王合葉　李澧　趙永富

摘要：液態(tài)地膜起源于19世紀中后期，隨著材料科學的發(fā)展以及人們對環(huán)境保護的重視，近年來多功能可降解液態(tài)地膜又引起了國內(nèi)外許多研究者的濃厚興趣。由于其制備工藝簡單、易集成化、可生物降解、環(huán)境友好等優(yōu)點，可作為塑料地膜的一種理想替代品。對液態(tài)地膜的國內(nèi)外起源、研究現(xiàn)狀及進展、發(fā)展機遇及挑戰(zhàn)進行了綜述，分析了存在的問題及對策，以期為液態(tài)地膜的研發(fā)及推廣提供參考。

關(guān)鍵詞：液態(tài)地膜；降解；環(huán)境友好

中圖分類號： S223.5 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2016）07-0413-02

塑料地膜栽培技術(shù)是20 世紀十大農(nóng)業(yè)技術(shù)之一，具有增溫、保墑、保肥、抑草和高產(chǎn)等作用。目前我國每年地膜投入量約為120萬t，地膜覆蓋面積超過0.233億hm2，涉及棉花、玉米、花生、大蒜等40多種農(nóng)作物，并呈逐年遞增的趨勢，塑料地膜的使用因此被稱為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的一場“白色革命”。目前，我國使用的主要是0.012 mm以下的超薄地膜，這種地膜強度低、易破碎，使用后都很難回收再利用，如果廢棄在土壤中，積年累月會造成土壤和環(huán)境嚴重的白色污染。液態(tài)地膜是一種含有高分子化合物的成膜物質(zhì)，不僅和普通地膜一樣可以起到保溫、保濕、保墑等作用，還兼有降解性能好、成本低、可現(xiàn)場噴施成膜等優(yōu)點，可以作為塑料地膜的一種理想替代品。

1 液態(tài)地膜在國內(nèi)外的起源

液態(tài)地膜可以促進土壤形成團粒，從而起到改良土壤結(jié)構(gòu)、固定表土及保護耕層的作用。國外的液態(tài)地膜研究始于19世紀中后期，1963年起，比利時開發(fā)了瀝青乳化劑，該產(chǎn)品施入土壤后能將分散的土壤顆粒迅速凝聚成土壤團粒結(jié)構(gòu)，可以起到增溫保墑、改良土壤的作用[1]。20世紀70年代中后期，人們研制出了相對成本和質(zhì)量更穩(wěn)定的產(chǎn)品，使其在農(nóng)業(yè)上和其他領(lǐng)域的應(yīng)用不斷擴大，尤其是在旱地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、固沙植草、灘涂治理以及道渠防滲中發(fā)揮了重要作用[2]。1990年，意大利開發(fā)出1種新型噴灑式可降解地膜[3]，該地膜采用天然高分子材料制成，使用前是液態(tài)，使用時均勻噴灑在地表，水分蒸發(fā)后自然成膜。20世紀末，這種產(chǎn)品在瑞典、德國和意大利廣泛用于番茄、蘆筍、草莓、馬鈴薯和花卉種植，效果顯著。

我國的液態(tài)地膜研究從1986年開始，中國農(nóng)業(yè)科學院土壤肥料研究所率先用比利時瀝青乳化劑進行液態(tài)地膜在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用研究，但是這些產(chǎn)品在中國市場的環(huán)境適應(yīng)性差，而且存在價格昂貴、運輸不便等問題。中國農(nóng)業(yè)科學院土壤肥料研究所根據(jù)我國應(yīng)用區(qū)域、生產(chǎn)力水平、經(jīng)濟條件，消化吸收國外成功經(jīng)驗，進行了液態(tài)地膜的國產(chǎn)化研究。1997年，在農(nóng)業(yè)部“948”項目子課題“液態(tài)地膜的應(yīng)用研究與示范”的資助下，在全國范圍內(nèi)布置了多年、多點、多用途的田間試驗，取得了大量試驗數(shù)據(jù)，于2001年獲得成功[4-5]。與國外同類產(chǎn)品比較，其價格低廉，使用更方便，效果更顯著，更適合我國農(nóng)田生產(chǎn)情況。目前該產(chǎn)品已通過國家技術(shù)監(jiān)督局土壤改良劑類產(chǎn)品登記認證，但是，由于原料來源有限等原因，未能進行大面積推廣。

2 液態(tài)地膜現(xiàn)狀及發(fā)展

近年來，隨著材料科學的發(fā)展以及人們對于環(huán)境保護的重視，多功能可降解液態(tài)地膜的研究又逐漸成為研究的熱點。許多大學和科研院所加入了這個研究隊伍，研究主要集中于新型液態(tài)地膜、噴施設(shè)備兩個方面。

在新型液態(tài)地膜方面，從2001—2014年間液態(tài)地膜的發(fā)明專利有20多項，其中約一半選擇了腐殖酸為主要原材料，再與交聯(lián)劑、成膜劑以及其他功能成分混合制備成液態(tài)地膜[6-18]。腐殖酸是自然界中廣泛存在的大分子有機物質(zhì)，在我國的資源豐富，儲量大，分布廣。煤炭腐殖酸與土壤有機質(zhì)中的腐殖酸具有相似的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，因此大量施用泥炭、褐煤、風化煤及其制造的腐殖酸類肥料，可以起到顯著的土壤改良作用。采用腐殖酸作為主要原料制備液態(tài)地膜，不僅可以增溫、保墑，而且環(huán)?？山到?，可提高土壤肥力，促進作物生長。山東科技大學田原宇教授在這方面做了大量的研究工作，田教授團隊成功研制了以造紙黑液和褐煤為原料的多功能可降解黑色液態(tài)地膜[18-19]。該液膜主要用褐煤、風化煤或泥炭對造紙黑液、海藻廢液、糖蜜廢液、釀酒廢液或淀粉廢液進行改性，而黑液又作為腐殖酸的抽提劑，生產(chǎn)土壤所需的有機肥；木質(zhì)素、纖維素和多糖在交聯(lián)劑的作用下形成高分子，然后再與各種添加劑、硅肥、微量元素、除草劑等混合制取多功能可降解黑色液態(tài)地膜。該液態(tài)地膜噴施后40～60 d逐漸降解，2～3個月降解為腐殖酸類（有機肥），無白色污染。翻壓入土后，具有改良土壤團粒、改善土壤通透性等作用，最終達到作物增產(chǎn)和土壤改良的目的。孫亞萍等將該地膜應(yīng)用于葡萄白腐病防治，試驗結(jié)果表明，紅地球葡萄套袋后2次地面噴施液態(tài)地膜可從源頭上有效地減少枝蔓、果穗白腐病的發(fā)生，可使葡萄增產(chǎn)4.0%[20]。以廢棄物作為原料也是液態(tài)地膜一個不錯的選擇，如采用煙田廢棄物[8]、高濃度有機廢水[10]、糠醛廢渣[21]等廢棄物為原料制備液態(tài)地膜，不僅可以廢物利用、變廢為寶，而且由于原料成本低，也減少了地膜的成本，利國利民。但是，通常這種原料來源比較有限，或者原料的預處理比較麻煩，不利于大面積推廣。聚乙烯醇等合成有機高分子由于成膜性好也受到了液態(tài)地膜研發(fā)人員青睞[22-24]，但是由于其成本較高，也不利于大面積推廣。

此外，由于液態(tài)地膜在制備方面的優(yōu)勢，可以方便地添加農(nóng)藥、化肥等，這樣可以使液態(tài)地膜同時具有多種功能，田原宇教授團隊的黑色液態(tài)地膜便有如此功能，博龍·禾美特多功能全降解液態(tài)地膜也具有類似的功能。博龍·禾美特多功能全降解液態(tài)地膜是中意技術(shù)通力合作，通過10年艱苦努力終于研發(fā)成功的、具有國際先進技術(shù)水平的高科技新產(chǎn)品[25]。該液態(tài)地膜是對天然高分子材料進行加工處理而成，通過在農(nóng)田噴灑成膜，可以在很多領(lǐng)域替代農(nóng)業(yè)和園藝業(yè)中普遍使用的塑料地膜。該地膜集農(nóng)藥、肥料、地膜于一身，能省工省時，增產(chǎn)增收，改良土壤，同時具有容易降解、生態(tài)環(huán)保的特點，劉全國將該液膜用于春播脫毒馬鈴薯生產(chǎn)中[26]。筆者將除草劑摻混到該液體膜中一起噴施，噴施后馬鈴薯可以自然出苗，不用人工引苗放苗，節(jié)省了勞動力且對地形地貌適應(yīng)能力強，能提高馬鈴薯的產(chǎn)量和質(zhì)量。貴州省黔西南州環(huán)境監(jiān)測站劉增彩工程師提出將赤泥與現(xiàn)有液態(tài)地膜結(jié)合[27]，針對使用于受重金屬污染的土壤。赤泥與液態(tài)地膜的結(jié)合使用在土壤的改良方面不僅能有效控制土壤中重金屬含量，還能避開傳統(tǒng)地膜帶來的白色污染。

隨著液態(tài)地膜的研究和發(fā)展，也催生了噴灑設(shè)備的研發(fā)。2002—2013年就有發(fā)明專利和實用型新專利8項[28-35]，其中2011—2013年2年間就占6項[28-33]。目前主要處于研發(fā)階段，在市場上還沒有得到進一步的推廣和應(yīng)用。

筆者所在研究小組采用玉米淀粉等材料研制出新型液態(tài)地膜，可替代傳統(tǒng)塑料地膜，保溫、保墑性好，并且3～6個月就能完全自然降解，不僅保護壞境，還能改良土壤。通過玉米、蠶豆試驗表明，1～2個月可以使土壤增溫1～3 ℃，含水量提高20%。此外，借助筆者所在研究所在農(nóng)機研發(fā)方面的優(yōu)勢，也計劃著手進行配套噴灑裝置的研發(fā)。目前已經(jīng)為河南省、江西省等地部分農(nóng)技站提供了試用裝置。該階段性成果已被新華報業(yè)網(wǎng)、中國江蘇網(wǎng)報道。

3 液態(tài)地膜發(fā)展的機遇與挑戰(zhàn)

當今科學技術(shù)高速發(fā)展，各學科交叉融合，給液態(tài)地膜的發(fā)展帶來了機遇，如材料科學的發(fā)展會促進液態(tài)地膜的研制在原料上有更多的選擇，新技術(shù)的出現(xiàn)給原材料的預處理提供了更多的機遇，新設(shè)備的出現(xiàn)使液態(tài)地膜的制備方法有更多的選擇。同時，液態(tài)地膜的推廣也存在一些制約和挑戰(zhàn)：首先，與傳統(tǒng)塑料地膜相比，尤其是在國內(nèi)，液態(tài)地膜作為新生事物，用戶的接受需要過程，可以通過加強宣傳力度，建立示范基地，進行大力推廣和試用，盡力縮短這個接受過程；其次，其液態(tài)形態(tài)給其帶來了運輸上的不方便，因此應(yīng)用方便的優(yōu)質(zhì)液態(tài)地膜粉劑的研發(fā)是一項有利的措施；最后，通常因為加入了成膜劑等成分，液態(tài)地膜通常黏性比較大，容易堵塞常規(guī)的噴灑裝置。因此與液態(tài)地膜配套的噴灑裝置的研發(fā)與推廣，尤其是與機械化作業(yè)聯(lián)用的噴灑裝置的研發(fā)，也是促進液態(tài)地膜推廣的另一項有利措施。

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