汪 敏，徐 磊，嚴旎娜，蔣希芝，馮 敏（農業(yè)農村部長江中下游設施農業(yè)工程重點實驗室，江蘇省農業(yè)科學院農業(yè)設施與裝備研究所，江蘇南京 210014）

農用地膜目前以聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）及聚苯乙烯（PS）材料為主，其在自然條件下的降解周期約為200～400 年[1]。中國是世界上地膜使用量、覆蓋面積最大的國家，在地膜大范圍使用的背后，中國的地膜回收率卻不足60%。因此，大量未回收的地膜殘留在農田中，對環(huán)境造成了嚴重危害[2]。2021 年2月21日，中央一號文件第一次明確提出“加強可降解農膜研發(fā)推廣”的目標。降解地膜為農用地膜現(xiàn)有問題的解決提供了新的路徑，在未來替代傳統(tǒng)農用地膜已是大勢所趨。研究表明，降解地膜在不同地域、不同栽培環(huán)境下表現(xiàn)出不同的降解行為[3]。分析原因為地膜的降解過程受土壤、光照、溫濕度、微生物、農藥、氧氣等諸多環(huán)境因素的影響，且不同作物種類的生長周期對應地膜的需求期長短也不相同[4]。因此，可降解地膜由于適用性差的問題，在推廣過程中出現(xiàn)了許多實際問題和阻礙，推廣程度遠沒有達到能夠替代傳統(tǒng)地膜的程度。

近幾年，設施蔬菜在中國發(fā)展迅速，地膜與日光溫室或設施大棚配套使用，能夠達到更好的增溫保墑效果。由于反季節(jié)蔬菜通常具有較高的經濟效益，其地膜使用量也在日益增加。番茄是江蘇省設施農業(yè)栽培中比較常見的作物之一，在番茄設施栽培時普遍會使用地膜進行覆蓋，以達到提高產量品質和節(jié)約用水等目的。

基于以上背景，江蘇省農業(yè)科學院（JAAS）農用新材料團隊采用核心配方、工藝和設備，研制出全生物降解地膜產品，并進行設施內試點應用，考察其應用情況，以期加快降解地膜的推廣，為綠色生態(tài)農業(yè)發(fā)展提供技術支撐。

JAAS 全生物降解地膜開發(fā)

江蘇省農業(yè)科學院（JAAS）農用新材料團隊以全生物降解聚合物及生物質為主要原料，通過對降解地膜復配配方及成型工藝的探究，制備出兩種基礎型全生物降解地膜產品（表1）。

表1 JAAS 全生物降解地膜簡介

秸稈添加全生物降解地膜JAAS-01

秸稈添加全生物降解地膜JAAS-01 產品是選取秸稈為主要配方之一，通過秸稈的高效多級微粉碎技術研發(fā)、秸稈-全生物降解高分子材料的配方設計與優(yōu)化、成型工藝探究，開發(fā)出效益高的秸稈添加全生物降解地膜產品。JAAS-01 產品的開發(fā)也解決了當前秸稈等農林廢棄物綜合利用附加值較低的關鍵問題。JAAS-01 全生物降解地膜的性能指標見表2。全生物降解地膜JAAS-01 產品主要技術有以下3 種：

表2 JAAS-01 全生物降解地膜（厚度1.0 絲）的性能指標

（1）秸稈的多級微粉碎技術通過研究錘片式和爪齒式刀片對不同含水率秸稈的粉碎效果，探討多種粉碎方式耦合排布對秸稈粉碎細度和效率的影響，同時優(yōu)化腔室結構，增加粉碎機內顆粒逃逸阻力，實現(xiàn)抑塵并提高秸稈利用率，形成秸稈多級微粉碎技術。

（2）配方設計與優(yōu)化首先將秸稈進行功能化改性，然后考察改性后的秸稈與全生物降解高分子材料的共混特性，突破秸稈纖維與全生物降解高分子之間的相容性難題，優(yōu)化形成可穩(wěn)定造粒的秸稈與全生物降解高分子共混配方。

（3）JAAS-01 產品的成型工藝以形成的秸稈-全生物降解高分子共混粒子為原料，探究不同成型工藝（流延成型及吹膜成型）參數(shù)對秸稈-全生物降解高分子材料流變性質和降解地膜物理力學性質的影響，根據(jù)國標要求對成型工藝參數(shù)進行優(yōu)化，最終獲得性能穩(wěn)定、次品率低的JAAS-01 產品。

耐紫外光全生物降解地膜JAAS-02

江蘇農科院全生物降解地膜JAAS-02 產品主要針對我國西北地區(qū)紫外線強，且棉花、馬鈴薯等作物使用白色地膜的習慣進行開發(fā)。通過配方的設計與優(yōu)化、成型工藝探究，開發(fā)出耐受紫外光線的全生物降解地膜產品。耐紫外光全生物降解地膜JAAS-02 產品主要技術有以下2 點：

（1）配方設計與優(yōu)化選取PBAT、PHA 等為主要配方，并添加一些特殊助劑，作為JAAS-02 產品的降解控制調節(jié)劑。

（2）JAAS-02 產品的成型工藝以PBAT、PHA 等為主要配方制備的粒子為原料，探究不同成型工藝（流延成型及吹膜成型）參數(shù)對高分子材料流變性質和降解地膜物理力學性質的影響，根據(jù)國標要求對成型工藝參數(shù)進行優(yōu)化，最終獲得性能穩(wěn)定、可連續(xù)生產的JAAS-02 產品。

JAAS 全生物降解地膜在設施內 的應用推廣情況

將JAAS-01 全生物降解地膜在設施內進行田間覆膜試驗，目前應用推廣面積為20畝（1.33 hm2），現(xiàn)將應用情況作如下介紹。

JAAS-01 地膜對設施番茄生長的影響

秸稈添加全生物降解地膜JAAS-01 產品，2021 年2月4日在江蘇農科院溫室大棚進行手工覆膜應用于設施番茄生產。2021 年4月10日番茄作物進入開花期，4月22日進入開花坐果期，JAAS-01 組和PE 地膜組植株長勢相當，均優(yōu)于空白組（圖1）。

圖1 設施內番茄開花期空白組、PE 地膜組和JAAS-01 組番茄植株長勢

從2021 年2月4日番茄苗定植至2021 年6月6日番茄進入果實成熟期，地膜覆蓋歷時123天，觀察PE 地膜和JAAS-01 地膜的降解性能見表3。設施內使用40 天和80 天后，PE 地膜和JAAS-01 地膜均未出現(xiàn)明顯變化，肉眼觀察表現(xiàn)為完好。設施內使用120 天后，PE 地膜的耐拉伸強度無明顯變化，JAAS-01 地膜的耐拉伸強度略有下降。兩種地膜都可在番茄收獲換茬時回收再利用。地膜的使用周期和降解周期將在后期的回收利用階段，進一步觀測。

表3 JAAS-01 地膜綜合效益分析

表3 JAAS-01 地膜在設施內的降解效果

王斌等[5]將PBAT 全生物降解地膜應用于南疆棉花和玉米種植，PBAT 全降解地膜在覆膜80 天左右開始出現(xiàn)裂紋，覆膜90 天左右出現(xiàn)孔洞。馮晨等[6]將PBAT 全生物降解地膜在遼寧半干旱區(qū)應用于玉米種植，在覆膜58 天后出現(xiàn)了大的裂紋裂縫，在覆膜98 天后已經產生碎片和大范圍降解。

本試驗的JAAS-01 全生物降解地膜，PBAT也是其主原料之一，在設施內覆膜120 天后表現(xiàn)為手拉強力稍有下降，整體仍完好?？梢姡锝到獾啬ぴ谠O施內降解速度明顯低于露天環(huán)境降解速度。設施環(huán)境和露天環(huán)境相比，主要區(qū)別為設施環(huán)境高溫高濕、缺少光照。因此，可以初步推測，相比設施內的高溫高濕條件，露天光照條件對PBAT 地膜的降解具有更明顯的促進作用。

生物降解地膜降解速度受氣候條件、土壤環(huán)境、作物類型等因素的影響，降解過程比較復雜，需要在不同地區(qū)、不同作物上進行大量的應用試驗，收集數(shù)據(jù)和分析改進，以加快降解地膜的推廣。

JAAS 全生物降解地膜設施內應用效果

在植株長勢方面，JAAS 全生物降解地膜和普通地膜效果相當；在地膜降解性能方面，設施內使用120 天后，JAAS 全生物降解地膜強度稍有下降，普通地膜未發(fā)生明顯變化且韌性好，兩者均可在后期進行回收利用。

將JAAS-01地膜和PE地膜、PBAT地膜產品進行綜合效益分析，如表4 所示。從成本方面相比，PE 地膜的價格為0.5～1 萬元/t，PBAT地膜的價格為2～3 萬元/t[7]，JAAS-01 地膜則通過將秸稈作為添加原料來降低全生物降解地膜的成本；從影響植株長勢方面，有文獻表明，PBAT 地膜和普通塑料地膜對番茄植株生長的影響差異不顯著[8]，所以JAAS-01 地膜和PE 地膜、PBAT 地膜三者對植株長勢的影響相當；從生態(tài)效益方面，和PE 地膜相比，PBAT 地膜、JAAS-01 地膜均為全生物降解地膜，可大大減少地膜殘留對土壤環(huán)境的污染，但降解地膜在降解過程中對土壤生態(tài)環(huán)境的影響還需長期跟蹤研究。因此，綜合來看，JAAS-01 地膜性能較好，可以進一步推廣應用。

總結

全生物降解地膜作為一種綠色環(huán)保農用地膜，具有巨大的發(fā)展?jié)摿εc應用前景，是塑料地膜工業(yè)發(fā)展的熱點方向，但成本高、降解可控性差等問題有待進一步解決。江蘇省農業(yè)科學院農用新材料團隊將結合不同地區(qū)各作物的生長需求，調整材料配方工藝以調控產品的性能和降解周期，以期進一步開發(fā)出成本低、適用性強的全生物降解地膜產品。