农业农村部生态总站副研究员：崩解型降解农膜，不宜推广应用
生物降解材料研究院报道，可降解农膜最近上了中央一号文件、低碳指导意见和十四五国家重点研发计划。
2月21日，2021年中央一号文件《中共中央 国务院关于全面推进乡村振兴加快农业农村现代化的意见》发布，提出要全面实施秸秆综合利用和农膜、农药包装物回收行动，加强可降解农膜研发推广。在长江经济带、黄河流域建设一批农业面源污染综合治理示范县。
2月22日，国务院印发的《加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》，也提出推进农作物秸秆综合利用，加强农膜污染治理。
此前的2月3日，科技部下发的《关于对“十四五”国家重点研发计划“农业生物重要性状形成与环境适应性基础研究”等12个重点专项2021年度项目申报指南征求意见的通知》，全生物降解地膜专用材料及产品创制与产业化也被纳入十四五国家重点研发计划。
农用地膜技术在中国有近40年的历史，实践可知，短期的塑料地膜覆盖可以提高表层温度、保墒、促进植物幼苗和根系的生长，促使农作物增产55-142%。
农业农村部农业生态与资源保护总站在2015-2019年曾在全国13个省累计24个点，开展对比试验和适度示范应用，试验覆盖了东北风沙区、西南山区、华北平原区、西北旱塬区、西北绿洲5个主要地理区带，试验涉及6种主要覆膜作物（玉米、花生、马铃 薯、棉花、烟草、蔬菜），共计27家企业参与了试验示范。
其中，20家企业采用了全生物降解地膜，另7家采用崩解型地膜。5年的试验结果表明，全生物降解地膜在马铃薯、烟草、设施蔬菜种植上可适度替代PE地膜，但其他作物上短期内难以大面积推广使用。
农村部生态总站薛颖昊副研究员等人建议：对于全降解地膜，进一步做好性能验证和田间试验，因地制宜，充分考虑地膜降解诱导期、作物、气候、农艺性等因素对地膜性能的要求；同时，针对马铃薯、烟草、设施蔬菜等作物率先进行生物可降解地膜应用的示范推广，累计经验。
对于崩解型地膜，考虑到其主要成份仍是塑料，能否完全降解还有待进一步验证， 加之欧盟已明令禁止使用这类产品，建议继续做好研发和试验评价，在没有探明其产品稳定性和安全性之前，不宜进行推广应用。
下文为沈阳农业大学土地与环境学院、农业农村部农业生态与资源保护总站薛颖昊等人刊登在《中国塑料》的文章——《可降解农用地膜的材料研究与应用现状》。其综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、氧化催化剂地膜和光敏剂地膜的组成、性能指标、降解原理及其在农业上的研究应用等。
全生物降解地膜其组成材料主要来源于淀粉、纤维素、壳聚糖等。在自然环境中，这类材料最终将被分解成水和二氧化碳。按照制备方法不同可分为两类：合成型生物降解地膜和天然生物聚合型生物降解地膜。
合成型生物可降解聚酯中，PHA、PHB和PLA除了可以人工合成外，也可以来自微生物，并具有底物成本低、生产温度低、能耗低等优点。PHB具有良好的生物降解性，主要用于医用高分子材料，但也存在一些固有缺陷，如脆性低和成本高。PLA具有可用性、市场需求强劲和价格低廉等优点，表现出最高的应用潜力。
此外，PLA与其他材料如PE或PP共混，可减少相对分子质量添加剂的用量，提高其力学性能和可降解性。这些合成型聚酯丰富了生物可降解材料的种类，正在逐步取代传统石油基塑料。
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种，比如淀粉、蛋白质、纤维素、壳聚糖以及果胶等。这些天然高分子物质储量丰富、可再生、价格低廉，并具有优异的生物降解性能，但需要通过共混、共聚、接枝和交联等方法使其具备热塑性。
近些年来，许多生物可降解淀粉基热塑性共混物得到了广泛的发展和研究，如淀粉与聚乙烯醇（PVA）、PLA、PCL、PHB和PBS等进行改性共混。
3.全生物降解地膜的应用现状 生物降解地膜可以有效解决地膜残留的污染问题，对农作物的生长具有较好的促进作用，市场潜力巨大，但目前依然存在不少技术问题，尚属于起步阶段。生物可降解地膜已先后在马铃薯、甘薯、草莓等多种农作物生产上得到了应用。
有试验表明，生物可降解地膜与普通PE地膜一样，具有保温、保墒的作用；且在土壤性状及促进作物生长方面不亚于普通PE地膜。但由于应用于不同作物的地膜，在厚度、密度等常用指标上各不相同，（可能与作物的生长特性、使用环境及生产商等因素有关表1、表2）
纯聚酯类地膜因聚合物自身的化学性质一般具有固有缺陷，如PBS的降解速率较慢，生物相容性和生物活性不足；PHB的脆性大，PLA的稳定性差。因此，在农业生产中使用纯聚酯制备的生物降解地膜可能会因为上述缺点发生作物减产的情况。
少部分研究也报道了PBAT膜与PE膜在棉花和玉米上的应用，发现与PE膜相比，使用PBAT膜对作物产量无显著影响。胡伟等研究了PBS膜与商业Mater⁃Bi膜的降解特性，在农田填埋90 d后，PBS膜降解率仅为44.45 %，而Mater⁃Bi膜的降解率可达96.3 %；与PE膜相比，PBS膜和Mater⁃Bi膜分别造成作物减产7.08 %和减产2.16 %。
表1 部分已商业化生物可降解地膜的材料信息
产品名 | 生产厂家 | 型号 | 组分 |
Mater⁃Bi® | Novamont（意大利） | CF⁃04P | PBAT、TPS (玉米)、植物油 |
Ecovio® | Basf（德国） | 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（德国） | F1130 | PBAT、PLA (~30 %) |
BioFilm® | Limagrain/Carbios/G.Barbier（法国） | BF3012 | PBAT、面粉 |
Mirel® | Metabolix（美国） | P5001⁃4 | PBAT、PHB |
MIMgreen®(Paper) | MimCord（西班牙） | - | 纤维素 |
Polyethylene(PE) | Solplast（西班牙） | - | PE⁃LLDb） |
注：a）为热塑性淀粉；b）为线性低密度聚乙烯。
表2 不同生物降解地膜材料的常用指标和推广应用
主要成分 | 膜厚/μm | 密度/g·m⁃2 | 断裂伸长率/% | 作物 |
PHA | 8 | 12 | 350 | 马铃薯 |
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 |
淀粉类 | 10~15 | - | - | 胡椒、棉花、烤烟 |
蛋白质类 | - | - | - | 莴苣 |
纤维素类 | 15 | 85 | - | 胡椒、番茄 |
麻地膜 | - | - | - | 芦笋、番茄 |
PLA、PHB | 15~37 | 27~85 | 246 | 辣椒、番茄、莴苣 |
PLA、PBAT | 15~17 | 85 | - | 番茄、莴苣、覆盆子、葡萄 |
PBAT、淀粉 | - | - | - | 覆盆子 |
PLA、PBAT、淀粉 | 15~17 | 85 | - | 番茄、莴苣 |
与传统地膜相比，尚不清楚氧化催化剂地膜是否在减少海洋垃圾方面具有优势。因为氧化催化剂地膜的降解通常没有明确的时间框架。
Napper和Thompson发现氧降解和传统塑料地膜在任何自然环境中都不能快速降解，在某些情况下只是分解成小块（如露天环境下），在土壤和海洋环境中降解则至少需要3年以上。
2.光敏剂地膜
在通用的地膜塑料中添加光敏剂可制得光敏剂地膜。光敏剂是一类可以促进或引发聚合物发生光降解反应的物质。光敏剂本身由有机部分和过渡金属组成，在光降解地膜中的含量较少。
3.崩解型地膜的应用现状
崩解型地膜同样具有提高地温、保墒、增产、提高效益等作用，但是其尚存在一些不足。原因一是其主体原料为PE，崩解受光强度、地理、季节、作物品种等因素的制约较大，崩解速率很难准确控制，过早或过晚的崩解均不利于农业生产。原因二是从标准上看，欧盟采用高温堆肥试验测定二氧化碳排放量，经检测，部分崩解地膜产品无法达到降解地膜标准。在日本和欧洲，较早进行过此类降解材料的研究，但由于环境风险性高，已经禁止生产和使用上述崩解型地膜，而我国覆膜量大面广，更应该谨慎。
原因三是其降解性能饱受争议，有专家指出，这种地膜分解过程实际是PE材料的裂解，改变了地膜的物理性状，裂解成了更小的PE颗粒，并未改变化学性质，甚至会形成塑料碎片和导致二次污染。
2020年年初，国家发展改革委、生态环境部正式印发“禁塑令”——《进一步加强塑料污染治理的意见》，要求以降解安全可控性、规模化应用经济性等为重点，开展可降解地膜等技术验证和产品遴选。自然环境的异质性给生态农业的发展提出了很高的要求，对可降解地膜的发展增加了难度。
因而，需要进一步推进技术创新，研发更多的农业膜材料聚合物、更高效的添加剂以及混合生物降解聚合物技术，同时，应加强可降解地膜产品和技术跟踪，重点开展可控性、经济性、安全性验证及环境影响评价，制定完善可降解农用地膜的评价标准体系。
目前，崩解型地膜存在的问题主要有埋藏部分的不溶性、降解后残膜的非持续性分解以及土壤污染问题，不符合生态宜居和治理有效的要求。同时，该材料应用范围有限，产品的降解过程不易控制。
生物可降解膜一方面可以通过生态过程完全降解，另一方面其填充材料主要是淀粉和纤维素，具有可再生性。与传统PE膜相比，生物降解膜基本消除了残留膜的危害。
但由于其加工难度大、力学性能差、耐水性差，在农业气候、自然条件、作物多样性等因素的影响下，生物降解膜的可控性差，给推广和应用带来了很大挑战。据预测，绿色环保型产品将是未来市场的主导产品。因此，生物降解地膜替代普通PE地膜是地膜覆盖技术应用的必由之路，生物降解地膜的发展前景良好。
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