甘肃地区6种常见可降解地膜降解能力的研究.pdf

132 中国农业信息 / 2016.10CHINA AGRICULTURAL INATION科技·生产 试验报告甘肃地区 6 种常见可降解地膜降解能力的研究*李崇霄1，唐继荣1，贺 媛2，周 涛1，潘在宝2，栗志强2（1. 甘肃省农业生态环境保护管理站，兰州 730000；2. 西北民族大学化工学院，甘肃兰州 730000）摘 要文章研究了甘肃地区市面上常见的 6 种可降解地膜的降解能力。通过黏度法测定填埋前后地膜的特性黏数变化，通过红外光谱测定地膜填埋前后的结构变化，通过万能实验仪测定地膜填埋前后的力学性能变化。结果表明，6 种地膜在填埋 3 个月后均有不同程度的降解，但是不同的地膜品种在不同的填埋地点降解能力有较大的区别。关键词甘肃地区 可降解地膜 降解能力* 资助项目农业部可降解地膜对比试验项目地膜覆盖具有增温、保墒、保水等作用[1，2]，在干旱的甘肃地区被广泛应用[3]，甘肃地区一年的地膜使用量已经达到了十几万吨。但普通的塑料地膜一般为聚乙烯，分子量大、性能稳定、难降解、难回收，这些地膜的残留造成耕层土壤透气性降低，破坏土壤结构，降低耕地质量；阻碍作物根系发育和对水分、养分的吸收，造成减产。另外，还可能造成土地盐碱化[4]。因此，解决田地残余地膜的问题已刻不容缓。目前的解决方法主要有 2 个，一个是采用专门的地膜回收机械对残余地膜进行回收。但是，使用机械进行回收一方面要花费大量的人力、财力；另一方面回收的地膜也要进行 2 次回收处理，仍具有很大的环境问题。另一个解决此问题的方法是使用可降解地膜来代替传统地膜[5]。目前，生产可降解地膜的厂家很多，不同厂家生产的地膜降解能力也有所不同，这就使得地膜的选择上出现了困难。因此，文章选择了甘肃市面上主要的 6 种可降解地膜，研究了经过 3 个月的填埋试验以后降解的情况，从而分析了地膜降解能力的影响因素，为地膜的选择和应用提供科学的指导作用。1 材料与方法1.1 试验区概况试验于 2016 年 4～7 月在甘肃省榆中县石头沟和临夏农科院实验田进行。榆中县石头沟位于甘肃省中部，年均降雨量 350 mm，蒸发量 1 450 mm，年 平均气温 6.7℃，无霜期 120 d 左右，属西部干旱山区，试验区临夏农科院位于 E103°211′、N35°601′之间，年均降雨量 537 mm，蒸发量 1 198～1 745 mm；年均日照时数 2 572.3 h；无霜期 137 d。 属温带半干旱气候。试验田为旱地，地势平坦。1.2 试验材料与设计试验选用甘肃地区市面上常见的 6 种可降解地膜，分别编号为 1～6。试验材料在试验区装入防虫袋后进行填埋，3次重复，随机区组排列，共12个小区。小区面积20 m2（4 m5 m）。1.3 测定项目与方法地膜降解能力测试填埋 3 个月后取出清洗观察。0级未出现裂纹；1 级开始出现裂纹；2 级田间 25地膜出现细小裂纹；3 级地膜出现 2～2.5 cm 裂纹；4 级地膜出现均匀网状裂纹，无大块地膜存在；5 级地膜裂解为 44 cm2以下碎片。分子量测定降解过程是大分子断裂成小分子的过程，其中最直观的表征是材料的分子量变化。但由于待测材料的不确定，使用黏度法测定材料分子量时，[η]KMα中的 K 与 α 值无法确定，无法具体确定材料的分子量，但该试验最终目的不是确定材料的分子量而是测定材料的分子量在降解过程中的变化情况，而对于一个确定的高分子溶液体系来说，K 与 α 是确定不变的，此时，粘均分子量应该与特性黏数成一定的正比关系，因此可以通过测定材料的特性黏数的变化值来分析分子量的变化值，再结合降解前后力学性能的变化从而确定材料的降解情况。采用对二甲苯作为溶剂在 135℃下测定材料特性黏数。力学性能测试采用万能实验仪测定材料在填埋前后拉伸性能的变化。结构测试采用 Nicolet10 红外光谱测定材料结构，样品为固体膜样品。2 结果与分析2.1 地膜的降解能力研究测定同等条件下不同地膜在分别 2 个填埋点填埋前后的分子量变化和力学能力变化，从而判断材料的降解能力，结果见表 1。从表 1 可以看出，6 种地膜的特性黏数和力学能力在填埋以后均有所下降。其中，力学性能不论材料降解程度的高低均有极大地下降，这可能是由于在填埋过程中材料结晶性遭到了破坏而引起的。而特性黏数的下降基本可以与降解程度相对应，说明可以用研究特性黏数的变化来判断不同地膜的降解能力。从结果来看，不同的地膜的降解能力有较大差别。其中，3 样品的降解能力最好，4 的中国农业信息 / 2016.10 133中国农业信息 科技·生产试验报告降解能力最差。同种地膜在不同环境下降解能力也有所不同，在榆中的降解能力要远远小于在临夏的降解能力，这应该是与当地的年降水量以及土壤条件有关系，降水量大有利于地膜在土壤中的降解。2.2 地膜结构对降解能力的影响试验结果表明，不同地膜的降解能力有所不同。为了确定结构对降解能力的影响，该文选择了降解能力最好的3 样品和降解能力最差的 4 样品，研究了不同地膜在降解前后的红外谱图，结果见图 1 和图 2。图 1 和图 2 是 3 样品和 4 样品在临夏填埋区填埋前后的红外谱图。从上图中可以看出，3 样品的主要成分是聚酯，在填埋后酯基有所减少，说明降解的主要机理就是酯的水解。4 样品的主要成分是聚乙烯，聚乙烯的性质要比聚酯稳定。因此，4 样品的降解能力要远远小于3 样品，从谱图也可以看出，4 样品在填埋前后结构变化很小。3 结论（1）使用黏度法测定材料在降解前后的特性黏数的方法可以较好地表征材料的降解能力。（2）不同的材料具有不同的降解能力。该次试验中所选用的 6 种地膜中 3 样品的降解能力最好，4 样品降解能力最差，材料的降解能力主要与材料本身的结构有关系。（3）材料的降解能力还与所使用的环境有关，土壤条件、降水量等都会影响着地膜的降解能力。因此，在选用地膜的时候必须考虑到地膜使用环境，才能更好地发挥地膜的降解性能。参考文献[1] 张德奇，廖允成，贾志宽．旱区地膜覆盖技术的研究进展及发展前景．干旱地区农业研究，2005，23（1）208～213[2] 许香春，王朝云．国内外地膜覆盖栽培现状及展望．中国麻业，2006，28（1）6～11[3] 晋小军，李国琴，潘荣辉．甘肃高寒阴湿地区地膜覆盖对马铃薯产量的影响．中国马铃薯，2004，（4）33～35[4] 严昌荣，梅旭荣，何文清，等．农用地膜残留污染的现状与防 治．农业工程学报，2006，22（11）269～272[5] 刘敏，黄占斌，杨玉姣．可生物降解地膜的研究进展与发展趋 势．中国农学通报，2008，24（9）439～443表 1 地膜降解性能的研究地膜编号 填埋地点 填埋前特性黏数 填埋后特性黏数 填埋前断裂强度（KN） 填埋后断裂强度（KN） 降解能力1临夏72.889 153.184 70.156 570.011 86 3级榆中 69.682 8 0.020 52 0级2临夏48.882 038.133 00.141 480.021 84 2级榆中 46.213 4 0.024 85 0级3临夏85.047 535.241 40.151 14- 4级榆中 69.715 4 0.016 38 1级4临夏145.547 6128.724 30.156 540.022 28 2级榆中 133.652 7 0.020 52 0级5临夏146.203 0118.816 10.153 960.022 59 3级榆中 133.652 7 0.021 84 1级6临夏157.948 4115.075 30.144 890.021 34 2级榆中 127.354 2 0.020 90 0级图 2 4 样品降解前后红外谱图填埋后样品填埋前样品填埋后样品填埋前样品图 1 3 样品降解前后红外谱图