李崇霄，唐繼榮，賀 媛，周 濤，潘在寶，栗志強

（1.甘肅省農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護管理站，蘭州 730000；2.西北民族大學(xué)化工學(xué)院，甘肅蘭州 730000）

甘肅地區(qū)6 種常見可降解地膜降解能力的研究*

李崇霄1，唐繼榮1，賀 媛2，周 濤1，潘在寶2，栗志強2

（1.甘肅省農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護管理站，蘭州 730000；2.西北民族大學(xué)化工學(xué)院，甘肅蘭州 730000）

文章研究了甘肅地區(qū)市面上常見的6種可降解地膜的降解能力。通過黏度法測定填埋前后地膜的特性黏數(shù)變化，通過紅外光譜測定地膜填埋前后的結(jié)構(gòu)變化，通過萬能實驗儀測定地膜填埋前后的力學(xué)性能變化。結(jié)果表明，6種地膜在填埋3個月后均有不同程度的降解，但是不同的地膜品種在不同的填埋地點降解能力有較大的區(qū)別。

甘肅地區(qū) 可降解地膜 降解能力

地膜覆蓋具有增溫、保墑、保水等作用[1，2]，在干旱的甘肅地區(qū)被廣泛應(yīng)用[3]，甘肅地區(qū)一年的地膜使用量已經(jīng)達到了十幾萬噸。但普通的塑料地膜一般為聚乙烯，分子量大、性能穩(wěn)定、難降解、難回收，這些地膜的殘留造成耕層土壤透氣性降低，破壞土壤結(jié)構(gòu)，降低耕地質(zhì)量；阻礙作物根系發(fā)育和對水分、養(yǎng)分的吸收，造成減產(chǎn)。另外，還可能造成土地鹽堿化[4]。因此，解決田地殘余地膜的問題已刻不容緩。目前的解決方法主要有2個，一個是采用專門的地膜回收機械對殘余地膜進行回收。但是，使用機械進行回收一方面要花費大量的人力、財力；另一方面回收的地膜也要進行2次回收處理，仍具有很大的環(huán)境問題。另一個解決此問題的方法是使用可降解地膜來代替?zhèn)鹘y(tǒng)地膜[5]。目前，生產(chǎn)可降解地膜的廠家很多，不同廠家生產(chǎn)的地膜降解能力也有所不同，這就使得地膜的選擇上出現(xiàn)了困難。因此，文章選擇了甘肅市面上主要的6種可降解地膜，研究了經(jīng)過3個月的填埋試驗以后降解的情況，從而分析了地膜降解能力的影響因素，為地膜的選擇和應(yīng)用提供科學(xué)的指導(dǎo)作用。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2016年4～7月在甘肅省榆中縣石頭溝和臨夏農(nóng)科院實驗田進行。榆中縣石頭溝位于甘肅省中部，年均降雨量350 mm，蒸發(fā)量1 450 mm，年平均氣溫6.7℃，無霜期120 d左右，屬西部干旱山區(qū)，試驗區(qū)臨夏農(nóng)科院位于E103°211′、N35°601′之間，年均降雨量537 mm，蒸發(fā)量1 198～1 745 mm；年均日照時數(shù)2 572.3 h；無霜期137 d。屬溫帶半干旱氣候。試驗田為旱地，地勢平坦。

1.2 試驗材料與設(shè)計

試驗選用甘肅地區(qū)市面上常見的6種可降解地膜，分別編號為1#～6#。

試驗材料在試驗區(qū)裝入防蟲袋后進行填埋，3次重復(fù)，隨機區(qū)組排列，共12個小區(qū)。小區(qū)面積20 m2（4m×5 m）。

1.3 測定項目與方法

地膜降解能力測試：填埋3個月后取出清洗觀察。0級：未出現(xiàn)裂紋；1級：開始出現(xiàn)裂紋；2級：田間25%地膜出現(xiàn)細小裂紋；3級：地膜出現(xiàn)2～2.5 cm裂紋；4級：地膜出現(xiàn)均勻網(wǎng)狀裂紋，無大塊地膜存在；5級：地膜裂解為4×4 cm2以下碎片。

分子量測定：降解過程是大分子斷裂成小分子的過程，其中最直觀的表征是材料的分子量變化。但由于待測材料的不確定，使用黏度法測定材料分子量時，[η]=KMα中的K與α值無法確定，無法具體確定材料的分子量，但該試驗最終目的不是確定材料的分子量而是測定材料的分子量在降解過程中的變化情況，而對于一個確定的高分子溶液體系來說，K與α是確定不變的，此時，粘均分子量應(yīng)該與特性黏數(shù)成一定的正比關(guān)系，因此可以通過測定材料的特性黏數(shù)的變化值來分析分子量的變化值，再結(jié)合降解前后力學(xué)性能的變化從而確定材料的降解情況。采用對二甲苯作為溶劑在135℃下測定材料特性黏數(shù)。

力學(xué)性能測試：采用萬能實驗儀測定材料在填埋前后拉伸性能的變化。

結(jié)構(gòu)測試：采用Nicolet10紅外光譜測定材料結(jié)構(gòu)，樣品為固體膜樣品。

2 結(jié)果與分析

2.1 地膜的降解能力研究

測定同等條件下不同地膜在分別2個填埋點填埋前后的分子量變化和力學(xué)能力變化，從而判斷材料的降解能力，結(jié)果見表1。

從表1可以看出，6種地膜的特性黏數(shù)和力學(xué)能力在填埋以后均有所下降。其中，力學(xué)性能不論材料降解程度的高低均有極大地下降，這可能是由于在填埋過程中材料結(jié)晶性遭到了破壞而引起的。而特性黏數(shù)的下降基本可以與降解程度相對應(yīng)，說明可以用研究特性黏數(shù)的變化來判斷不同地膜的降解能力。從結(jié)果來看，不同的地膜的降解能力有較大差別。其中，3#樣品的降解能力最好，4#的降解能力最差。同種地膜在不同環(huán)境下降解能力也有所不同，在榆中的降解能力要遠遠小于在臨夏的降解能力，這應(yīng)該是與當(dāng)?shù)氐哪杲邓恳约巴寥罈l件有關(guān)系，降水量大有利于地膜在土壤中的降解。

表1 地膜降解性能的研究

圖1 3#樣品降解前后紅外譜圖

圖2 4#樣品降解前后紅外譜圖

2.2 地膜結(jié)構(gòu)對降解能力的影響

試驗結(jié)果表明，不同地膜的降解能力有所不同。為了確定結(jié)構(gòu)對降解能力的影響，該文選擇了降解能力最好的3#樣品和降解能力最差的4#樣品，研究了不同地膜在降解前后的紅外譜圖，結(jié)果見圖1和圖2。

圖1和圖2是3#樣品和4#樣品在臨夏填埋區(qū)填埋前后的紅外譜圖。從上圖中可以看出，3#樣品的主要成分是聚酯，在填埋后酯基有所減少，說明降解的主要機理就是酯的水解。4#樣品的主要成分是聚乙烯，聚乙烯的性質(zhì)要比聚酯穩(wěn)定。因此，4#樣品的降解能力要遠遠小于3#樣品，從譜圖也可以看出，4#樣品在填埋前后結(jié)構(gòu)變化很小。

3 結(jié)論

（1）使用黏度法測定材料在降解前后的特性黏數(shù)的方法可以較好地表征材料的降解能力。

（2）不同的材料具有不同的降解能力。該次試驗中所選用的6種地膜中3#樣品的降解能力最好，4#樣品降解能力最差，材料的降解能力主要與材料本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)系。

（3）材料的降解能力還與所使用的環(huán)境有關(guān)，土壤條件、降水量等都會影響著地膜的降解能力。因此，在選用地膜的時候必須考慮到地膜使用環(huán)境，才能更好地發(fā)揮地膜的降解性能。

[1] 張德奇，廖允成，賈志寬．旱區(qū)地膜覆蓋技術(shù)的研究進展及發(fā)展前景．干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2005，23（1）：208～213

[2] 許香春，王朝云．國內(nèi)外地膜覆蓋栽培現(xiàn)狀及展望．中國麻業(yè)，2006，28（1）：6～11

[3] 晉小軍，李國琴，潘榮輝．甘肅高寒陰濕地區(qū)地膜覆蓋對馬鈴薯產(chǎn)量的影響．中國馬鈴薯，2004，（4）：33～35

[4] 嚴(yán)昌榮，梅旭榮，何文清，等．農(nóng)用地膜殘留污染的現(xiàn)狀與防治．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2006，22（11）：269～272

[5] 劉敏，黃占斌，楊玉姣．可生物降解地膜的研究進展與發(fā)展趨勢．中國農(nóng)學(xué)通報，2008，24（9）：439～443

*資助項目：農(nóng)業(yè)部可降解地膜對比試驗項目