紙基農(nóng)用地膜的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

劉昊 馬曉博 郝盼盼 張綿綿

摘 要 本文介紹了可降解農(nóng)用紙地膜的研究及其應(yīng)用概況，同時(shí)提出了其目前所存在的一些問題，并展望了紙地膜的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞 農(nóng)用紙地膜；研究現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢(shì)

近年來(lái)，地膜覆蓋栽培技術(shù)發(fā)展迅速，提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率。目前廣泛使用的農(nóng)用地膜，為合成聚合物如聚乙烯和聚氯乙烯地膜，地膜碎片可以在土壤中殘存200～400年，不能自行分解和消失，造成嚴(yán)重的白色污染，破壞了農(nóng)田生態(tài)環(huán)境。地膜覆蓋技術(shù)在給農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也給產(chǎn)生了嚴(yán)重的污染。因此，紙基農(nóng)用地膜的研究引起了國(guó)內(nèi)外的極大關(guān)注。

1 紙基農(nóng)用地膜的研究背景

對(duì)可降解地膜的研究主要包括以下四個(gè)方向

1.1 光降解地膜

是指在紫外線作用下，聚合鏈能有序進(jìn)行分解[10]，其研究重點(diǎn)是使用光穩(wěn)定劑等方法控制其降解速度。它是在高分子聚合物中引入光敏基團(tuán)或加入光敏性物質(zhì)，使其吸收太陽(yáng)紫外光后引起光化學(xué)反應(yīng)而使高分子鏈斷裂變?yōu)榈头肿恿炕衔锏囊活惖啬11]。

1.2 生物降解性地膜

是在自然條件下，可被土壤微生物分解的一類地膜。它可以分為微生物合成高分子型、化學(xué)合成高分子型和天然高分子型三種，它們都具有較好的透光、保溫和強(qiáng)度等性能。

1.3 光—生物雙降解地膜

是將光降解和生物降解兩種機(jī)制相結(jié)合的一種新型地膜。

1.4 植物纖維地膜

是以植物纖維為基本原料，在紙漿內(nèi)添加PAE、透明劑等助劑抄制原紙，然后對(duì)其進(jìn)行加工處理，使紙張具有地膜所要求的機(jī)械強(qiáng)度、透光、透水、保溫、增溫、保墑性或其他功能的地膜。

前三種降解型地膜經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，已經(jīng)取得了一定的成就，然而還存在一定的不足：光降解地膜僅解決耕作表層中的殘膜積累造成的污染問題，而埋在土壤中的殘膜是無(wú)法降解的；同時(shí)光降解地膜的分解物對(duì)大氣、水質(zhì)、土壤是否會(huì)產(chǎn)生二次污染的問題，有待進(jìn)一步跟蹤確認(rèn)。生物降解地膜中僅其中的淀粉可被微生物降解，而塑料部分只是喪失其形狀及降低其性能，并不能徹底解決對(duì)環(huán)境的污染。光-生物降解地膜的問題是光與生物兩者間的有機(jī)結(jié)合還不夠理想。

以植物纖維為原料的紙基地膜，土壤中的微生物就可以將其分解，而且分解產(chǎn)物可作為有機(jī)肥料，增加土壤的肥力。下面本文將對(duì)紙地膜進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2 降解型紙地膜的研究概況

紙地膜的巨大優(yōu)越性就在于它的生物可降解性，而且降解產(chǎn)物還可以增加土壤的有機(jī)肥質(zhì)，符合“生態(tài)農(nóng)業(yè)”的要求。但是，如何降低紙基地膜成本、提高紙地膜的透明度和干、濕強(qiáng)度等核心技術(shù)仍然處于實(shí)驗(yàn)室階段，紙地膜還沒有推廣使用。

早在1990年日本就研制了可生物降解的農(nóng)用紙膜 [12] ，這種紙膜是將1%-10%（對(duì)紙漿重）的脫乙酰幾丁質(zhì)涂布于定量為50g/㎡的針葉木機(jī)械漿原紙上而得，該膜能透氣透水且濕強(qiáng)度較高，適用于屏護(hù)苗圃種苗。但是這種地膜的降解速度太快，在土壤中最多只可以保留2個(gè)月就碎解完全，不適合農(nóng)作物的生長(zhǎng)需要。

在我國(guó)湖北省枝城市第一造紙廠試制成多功能農(nóng)用紙地膜并已經(jīng)批量投產(chǎn)。據(jù)報(bào)道，這種地膜能在3個(gè)月左右自行分解變成肥料，具有放蟲病、除雜草、增養(yǎng)分和改善土壤結(jié)構(gòu)等功能，同時(shí)可以提高糧、蔬菜等的生長(zhǎng)期。但是用該紙膜進(jìn)行植棉[13]實(shí)驗(yàn)并與塑料地膜覆蓋實(shí)驗(yàn)比較時(shí)，發(fā)現(xiàn)用此地膜覆蓋的棉花產(chǎn)量減低，該膜保溫保濕的能力比塑模差而且成本高。因此，該紙膜的應(yīng)用還要進(jìn)一步的研究。

1995年天津市園藝工程研究所[14]研制出多效農(nóng)藝營(yíng)養(yǎng)紙膜以求代替塑膜，試驗(yàn)證明，這種紙膜不但可自行分解，而且能釋放多種營(yíng)養(yǎng)成分，促進(jìn)植物的生長(zhǎng)發(fā)育，并在一定程度上起到防治植物病害的作用，但是其保溫作用不及塑膜，配方還需要改進(jìn)；此外，其降解時(shí)間和降解速度還有待于進(jìn)一步研究。

1997年，天津科技大學(xué)在實(shí)驗(yàn)室范圍內(nèi)采用常規(guī)造紙方法制造了以植物纖維為主要原料的農(nóng)用紙基地膜，并進(jìn)行了小型種植[15]試驗(yàn)和紙質(zhì)材料在土壤中降解測(cè)試[16]。試驗(yàn)結(jié)果也表明，該紙基地膜，各有關(guān)性能與塑料地膜基本相當(dāng)，對(duì)地溫、作物的根系發(fā)育及光合作用等均有較明顯的改善，作物產(chǎn)量有一定的提高，同時(shí)，具有良好的生物降解性能。

對(duì)于如何提高紙地膜的透光性能，天津科技大學(xué)有人[17]在實(shí)驗(yàn)室范圍內(nèi)以乳液聚合法合成了一種新型的紙用透明劑，該透明劑的折光率與纖維較接近，從而可以和纖維素纖維形成光學(xué)性質(zhì)更加均一的紙層，提高紙頁(yè)的透明度。用此透明劑處理的原紙最高可達(dá)80%的透明度，提高基紙透明度約45%，稍有不足的是經(jīng)透明劑處理后的原紙物理強(qiáng)度均有所降低，是否滿足紙基地膜的強(qiáng)度要求，還有待進(jìn)一步的驗(yàn)證?？紤]到其成本因素，可以在抄造過(guò)程中添加適當(dāng)比例的草漿或葦漿等來(lái)降低成本，加入適宜的助劑來(lái)提高其物理強(qiáng)度來(lái)滿足紙基地膜的基本要求。

總之，紙地膜的生產(chǎn)成本極其強(qiáng)度性能仍然是限制其推廣的主要因素。

3 紙基農(nóng)用地膜今后發(fā)展趨勢(shì)

紙基地膜的纖維素材料具有一定的吸濕性能，不但具有調(diào)節(jié)土壤濕度的作用，而且對(duì)空氣濕度也有一定的調(diào)節(jié)作用，可以有效抑制大棚中因過(guò)度潮濕而帶來(lái)的菌核病和灰霉病等病害的發(fā)生和傳播。因此，與普通塑料地膜相比，紙地膜能夠更好地協(xié)調(diào)保水性與透氣性之間的矛盾，具有較好的保溫效果，具有抑制雜草、減少“白色污染”和提高土壤質(zhì)量的作用，有利于降低空氣環(huán)境的相對(duì)濕度，降低病蟲害的發(fā)生概率，從而提高作物的光合作用，有利于作物的持續(xù)增產(chǎn)。

今后發(fā)展的趨勢(shì)集中在以下三個(gè)方面：

（1）應(yīng)著力探尋控制纖維素降解過(guò)程的方法，以便可以根據(jù)不同生產(chǎn)與生活需求，制造出降解方式和降解期限可調(diào)控的纖維素基降解地膜。

（2）開發(fā)廢棄的農(nóng)作物秸稈資源直接作為制造可降解地膜原料的新方法與新技術(shù)，解決紙基地膜生產(chǎn)成本問題，使可降解地膜具有更實(shí)際的推廣應(yīng)用價(jià)值。

（3）利用高分子設(shè)計(jì)手段，采用生物合成技術(shù)、精細(xì)化學(xué)合成技術(shù)以及基因改良技，研究纖維素及纖維素基降解地膜的新品種，為大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)及推廣應(yīng)用開辟新的領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)：

[1]高玉杰，謝來(lái)蘇.紙基農(nóng)用地膜實(shí)際應(yīng)用研究.天津造紙，1998（1）：11.

[2]賈原媛、謝來(lái)蘇.紙質(zhì)材料在土壤中的降解.中國(guó)造紙，1997（3）：67.