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生物降解材料研究院報道，可降解農(nóng)膜最近上了中央一號文件、低碳指導(dǎo)意見和十四五國家重點研發(fā)計劃。 01左中括號農(nóng)膜受關(guān)注的背景 2月21日，2021年中央一號文件《中共中央 國務(wù)院關(guān)于全面推進鄉(xiāng)村振興加快農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化的意見》發(fā)布，提出要全面實施秸稈綜合利用和農(nóng)膜、農(nóng)藥包裝物回收行動，加強可降解農(nóng)膜研發(fā)推廣。在長江經(jīng)濟帶、黃河流域建設(shè)一批農(nóng)業(yè)面源污染綜合治理示范縣。 2月22日，國務(wù)院印發(fā)的《加快建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟體系的指導(dǎo)意見》，也提出推進農(nóng)作物秸稈綜合利用，加強農(nóng)膜污染治理。 此前的2月3日，科技部下發(fā)的《關(guān)于對“十四五”國家重點研發(fā)計劃“農(nóng)業(yè)生物重要性狀形成與環(huán)境適應(yīng)性基礎(chǔ)研究”等12個重點專項2021年度項目申報指南征求意見的通知》，全生物降解地膜專用材料及產(chǎn)品創(chuàng)制與產(chǎn)業(yè)化也被納入十四五國家重點研發(fā)計劃。 02左中括號生態(tài)總站全國農(nóng)膜24個試點結(jié)果 農(nóng)用地膜技術(shù)在中國有近40年的歷史，實踐可知，短期的塑料地膜覆蓋可以提高表層溫度、保墑、促進植物幼苗和根系的生長，促使農(nóng)作物增產(chǎn)55-142%。 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)生態(tài)與資源保護總站在2015-2019年曾在全國13個省累計24個點，開展對比試驗和適度示范應(yīng)用，試驗覆蓋了東北風沙區(qū)、西南山區(qū)、華北平原區(qū)、西北旱塬區(qū)、西北綠洲5個主要地理區(qū)帶，試驗涉及6種主要覆膜作物（玉米、花生、馬鈴 薯、棉花、煙草、蔬菜），共計27家企業(yè)參與了試驗示范。 其中，20家企業(yè)采用了全生物降解地膜，另7家采用崩解型地膜。5年的試驗結(jié)果表明，全生物降解地膜在馬鈴薯、煙草、設(shè)施蔬菜種植上可適度替代PE地膜，但其他作物上短期內(nèi)難以大面積推廣使用。 農(nóng)村部生態(tài)總站薛穎昊副研究員等人建議：對于全降解地膜，進一步做好性能驗證和田間試驗，因地制宜，充分考慮地膜降解誘導(dǎo)期、作物、氣候、農(nóng)藝性等因素對地膜性能的要求；同時，針對馬鈴薯、煙草、設(shè)施蔬菜等作物率先進行生物可降解地膜應(yīng)用的示范推廣，累計經(jīng)驗。 對于崩解型地膜，考慮到其主要成份仍是塑料，能否完全降解還有待進一步驗證， 加之歐盟已明令禁止使用這類產(chǎn)品，建議繼續(xù)做好研發(fā)和試驗評價，在沒有探明其產(chǎn)品穩(wěn)定性和安全性之前，不宜進行推廣應(yīng)用。 下文為沈陽農(nóng)業(yè)大學土地與環(huán)境學院、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)生態(tài)與資源保護總站薛穎昊等人刊登在《中國塑料》的文章——《可降解農(nóng)用地膜的材料研究與應(yīng)用現(xiàn)狀》。其綜述了合成型生物降解地膜、天然生物聚合型生物可降解地膜、氧化催化劑地膜和光敏劑地膜的組成、性能指標、降解原理及其在農(nóng)業(yè)上的研究應(yīng)用等。 03左中括號全生物降解地膜左中括號 全生物降解地膜其組成材料主要來源于淀粉、纖維素、殼聚糖等。在自然環(huán)境中，這類材料最終將被分解成水和二氧化碳。按照制備方法不同可分為兩類：合成型生物降解地膜和天然生物聚合型生物降解地膜。 1.合成型生物降解地膜 合成型生物降解地膜已被商業(yè)化開發(fā)的主要品種有PHA、PHB、PBS、PBSA、PGA、PLA、PCL、PBAT等。 合成型生物可降解聚酯中，PHA、PHB和PLA除了可以人工合成外，也可以來自微生物，并具有底物成本低、生產(chǎn)溫度低、能耗低等優(yōu)點。PHB具有良好的生物降解性，主要用于醫(yī)用高分子材料，但也存在一些固有缺陷，如脆性低和成本高。PLA具有可用性、市場需求強勁和價格低廉等優(yōu)點，表現(xiàn)出最高的應(yīng)用潛力。 此外，PLA與其他材料如PE或PP共混，可減少相對分子質(zhì)量添加劑的用量，提高其力學性能和可降解性。這些合成型聚酯豐富了生物可降解材料的種類，正在逐步取代傳統(tǒng)石油基塑料。 2.天然生物聚合型生物可降解地膜 自然界中，天然高分子聚合物有很多種，比如淀粉、蛋白質(zhì)、纖維素、殼聚糖以及果膠等。這些天然高分子物質(zhì)儲量豐富、可再生、價格低廉，并具有優(yōu)異的生物降解性能，但需要通過共混、共聚、接枝和交聯(lián)等方法使其具備熱塑性。 近些年來，許多生物可降解淀粉基熱塑性共混物得到了廣泛的發(fā)展和研究，如淀粉與聚乙烯醇（PVA）、PLA、PCL、PHB和PBS等進行改性共混。 3.全生物降解地膜的應(yīng)用現(xiàn)狀 生物降解地膜可以有效解決地膜殘留的污染問題，對農(nóng)作物的生長具有較好的促進作用，市場潛力巨大，但目前依然存在不少技術(shù)問題，尚屬于起步階段。生物可降解地膜已先后在馬鈴薯、甘薯、草莓等多種農(nóng)作物生產(chǎn)上得到了應(yīng)用。 有試驗表明，生物可降解地膜與普通PE地膜一樣，具有保溫、保墑的作用；且在土壤性狀及促進作物生長方面不亞于普通PE地膜。但由于應(yīng)用于不同作物的地膜，在厚度、密度等常用指標上各不相同，（可能與作物的生長特性、使用環(huán)境及生產(chǎn)商等因素有關(guān)表1、表2） 純聚酯類地膜因聚合物自身的化學性質(zhì)一般具有固有缺陷，如PBS的降解速率較慢，生物相容性和生物活性不足；PHB的脆性大，PLA的穩(wěn)定性差。因此，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用純聚酯制備的生物降解地膜可能會因為上述缺點發(fā)生作物減產(chǎn)的情況。 少部分研究也報道了PBAT膜與PE膜在棉花和玉米上的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)與PE膜相比，使用PBAT膜對作物產(chǎn)量無顯著影響。胡偉等研究了PBS膜與商業(yè)Mater?Bi膜的降解特性，在農(nóng)田填埋90 d后，PBS膜降解率僅為44.45 %，而Mater?Bi膜的降解率可達96.3 %；與PE膜相比，PBS膜和Mater?Bi膜分別造成作物減產(chǎn)7.08 %和減產(chǎn)2.16 %。 表1 部分已商業(yè)化生物可降解地膜的材料信息 產(chǎn)品名 生產(chǎn)廠家 型號 組分 Mater?Bi? Novamont（意大利） CF?04P PBAT、TPS (玉米)、植物油 Ecovio? Basf（德國） M2351 PBAT、PLA(~7 %) Bioplast?(B?SP4) Group Sphere Iberica Biotech（西班牙） GF106 PBAT、TPS(土豆) Bioplast?(B?SP6) Group Sphere Iberica Biotech（西班牙） GF106+GS2189 PBAT、TPS a）(土豆)、PLA BioFlex? FkuR（德國） F1130 PBAT、PLA (~30 %) BioFilm?
BF3012 PBAT、面粉 Mirel? Metabolix（美國） P5001?4 PBAT、PHB MIMgreen?(Paper) MimCord（西班牙） - 纖維素 Polyethylene(PE) Solplast（西班牙） - PE?LLDb） 注：a）為熱塑性淀粉；b）為線性低密度聚乙烯。 表2 不同生物降解地膜材料的常用指標和推廣應(yīng)用 主要成分 膜厚/μm 密度/g·m?2 斷裂伸長率/% 作物 PHA 8 12 350 馬鈴薯 PBS 12 10.5~12.6 - 番茄、胡椒 PBSA 4~12 8~13 - 棉花、甘蔗 PLA 4.5~15 42.1~71.5 - 番茄、胡椒 PCL、淀粉 - - - 油菜、玉米 PBAT 10~30 - 15~48 棉花、玉米 淀粉類 10~15 - - 胡椒、棉花、烤煙 蛋白質(zhì)類 - - - 萵苣 纖維素類 15 85 - 胡椒、番茄 麻地膜 - - - 蘆筍、番茄 PLA、PHB 15~37 27~85 246 辣椒、番茄、萵苣 PLA、PBAT 15~17 85 - 番茄、萵苣、覆盆子、葡萄 PBAT、淀粉 - - - 覆盆子 PLA、PBAT、淀粉 15~17 85 - 番茄、萵苣 04左中括號崩解型地膜左中括號 崩解型地膜，其主要原料是PE，摻入促進PE降解的光敏劑、氧化催化劑等功能助劑和部分可降解物質(zhì)吹塑而成，主要原理是利用光敏劑、氧化催化劑等催化作用加快PE地膜的降解。 1.氧化催化劑地膜 氧降解添加劑通常被添加進聚烯烴類聚合物（PO），如PE和PP。向PO內(nèi)加入1 %~5 %的預(yù)降解劑，再混以Fe、Mg、Ni和Co等金屬鹽可制成氧化催化劑地膜。 與傳統(tǒng)地膜相比，尚不清楚氧化催化劑地膜是否在減少海洋垃圾方面具有優(yōu)勢。因為氧化催化劑地膜的降解通常沒有明確的時間框架。 Napper和Thompson發(fā)現(xiàn)氧降解和傳統(tǒng)塑料地膜在任何自然環(huán)境中都不能快速降解，在某些情況下只是分解成小塊（如露天環(huán)境下），在土壤和海洋環(huán)境中降解則至少需要3年以上。 2.光敏劑地膜 在通用的地膜塑料中添加光敏劑可制得光敏劑地膜。光敏劑是一類可以促進或引發(fā)聚合物發(fā)生光降解反應(yīng)的物質(zhì)。光敏劑本身由有機部分和過渡金屬組成，在光降解地膜中的含量較少。 3.崩解型地膜的應(yīng)用現(xiàn)狀 崩解型地膜同樣具有提高地溫、保墑、增產(chǎn)、提高效益等作用，但是其尚存在一些不足。原因一是其主體原料為PE，崩解受光強度、地理、季節(jié)、作物品種等因素的制約較大，崩解速率很難準確控制，過早或過晚的崩解均不利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。 原因二是從標準上看，歐盟采用高溫堆肥試驗測定二氧化碳排放量，經(jīng)檢測，部分崩解地膜產(chǎn)品無法達到降解地膜標準。在日本和歐洲，較早進行過此類降解材料的研究，但由于環(huán)境風險性高，已經(jīng)禁止生產(chǎn)和使用上述崩解型地膜，而我國覆膜量大面廣，更應(yīng)該謹慎。 原因三是其降解性能飽受爭議，有專家指出，這種地膜分解過程實際是PE材料的裂解，改變了地膜的物理性狀，裂解成了更小的PE顆粒，并未改變化學性質(zhì)，甚至會形成塑料碎片和導(dǎo)致二次污染。 05左中括號可降解地膜存在的問題與展望左中括號 2020年年初，國家發(fā)展改革委、生態(tài)環(huán)境部正式印發(fā)“禁塑令”——《進一步加強塑料污染治理的意見》，要求以降解安全可控性、規(guī)?；瘧?yīng)用經(jīng)濟性等為重點，開展可降解地膜等技術(shù)驗證和產(chǎn)品遴選。自然環(huán)境的異質(zhì)性給生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展提出了很高的要求，對可降解地膜的發(fā)展增加了難度。 因而，需要進一步推進技術(shù)創(chuàng)新，研發(fā)更多的農(nóng)業(yè)膜材料聚合物、更高效的添加劑以及混合生物降解聚合物技術(shù)，同時，應(yīng)加強可降解地膜產(chǎn)品和技術(shù)跟蹤，重點開展可控性、經(jīng)濟性、安全性驗證及環(huán)境影響評價，制定完善可降解農(nóng)用地膜的評價標準體系。 目前，崩解型地膜存在的問題主要有埋藏部分的不溶性、降解后殘膜的非持續(xù)性分解以及土壤污染問題，不符合生態(tài)宜居和治理有效的要求。同時，該材料應(yīng)用范圍有限，產(chǎn)品的降解過程不易控制。 生物可降解膜一方面可以通過生態(tài)過程完全降解，另一方面其填充材料主要是淀粉和纖維素，具有可再生性。與傳統(tǒng)PE膜相比，生物降解膜基本消除了殘留膜的危害。 但由于其加工難度大、力學性能差、耐水性差，在農(nóng)業(yè)氣候、自然條件、作物多樣性等因素的影響下，生物降解膜的可控性差，給推廣和應(yīng)用帶來了很大挑戰(zhàn)。據(jù)預(yù)測，綠色環(huán)保型產(chǎn)品將是未來市場的主導(dǎo)產(chǎn)品。因此，生物降解地膜替代普通PE地膜是地膜覆蓋技術(shù)應(yīng)用的必由之路，生物降解地膜的發(fā)展前景良好。 |
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