关闭

举报

  • 提交
    首页 > 商家企业 > 正文
    购物车
    0

    国内外地膜覆盖栽培现状及展望

    信息发布者:我爱家乡
    2019-09-13 18:54:34    来源:中国农业网   转载

    农用地膜是现代农业的重要生产资料。农用地膜具有保湿、保温、抗虫、防病、抑制杂草生长等作用,有利于作物生长发育,提高作物产量,提高农业效益。我国是世界上人口最多而农业资源相对不足的发展中国家,农用地膜技术的广泛使用提高了我国农作物的产量,极大地促进了我国农业生产的发展,目前农膜在我国现代农业生产中起着举足轻重的作用。

      农膜覆盖技术的广泛应用在极大地促进我国农业生产发展的同时,也给我国的生态环境造成了较大的白色污染。由于塑料地膜以化纤作原料,其主要成分为聚丙烯,聚氯乙烯,可在田间残留几十年不降解。农用地膜使用的时间越长,土壤中残留的塑料薄膜碎片越多,将造成土壤板结、通透性变差、地力下降,严重影响作物的生长发育和产量,造成农作物减产。有些地方农作物因此而减产幅度达20%以上,并且这一情况正在进一步恶化,由此产生的环保负面效应已引起社会各界的严重关注和忧虑。保护赖以生存的地球环境资源是人类生存发展的重大课题。大力研制与推广环保型可降解地膜,是解决目前制约我国乃至世界农业生产可持续发展的战略途径。

      1国内外地膜覆盖栽培现状

      1.1国内地膜覆盖栽培现状

      我国是世界上农膜生产和使用量最多的国家。据统计,目前我国地膜年产量达60万吨左右,累积推广面积达5000万公顷,是其它所有国家总和的1.6倍。地膜覆盖栽培广泛应用于全国范围,覆盖作物涵盖了蔬菜、水果、粮食作物、经济作物、花草、树苗等。粮食作物地膜覆盖栽培普遍增产30%左右,经济作物增产达20%~60%。

      目前国内主要研究开发可降解地膜,研究开发进程与世界同步,技术水平与世界先进水平接近或相当。

      1.1.1光降解地膜

      国内对光降解地膜的研究内容主要是添加型光降解地膜。研究重点是使用光稳定剂等方法控制其降解速度。国产功能膜的防老化水平也显著提高,1997年以来,国内开发出国产944聚合型高效光稳定剂、BW一6911新型光稳定剂等,从而取代了具有严重刺激性和致敏性的GW一540/2002防老化体系。

      光降解地膜的缺点一是易受外界环境的影响,难以控制其降解速度;二是大田覆盖使用时,埋入土壤中的部分不能被降解,因此它的应用受到限制。

      1.1.2光一生物降解地膜

      光一生物降解地膜是在通用高分子材料(如PE)中添加光敏剂、自动氧化剂、抗氧剂和作为微生物培养基的生物降解助剂等制作而成。北京塑料研究所采用聚乙烯为基础料,并添加含有光敏剂、光氧化稳定剂等组成光降解体系和含有N,P、K等多种化学元素作为生物降解体系的浓缩母料,经挤出吹塑制成厚度为0.005mm的可控降解地膜。经农田应用考核,该降解地膜不仅具备一般地膜的保温、保湿和力学性能,而且可控性好,诱导期稳定,在曝晒条件下,当年可基本降解成粉末。在无光条件下,也可以促进微生物繁殖生长。安徽大学高分子材料研究所制成具有光一生物双重降解性的地膜,创新性地研制出可控双降解性除草农用地膜。四川省发林新型塑料(集团)有限公司联合科研单位,研制开发出可控光一生物双降解地膜。

      光一生物降解地膜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,会影响作物根系的生长,甚至减产。另外,非常难清除降解后的塑料小颗粒,可以说用人工方法无法清除,不利于农业的可持续发展。

      1.1.3生物降解地膜

      生物降解地膜是在自然条件下,可被土壤微生物分解的最重要的一类降解地膜。国内很多地膜研究工作者对生物降解地膜进行了田间应用效应研究。如冯武焕(2004)、熊汉国(2004)等进行了覆盖生物降解地膜对农作物生长发育的影响研究,均获得较好的环保效应。

      如广西大学梁兴泉等研究开发的淀粉生物降解地膜,当淀粉含量超过31%时,淀粉地膜中的塑料部分也能被降解;中国农大张绍英教授等用淀粉和海藻酸钠为主要原料,添加增塑剂、保水剂制成在自然条件下30天后可完全降解的生物降解地膜,但它的缺点是降解速度太快且不易控制;此外,还有人用甲壳素为主要原料制成甲壳素基生物降解地膜等。

      上述降解地膜尚属于不完全降解型地膜,其降解性仅限于其中的淀粉或甲壳素部分,不能降解其中的PP、PVC等塑料成分,与传统的塑料地膜比,塑料残留量减少、省工,但残留于土壤中的塑料颗粒非常难处理,时间长会带来土壤污染问题,影响农作物生长,与可持续发展不相适应。

      20世纪末,国内不少单位相继研发出不同类型的纸地膜,原料为纸浆,其降解效果良好,但是仍然存在很多问题。如干湿强度、拉伸强度、断裂伸长率等存在较大缺陷。另外,其生产成本很高,所以始终没能大面积推广应用。

      此后,国内很多单位研究草纤维地膜、纸基地膜等。如华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室覃程荣等以甘蔗渣和淀粉为主要原料,制造了完全降解的地膜;中国国际科技促进会北京膜科学研究所研制出一种新型CXW一1的草纤维农用地膜。

      中国农业科学院2001年承担十五国家科技攻关项目环保型麻地膜制造技术与产业化专题的研究,通过有关专家多年的科研攻关,于2004年成功地研制出环保型麻地膜,已通过农业部科学技术成果鉴定,该课题组研制的30一50g/m2超薄环保型麻地膜产品填补了国内空白,该地膜制造技术达国内外同类研究的领先水平,比国外同类产品成本更低、性能更优。麻地膜属于天然植物纤维基地膜,是设施栽培领域首次出现的纯天然农用产品,给设施农业带来革命性的变化。

      麻地膜较之其它降解性地膜具有如下优势:一是麻地膜的强力高,可以进行机械铺设;二是麻地膜易降解,一般2~3个月完全被降解;三是降解较为彻底,其降解最终产物是有机质、C02和水等,几乎没有污染。四是麻地膜覆盖升温、保温效果非常好,因为麻地膜透气性能较好,所以膜内温度变化较稳定;五是夏天使用麻地膜还有降温效果;六是麻地膜原材料属于天然的绿色环保材料,几乎没有污染,还可以改善土壤环境,有利于土壤微生物的生长、增强一些主要土壤酶的活性,具有培肥地力的作用。麻地膜是目前国际上环保地膜领域最有发展前景的一种。

      由于麻地膜产品具有较大的市场潜力,国内已有部分工厂对此非常重视,也积极参加了麻地膜的研究开发工作,目前已有部分厂家试制出了以亚麻、黄麻、红麻、苎麻为原料的麻地膜样品。

      1.2国外地膜覆盖栽培现状

      随着地膜覆盖面积的扩大,农田残留塑料的污染问题亦越来越严重。目前,在国外正积极开发与研究可降解地膜。尤其是日本、美国、法国等在地膜材料的研制方面做了很多的工作。

      1.2.1日本地膜覆盖栽培的现状

      日本早在1989年就成立了生物降解性塑料研究会,把生物降解塑料列为继金属材料、无机材料、高分子材料后的第四种新材料,制订了一个研究开发的九年计划,通产省拿出150亿日元进行开发,其形势令人瞩目。目前,日本研究较多的可降解地膜类型主要有以下几种。

      淀粉添加型地膜:淀粉添加的生物降解塑料农膜发展极为迅速,在淀粉的改性方面也做了很多工作。此地膜成本较低,但是还存在不足:目前开发的淀粉添加型可降解农膜材料中,淀粉的含量只有20%左右,在微生物的作用下,至多是其中的淀粉分解,而残留的聚烯烃膜仍以一种多孔结构形态存在,因而淀粉添加型地膜只是一种不完全生物降解地膜,并不能完全消除农田中的白色污染问题。

      纸基地膜:该地膜材料主要包括壳聚糖及植物纤维素,能促进对农作物生长有利的土壤细菌的繁殖。其保温性能比塑料地膜优越,而且具有吸水性强、蒸发散热功能等特点。另外,纸地膜透气性能好,适用范围广泛,可与不同种类作物配合使用。该地膜使用天然植物高分子材料作为纸浆原料,所以使用后可被土壤微生物完全降解,没有污染,属于环保产品。然而,纸地膜在干湿强度、拉伸强度、断裂伸长率等方面存在较大的缺陷,所以铺设过程中或铺设之后很容易被小动物或自然气候因素破裂,对机械化铺设带来较大的困难。

      20世纪末,日本研制出农用麻地膜,其主要原料为纸浆和麻纤维,属于纸地膜的一种。麻纤维的伸长率和强力大大高于纸浆纤维,增加了地膜的韧性,从而提高了机械化铺设和多功能地膜开发的需要。但是,日本麻纤维缺乏,价格较高,难以大量推广应用。

      另外,还开发出一些多功能型地膜。添加有机肥料型地膜:地膜制造公司为了解决化肥污染问题,生产地膜时把粒状固体有机肥料混入到以木浆为主要原料的纸地膜中,制造有机肥料型地膜。这样构成的地膜,完全不使用化肥、地膜本身含有对作物生长所需的成分、可以被生物降解而对环境有利、又因省去施肥过程,在很大程度上减轻了农民作业的负担乜引。防虫型地膜:日本一些公司还开发出通过浸入植物精油的方法制造强防虫、杀菌效果的多功能农用地膜。如武川真美利用香茅、留兰香等香草中提取的植物精油研制出特殊功能地膜。这些植物芳香油对人来说是芳香,但已经确定这些香味对嗅觉灵敏的野狗、野猫、老鼠等害兽和害虫有忌避作用[6.281。另外,在地膜的两侧涂上石蜡可以防水、降低透气性,从而延缓地膜的降解进程。

      1.2.2美国地膜覆盖栽培现状

      美国是较早进行降解塑料研究和开发的国家,现至少有30个州提出立法,要求促进使用降解塑料。在美国,光降解塑料的生产和应用已有10多年历史,生物降解塑料(主要为添加淀粉的生物降解地膜)近年来发展极为迅速。

      光降解型地膜:光降解型地膜分两种类型,添加型光降解地膜和合成型光降解地膜。合成型光降解地膜是在高分子链中引入光敏性基团而制成的膜。其中对PE类光降解聚合物研究得较多,聚乙烯降解成低聚物(分子量低于500)后,可被土壤中的微生物吸收降解。如美国DuPont公司生产出乙烯和CO共聚物,美国UCC、Dow公司也已利用此技术制造地膜,已经展开了工业化生产。添加型光降解地膜是在一般塑料原料中添加光敏剂。在紫外光的作用下,经光敏剂的作用把高聚物降解成低聚物。研究较多的有金属光敏剂、酮类光敏剂等。如美国Has—tigont公司已生产出含过渡金属铁离子的光敏剂,用于地膜生产。

      生物降解地膜:美国利用一种可降解的聚己内酯(PCL)合成型高分子生产出不同级别的化学合成高分子型生物降解地膜。已开发出以淀粉为主要原料的各种生物降解材料。如美国农业部已获得以玉米淀粉和改性淀粉为主要原料生产一种生物降解地膜材料技术的专利,美国AgriTech公司采用此技术专门生产淀粉基高分子型可降解地膜b引,美国Warner—Lambert公司开发出新型树脂,它是由70%支链淀粉和30%直链淀粉混合而制成的[4l,其生物降解性好,可以替代正在农业上使用的各种生物降解材料,被认为是材料科学重大发展。另外,聚乳酸也是目前研究很热门的一种完全降解地膜材料。聚乳酸塑料在土壤中掩埋3~6个月后可破碎,在微生物分解酶作用下,6~12个月变成乳酸,最终变成C02和H20。2001年Cargill一陶氏聚合物公司在斯加州Blair投资建立了世界上最大的聚乳酸生产装置,它的年产量14万吨。目前聚乳酸地膜的原料价格大约2500美元每吨,可以生产出超薄型的地膜。因此,聚乳酸是很有发展前景的环保型地膜原材料之一。

      1.2.3法国地膜覆盖栽培现状

      法国地膜用量较大,据统计,每年地膜覆盖面积达10万公顷。每年需要更新6000公顷的农用地膜。大田覆盖栽培作物主要是玉米,蔬菜主要使用黑色地膜、无纺布、光降解地膜以及生物降解地膜。

      法国目前1.2万公顷的蔬菜和水果使用无纺布覆盖栽培。Agriweb公司是专门生产农用无纺布的企业,此公司是通过压紧和热焊接聚乙烯丝的技术制造有孔聚乙烯农用薄膜。法国科学家在农用薄膜上涂上一些光敏剂增强对紫外线的敏感度或加上一些添加剂延迟紫外线作用,保证地膜能够保持到植物生长出来后,在紫外线等自然环境作用下完全降解。这种光降解膜的栽培应用试验正在进行。

      法国目前研究较多的是聚酯类地膜与淀粉和聚酯混合型地膜。聚酯类地膜的原料主要来源于食油化工行业,淀粉主要采用玉米淀粉。目前ProsynPolyane公司正在研究淀粉和聚合物混合型的地膜新材料。

      1.2.4其它国家地膜覆盖栽培现状

      加拿大、美国、德国、韩国等国家对地膜的需求量迅速增加,尤其是对环保型降解地膜的需求越来越强烈,从而带动国际地膜研制产业的迅速发展。

      目前生产降解塑料的主要国家有美国、意大利、德国、加拿大、日本等。德国一些公司也正在研究合成型光降解地膜;加拿大、以色列等正在研究含金属络合物的光降解地膜材料;加拿大等研究含金属络合物的新型光敏剂,研究淀粉降解地膜材料——淀粉的改性问题;意大利研究全淀粉地膜材料;荷兰研制淀粉与大麻纤维混合的降解地膜材料。

      2国内外地膜覆盖栽培发展趋势

      21世纪设施农业的主要目的在于充分利用自然资源,合理使用生产资料,注意保护生态环境,保持作物生产可持续发展,发挥作物最大生产潜力,实现作物高产、优质、低耗、无公害,并获得最大的经济效益、社会效益、生态效益。

      目前地膜覆盖面积发展迅速。随着塑料地膜覆盖面积的增长,它带来的污染问题也越来越严重。塑料地膜的长期大量使用,给环境造成了严重的污染,已经引起了人们的广泛关注,迫切需要研究和生产新的无污染地膜以满足农业生产的需求。据了解,欧洲可降解塑料的需求量以每年59%的速度递增;在日本,2000年可环境降解塑料已占全部消耗量的10%。据专家预测,绿色环保型产品将是未来市场的主导产品,可降解塑料有着广阔的国内外市场。

      2.1天然高分子基降解地膜

      2.1.1天然植物纤维的应用

      生产使用全降解的植物纤维基地膜之所以成为将来地膜发展行业的趋势,是因为它的材料来源丰富、降解性良好、促进作物早熟、高产丰收、省工、省时、污染轻,同时还能培肥土壤,并具有良好的透气性和干湿强度。以植物纤维为原料,经过适当处理制得降解性良好的生物降解地膜,该技术被称为当今世界七大科技攻关项目之一。麻纤维是其发展方向之一,因麻纤维有纤维强力高、耐磨性好、韧皮纤维产量高、加工容易、促进对农作物生长有利的土壤微生物的繁殖等独特的优点;另外,麻纤维原料较易获得,如苎麻、亚麻、黄麻等纤维产量高,成本低。目前,日本对此研究较多,中国的一些单位如中国农科院麻类研究所已生产出重量为每平方米分别为35~50克的样品,将来会不断地推出新产品。

      2.1.2聚乳酸的应用

      聚乳酸(PLA)是利用有机酸乳酸为原料生产的新型聚酯材料,具有胜于现有塑料聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等材料的优点,被产业界定为新世纪最有发展前途的新型环保材料,在未来将有望代替聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等材料用于塑料制品,应用前景广阔。聚乳酸有良好的生物可降解性,使用后能被自然界中微生物完全降解,最终生成二氧化碳和水,不污染环境,这对保护环境非常有利。日本钟纺公司以玉米为原料发酵生产的聚乳酸发泡材料经焚烧后不污染环境,还可肥田。聚乳酸有良好的机械性能及物理性能,适用于吹塑、热塑等各种加工方法,加工方便,应用十分广泛。可用于加工从工业到民用的各种塑料制品、包装食品、快餐饭盒、无纺布、工业及民用布。进而加工成农用织物、保健织物、抹布、卫生用品、室外防紫外线织物、帐篷布、地垫面等,市场前景十分看好。

      2.2多功能型地膜

      目前,日本农业为了减轻农作业的负担,解决农作物过量使用化肥的现象,同时从环境污染的角度出发,正在加速研制有机肥型地膜。此外,随着农业的发展,农药的污染越来越严重。将来使用防虫杀菌型地膜是必然趋势b引。目前日本使用植物精油来制造此类地膜,美国和欧洲一些国家已研制出杀菌纤维,不过尚未使用到地膜上。

      2.3木质素基地膜

      除现在研究较多的淀粉、纤维素、甲壳素等天然高分子材料外,木质素是一种取之不尽的可再生资源。国外报道,将木质素用于农用覆盖薄膜、农用地膜的生产,不仅可以延长地膜使用寿命,而且还可以改良土壤性质。如Khamde将木质素填充到聚乙烯中,得到力学性能良好的热塑性塑料。

      从降低农业成本和节省劳动力的角度考虑,上述一些功能集为一体的多功能型环保地膜将来会很受欢迎。

    打赏捐赠
    0
    !我要举报这篇文章
    声明 本文由村网通注册会员上传并发布,村网通仅提供信息发布平台。文章仅代表作者个人观点,不代表村网通立场。本文如涉及侵权请及时联系我们,我们将在24小时内予以删除!