2019-地膜的种类与研究进展_魏邦权.pdf

作者简介 魏邦权 2000 男 2018级生物质科学与工程创新班 通信联系人 单志华 地膜的种类与研究进展 魏邦权 单志华 四川大学轻工科学与工程学院 四川 成都 610065 摘 要 普通地膜在自然环境条件难降解 对环境会造成巨大污染 而生物质原料广泛 以生物质为原料制成的地膜具有易降解的优 点 能够解决普通地膜难降解和对环境污染的问题 生物质降解后产生的物质能供植物所利用 在未来生物质地膜必定是我们所需要 的环保型新地膜 关键词 生物质 地膜 土壤 可降解性 中图分类号 S 15 文献标识码 A 文章编号 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 生态与环境 1 地膜发展简史 1 1土壤结构与植物成长的关系 土壤是植物成长的基础 土壤结构与植物 成长密切相关 它可以影响土壤的肥力和耕 作性 进而影响植物的成长 土壤的结构大致 分为块状 核状 柱状 团粒 片状等 块状土 壤会加速土壤水分丢失 还会压苗 使幼苗不 能顺利出土 柱状土壤的结构体之间常出现 大裂缝 易造成漏水漏肥 而团粒结构的土壤 可以调节土壤的水分和空气 可以协调土壤 养分的消耗与积累 可以稳定土温 可以调节 土壤的耕性 有利于作物根系伸展 因而团粒 土壤是我们需要的理想型土壤 1 2土壤结构的改良方法 不同的土壤结构有不同的改良方法 有 机肥是改善土壤结构的重要肥料 1 对于块 状土壤而言 可以在墒情合适时耙耱 冬季 冻土后 辗压 以提高土壤有机质含量 也可 掺河沙或炉渣灰来改良 对于片状土壤而 言 可以通过松土施用有机肥来改良 对于 柱状土壤可以通过深翻施肥和深翻种植绿 肥来改良 1 3地膜的定义及应用的意义 地膜即是地面覆盖薄膜 目前最常见 的地膜是塑料地膜 其次还有液态地膜和 生物质地膜 地膜的应用意义重大 地膜 可以有效地利用太阳辐射热量和减少土 壤水分蒸发的热能消耗 可以减少肥料挥 发 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 维持土壤结构 防止害虫侵袭作物和某些 微生物引起的病害等 地膜还能改进近地 面光热条件 使产品卫生清洁 促进植物 生长 并且对于刚出土的幼根 具有护根 促长的作用 2 地膜的种类及其特征 2 1塑料地膜 2 1 1 常见的塑料地膜 常见的塑料地膜有普通塑料地膜 线型低密度地膜 低压高密度超薄地膜 可控光解膜等 普通塑料地膜由高聚乙 烯吹制而成 线型低密度地膜是采用线 性低密度聚乙烯和高聚乙烯共混改性的 方法制成 低压高密度超薄地膜是用低 压法产的高密度聚乙烯挤吹制而成 可 控光解膜是在普通塑料地膜制作过程中 加入促光解物质而制得 如光敏剂或光 敏基团 53 2 1 2 常见的塑料地膜的优缺点 普通塑料地膜可以分为无色透明塑料 地膜和有色塑料地膜 无色透明地膜对光的 透过率较高 反射较少 增温效果明显 价格 较低 经济效益高 黑色地膜有利于稳定土 壤温度 抑制杂草生长 银色反光地膜反光 作用强 有利于降低地温 银灰双色地膜能 驱避蚜虫和抑制病毒发生 但是有色地膜的 工艺复杂 价格昂贵 线型低密度地膜除具有高压聚乙烯薄 膜的优点外 在拉伸强度扮断裂伸长率 抗 撕裂 抗穿刺性能等均好于普通塑料地膜 低压高密度超薄地膜具有强度高 耐热 性能好和保温性能好的优点 但它横向拉力 不均匀 易被拉断 并且由于地膜不易贴紧 地面 易被风吹走 上述塑料地膜虽然给农业带来了巨大 的经济效益 但同时也造成了 白色污染 的问题 因为上述地膜在自然条件下不能 够自行分解和消失 大量的残留地膜会妨 碍农业耕作 会使土壤板结 造成土壤中的 水 气 肥的流动受阻 影响植物生长 而可 控光解膜在制作过程中加入了光敏剂 在 太阳光的紫外线的引发下金属有机化合物 能发生光化学反应 促进地膜聚合物的分 解 从而可以减少残留地膜的污染 减轻对 环境的破坏 3 2 2 液态地膜 2 2 1 常见的液态地膜 常见的液态地膜已经发展到第五代 第 一代液态地膜是以石油渣油或沥青为原料 第二代液态地膜以生物质为原料 第三代是 以造纸黑液 酿酒废液或淀粉废液等高浓度 无毒有机废液为原料 第四代为腐殖酸可降 解褐色地膜粉体化技术 使用时将地膜用热 水融化搅拌 再加入冷水即变为液态地膜 现在的第五代发展到了直接用冷水搅拌 不 需热水 2 2 2 常见的液态地膜的优缺点 液态地膜能够促进幼苗的生长 能够保 护土壤的温度 且解决了塑料地膜对环境的 污染问题 但是液态地膜仍存在不少缺点 第一代液态地膜以石油沥青为原料 这些原 料难降解 容易造成二次污染 第二代与第 三代液态地膜均为液体 运输较为困难 第 四代液态地膜为现场喷洒造膜 省时省工 但成本太高 第五代液态地膜仍然存在成本 高的问题 4 2 3 营养地膜 我国高原地区紫外线辐射强度强 有利于 光降解膜的降解 有利于减轻对环境的污染 例 如我国云南高原地区为代表 全年日照时数为 1400 2200h 平均日照年总数约550kJ cm 2 年 辐射总量为5442 8 6280 2kJ m 2 居全国较高 水平 强紫外光的照射有利于光降解膜的降 解 可以减少地膜残留对土壤的污染 此外 该地区褐煤资源丰富 褐煤中富含腐殖酸 腐殖酸可以作为土壤的改良剂 调节农作物 生长 早熟增产 增强农作物的抗逆性能 抗旱 防寒 抗倒状等 并且能改善农作物 品质的肥料 以玉米淀粉为主要原料 添加 光敏剂 增塑剂 成膜剂 交联剂和营养物质 褐煤 可以制得高原可降解营养地膜 经试 验测得高原可降解营养地膜的拉伸强度和 断裂伸长率均大于普通可降解地膜 它还具 有较好的保温和保湿作用 对植物的生长有 很好的促进作用 高原可降解营养地膜在吸 收紫外光后 膜中的聚合物发生光引发作 用 长链断裂成低分子量碎片 进一步在空 气中发生氧化作用 逐步降解为可被生物分 解的低分子化合物 最终降解为二氧化碳和 水 不会对环境造成污染 而且产生的二氧 化碳和水还可作为植物光合作用的原料重 新被利用 因此高原可降解营养地膜具有很 好的自然同化作用 此外 地膜中的营养物 质褐煤含有磷 钾和其他元素 地膜降解后 这些元素可以重新回到土壤 有助于植物生 长和提高土壤的肥力 5 高原可降解营养地 膜属于绿色环保型材料 在未来具有很好的 应用价值 3 生物质液态地膜 3 1 生物质地膜种类 根据原材料的类型 常见的生物质地膜 可以分为动物源基的 如蛋白质 氨基酸液 态地膜 植物源基的 如壳聚糖基液态地膜 海藻酸钠基液态地膜 腐殖酸液态地膜 淀 粉基液态地膜等 3 2 常见的生物质地膜的优缺点 生物质地膜具有原料来源广 价格低的 优点 除了具有普通地膜保温 保墒作用外 还具备固沙 增肥 自身易降解的优点 但是 生物质地膜仍存在一些不足 如蛋白质基液 态地膜的抗水性和延展性不足 壳聚糖基液 态地膜有杀菌作用 能够杀死土壤中的有害 病菌 但是它同时也能抑制有益细菌的生长 使用不当会导致植物生长迟缓 腐殖酸是动 植物残体经过长期腐烂而产生的有机物质 并广泛存在于自然界中 且含量丰富 6 腐殖 酸基液态地膜因外观呈黑色对太阳光吸收能 力好 能对土壤起到增温作用 但在阳光充裕 地区会使土壤温度过高 不利于中子萌发 海 藻酸钠基液态地膜易与土壤中的钙离子交联 而提高力学性能 7 如果土壤中钙离子分布不 均匀会导致地膜局部僵硬 种子发芽后不易 顶出地膜进而影响出苗率 8 3 3 蛋白质基地膜 角蛋白广泛存在于自然界 我国每年年 产几十万吨 它以各种动物的毛发 羽毛 蹄 等主要形式存在 大量存在的角蛋白难以处 理 世界上每年废弃着大量的角蛋白 造成 ECOLOGYAND ENVIRONMENT 生态与环境 54 Vol 41 No 17 Westleather 了局部环境的严重污染 废弃角蛋白的浪费 问题和环境污染问题亟待解决 以用过氧乙 酸氧化改性后的角蛋白为主要原料 通过直 接氧化法可以得到所需的氧化角蛋白粉 将 角蛋白粉在尿素的浇铸下可以制得热压角 蛋白膜 经试验测得热压角蛋白膜的力学性 能好 它的拉伸强度和断裂伸长率较高 它 的吸水性和透气性也比较好 在改性后的角 蛋白变得容易降解 降解后角蛋白可作为土 壤微生物的C源和N源 提高土壤内生物的 活性 使微生物的碳 氮量和土壤中的矿质 氮总量增加 使微生物的呼吸作用加强 同 时还能调节土壤的pH 提高土壤中的阳离子 交换容量 9 在未来 如果热压角蛋白膜能 够大量的生产和应用 那么废弃角蛋白的浪 费问题和环境污染问题将得到解决 由此看 来热压角蛋白膜的应用前景很大 4 地膜发展趋势 4 1地膜发展的意义 我国地域辽阔 各地区的土壤结构和气 候环境差异较大 因此需要发展新型地膜来 满足各地的需求 如山西省的陵川县位于山 西省晋东南地区的太行山巅 全县境内平均 海拔1303m 最高1793m 最低629m 相对 高差1164m 年平均温度7 9 无霜期130 d 10 积温2755 年平均降水量478 3 mm 是一个标准的石质丘陵地区 耕作制度 为制度为一年一作 作物以玉米为主 气温 低 土壤瘠薄 无霜期短 十年九春旱是陵川 县农业发展的主要限制因素 玉米是陵川县 的支柱产业 决定着该县的经济发展 玉米 秸秆地膜覆盖在改善田间气候环境和促进 玉米生产方面作用明显 它能蓄水保墒 培 肥改土 抑制田间杂草生长 还能防止水土 流失 秸秆地膜覆盖的生态效益与经济效益 显著 10 4 2地膜的降解 常见的普通塑料地膜化学性质稳定 在 自然环境条件下降解困难 残留的地膜形成 了严重的 白色污染 这种地膜不仅难以降 解而且还会对土壤造成污染 在普通地膜制 作过程中加入光敏剂可以制成光降解地膜 在阳光的照射下地膜发生光化学反应使大 分子高聚物断裂而降解 但由于光降解地膜 降解速率快 难控制 只有在光照下这种地 膜才能降解 而埋在土里的地膜会因见不到 阳光而无法降解 仍存在土壤污染问题 11 以 植物纤维如稻草 秸秆 麻等为原料生产的 植物纤维基地膜具有良好的生物降解性 把 这些地膜埋在土壤 一段时间后地膜被微生 物分解为碎片 转化为土壤的有机质 可以 增加土壤的肥力 12 而以生物质基如蛋白质 基 淀粉基等为原料制成的生物质地膜不仅 容易降解 而且地膜中的生物质原料在降解 后能被植物所利用 促进植物的生长 因此 生物质地膜是在未来非常有前景的高性能 地膜 4 3生物质在地膜发展中的作用 生物质在地膜发展中起到了重要作用 普通地膜在自然环境条件难降解 对环境会 造成巨大污染 而生物质原料广泛 以生物 质为原料制成的地膜具有易降解的优点 能 够解决普通地膜难降解和对环境污染的问 题 生物质降解后的产生的物质能供植物所 利用 在未来生物质地膜必定是我们所需要 的环保型新地膜 5 结语 生物质原料来源广阔 价格低廉 以生 物质为主要原料制成的地膜除了具有普通 地膜对植物生长的促进作用以外 它还具有 自生易降解的优点 并且在降解后能降解为 植物所需要的物质 如以淀粉为主要原料制 成的生物质地膜在降解后产生的二氧化碳 和水能作为植物光合作用的原料 但目前生 物质地膜仍有不少问题有待解决 如地膜中 仍需要难降解物进入 抗裂性差和生产使用 成本高 所以生物质地膜仍需发展 最有待 解决的问题就是降低生物质地膜成本 使地 膜能够让人民大众所使用 参考文献 1 郑金波 土壤改良的途径和方法 J 农村百事通 2017 9 46 47 2 吴一才 农作物地膜覆盖栽培的经济意义 J 农业 技术经济 1983 1 29 32 3 侯有信 介绍几种农用地膜 J 新农业 1985 1 24 25 4 党旭岗 胡才辉 陈慧 液态地膜与制革废弃物资 源化 J 皮革科学与工程 2015 25 6 23 27 33 5 董国丽 高原可降解营养地膜的研究 D 昆明理 工大学 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 陈利维 李恒 戴睿 等 生物质基 液态地膜 研究 进展 J 皮革科学与工程 2019 29 3 31 35 9 陈华艳 利用角蛋白制备功能材料的研究 D 天 津大学 2007 10 阎晓光 李洪 董红芬 等 山西省陵川县玉米秸 秆覆盖和地膜覆盖的发展历程与生产现状 J 北 方农业学报 2017 45 2 131 134 11 吕江南 王朝云 易永健 农用薄膜应用现状及可 降解农膜研究进展 J 中国麻业科学 2007 29 3 150 157 12 李丹 生物质液态地膜的研制及其应用效果 D 杭州 浙江大学 2011 55