關(guān)鍵詞：液態(tài)農(nóng)用地膜；固體廢棄物；生物降解

地膜覆蓋具有保持土壤水分、增加土壤溫度和控制雜草的功能[1]，是提高糧食產(chǎn)量的重要農(nóng)藝舉措。農(nóng)田地膜覆蓋的栽培方式在某種程度上促進(jìn)了農(nóng)業(yè)發(fā)展，但也帶來了諸多嚴(yán)重的環(huán)保問題，如由于地膜無法再次利用而引起的白色污染和由此產(chǎn)生的土壤中微型塑料等[2]。截至目前，我國(guó)是世界上塑料地膜使用最廣泛的國(guó)家之一[3]，因此解決農(nóng)田覆蓋造成的塑料污染成為我國(guó)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的迫切需要。

作為傳統(tǒng)塑料地膜的替代品，環(huán)保、可生物降解的地膜越來越受到人們關(guān)注。而液態(tài)地膜噴灑可以通過土壤顆粒聚集來改善土壤的保溫、防潮等物理性質(zhì)，與傳統(tǒng)塑料地膜相比，液體地膜更適合大規(guī)模機(jī)械覆蓋[4]。經(jīng)相關(guān)研究，由天然、可回收的各種生物降解材料制成的可降解液態(tài)地膜脫穎而出[5]，其具有碳中性、易降解等特點(diǎn)，擁有良好的應(yīng)用前景[6][7]。將可生物降解液態(tài)地膜用機(jī)械化噴霧器噴灑在不規(guī)則的土壤表面，可于水分蒸發(fā)后直接在田間形成保護(hù)性土工膜，且勞動(dòng)強(qiáng)度低于鋪設(shè)可生物降解的薄膜[8]。同時(shí)，可生物降解液態(tài)地膜能直接進(jìn)入土壤，能完全礦化或轉(zhuǎn)化為生物量，在使用結(jié)束時(shí)沒有有毒殘留[9]。因此，可生物降解液態(tài)地膜被認(rèn)為是塑料覆蓋膜的清潔替代品，有利于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[10]。

本文以固體廢棄物制備的可生物降解液態(tài)農(nóng)用地膜為研究對(duì)象，分別從發(fā)展歷程、制備材料、使用性能等多個(gè)角度進(jìn)行研究論述，以期研究結(jié)果有助于相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

1可降解液態(tài)農(nóng)用地膜發(fā)展歷程

可降解液態(tài)農(nóng)用地膜是農(nóng)業(yè)科技領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)話題，國(guó)內(nèi)外科研人員積極探索新的材料和技術(shù)，力求為可降解液態(tài)農(nóng)用地膜帶來更多的創(chuàng)新和突破。在幾十年的研究當(dāng)中，液態(tài)農(nóng)用地膜領(lǐng)域獲得了顯著的進(jìn)步和發(fā)展。如，比利時(shí)根特大學(xué)科研人員成功研制出一種名為Bitume 的瀝青乳劑產(chǎn)品，將其噴灑在土壤表面后能夠迅速將分散的土壤顆粒凝聚成團(tuán)粒狀，起到增溫保墑和改良土壤的作用，該產(chǎn)品在干旱地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用，并在固沙植草、灘涂治理和道渠防滲等工程中發(fā)揮了重要作用；意大利科研人員研發(fā)出一種液態(tài)、天然高分子材料合成的可降解地膜，其能均勻噴灑于地面形成薄膜，有效解決了地膜對(duì)土壤的污染問題，這種農(nóng)用地膜逐漸替代了當(dāng)時(shí)普遍應(yīng)用于農(nóng)業(yè)和園藝領(lǐng)域的塑料農(nóng)用地膜，在20 世紀(jì)末被廣泛應(yīng)用于西紅柿、蘆筍、草莓、馬鈴薯和花卉等作物的種植中，效果顯著。進(jìn)入21世紀(jì)后，大批國(guó)內(nèi)外科技人員更加積極地投入可降解液態(tài)農(nóng)用地膜的研發(fā)和應(yīng)用工作。

在不同階段用于制備可降解液態(tài)地膜的主要材料如圖1所示。

2制備可降解液態(tài)農(nóng)用地膜的固體廢棄物材料類別及成分

目前，用于制備液態(tài)農(nóng)用地膜的廢棄物材料主要有生活垃圾、工業(yè)廢棄物和農(nóng)業(yè)廢棄物，詳見表1。

3固體廢棄物為原料的可降解液態(tài)農(nóng)用地膜性能

3.1生活廚垃圾為原料的可降解液態(tài)農(nóng)用地膜

生活垃圾（餐廚垃圾）中含有大量的有機(jī)物質(zhì)，如淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)等。

ZHANG J P 等[11] 利用回收的餐廚垃圾為原料，并通過與海藻酸鈉交聯(lián)反應(yīng)，制備了具有疏水性表面和緊湊結(jié)構(gòu)的可生物降解復(fù)合液態(tài)農(nóng)用地膜，水蒸氣阻隔性能得到提升，最小水蒸氣透過率達(dá)到（8.23±0.05）×10^-12g·cm/（cm²·s·Pa）。

GUHE 等[12] 以餐廚垃圾為原材料，并添加不同比例的烯酸酯通過接枝共聚制備了可降解液態(tài)農(nóng)用地膜，噴施后地膜的致密結(jié)構(gòu)不僅有效地減少了土壤水分蒸發(fā)，還提高了土壤溫度，100d后生物降解率達(dá)到70%。

3.2工業(yè)廢棄物為原料的可降解液態(tài)農(nóng)用地膜

TANG M 等[13] 以羅望子工業(yè)廢渣中的羅望子多糖為成膜劑和土壤顆粒聚集劑，并添加天然表面活性劑茶皂素和廢食用油再生油，制備了一種具有土壤改良功能的環(huán)保型多糖基液態(tài)農(nóng)用地膜，使延伸率和接觸角分別提高69.30% 和84.70%，液態(tài)覆蓋物的透水性鑒定水平降低68.70%，土壤抗風(fēng)蝕率達(dá)到90.36%，種子發(fā)芽率提高31%，液態(tài)覆蓋物降解后，土壤氮素和碳素含量由0.05% 提高到1.42%～13.54%，土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著提升。

王順新[14] 利用廢棄物微硅粉獨(dú)特的物理化學(xué)特性，以其為原料在過硅烷偶聯(lián)劑處理下制備了微硅粉懸浮液態(tài)農(nóng)用地膜，并與不含微硅粉的懸浮液態(tài)地膜進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。結(jié)果表明，微硅粉懸浮液態(tài)農(nóng)用地膜覆蓋能顯著提高土壤的保溫和保水性能，且這種農(nóng)用地膜中的硅元素對(duì)小麥生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，能達(dá)到增產(chǎn)的效果。

TIAN D 等[15] 以工業(yè)廢棄木質(zhì)素為原料生產(chǎn)水溶性木質(zhì)素，并將其進(jìn)一步用作纖維素納米晶須的仿生粘合劑和功能添加劑，形成液態(tài)農(nóng)用地膜的組成部分，使水溶性得到提高，同時(shí)表現(xiàn)出優(yōu)異的紫外線阻隔性（200nm）和氧氣阻隔能力。

WANG XB等[16] 從造紙廢液中提取木質(zhì)素并與淀粉和丙烯酸酯聚合，制備了具有緩釋尿素功能的新型可噴涂液態(tài)農(nóng)用地膜，木質(zhì)素的存在增加了斷裂伸長(zhǎng)率并降低了楊氏膜量，從而使膜更容易被作物幼苗刺穿，且可在被刺穿后保持土壤的熱量和水分。這種農(nóng)用地膜表現(xiàn)出更好的土壤絕緣和保水性能，使土壤的有效氮含量（NH₄⁺·N 和NO₃^-·N）分別提高44.82% 和45.49%，100d 降解率達(dá)到85.60%。

3.3農(nóng)業(yè)廢棄物為原料的可降解液態(tài)農(nóng)用地膜

XUYM 等[17] 以竹子為原料，經(jīng)脫木素、醚化合成纖維素合成羧甲基纖維素，再與聚乙烯醇混合，經(jīng)戊二醛交聯(lián)制成可降解液態(tài)農(nóng)用地膜，使土壤表面形成的地膜機(jī)械性能達(dá)18.20Mpa，透光率達(dá)74.20%， 吸濕率達(dá)141%，具有良好的土壤保水性能，60d 后降解率達(dá)到64%。

楊祖盛等[18] 以水稻秸稈為原料，進(jìn)行化學(xué)改性制備羧甲基纖維素，再與丙烯酸接枝聚合制備高吸水樹脂， 通過充分利用這2種物質(zhì)并輔以交聯(lián)劑，經(jīng)交聯(lián)聚合制備了抗紫外線液態(tài)農(nóng)用地膜。EWULONU C M 等[19]通過機(jī)械化學(xué)作用，將廢棄的農(nóng)業(yè)秸稈轉(zhuǎn)化為木質(zhì)纖維素微纖維和納米纖維，并加入甲基三甲氧基硅烷，使制備的液態(tài)農(nóng)用地膜具有疏水性，抗拉強(qiáng)度約為16MPa，變質(zhì)前耐熱性能優(yōu)于150℃，水蒸氣滲透率小于3.419×10^-8g/m·h·Pa； 同時(shí)， 提高了可降解液態(tài)農(nóng)用地膜的斷裂伸長(zhǎng)率（滯后率小于11%），可使其覆蓋性能達(dá)到優(yōu)良；另外，噴施在土壤表面的納米纖維濃縮物具有良好的附著力，干燥時(shí)裂縫很少。

余華喜[20] 以山藥皮屑等廢棄物為原料，并加入交聯(lián)劑及其他助劑，制備出了一種新型的可降解液態(tài)農(nóng)用地膜。這種農(nóng)用地膜可顯著提高土溫并降低土壤水分揮發(fā)率，將這種農(nóng)用地膜埋入土壤49d后，降解率達(dá)39.40%，表明其具有良好的生物降解性能。

4結(jié)論

綜上所述，目前我國(guó)用于制備可降解液態(tài)農(nóng)用地膜的材料主要為固體有機(jī)廢棄物，包括生活垃圾（餐廚垃圾）、工業(yè)廢棄物和農(nóng)業(yè)廢棄物，制備而成的可降解液態(tài)農(nóng)用地膜性能可在一定程度上滿足使用需求，但綜合利用方面仍存在一些問題?？山到庖簯B(tài)農(nóng)用地膜的主要應(yīng)用領(lǐng)域是種植業(yè)，目的包括單純的抑制雜草生長(zhǎng)，以及實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物增產(chǎn)并提高農(nóng)業(yè)和環(huán)境效益。

不同廢棄物制備的可降解液態(tài)農(nóng)用地膜基本性能，如機(jī)械強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、降解性能等，會(huì)由于制備過程和材料本身特性不同而有所差異，但綜合而言，餐廚垃圾、工業(yè)廢棄物和農(nóng)業(yè)廢棄物制備的可降解液態(tài)農(nóng)用地膜均表現(xiàn)出卓越的的降解能力，同時(shí)顯示出優(yōu)秀的保溫保墑效果，具有良好使用價(jià)值。

目前，對(duì)于上述材料制備的可降解液態(tài)農(nóng)用地膜只是進(jìn)行了小規(guī)模的使用，尚缺廣泛的適用性數(shù)據(jù)支撐，還需進(jìn)行有針對(duì)性、具規(guī)?；纳疃妊芯亢透倪M(jìn)，以在收獲農(nóng)業(yè)和環(huán)境雙重效益的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。

作者簡(jiǎn)介

吳海龍（1998—），男，漢族，江西南昌人，碩士研究生在讀，研究方向?yàn)楣腆w廢棄物處理處置與資源化。

通信作者白圓（1972—），女，回族，河南鄭州人，副教授，博士，主要從事固體廢棄物處理處置與資源化方面的研究工作。

加工編輯：王玥

收稿日期：2024-05-20