王合葉　李澧　趙永富

摘要：液態(tài)地膜起源于19世紀中后期，隨著材料科學的發(fā)展以及人們對環(huán)境保護的重視，近年來多功能可降解液態(tài)地膜又引起了國內(nèi)外許多研究者的濃厚興趣。由于其制備工藝簡單、易集成化、可生物降解、環(huán)境友好等優(yōu)點，可作為塑料地膜的一種理想替代品。對液態(tài)地膜的國內(nèi)外起源、研究現(xiàn)狀及進展、發(fā)展機遇及挑戰(zhàn)進行了綜述，分析了存在的問題及對策，以期為液態(tài)地膜的研發(fā)及推廣提供參考。

關鍵詞：液態(tài)地膜；降解；環(huán)境友好

中圖分類號： S223.5 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2016）07-0413-02

塑料地膜栽培技術是20 世紀十大農(nóng)業(yè)技術之一，具有增溫、保墑、保肥、抑草和高產(chǎn)等作用。目前我國每年地膜投入量約為120萬t，地膜覆蓋面積超過0.233億hm2，涉及棉花、玉米、花生、大蒜等40多種農(nóng)作物，并呈逐年遞增的趨勢，塑料地膜的使用因此被稱為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的一場“白色革命”。目前，我國使用的主要是0.012 mm以下的超薄地膜，這種地膜強度低、易破碎，使用后都很難回收再利用，如果廢棄在土壤中，積年累月會造成土壤和環(huán)境嚴重的白色污染。液態(tài)地膜是一種含有高分子化合物的成膜物質，不僅和普通地膜一樣可以起到保溫、保濕、保墑等作用，還兼有降解性能好、成本低、可現(xiàn)場噴施成膜等優(yōu)點，可以作為塑料地膜的一種理想替代品。

1 液態(tài)地膜在國內(nèi)外的起源

液態(tài)地膜可以促進土壤形成團粒，從而起到改良土壤結構、固定表土及保護耕層的作用。國外的液態(tài)地膜研究始于19世紀中后期，1963年起，比利時開發(fā)了瀝青乳化劑，該產(chǎn)品施入土壤后能將分散的土壤顆粒迅速凝聚成土壤團粒結構，可以起到增溫保墑、改良土壤的作用[1]。20世紀70年代中后期，人們研制出了相對成本和質量更穩(wěn)定的產(chǎn)品，使其在農(nóng)業(yè)上和其他領域的應用不斷擴大，尤其是在旱地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、固沙植草、灘涂治理以及道渠防滲中發(fā)揮了重要作用[2]。1990年，意大利開發(fā)出1種新型噴灑式可降解地膜[3]，該地膜采用天然高分子材料制成，使用前是液態(tài)，使用時均勻噴灑在地表，水分蒸發(fā)后自然成膜。20世紀末，這種產(chǎn)品在瑞典、德國和意大利廣泛用于番茄、蘆筍、草莓、馬鈴薯和花卉種植，效果顯著。

我國的液態(tài)地膜研究從1986年開始，中國農(nóng)業(yè)科學院土壤肥料研究所率先用比利時瀝青乳化劑進行液態(tài)地膜在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應用研究，但是這些產(chǎn)品在中國市場的環(huán)境適應性差，而且存在價格昂貴、運輸不便等問題。中國農(nóng)業(yè)科學院土壤肥料研究所根據(jù)我國應用區(qū)域、生產(chǎn)力水平、經(jīng)濟條件，消化吸收國外成功經(jīng)驗，進行了液態(tài)地膜的國產(chǎn)化研究。1997年，在農(nóng)業(yè)部“948”項目子課題“液態(tài)地膜的應用研究與示范”的資助下，在全國范圍內(nèi)布置了多年、多點、多用途的田間試驗，取得了大量試驗數(shù)據(jù)，于2001年獲得成功[4-5]。與國外同類產(chǎn)品比較，其價格低廉，使用更方便，效果更顯著，更適合我國農(nóng)田生產(chǎn)情況。目前該產(chǎn)品已通過國家技術監(jiān)督局土壤改良劑類產(chǎn)品登記認證，但是，由于原料來源有限等原因，未能進行大面積推廣。

2 液態(tài)地膜現(xiàn)狀及發(fā)展

近年來，隨著材料科學的發(fā)展以及人們對于環(huán)境保護的重視，多功能可降解液態(tài)地膜的研究又逐漸成為研究的熱點。許多大學和科研院所加入了這個研究隊伍，研究主要集中于新型液態(tài)地膜、噴施設備兩個方面。

在新型液態(tài)地膜方面，從2001—2014年間液態(tài)地膜的發(fā)明專利有20多項，其中約一半選擇了腐殖酸為主要原材料，再與交聯(lián)劑、成膜劑以及其他功能成分混合制備成液態(tài)地膜[6-18]。腐殖酸是自然界中廣泛存在的大分子有機物質，在我國的資源豐富，儲量大，分布廣。煤炭腐殖酸與土壤有機質中的腐殖酸具有相似的結構和性質，因此大量施用泥炭、褐煤、風化煤及其制造的腐殖酸類肥料，可以起到顯著的土壤改良作用。采用腐殖酸作為主要原料制備液態(tài)地膜，不僅可以增溫、保墑，而且環(huán)?？山到?，可提高土壤肥力，促進作物生長。山東科技大學田原宇教授在這方面做了大量的研究工作，田教授團隊成功研制了以造紙黑液和褐煤為原料的多功能可降解黑色液態(tài)地膜[18-19]。該液膜主要用褐煤、風化煤或泥炭對造紙黑液、海藻廢液、糖蜜廢液、釀酒廢液或淀粉廢液進行改性，而黑液又作為腐殖酸的抽提劑，生產(chǎn)土壤所需的有機肥；木質素、纖維素和多糖在交聯(lián)劑的作用下形成高分子，然后再與各種添加劑、硅肥、微量元素、除草劑等混合制取多功能可降解黑色液態(tài)地膜。該液態(tài)地膜噴施后40～60 d逐漸降解，2～3個月降解為腐殖酸類（有機肥），無白色污染。翻壓入土后，具有改良土壤團粒、改善土壤通透性等作用，最終達到作物增產(chǎn)和土壤改良的目的。孫亞萍等將該地膜應用于葡萄白腐病防治，試驗結果表明，紅地球葡萄套袋后2次地面噴施液態(tài)地膜可從源頭上有效地減少枝蔓、果穗白腐病的發(fā)生，可使葡萄增產(chǎn)4.0%[20]。以廢棄物作為原料也是液態(tài)地膜一個不錯的選擇，如采用煙田廢棄物[8]、高濃度有機廢水[10]、糠醛廢渣[21]等廢棄物為原料制備液態(tài)地膜，不僅可以廢物利用、變廢為寶，而且由于原料成本低，也減少了地膜的成本，利國利民。但是，通常這種原料來源比較有限，或者原料的預處理比較麻煩，不利于大面積推廣。聚乙烯醇等合成有機高分子由于成膜性好也受到了液態(tài)地膜研發(fā)人員青睞[22-24]，但是由于其成本較高，也不利于大面積推廣。

此外，由于液態(tài)地膜在制備方面的優(yōu)勢，可以方便地添加農(nóng)藥、化肥等，這樣可以使液態(tài)地膜同時具有多種功能，田原宇教授團隊的黑色液態(tài)地膜便有如此功能，博龍·禾美特多功能全降解液態(tài)地膜也具有類似的功能。博龍·禾美特多功能全降解液態(tài)地膜是中意技術通力合作，通過10年艱苦努力終于研發(fā)成功的、具有國際先進技術水平的高科技新產(chǎn)品[25]。該液態(tài)地膜是對天然高分子材料進行加工處理而成，通過在農(nóng)田噴灑成膜，可以在很多領域替代農(nóng)業(yè)和園藝業(yè)中普遍使用的塑料地膜。該地膜集農(nóng)藥、肥料、地膜于一身，能省工省時，增產(chǎn)增收，改良土壤，同時具有容易降解、生態(tài)環(huán)保的特點，劉全國將該液膜用于春播脫毒馬鈴薯生產(chǎn)中[26]。筆者將除草劑摻混到該液體膜中一起噴施，噴施后馬鈴薯可以自然出苗，不用人工引苗放苗，節(jié)省了勞動力且對地形地貌適應能力強，能提高馬鈴薯的產(chǎn)量和質量。貴州省黔西南州環(huán)境監(jiān)測站劉增彩工程師提出將赤泥與現(xiàn)有液態(tài)地膜結合[27]，針對使用于受重金屬污染的土壤。赤泥與液態(tài)地膜的結合使用在土壤的改良方面不僅能有效控制土壤中重金屬含量，還能避開傳統(tǒng)地膜帶來的白色污染。

隨著液態(tài)地膜的研究和發(fā)展，也催生了噴灑設備的研發(fā)。2002—2013年就有發(fā)明專利和實用型新專利8項[28-35]，其中2011—2013年2年間就占6項[28-33]。目前主要處于研發(fā)階段，在市場上還沒有得到進一步的推廣和應用。

筆者所在研究小組采用玉米淀粉等材料研制出新型液態(tài)地膜，可替代傳統(tǒng)塑料地膜，保溫、保墑性好，并且3～6個月就能完全自然降解，不僅保護壞境，還能改良土壤。通過玉米、蠶豆試驗表明，1～2個月可以使土壤增溫1～3 ℃，含水量提高20%。此外，借助筆者所在研究所在農(nóng)機研發(fā)方面的優(yōu)勢，也計劃著手進行配套噴灑裝置的研發(fā)。目前已經(jīng)為河南省、江西省等地部分農(nóng)技站提供了試用裝置。該階段性成果已被新華報業(yè)網(wǎng)、中國江蘇網(wǎng)報道。

3 液態(tài)地膜發(fā)展的機遇與挑戰(zhàn)

當今科學技術高速發(fā)展，各學科交叉融合，給液態(tài)地膜的發(fā)展帶來了機遇，如材料科學的發(fā)展會促進液態(tài)地膜的研制在原料上有更多的選擇，新技術的出現(xiàn)給原材料的預處理提供了更多的機遇，新設備的出現(xiàn)使液態(tài)地膜的制備方法有更多的選擇。同時，液態(tài)地膜的推廣也存在一些制約和挑戰(zhàn)：首先，與傳統(tǒng)塑料地膜相比，尤其是在國內(nèi)，液態(tài)地膜作為新生事物，用戶的接受需要過程，可以通過加強宣傳力度，建立示范基地，進行大力推廣和試用，盡力縮短這個接受過程；其次，其液態(tài)形態(tài)給其帶來了運輸上的不方便，因此應用方便的優(yōu)質液態(tài)地膜粉劑的研發(fā)是一項有利的措施；最后，通常因為加入了成膜劑等成分，液態(tài)地膜通常黏性比較大，容易堵塞常規(guī)的噴灑裝置。因此與液態(tài)地膜配套的噴灑裝置的研發(fā)與推廣，尤其是與機械化作業(yè)聯(lián)用的噴灑裝置的研發(fā)，也是促進液態(tài)地膜推廣的另一項有利措施。

參考文獻：

[1]李法云，付寶榮，尚德隆，等. 我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨的環(huán)境問題及對策[J]. 遼寧大學學報：自然科學版，1999，26（1）：78-83.

[2]《農(nóng)村經(jīng)濟與社會》編輯部. 中國農(nóng)村經(jīng)濟改革與發(fā)展的討論[M]. 北京：社會科學文獻出版社，1993.

[3]Hairston J E，Jones W F，Mcconnaughey P K，et al. Tillage and fertilizer management effects on soybean growth and yield on three Mississippi soils[J]. Journal of Production Agriculture，1990，3（3）：317-323.

[4]Logsdon S D，Karlen D L. Bulk density as a soil quality indicator during conversion to no-tillage[J]. Soil & Tillage Research，2004，78（2）：143-149.

[5]王聰慧，張 潔，李俊紅，等. 液態(tài)地膜應用技術研究[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學，2006，34（14）：3289-3290.

[6]隋 巖，張喜如，羅志剛，等. 一種含有稀土微肥和防凍劑的泥炭腐殖酸可降解液態(tài)地膜：中國，201410119981.1[P]. 2014-06-18.

[7]王書秀. 一種污泥為骨架的液態(tài)地膜、制備及其應用方法：中國，201310602423.6[P]. 2014-03-05.

[8]劉好寶，王 倩，張 良. 一種采用煙田廢棄物制備的可降解液態(tài)膜及其使用方法：中國，201310175503.8[P]. 2013-09-04.

[9]羅世偉. 腐殖酸硅酸生物可降解農(nóng)用地膜：中國，201210468330.4[P]. 2014-05-28.

[10] 俞安杰. 一種黑色液態(tài)環(huán)保多功能地膜：中國，201210072922.4[P]. 2013-09-18.

[11]楊華連. 一種含有發(fā)泡劑的多功能可降解液態(tài)地膜：中國，201110457766.9[P]. 2012-07-11.

[12]楊華連. 蒙脫石、腐殖酸多功能可降解液態(tài)地膜：中國，201110457690.X[P]. 2012-07-04.

[13]楊 結，嚴國富. 一種可生物降解的海藻液態(tài)地膜及其制備方法：中國，201110036149.1[P]. 2011-10-12.

[14]范鴻基，林樹芳. 一種農(nóng)作物防寒保溫地膜粉：中國，201010257097.6[P]. 2011-01-19.

[15]邵映輝. 一種生物降解液態(tài)地膜粉：中國，201010204555.X[P]. 2010-11-10.

[16]李保華，王德民，李憲義. 一種腐殖酸降解液態(tài)肥料地膜及其生產(chǎn)方法，中國，200910015668.2[P]. 2009-10-21.

[17]魏明重. 一種農(nóng)用多功能液態(tài)地膜生產(chǎn)方法及其運用：中國，200810073043.7[P]. 2010-05-26.

[18]田原宇，喬英云，蓋希坤，等. 一種腐殖酸多功能可降解黑色地膜：中國，200810000616.3[P]. 2009-07-15.

[19]喬英云，田原宇，黃 偉，等. 腐殖酸多功能可降解黑色液態(tài)地膜的應用研究[J]. 腐植酸，2006（1）：16-19.

[20]孫亞萍，徐兆波. 多功能可降解液態(tài)地膜在葡萄白腐病防治上的應用效果研究[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2011（1）：182.

[21]張曉忠，崔 剛，王 薇，等. 一種利用糠醛廢渣制備保水固沙劑的方法：中國，201310554598.4[P]. 2014-02-05.

[22]尹光華，郝 亮，谷 健，等. 一種多功能可降解液態(tài)地膜及其制備方法和使用方法：中國，201210544675.3[P]. 2014-06-18.

[23]孫宏勇，張喜英，王學虎，等. 一種多功能可降解液態(tài)地膜、制備方法及應用：中國，200810079787.X[P]. 2009-04-08.

[24]譚 穎，張文德，王丕新，等. 一種多功能可降解液態(tài)地膜及其制備方法：中國，200610017265.8[P]. 2007-03-28.

[25]夏緒乾. 禾美特多功能全降解液態(tài)地膜[J]. 農(nóng)業(yè)知識：致富與農(nóng)資，2011（4）：36.

[26]劉全國. 春播脫毒馬鈴薯應用降解液態(tài)地膜取代塑料地膜的研究[J]. 吉林農(nóng)業(yè)科學，2014，39（1）：71-73.

[27]劉增彩. 基于赤泥與液態(tài)地膜結合使用的重金屬污染土壤改良技術探討[J]. 綠色科技，2013（6）：162-163.

[28]叢 林，鄧首春，候家貴. 多功能生物全降解液態(tài)地膜噴灑機：中國，201310275295.9[P]. 2013-09-25.

[29]吳智英. 高效噴膜設備：中國，201310583322.9[P]. 2014-03-05.

[30]尹光華，候有信，張 雷，等. 一種可降解液態(tài)地膜的田間機械化施用方法：中國，201110357772.7[P]. 2013-05-15.

[31]劉好寶，張 良，宋毓峰，等. 一種液態(tài)地膜噴施裝置：中國，201320255424.3[P]. 2013-10-30.

[32]叢 林，鄧首春，候家貴. 多功能生物全降解液態(tài)地膜噴灑機：中國，201320384257.2[P]. 2013-02-19.

[33]吳智英. 一種液態(tài)地膜噴施一體機：中國，201320554972.6[P]. 2014-08-20.

[34]喬英云，田原宇，梁 鵬，等. 一種多功能液態(tài)地膜噴施機具：中國，200820000665.2[P]. 2009-02-18.

[35]張邵英，陳慶東. 液態(tài)地膜噴膜器：中國，02209114.9[P]. 2002-12-18.