可降解地膜的现状和发展趋势

可降解地膜的现状和发展趋势同济2011环境工程目录•概念•产生背景•研究现状•结束语概念地膜顾名思义，地面覆盖薄膜。通常是透明或者黑色的PE薄膜，也有绿、银色薄膜。常用于地面覆盖，具有提高土壤温度，保持土壤水分、维持土壤结构，防止害虫侵袭作物和某些微生物引起的病害等，促进植物生长的功能。可降解地膜利用生物降解、化学降解、光降解三种过程相互增效、协同和连贯的作用制备的可以替代传统地膜的产品，可以实现降解无污染。产生背景（一）•用薄膜自应用以来已经产生了巨大的经济和社会效益。目前，我国已经成为世界上农膜生产和使用量最多的国家，并且正继续高速发展。地膜覆盖栽培技术广泛应用于全国范围，包括蔬菜、水果、粮食作物、经济作物、花草、树苗等领域。每年都使用大量地膜！产生背景（二）地膜技术在给农业带来巨大效益的同时，却也给生态环境带来了严重的“白色污染”等危害。因为传统的普通塑料地膜以聚乙烯或聚氯乙烯为主，其稳定性极高，降解速度缓慢，降解时间可长达200-300年；随着这种不可降解地膜的大量的一次性使用，每年都会有大量的残膜留在地表和土壤中，这些残膜碎片既不能被土壤中的微生物降解，也不能被作物吸收利用，更不便于清理和回收。而且碎片还会使耕层土壤透气性降低，阻碍作物根系发育和对水分、养分的吸收，造成农作物减产，严重的还将造成土壤结构板结，危害生态环境。产生背景（三）传统地膜残膜碎片给生态环境带来的危害主要体现在对土壤、农作物、环境、机具作业、牲畜等方面，具体如下：一、对土壤的危害水分渗透量因农膜残留量增添而减少，土壤含水量下降，削弱了耕地的抗旱能力，甚至导致地下水难下渗，引起土壤次生盐碱化等严重后果。另外，残农膜影响土壤物理性状，抑制作物生长发育。产生背景（四）二、对农作物的危害由于残膜影响和破坏了土壤理化性状，必然形成作物根系生长发育困难。凡具有残膜的土壤，阻止根系串通，影响正常吸收水分和养分；作物株间施肥时，有大块残膜隔离则隔肥，影响肥效，致使产量下降。三、对环境的影响由于回收残膜的局限性，加上处理回收残膜不彻底，方法欠妥，部分清理出的残膜弃于田边、地头，大风刮过后，残膜被吹至家前屋后、田间、树梢、影响环境景观，形成“视觉污染”。产生背景（五）四、对机具作业的影响播种时，残膜容易缠绕开沟器导致播种质量下降，如种子播在残膜上，影响发芽生长，甚至造成减产。五、对牲畜的危害地面露头的残膜与牧草收在一起，牛、羊等牲畜误吃残膜后，阻隔食道影响消化，甚至死亡。产生背景（六）为了尽量减少残膜对环境的污染，一般在地膜完成使用功能后，采用人工揭膜的方式加以回收，但同时增加了人工成本。因此，解决残膜污染土壤问题和如何降低人工成本已成为地膜覆盖栽培技术的当务之急，为了解决这一系列问题，可降解地膜的研究应运而生。研究现状（一）近年来，美、日、欧等发达国家和地区以及中国，都十分重视生物降解塑料，特别是其原料来自可再生资源综合利用的生物质塑料的发展，正在投入大量物力、人力，加快实用化和产业化进程。目前生物可降解膜的主要研究方向在以淀粉、纤维素、木质素、蛋白质等有机质高分子为基质，微生物合成型如PHB以及化学合成可降解材料如PLA、PBS、PVA等以及生物有机质与聚合物共混的可降解膜的制备。研究现状（二）一、原理利用化学降解、生物降解、光降解的三种过程相互增效、协同和连贯的作用。在化学结构上，通过新的高分子合成技术引入易分散的基团，易断裂的化学键、易转移的原子或集团，或分子上连接或整体成分中掺和一些微生物可吞食的成分。这样在光照、机械震荡或微生物的作用下使分子链断链，结构被破坏，然后很快在自然中分解。从而达到不污染环境，可回收再利用的目的。研究现状（三）二、可降解地膜的分类目前，可降解地膜大致可以分为以下五大类：1.生物降解地膜生物降解地膜天然高分子基地膜化学合成高分子基地膜不足：加工困难、力学性能差、耐水性能差研究现状（四）2.植物纤维基地膜利用植物纤维如针叶木、阔叶木、麻、苇等多种天然原料生产地膜，主要采用造纸工艺制成纸地膜。不足：由于抗风雨能力差、易破碎，遇雨后撕破强力大大降低，不适宜机械铺膜。研究现状（五）3.光降解地膜不足：（1）降解受紫外线强度、地理环境、季节气候、农作物品种等因素的制约较大，降解速率很难精确控制。（2）成本较高。（3）这种地膜只有在光下才能降解，而埋在土壤里的部分因见不到阳光就不能分解，不能从根本上解决污染土壤问题。光降解地膜添加型光降解地膜合成型光降解地膜在聚合物中加入光敏感基团或添加具有光敏感作用的化学助剂，从而在紫外线的影响下，聚合物链有次序地进行分解的材料，快速发生降解。研究现状（六）4.光/生物降解地膜（双降解地膜）此类地膜是将微生物敏感物质（如淀粉），与高分子材料（如合成树脂，PE等）共混，同时向体系内引入光敏剂，并在诱导期过后，通过光敏剂的敏化作用，将高分子材料降解为低分子化合物，加入的微生物敏感物质自然被微生物降解。同时，由于制品上聚集的微生物能够作用于生成的低分子化合物，使聚合物最终为土壤同化。缺点：虽然把地膜降解成小颗粒，短期内对作物生长不会有太明显的负面影响，不过随着使用时间的延长，土壤中塑料颗粒逐渐增加，而且非常难以清除，可能会带来更严重的二次污染，不利于农业的可持续发展。研究现状（七）4.光/生物降解地膜（双降解地膜）左图分成A、B、C3个区域。A区域:两种膜的机械性能没有什么区别，这主要是通过控制加入的抗氧剂浓度来实现。B区域:双解PE膜迅速降解，力学性能大幅度下降。这是光降解部分，主要是通过加入光敏剂等助剂来达到；而普通PE膜的力学性能在这个区域仍是缓慢下降。C区域:当光降解到点“×”时(一般认为此处地膜的延伸率丧失95%)，再由微生物降解，直到与土壤同化，最终产物是二氧化碳和水。这一部分是生物降解部分，主要通过添加生物降解母料来实现；而同期普通PE膜却达不到生物降解的程度。研究现状（八）4.液态喷洒式可降解地膜通过特殊配比，在使用前是液体，使用时均匀喷洒在地表就能形成地膜。结束语综上所述，可降解地膜具有普通地膜类似的保温和保水效果，还具有自然降解作用，可降解地膜的研发也已成为塑料工业和农业发展的重要战略方向。目前对于可降解地膜的研发从实验室研究走向工业化，进而走向市场还需要解决的生产地膜的原料成本、地膜的性质以及农业的实用性等一系列问题，任重而道远！