企鵝集團有限公司、白山喜豐塑料股份有限公司、新疆天業(yè)集團有限公司、浙江渤海衛(wèi)生用品有限公司等，通力合作，先后在浙江麗水、山東濟寧、新疆昌吉、新疆石河子、新疆博樂、河北平泉、湖北鐘祥、云南會澤、山東淄博、黑龍江哈爾濱等地區(qū)開展了生物降解地膜應用試驗，試驗的作物主要有玉米、棉花、蔬菜（豇豆/尖椒）、番茄、大蒜/洋蔥、花生、水稻、煙草等。

經(jīng)過多年的試驗，得到一些初步結(jié)論總結(jié)如下：

（1）初始性能

生物降解地膜的初始性能完全可以達到普通PE的性能指標。

（2）降解性能

生物降解地膜可以完全生物降解，作物收獲后，基本能達到無膜期，即使未達到無膜期，殘膜量也很少，不會影響下一季作物耕種。

（3）效果評價

①生物降解地膜對于大蒜、洋蔥、花生、馬鈴薯等根系果實類植物增產(chǎn)效果明顯。主要原因可能在于生物降解地膜的透氣性較好，利于根部呼吸，使得根部生長發(fā)達，利于營養(yǎng)吸收，因而增產(chǎn)。

②花生在生長中期時枝葉茂密，對降解地膜起到一定的保護作用，而且花生的生長期為夏季，對地膜的增溫保墑性要求不再像初期那么苛刻。因此，降解地膜用于花生時，效果一般較好，而且在花生收獲時，降解地膜即使沒有達到無膜期，也不會出現(xiàn)像PE地膜纏繞根莖的情況，對于花生植株的回收利用非常有利。

③生物降解地膜對玉米增產(chǎn)效果明顯。主要原因可能也與其透氣性好有關，利于根部呼吸，使得根部生長發(fā)達，利于營養(yǎng)吸收，因而增產(chǎn)。

④棉花采用生物降解地膜后容易出現(xiàn)減產(chǎn)。棉花主要種植區(qū)在新疆，新疆地區(qū)氣候環(huán)境惡劣，光照強度高、光照時間長、雨水量少，對地膜的誘導期要求較長，即要求地膜的耐光老化性好，保墑性要好。然而，其他個別地區(qū)，例如山東，棉花育苗方式為“鉤苗”，降解膜透氣性好，不會把苗燙死，反而成了一個優(yōu)點。

⑤在廣東、海南等地區(qū)，馬鈴薯采用生物降解地膜后增產(chǎn)效果明顯，由于降解地膜的透氣性好，降解地膜的馬鈴薯，表面青色較少，而且爛果率很低。

⑥在我國南部雨水量較大的地區(qū)，降解地膜的透氣性好，反而成了一個優(yōu)點，因為這些地區(qū)大都使用黑色地膜，作用主要不是為了增溫保墑，更重要的是為了除雜草，尤其是適用于一些種植周期較短的蔬菜類作物時，因其透氣性好、不燙苗、不爛果，增產(chǎn)明顯，效果較好。

⑦在我國北部或西部雨水量較少的地區(qū)，降解地膜的保水性差、耐光解性差、光解速度快，成了制約其推廣使用的主要問題，因此，在這些地區(qū)，就需要調(diào)整配方和工藝，改進其保墑性和耐候性。

3.主要問題

生物降解地膜存在的主要問題為：①降解速度可控性差，受天氣環(huán)境變化影響大，使用效果的穩(wěn)定性較差；②與PE相比，生物降解地膜透水性較好、保水性較差，仍需進一步改進；③與PE相比，生物降解地膜成本較高，需要通過各種手段降低成本。

六、結(jié)語

到目前為止，我國的生物降解地膜還處于試驗推廣階段，可以嘗試在局部地區(qū)、特定作物使用的基礎上，逐步推廣使用生物降解地膜，比如海南馬鈴薯、山東花生、云南煙草等，在逐步擴大的應用前提下，更進一步優(yōu)化地膜質(zhì)量、降低地膜成本，形成良性循環(huán)，最終在全國地區(qū)、各種作物上，全面推廣使用生物降解地膜。一些數(shù)據(jù)和使用效果已經(jīng)證實了生物降解地膜的重要性，它可以有效解決超薄PE地膜的“白色污染”問題，這對保護農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，穩(wěn)定提高土地生產(chǎn)能力，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展有著深遠的意義。