作者簡介 魏邦權(quán) 2000 男 2018級生物質(zhì)科學(xué)與工程創(chuàng)新班 通信聯(lián)系人 單志華 地膜的種類與研究進展 魏邦權(quán) 單志華 四川大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院 四川 成都 610065 摘 要 普通地膜在自然環(huán)境條件難降解 對環(huán)境會造成巨大污染 而生物質(zhì)原料廣泛 以生物質(zhì)為原料制成的地膜具有易降解的優(yōu) 點 能夠解決普通地膜難降解和對環(huán)境污染的問題 生物質(zhì)降解后產(chǎn)生的物質(zhì)能供植物所利用 在未來生物質(zhì)地膜必定是我們所需要 的環(huán)保型新地膜 關(guān)鍵詞 生物質(zhì) 地膜 土壤 可降解性 中圖分類號 S 15 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 1671 1602 2019 17 0053 03 Types of Mulch and Research Progress WEI Bangquan SHAN Zhihua Light Industry Science and Engineering Sichuan University Chengdu 6110065 China Abstract Ordinary plastic refractory in the natural environment conditions can cause great pollution to the environment and biomass raw materials membrane made of biomass as a raw material which has the advantages of easily degradable can solve common plastic refractory and problem of environmental pollution biomass degradation can be used for plants to produce the substances after the biomass in the future new mulch film must be environmentally friendly we need Keywords biomass mulch soil biodegradability ECOLOGYAND ENVIRONMENT 生態(tài)與環(huán)境 1 地膜發(fā)展簡史 1 1土壤結(jié)構(gòu)與植物成長的關(guān)系 土壤是植物成長的基礎(chǔ) 土壤結(jié)構(gòu)與植物 成長密切相關(guān) 它可以影響土壤的肥力和耕 作性 進而影響植物的成長 土壤的結(jié)構(gòu)大致 分為塊狀 核狀 柱狀 團粒 片狀等 塊狀土 壤會加速土壤水分丟失 還會壓苗 使幼苗不 能順利出土 柱狀土壤的結(jié)構(gòu)體之間常出現(xiàn) 大裂縫 易造成漏水漏肥 而團粒結(jié)構(gòu)的土壤 可以調(diào)節(jié)土壤的水分和空氣 可以協(xié)調(diào)土壤 養(yǎng)分的消耗與積累 可以穩(wěn)定土溫 可以調(diào)節(jié) 土壤的耕性 有利于作物根系伸展 因而團粒 土壤是我們需要的理想型土壤 1 2土壤結(jié)構(gòu)的改良方法 不同的土壤結(jié)構(gòu)有不同的改良方法 有 機肥是改善土壤結(jié)構(gòu)的重要肥料 1 對于塊 狀土壤而言 可以在墑情合適時耙耱 冬季 凍土后 輾壓 以提高土壤有機質(zhì)含量 也可 摻河沙或爐渣灰來改良 對于片狀土壤而 言 可以通過松土施用有機肥來改良 對于 柱狀土壤可以通過深翻施肥和深翻種植綠 肥來改良 1 3地膜的定義及應(yīng)用的意義 地膜即是地面覆蓋薄膜 目前最常見 的地膜是塑料地膜 其次還有液態(tài)地膜和 生物質(zhì)地膜 地膜的應(yīng)用意義重大 地膜 可以有效地利用太陽輻射熱量和減少土 壤水分蒸發(fā)的熱能消耗 可以減少肥料揮 發(fā) 淋溶和流失 使肥料利用效果一般可 提高1 3左右 2 地膜也能保持土壤水分 維持土壤結(jié)構(gòu) 防止害蟲侵襲作物和某些 微生物引起的病害等 地膜還能改進近地 面光熱條件 使產(chǎn)品衛(wèi)生清潔 促進植物 生長 并且對于剛出土的幼根 具有護根 促長的作用 2 地膜的種類及其特征 2 1塑料地膜 2 1 1 常見的塑料地膜 常見的塑料地膜有普通塑料地膜 線型低密度地膜 低壓高密度超薄地膜 可控光解膜等 普通塑料地膜由高聚乙 烯吹制而成 線型低密度地膜是采用線 性低密度聚乙烯和高聚乙烯共混改性的 方法制成 低壓高密度超薄地膜是用低 壓法產(chǎn)的高密度聚乙烯擠吹制而成 可 控光解膜是在普通塑料地膜制作過程中 加入促光解物質(zhì)而制得 如光敏劑或光 敏基團 53 2 1 2 常見的塑料地膜的優(yōu)缺點 普通塑料地膜可以分為無色透明塑料 地膜和有色塑料地膜 無色透明地膜對光的 透過率較高 反射較少 增溫效果明顯 價格 較低 經(jīng)濟效益高 黑色地膜有利于穩(wěn)定土 壤溫度 抑制雜草生長 銀色反光地膜反光 作用強 有利于降低地溫 銀灰雙色地膜能 驅(qū)避蚜蟲和抑制病毒發(fā)生 但是有色地膜的 工藝復(fù)雜 價格昂貴 線型低密度地膜除具有高壓聚乙烯薄 膜的優(yōu)點外 在拉伸強度扮斷裂伸長率 抗 撕裂 抗穿刺性能等均好于普通塑料地膜 低壓高密度超薄地膜具有強度高 耐熱 性能好和保溫性能好的優(yōu)點 但它橫向拉力 不均勻 易被拉斷 并且由于地膜不易貼緊 地面 易被風(fēng)吹走 上述塑料地膜雖然給農(nóng)業(yè)帶來了巨大 的經(jīng)濟效益 但同時也造成了 白色污染 的問題 因為上述地膜在自然條件下不能 夠自行分解和消失 大量的殘留地膜會妨 礙農(nóng)業(yè)耕作 會使土壤板結(jié) 造成土壤中的 水 氣 肥的流動受阻 影響植物生長 而可 控光解膜在制作過程中加入了光敏劑 在 太陽光的紫外線的引發(fā)下金屬有機化合物 能發(fā)生光化學(xué)反應(yīng) 促進地膜聚合物的分 解 從而可以減少殘留地膜的污染 減輕對 環(huán)境的破壞 3 2 2 液態(tài)地膜 2 2 1 常見的液態(tài)地膜 常見的液態(tài)地膜已經(jīng)發(fā)展到第五代 第 一代液態(tài)地膜是以石油渣油或瀝青為原料 第二代液態(tài)地膜以生物質(zhì)為原料 第三代是 以造紙黑液 釀酒廢液或淀粉廢液等高濃度 無毒有機廢液為原料 第四代為腐殖酸可降 解褐色地膜粉體化技術(shù) 使用時將地膜用熱 水融化攪拌 再加入冷水即變?yōu)橐簯B(tài)地膜 現(xiàn)在的第五代發(fā)展到了直接用冷水?dāng)嚢?不 需熱水 2 2 2 常見的液態(tài)地膜的優(yōu)缺點 液態(tài)地膜能夠促進幼苗的生長 能夠保 護土壤的溫度 且解決了塑料地膜對環(huán)境的 污染問題 但是液態(tài)地膜仍存在不少缺點 第一代液態(tài)地膜以石油瀝青為原料 這些原 料難降解 容易造成二次污染 第二代與第 三代液態(tài)地膜均為液體 運輸較為困難 第 四代液態(tài)地膜為現(xiàn)場噴灑造膜 省時省工 但成本太高 第五代液態(tài)地膜仍然存在成本 高的問題 4 2 3 營養(yǎng)地膜 我國高原地區(qū)紫外線輻射強度強 有利于 光降解膜的降解 有利于減輕對環(huán)境的污染 例 如我國云南高原地區(qū)為代表 全年日照時數(shù)為 1400 2200h 平均日照年總數(shù)約550kJ cm 2 年 輻射總量為5442 8 6280 2kJ m 2 居全國較高 水平 強紫外光的照射有利于光降解膜的降 解 可以減少地膜殘留對土壤的污染 此外 該地區(qū)褐煤資源豐富 褐煤中富含腐殖酸 腐殖酸可以作為土壤的改良劑 調(diào)節(jié)農(nóng)作物 生長 早熟增產(chǎn) 增強農(nóng)作物的抗逆性能 抗旱 防寒 抗倒?fàn)畹?并且能改善農(nóng)作物 品質(zhì)的肥料 以玉米淀粉為主要原料 添加 光敏劑 增塑劑 成膜劑 交聯(lián)劑和營養(yǎng)物質(zhì) 褐煤 可以制得高原可降解營養(yǎng)地膜 經(jīng)試 驗測得高原可降解營養(yǎng)地膜的拉伸強度和 斷裂伸長率均大于普通可降解地膜 它還具 有較好的保溫和保濕作用 對植物的生長有 很好的促進作用 高原可降解營養(yǎng)地膜在吸 收紫外光后 膜中的聚合物發(fā)生光引發(fā)作 用 長鏈斷裂成低分子量碎片 進一步在空 氣中發(fā)生氧化作用 逐步降解為可被生物分 解的低分子化合物 最終降解為二氧化碳和 水 不會對環(huán)境造成污染 而且產(chǎn)生的二氧 化碳和水還可作為植物光合作用的原料重 新被利用 因此高原可降解營養(yǎng)地膜具有很 好的自然同化作用 此外 地膜中的營養(yǎng)物 質(zhì)褐煤含有磷 鉀和其他元素 地膜降解后 這些元素可以重新回到土壤 有助于植物生 長和提高土壤的肥力 5 高原可降解營養(yǎng)地 膜屬于綠色環(huán)保型材料 在未來具有很好的 應(yīng)用價值 3 生物質(zhì)液態(tài)地膜 3 1 生物質(zhì)地膜種類 根據(jù)原材料的類型 常見的生物質(zhì)地膜 可以分為動物源基的 如蛋白質(zhì) 氨基酸液 態(tài)地膜 植物源基的 如殼聚糖基液態(tài)地膜 海藻酸鈉基液態(tài)地膜 腐殖酸液態(tài)地膜 淀 粉基液態(tài)地膜等 3 2 常見的生物質(zhì)地膜的優(yōu)缺點 生物質(zhì)地膜具有原料來源廣 價格低的 優(yōu)點 除了具有普通地膜保溫 保墑作用外 還具備固沙 增肥 自身易降解的優(yōu)點 但是 生物質(zhì)地膜仍存在一些不足 如蛋白質(zhì)基液 態(tài)地膜的抗水性和延展性不足 殼聚糖基液 態(tài)地膜有殺菌作用 能夠殺死土壤中的有害 病菌 但是它同時也能抑制有益細菌的生長 使用不當(dāng)會導(dǎo)致植物生長遲緩 腐殖酸是動 植物殘體經(jīng)過長期腐爛而產(chǎn)生的有機物質(zhì) 并廣泛存在于自然界中 且含量豐富 6 腐殖 酸基液態(tài)地膜因外觀呈黑色對太陽光吸收能 力好 能對土壤起到增溫作用 但在陽光充裕 地區(qū)會使土壤溫度過高 不利于中子萌發(fā) 海 藻酸鈉基液態(tài)地膜易與土壤中的鈣離子交聯(lián) 而提高力學(xué)性能 7 如果土壤中鈣離子分布不 均勻會導(dǎo)致地膜局部僵硬 種子發(fā)芽后不易 頂出地膜進而影響出苗率 8 3 3 蛋白質(zhì)基地膜 角蛋白廣泛存在于自然界 我國每年年 產(chǎn)幾十萬噸 它以各種動物的毛發(fā) 羽毛 蹄 等主要形式存在 大量存在的角蛋白難以處 理 世界上每年廢棄著大量的角蛋白 造成 ECOLOGYAND ENVIRONMENT 生態(tài)與環(huán)境 54 Vol 41 No 17 Westleather 了局部環(huán)境的嚴(yán)重污染 廢棄角蛋白的浪費 問題和環(huán)境污染問題亟待解決 以用過氧乙 酸氧化改性后的角蛋白為主要原料 通過直 接氧化法可以得到所需的氧化角蛋白粉 將 角蛋白粉在尿素的澆鑄下可以制得熱壓角 蛋白膜 經(jīng)試驗測得熱壓角蛋白膜的力學(xué)性 能好 它的拉伸強度和斷裂伸長率較高 它 的吸水性和透氣性也比較好 在改性后的角 蛋白變得容易降解 降解后角蛋白可作為土 壤微生物的C源和N源 提高土壤內(nèi)生物的 活性 使微生物的碳 氮量和土壤中的礦質(zhì) 氮總量增加 使微生物的呼吸作用加強 同 時還能調(diào)節(jié)土壤的pH 提高土壤中的陽離子 交換容量 9 在未來 如果熱壓角蛋白膜能 夠大量的生產(chǎn)和應(yīng)用 那么廢棄角蛋白的浪 費問題和環(huán)境污染問題將得到解決 由此看 來熱壓角蛋白膜的應(yīng)用前景很大 4 地膜發(fā)展趨勢 4 1地膜發(fā)展的意義 我國地域遼闊 各地區(qū)的土壤結(jié)構(gòu)和氣 候環(huán)境差異較大 因此需要發(fā)展新型地膜來 滿足各地的需求 如山西省的陵川縣位于山 西省晉東南地區(qū)的太行山巔 全縣境內(nèi)平均 海拔1303m 最高1793m 最低629m 相對 高差1164m 年平均溫度7 9 無霜期130 d 10 積溫2755 年平均降水量478 3 mm 是一個標(biāo)準(zhǔn)的石質(zhì)丘陵地區(qū) 耕作制度 為制度為一年一作 作物以玉米為主 氣溫 低 土壤瘠薄 無霜期短 十年九春旱是陵川 縣農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要限制因素 玉米是陵川縣 的支柱產(chǎn)業(yè) 決定著該縣的經(jīng)濟發(fā)展 玉米 秸稈地膜覆蓋在改善田間氣候環(huán)境和促進 玉米生產(chǎn)方面作用明顯 它能蓄水保墑 培 肥改土 抑制田間雜草生長 還能防止水土 流失 秸稈地膜覆蓋的生態(tài)效益與經(jīng)濟效益 顯著 10 4 2地膜的降解 常見的普通塑料地膜化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定 在 自然環(huán)境條件下降解困難 殘留的地膜形成 了嚴(yán)重的 白色污染 這種地膜不僅難以降 解而且還會對土壤造成污染 在普通地膜制 作過程中加入光敏劑可以制成光降解地膜 在陽光的照射下地膜發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)使大 分子高聚物斷裂而降解 但由于光降解地膜 降解速率快 難控制 只有在光照下這種地 膜才能降解 而埋在土里的地膜會因見不到 陽光而無法降解 仍存在土壤污染問題 11 以 植物纖維如稻草 秸稈 麻等為原料生產(chǎn)的 植物纖維基地膜具有良好的生物降解性 把 這些地膜埋在土壤 一段時間后地膜被微生 物分解為碎片 轉(zhuǎn)化為土壤的有機質(zhì) 可以 增加土壤的肥力 12 而以生物質(zhì)基如蛋白質(zhì) 基 淀粉基等為原料制成的生物質(zhì)地膜不僅 容易降解 而且地膜中的生物質(zhì)原料在降解 后能被植物所利用 促進植物的生長 因此 生物質(zhì)地膜是在未來非常有前景的高性能 地膜 4 3生物質(zhì)在地膜發(fā)展中的作用 生物質(zhì)在地膜發(fā)展中起到了重要作用 普通地膜在自然環(huán)境條件難降解 對環(huán)境會 造成巨大污染 而生物質(zhì)原料廣泛 以生物 質(zhì)為原料制成的地膜具有易降解的優(yōu)點 能 夠解決普通地膜難降解和對環(huán)境污染的問 題 生物質(zhì)降解后的產(chǎn)生的物質(zhì)能供植物所 利用 在未來生物質(zhì)地膜必定是我們所需要 的環(huán)保型新地膜 5 結(jié)語 生物質(zhì)原料來源廣闊 價格低廉 以生 物質(zhì)為主要原料制成的地膜除了具有普通 地膜對植物生長的促進作用以外 它還具有 自生易降解的優(yōu)點 并且在降解后能降解為 植物所需要的物質(zhì) 如以淀粉為主要原料制 成的生物質(zhì)地膜在降解后產(chǎn)生的二氧化碳 和水能作為植物光合作用的原料 但目前生 物質(zhì)地膜仍有不少問題有待解決 如地膜中 仍需要難降解物進入 抗裂性差和生產(chǎn)使用 成本高 所以生物質(zhì)地膜仍需發(fā)展 最有待 解決的問題就是降低生物質(zhì)地膜成本 使地 膜能夠讓人民大眾所使用 參考文獻 1 鄭金波 土壤改良的途徑和方法 J 農(nóng)村百事通 2017 9 46 47 2 吳一才 農(nóng)作物地膜覆蓋栽培的經(jīng)濟意義 J 農(nóng)業(yè) 技術(shù)經(jīng)濟 1983 1 29 32 3 侯有信 介紹幾種農(nóng)用地膜 J 新農(nóng)業(yè) 1985 1 24 25 4 黨旭崗 胡才輝 陳慧 液態(tài)地膜與制革廢棄物資 源化 J 皮革科學(xué)與工程 2015 25 6 23 27 33 5 董國麗 高原可降解營養(yǎng)地膜的研究 D 昆明理 工大學(xué) 2016 6 Mac Carthy P The principles of humic substances J Soil Science 2001 166 738 751 7 Chan LW Lee HY Heng PWS Mechanisms of ex ternal and internal gelation and their impact on the functions of alginate as a coat and delivery system J Carbohydrate Polymers 2006 63 2 176 187 8 陳利維 李恒 戴睿 等 生物質(zhì)基 液態(tài)地膜 研究 進展 J 皮革科學(xué)與工程 2019 29 3 31 35 9 陳華艷 利用角蛋白制備功能材料的研究 D 天 津大學(xué) 2007 10 閻曉光 李洪 董紅芬 等 山西省陵川縣玉米秸 稈覆蓋和地膜覆蓋的發(fā)展歷程與生產(chǎn)現(xiàn)狀 J 北 方農(nóng)業(yè)學(xué)報 2017 45 2 131 134 11 呂江南 王朝云 易永健 農(nóng)用薄膜應(yīng)用現(xiàn)狀及可 降解農(nóng)膜研究進展 J 中國麻業(yè)科學(xué) 2007 29 3 150 157 12 李丹 生物質(zhì)液態(tài)地膜的研制及其應(yīng)用效果 D 杭州 浙江大學(xué) 2011 55