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降解科普:种植为什么要加地膜,最优秀的地膜原料是什么?

小塑 生物降解材料研究院 2022-04-23

生物降解材料研究院原创报道,根据5118大数据网显示,在生物地膜560个词量中,词频最高的词为降解,达396个;其次为可降解地膜、氧化、液态地膜等。降解在生物地膜样本词中所占百分比53.6%。

根据农业绿色发展要求,全国各地要继续加大对废旧农膜的回收处置工作,生物降解膜可从源头上治理农膜污染,是今后的主导发展方向。

为什么要在地上覆盖塑料膜?

稳产高产、提高米质


通常情况下,水田种植水稻是无法覆膜种植的,以往不使用地膜的水田会滋生大量杂草,只有通过打药来解决。采用覆膜后可以大大减少除草剂使用量,提高稻米品质,但如果使用常规普通地膜,由于是浮在水面上,水稻收获后地膜更加难以回收

我国是世界上塑料地膜产量和覆盖量最大的国家,地膜的广泛应用使农业产量大增,但地膜使用后不易回收利用又难以降解,因此环保专家预言,废弃的地膜在土壤中累积,最终将成为祸害。

于是,可降解地膜便成了这一种植模式的刚性需求

时下最为流行的水稻专用可降解地膜覆膜栽培技术该项技术具有节水、保肥、省工、省力、稳产高产、提高米质的特点,在水稻种植过程中可以实现“节水50%、节肥30%、节约人工成本80%、降低生产投入30%、提高产量5%、提高米质、除草剂用量为0”。
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如浙江勿忘农集团的科研基地露地区块菜稻轮作模式已普及应用降解地膜,菜茬前期覆盖降解膜具有增温保墒防草等生物学覆盖效益,采收期结束后,将蔬菜残体及降解地膜一道直接翻耕,节省清理人工成本,后茬种植水稻后,第二年地膜完全降解,对水稻茬翻耕后再种植蔬菜无明显不利影响,对土壤环境友好,经济、生态效益良好
从下面两图对比可以看出,地膜能减少杂草的生长,并随稻谷的生长结束,逐渐降解。

 上图是使用地膜的水稻生长情况

上图是不使用地膜的水稻生长情况


生物地膜是什么?

主要来源于淀粉、壳聚糖、天然材料


按照生物降解的破坏形式和机理,将生物降解分为完全生物降解添加型的可生物降解地膜,这两种类型完全生物降解地膜是能够被微生物完全分解构成的塑料薄膜,主要来源于淀粉,壳聚糖以及天然材料,最终降解产物为二氧化碳和水,能够被自然界所消纳,同时不会对外界环境产生污染。主要品种包括聚乳酸(PLA),聚己内酯(PCL)等。除此之外,聚乙烯醇(PVA)也可以被微生物或者水完全降解
而添加型的生物可降解地膜是本身不具备生物降解特性的通用塑料,能够添加生物降解的天然和聚合物,经过混合配制而成的一种塑料薄膜。目前添加型可生物降解地膜主要应用淀粉、通用塑料、自氧化剂等多种材料构成,其品种是聚乙烯淀粉可生物降解地膜。

生物降解地膜原材料

PLA、PBAT、PPC、PHA


降解地膜主要降解材料包括聚乳酸(PLA)、聚对苯二甲酸己二酸丁二醇酯(PBAT)、聚碳酸亚丙酯(PPC)、聚羟基脂肪酸酯(PHA)等。
PLA通过淀粉制备而来,是一种完全生物基全降解高分子材料,降解至最后生成的乳酸可以完全被微生物分解,是目前最优秀的一类降解地膜推荐使用材料,PLA总消耗量约3万吨。
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PBAT是巴斯夫公司研发的一类可以通过水解及微生物分解实现全降解的石油基降解高分子材料,它主要通过3种组分缩聚制备,实际消耗量超过万吨。国内PBAT技术研究主要有中国科学院理化技术研究所、中国科学院化学研究所、清华大学、新疆蓝山屯河聚酯有限公司等。其中,中国科学院已建设7.5万吨/年的生产装置并投入生产,金发科技股份有限公司也具有6万吨/年PBAT树脂产能。
PPC是一种通过环氧丙烷与二氧化碳聚合的方式制备出的石油基降解高分子材料,由于该高分子的重复单元短并且键能不稳定,因此较容易发生水解以及紫外线光降解,使用寿命短,适应性较差。
PHA是一类可以通过石油基聚合而成,也可以通过微生物体内合成的降解高分子材料。由于成本高,PHA未能实现规模化生产,主要应用在生物医疗等方面。

注:PHA生物降解材料

图源: Bluepha实验室

创始成员自清华大学和北京大学
中国科学院理化技术研究所针对国外开发的全生物降解脂肪族聚酯合成技术中存在扩链剂、生物安全性低的问题,开发出低成本、高力学性能、高生物安全性的全生物降解聚酯PBAT,可替代通用难降解的塑料制品,缓解废弃塑料环境污染,形成了具有自主知识产权的PBAT生产工艺包、成套生产及应用专利技术。
中国科学院化学研究所通过技术整合、工艺设计以及结构调整,也已掌握了稳定的PBAT合成工艺,并通过了中国塑料加工工业协会、全国农业技术推广服务中心组织的完全生物降解地膜农田试验。
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