可降解地膜

可降解地膜（精选9篇）

可降解地膜 篇1

地膜覆盖可以保墒、节水、减少杂草生长、促进植物提早成熟等,所以地膜覆盖在新疆农业种植上广泛应用[1]。但随着地膜用量逐年增大,废旧地膜回收利用却严重滞后,农田“白色污染”[2,3,4]不断加剧,逐步成为新疆农业可持续发展和农民持续增收的重要制约因素[5]。玉米是伊犁州的主要农作物,近年来,地膜技术在玉米种植上广泛应用,玉米大田地膜污染问题也日渐突出,本试验在伊犁州巩留县选择典型玉米种植地块0.46hm2,选择6种全生物可降解地膜和1 种常规PE膜,探讨降解地膜的降解特性和对作物产量的影响,最终选择出适合当地玉米田的降解地膜类型,为彻底解决地膜污染问题提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

巩留县属于新疆维吾尔自治区伊犁哈萨克自治州,位于新疆西北部,地理坐标为:N42°54′~43°38′,E81°34′~83°35′,属北温带大陆性半干旱气候类型,年均气温7.4℃,最高气温37~39℃,无霜期约145d,昼夜温差平均13~16℃。春迟秋早,冬长夏短,四季分明,日照充足。年日照时数2 731.7h,年降水量270~280mm。

1.2 材料

试验所需玉米种子来源于巩留县种子站,参试玉米为新陆早54。

1.3 方法

1.3.1试验设计

2015年在巩留县城镇玉米田进行试验,试验共7个处理,选用6种生物降解膜,分别为处理1、处理2、处理3、处理4、处理5、处理6,以普通地膜(PE膜)作对照,地膜宽度为1.40m,厚度为0.008mm。灌溉为大水漫灌,试验各小区采用随机排列法,3次重复,试验地四周设保护行,试验地共0.46hm2。

1.3.2测定项目及方法

生育期测定土壤温度,收获时定点测产。用SPSS17.0进行方差分析及其LSD多重比较,用Origin8.5做图。

2 结果与分析

2.1 降解地膜对巩留县玉米田土壤温度的影响差异

由图1可知,地膜覆盖下10cm土层土壤温度表现为:苗期>大喇叭口期>成熟期;在整个生长期,常规地膜下的土壤温度相对较高,但是在成熟期,各地膜间地温差距变小。

2.2 降解地膜对玉米产量影响

由图2可知,处理1、处理2、处理3、处理4、处理5、处理6和CK的产量分别是4 600.5、4 728.0、4 891.5、4 963.5、5 364.0、5 400.0和5 346.0kg·hm-2;通过方差分析可知,处理5、处理6两种降解地膜和CK(PE膜)产量差异不显著,但是显著高于其它处理。

2.3 玉米产量与土壤温度的关系分析

由图3可知,在玉米苗期、大喇叭口期和成熟期土壤温度与玉米产量存在显著线性关系,R2分别为0.67、0.82 和0.64,在苗期,温度每增长1℃,产量增加400.8kg·hm-2,在大喇叭口期,温度每增长1℃,产量增加410.39kg·hm-2,在成熟期,温度每增长1℃,产量增加705.5kg·hm-2。

3 结论

处理5和处理6在玉米产量方面与普通PE膜无差异,其它降解地膜显著减产,减产幅度为8.4%~14.1%。

大田土壤温度与玉米产量呈正相关关系。在成熟期地温对玉米产量影响最大,温度每增长1℃,产量增加705.5kg·hm-2。

参考文献

[1]董合干,王栋,王迎涛,等.新疆石河子地区棉田地膜残留的时空分布特征[J].干旱区资源与环境,2013,27(9):182-186.

[2]杜晓明,徐刚,许端平,等.中国北方典型地区农用地膜污染现状调查及其防治对策[J].农业工程学报,2005,21(13):225-227.

[3]解红娥,李永山,杨淑巧,等.农田残膜对土壤环境及作物生长发育的影响研究[J].农业环境科学学报,2007,26(S):153-156.

[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[J].农业工程学报,2006,22(11):269-272.

[5]董合干,刘彤,李勇冠,等.新疆棉田地膜残留对棉花产量及土壤理化性质的影响[J].农业工程学报,2013,29(8):91-99.

可降解地膜 篇2

淀粉基可生物降解塑料综述

院 系：化学与材料工程学院

学 号：1024101 姓 名：

指导教师：雷佑安 张艳花

日 期：2014年01月02日

摘要

淀粉作为一种天然高分子化合物，其来源广泛、品种多、成本低廉，在自然环境下完全降解为二氧化碳和水，对环境不造成任何污染，因而淀粉基降解塑料成为国内外研究开发最多的一类生物降解塑料。本文详细介绍了淀粉基生物降解材料的性能，重点介绍了生物淀粉基降解塑料的国内外研究进展。

【关键词】淀粉基，塑料，生物降解

Abstract The starch is a natural polymer，and its wide variety of sources，varieties，low cost completely degraded in the natural environment as carbon dioxide and water，will not cause any pollution in the environment.Starch-based biodegradable plastics become the largest domestic and international research anddevelop a class of biodegradable plastics.This article introduces in detail the structure and biological properties of starch，starch-based focus on bio-degradable plastic research developments were briefly described.【Key Words】starch，plastics，biodegradation

目录

1.引言...........................................................................................................................1 2 淀粉基生物降解材料简介........................................................................................2 2.1 淀粉基生物降解材料的定义.........................................................................2 2.2 降解机理.........................................................................................................2 2.3淀粉基生物降解材料的优良性能..................................................................3 2.4 淀粉基生物降解塑料分类.............................................................................3 3.国内外研究进展.......................................................................................................4 3.1 国内淀粉基生物降解塑料研究进展.............................................................4 3.2 国外淀粉基生物降解塑料研究进展.............................................................5 4.存在的问题及展望...................................................................................................6 5.参考文献...................................................................................................................7

1.引言

随着塑料产量的迅速增长，废弃塑料的后处理及造成的环境污染越来越受到各国的关注。美国、欧共体和日本年产塑料垃圾分别为1300 万吨、450 万吨和6.5 万砘。塑料垃圾造成的环境污染已成为全球性的问题。

意大利、丹麦、瑞士、瑞典及美国的一些州已立法禁止使用那些“短期使用”的非降解塑料或课以附加税。我国的一些城市也已作出规定，禁止使用非降解的一次性使用快餐盒。

开发降解塑料是解决塑料污染的一个有效途径。

自1973 年Griffin首次获得有关表面改性淀粉填充塑料的专利以来，淀粉基生物降解塑料迅速发展，是目前应用最广泛的一种生物降解塑料。

淀粉基生物降解材料简介

2.1 淀粉基生物降解材料的定义

淀粉含量在51%以上的制品即称为淀粉基制品。所谓“淀粉基生物降解材料”是采用植物淀粉为主要原料，经过化学和物理工艺方法将其改性并塑化，经挤压、成型后制成的制品。淀粉基生物降解材料产品主要成分是可生物降解天然高分子淀粉，在微生物的作用下分解为葡萄糖，再分解为水和二氧化碳，对环境没有任何污染。[1]

淀粉基生物降解塑料已有 30 年的研发历史，是研发历史最久、技术最成熟、产业化规模最大、市场占有率最高的一种生物降解塑料。淀粉与 PE、PP、PVA、PCL、PLA 等聚合物共混粒料已批量生产。[2]

2.2 降解机理

生物降解材料的降解机理就是材料被真菌、霉菌和细菌等作用消化吸收的过程。[3]一般认为生物降解并非单一机理，是复杂的生物物理、生物化学作用，同时伴有其他物理化学作用，如水解、氧化等，这些作用相互促进，具有协同效应。

生物降解过程主要分为三个阶段：（1）高分子材料表面被微生物黏附，黏附表面的方式会受到高分子材料表面张力、表面结构、多孔性、温度和湿度等因素的影响；（2）微生物在高分子表面分泌的酶的作用下，通过水解和氧化等反应将高分子断裂成相对分子量较低的小分子化合物；（3）微生物吸收或消耗小分子化合物，经过代谢最终形成CO2、H2O。

降解过程除以上生物化学作用外，还有生物物理作用，即微生物侵蚀高分子后，细胞增大致使高分子材料发生机械性破坏。[3]

2.3淀粉基生物降解材料的优良性能

淀粉基生物降解材料产品具有机械强度好、柔韧性强、抗冲击强度高、耐温性强、耐水、耐油、不软化、不变形和可塑性强等特点。它具有实用性、安全性、经济性及可降解等优势，在工业上可以代替一般通用塑料等，可以用作包装材料，防震材料，地膜，食品容器，玩具等，而且淀粉基降解材料制品可降解、可回收利用，处理成本远远低于塑料制品、纸制品。

由于淀粉具有优良的生物降解性能，淀粉环境降解型塑料在特定的环境下，引起某些结构组成损失，其化学结构能够在较短的时间内发生明显的变化的一类塑料，在21世纪淀粉基塑料将会是一类应用极其广泛的“功能聚合材料”。[4]

2.4 淀粉基生物降解塑料分类

淀粉基生物降解塑料可分为填充型淀粉基塑料和完全生物降解淀粉塑料。填充型淀粉基塑料〔w(淀粉)=7%～30%〕，即属于生物破坏性塑料，它只有淀粉降解，其中的 PE、PVC 等很少降解，一直残留于土壤中，日积月累仍然会对环境造成污染，此类产品已属于淘汰型。真正有发展前途的是全淀粉塑料〔w(淀粉)≥90 %〕，其中添加的少量增塑剂也是可以生物降解的。这类塑料在使用后能完全生物降解，最后生成二氧化碳和水，不污染环境，是近年来国内外淀粉降解塑料研究的主要方向。[5]

3.国内外研究进展

3.1 国内淀粉基生物降解塑料研究进展

我国在20世纪90年代初就开展了全淀粉基热塑性塑料(TPS)的研究。但仍然存在着耐水性和可塑性较差，生产成本较高等问题。为此，近年来淀粉基生物降解塑料仍然是研究的热点。

李仁焕等以以甘油为增塑剂，木薯淀粉为原料然后加入 PLA 或 PCL 中熔融共混制备出热塑性淀粉/聚乳酸-聚己内酯生物可降解高分子共混材料，对淀粉进行塑化处理得到易于加工的热塑性淀粉（TPS），将 TPS加入聚乳酸-聚己内酯共混来制备生物降解材料，不仅可降低材料的成本提高其降解性能，还可以解决日益严重的环境污染问题缓解石油资源的压力。甲基丙烯酸甲酯接枝乙烯辛烯共聚物（GPOE）用作增韧剂来进一步改善PLA/TPS。

纪敏等通过对淀粉预处理、PVA 预处理以及共混塑料的加工过程三个方向来进行淀粉 /PVA 可生物降解塑料的研究，来缩短制品的生物降解周期以及如何更好地满足环境和使用要求。

[7]

[6]武战翠等通过高碘酸钠对玉米淀粉进行氧化改性，用流延法制备了双醛淀粉(DAS)基可完全生物降解塑料薄膜。研究了各组分的含量对DAS基复合薄膜的力学性能和耐水性影响。采用傅立叶红外光谱任TIR)、扫描电镜(SEM)、x射线衍射(XRD)、热重分析(TG)对复合材料的结构及性能进行了表征。结果表明，经添加黄麻纤维后，由于其表面具有较多的轻基，能够促进DAS与PVA的共混相容性，在提高力学性能的同时，也改善了复合材料的耐水性。

黄明福等用氨基乙醇活化蒙脱土(EMMT)，然后再与甲酰胺/氨基乙醇塑化的热塑性淀粉(FETPS)经熔融插层聚合，成功制备了FETPS /EM2MT生物降解纳米复合材料。通过广角X射线衍射、扫描电镜和透射电镜研究表明，FETPS可以成功地插入EMMT片层结构间。当EMMT含量为5%时，纳米复合材料的力学性能均优于纯热塑性淀粉塑料，拉伸强度达到7.5 MPa，弹性模量增至145.1 MPa，其热稳定性和耐水性也有较大地提高。

以聚丁二酸丁二醇酯(PBS)为基体树脂，以淀粉为填料对PBS进行填充改性，淀粉颗粒作为填充物加入到PBS中，起到了类似于无机填料增强的作用。[8]

唐玉邦等采用改性淀粉，MAH-g-PE、弹性粒子及增塑剂与PE-LLD，改善淀粉与PE-LLD的相容性，成功开发淀粉含量达到70%的生物降解材料。[9]

张鑫等研究了聚乙二醇(PEG)用量对淀粉-PLA 原位熔融接枝反应的影响以及淀粉/PLA 可降解材料的力学性能和耐水性

能，结果表明：PEG 能有效地提高淀粉接枝率，改善淀粉与 PLA 的界面相容性和黏结效果，同时提高了淀粉/PLA 材料的拉伸强度和耐水性能。[10]

3.2 国外淀粉基生物降解塑料研究进展

Xue将淀粉和聚乳酸混合之后，再将甘油加入到混合物中，得到了机械性能较好的生物降解材料。[11] Ying Wu等利用琼脂和马铃薯淀粉制备了甘油基薄膜，并对其性能进行了测试。红外光谱分析表明:在二者之间存在着分子间氢键作用。淀粉和琼脂是相容的。薄膜为非结晶结构。琼脂的加入有效改善了淀粉薄膜的微观结构，进而提高了材料的机械力学性能和潮湿环境下的水蒸气渗透性。有望拓宽马铃薯淀粉薄膜在食品包装领域的应用前景。[12]

Pengwu Zheng等利用乳酸和乙二胺合成了2-羟基-N-[2-(2-羟基-丙酰)-乙基]丙酰胺(HPEP)，与甲酰胺混合制成复合增塑剂，制备了热塑性淀粉。红外光谱结果表明:复合增塑剂能够与淀粉的C-O形成化学键作用。扫描电镜观察显示甲酰胺和水分的存在更有助于甲酰胺/HPEP /水形成均相体系。XRD分析显示甲酰胺和HPEP可以有效抑制淀粉重结晶。TPS在相对湿度为50%条件下保存50天后，结果表明:初始水分对淀粉重结晶行为没有影响。TPS的力学性能和耐水性均得到改善。[13]

4.存在的问题及展望

淀粉降解塑料有优异的降解性能，在1个月到1年的较短时期内完全降解而不留任何痕迹，无污染。但也有许多不足，如价格太高，防水性太差，该技术一直是难题，而耐水性恰恰是传统塑料在使用过程中的优点，且其力学性能、强度及柔韧性都不如通用塑料等，所以制备复杂形状和厚度大的制件是困难的。再次，国内外均无统一认可的定义、评价方法和标准。主要由于降解塑料的降解性能制约因素很多，各国的地理环境、气候、土壤成分、垃圾处理方式等又有许多差异，要建立起统一、完整的评价方法还需时间。

淀粉降解塑料主要开发趋势为，研究高效价廉的生物诱发剂、降解促进剂、光敏剂，开发准时可控性环境降解塑料。对全淀粉生物降解塑料进一步开发。随着全生物降解塑料生产工艺的进步、产品性能的改善和生产规模化成本的下降，我们相信全淀粉生物降解塑料产品将在塑料应用中占有一席之地，为清除塑料造成的污染和发展农村经济作出应有的贡献，造福人类。

5.参考文献

可降解地膜 篇3

【关键词】降解地膜；山地蔬菜；应用；比较试验

地膜在我县农作物上应用及其广泛，是提高单产和总产不可缺少的措施之一，具有增温保湿的特点，因常年使用，滞留在土壤中的残膜逐年增多，导致作物减产、土壤结构恶化和对环境的污染。环境友好型可降解地膜是未来农用塑料地膜的补充或潜代产品。为了更好地摸清新型地膜在我县最适宜推广区域和效益最大化作物，特制定本试验。

1.课题来源

该课题来源于云南省农业技术推广总站，由华宁县经作站主持，宁州镇农科站实施。试验时间2010年5月—8月。

2.供试材料及方法

2.1材料

可降解地膜品系8个

（1）法国利马格兰公司14微米降解地膜；（2）法国利马格兰公司12微米降解地膜；（3）法国利马格兰公司10微米降解地膜；（4）中国鑫富公司9微米可降解膜；（5）中国鑫富公司6微米可降解膜；（6）春叶塑料公司6微米可降解膜；（7）旭日光生物6微米可降解；（8）普通塑料6微米可降膜。

2.2方法

试验采用随机区组设计，共27个小区，三次重复，小区面积20平方米（0．０３亩）。小区长5.７米，宽３.５米，行向与小区平行，株距０.45米，行距０.５米，每行栽１１株，每小区８８株(11 × 8), 折合每亩２９３３株。采用育苗移栽，边移栽边盖膜，以保全苗。试验在同等施肥管理水平下进行，施肥情况与当地农民种植蔬菜基本一致，每隔7–10天施一次，共施复合肥35公斤，尿素42公斤，农家肥2000公斤，分4次施用。

选中间一个重复进行观察。收获时每隔一天采收花球一次。试验地选在右所村委会大箐小组张兴明地块中，海拔1930米，土壤肥力中下，土质黄沙泥土，前作空闲，供试品种花椰菜—雪玉，试验共设9个处理。（见表一）

表一

经济性状及实收产量表（表二）

地膜降解开裂、破损、残留调查表（表三）

3.结果与分析

收获时分别称量，求得各小区实产见表二、，通过定点观察得表三、。从表中可以看出，产量居第一位的是處理1，亩产1437千克，较处理9增13.42%，开裂日期是6月17日，到收获时破损58％，残留42％，产量高，降解适中。产量居第二位的是处理4，亩产1408千克，较处理9增11.13%，开裂日期是6月12日，到收获时破损75％，残留25％，产量较高，降解较好。产量居第三位的是处理2，亩产1398.33千克，较处理9增10.37%，开裂日期是6月16日，到收获时破损65％，残留35％，产量较高，降解适中。产量居第四位的是处理7，亩产1349.33千克，较处理9增6.5%，开裂日期是7月3日，到收获时破损1.5％，残留98.5％，产量一般降解差。产量居第五位的是处理8，亩产1329.67千克，较处理9增4.95%，到收获时残留100％，产量一般，未降解。产量居第六位的是处理5和处理6，亩产13300.33千克，较处理9增2.63%，处理5开裂日期是6月4日，到收获时破损80％，残留20％，产量一般，降解好。

为进一步分析各处理的差异性，对实收产量作了变量分析，从表五可看出：F0.874

4.结论与讨论

从以上分析得出：处理1、4、2因破损适中、降解好对增温保湿和蔬菜的生长没有多大影响产量较高；处理5虽开裂早、降解快，但因破损早对增温保湿有一定影响产量一般 。因今年年份特殊干旱，花椰菜在生长前期和中期处在干旱，对产量和降解有一定影响，见意来年在生产上对该组试验在进行对比试验示范，才能得出更科学依据。

从该组试验来看：处理1（法国利马格兰公司14微米降解地膜），处理2（法国利马格兰公司12微米降解地膜）和处理4（中国鑫富公司9微米可降解膜），既能获得较高产量又有一定程度降解，长势又好。在1900米以上和大田生育期在60—70天山地花椰菜上，可进行示范推广。

【参考文献】

［１］田间试验和统计方法，南京农学院主编，农业出版出社．

可降解地膜 篇4

1 材料与方法

1.1 试验概况

多功能可降解液态地膜选用山东科技大学田原宇教授研制的专利产品“多功能可降解黑色液态地膜”。供试葡萄为九年生红地球葡萄, 篱架栽培, 株行距1.0 m×2.0 m。试验在平度市张舍名优果品生产基地进行, 试验地面积为6 666.67m2, 土壤为壤土, pH值6.2, 有水浇条件, 管理水平一般。

1.2 试验方法

试验设2个处理, 即喷多功能可降解液态地膜 (A) 和不喷液态地膜作对照 (CK) , 不设重复, 小区面积为3 333.33m2。2009年6月18日开始对试验园葡萄进行套袋, 6月23日和8月1日分别将黑色液态地膜按1∶1的比例对水稀释后均匀喷于葡萄根茎两侧各50～60 cm处, 施肥、用药等其他管理措施完全相同。葡萄采收前, 随机调查不同处理的枝蔓、果穗的白腐病发病率, 并计算其产量、产值。

2 结果与分析

2.1 液态地膜防治红地球葡萄白腐病的效果

喷施液态地膜的葡萄枝蔓无白腐病发生, 而且枝条粗壮, 叶色浓绿;而不喷液态地膜的枝蔓白腐病发病率达2.38%。套用同种纸袋的果穗, 喷施液态地膜者, 无一发生白腐病穗;而对照株果穗白腐病发病率仍达4.17% (表1) 。由此可见, 从源头上 (土壤) 产生的白腐病菌因降雨频繁而繁殖传播, 大量的病菌充斥在树体周围, 而近几年劣质纸袋的大量使用, 并不能有效防止白腐病菌对葡萄果穗的侵染。

2.2 产量及经济效益

白腐病造成的烂穗 (粒) , 必然降低葡萄的产量与品质。按时价8元/kg计算, 喷液态地膜处理较CK增产699 kg/hm2, 增收5 590.0元/hm2, 增幅达3.95% (表1) 。多功能可降解液态地膜售价400元/t, 施300～450 kg/hm2, 则材料费仅120～180元/hm2;喷施液膜用普通喷雾器即可满足要求, 技术难度小, 将其用于葡萄生产, 增产、防病效果明显。

2.3 生态效益

液态地膜在风吹日晒、浇水、雨淋以及土壤微生物等作用下, 9月初基本降解, 转化为对作物有利的腐殖酸, 不产生“白色污染”, 减少了农药的使用量, 为生产无公害葡萄提供了较好的途径。如能大规模推广, 可改良土壤, 提高土壤肥力, 改善农业生态环境, 杜绝残留农膜的长年累月的累积, 提高农田增产的潜力。此外, 因其具有改良土壤的功效, 还可广泛应用于盐碱地改良、道路护坡、固沙造林、树木防冻等领域, 将产生良好的生态效益[3,4,5,6]。

注:单株产量为24株平均产量;产值按时价8元/kg计。

2.4 社会效益

多功能可降解液态地膜是以秸秆造纸的黑液为原料, 因此可使造纸废液得到有效处理, 从而提高了秸秆使用率, 有利于发展农村循环经济, 实现农业的清洁生产, 有助于倡导资源节约新精神, 在全社会树立起“建设资源节约型、环境友好型社会”的风气[3]。

3 结论与讨论

试验结果表明, 红地球葡萄套袋后2次地面喷施液态地膜可从源头上有效地减少枝蔓、果穗白腐病的发病率, 可使葡萄增产4.0%;施用液态地膜后40～60 d即可自行降解, 不产生“白色污染”。新型液态地膜成本低廉, 操作方便, 符合当前发展循环经济、创建和谐社会的大环境, 极具推广价值。由于葡萄白腐病的发生程度受环境条件、气候、管理水平等多种因素的影响, 其防治效果有待于进一步试验观察。

摘要：多功能可降解黑色液态地膜在葡萄白腐病防治上的应用效果研究结果表明, 液态地膜对防治葡萄白腐病有良好效果, 可有效提高葡萄品质与产量, 产生良好的经济、生态、社会效益。

关键词：可降解液态地膜,葡萄白腐病,防治,应用效果

参考文献

[1]刘升基, 柳玉芳, 邹瑞红, 等.爱苗防治葡萄白腐病、炭疽病试验简报[J].烟台果树, 2003 (3) :35.

[2]范昆, 曲健禄, 李晓军, 等.戊唑醇防治几种果树病害的田间效果[J].江西农业学报, 2008, 20 (11) :69-71.

[3]孙亚萍, 徐兆波, 于兆兹, 等.多功能可降解液态地膜在花生生产的实际应用研究[J].农业环境与发展, 2007, 24 (3) :55-57.

[4]张子倩, 胡俊义.多功能可降解液态地膜在青岛问世[J].农业知识:增收致富, 2005 (12) :8.

[5]青岛市科教局.青岛市研制多功能可降解液态地膜替代塑料地膜[J].吉林农业农村经济信息, 2005 (10) :18.

可降解地膜 篇5

随着农用地膜的广泛应用,大量废弃残膜在环境中难降解造成环境污染日益引人关注,田间残留的地膜碎片导致土壤理化性质恶化[3],同时给地下水和周边环境带来污染,因此有必要对地膜在环境中的降解特性及其规律进行研究,以便指导企业生产出对环境友好、易降解的地膜,减少地膜对环境的污染和危害。

为减少环境危害,可降解地膜的研究引起了广泛关注,其应用也已经日益广泛。目前国内外其研究主要集中在地膜在土壤、堆肥、光照条件下的降解情况[4,5,6,7,8],但对于地膜在水环境中的降解研究还比较少,而土壤中的地膜会随风吹落或地表径流进入水体,对水环境造成污染,因此有必要开展这方面的研究工作,为以后生产出环境友好型地膜提供理论参考。

1实验部分

1.1材料

普通聚乙烯地膜(厚度:0.006mm),市购,绵阳开元塑料有限责任公司;光降解地膜(厚度:0.002mm,含硬脂酸铁光敏剂),西南科技大学罗学刚教授自主研发生产;玉米淀粉生物降解地膜(厚度:0.020mm,含玉米淀粉),市购; 淀粉接枝共聚物类(SBC)生物降解地膜(厚度:0.02mm,含玉米淀粉,己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物PBAT),广东上九生物降解塑料有限公司。

1.2实验方法

用直径80mm的塑料材质多孔悬浮球,将不同种类的地膜剪成小片放在悬浮球中,然后再将装有地膜的悬浮球放入渔网中,加重一起放入西南科技大学污水处理厂的好氧曝气池液面下,该污水厂污水主要来自学生和教职工生活污水及学校周边居民生活排水。

地膜降解一定时间后,取出并用蒸馏水洗涤干净,真空干燥至恒重。通过测量降解前后的重量、红外光谱、扫描电镜(SEM),对比研究不同材质地膜的降解程度和降解性能[9,10,11,12,13]。

2结果与讨论

2.1失重率

采用重量损失法测定降解性能[14], 本实验采用失重率表示,其计算公式为:

dW=(W0 -W)/W0×100%

其中: W0 、W分别为降解前后薄膜的重量, dW为失重率。

4种地膜在曝气池中降解30天后的失重率如表1所示。

由表1可以看出,经过30天的曝气池的好氧生物降解,聚乙烯地膜重量变化不明显,光降解地膜稍有变化,而添加了玉米淀粉的生物降解地膜失重率比光降解地膜大,与以上3种地膜相比,SBC添加了PBAT共聚物的热塑性生物降解地膜则有较明显的变化,其失重率达到13.65%。玉米淀粉地膜与SBC地膜都属于生物降解地膜,都有易被微生物降解的淀粉成分,但除此外,SBC地膜还添加了PBAT共聚物,PBAT共聚物也是易降解的高分子物质,由于淀粉与PBAT混合后的协同作用,使得该种地膜在4种地膜中最易被微生物降解,显示了较高的生物降解性能。

2.2红外光谱分析

由于SBC地膜厚度大且不易透光,不能直接测试,所以选择研磨后再测试。称量研磨后的10mg 粉末地膜样品,与KBr混合压片进行测定。其它3种地膜的厚度适合以薄膜的形式直接测试,测定范围均是4000～400cm-1。

2.2.1 聚乙烯和光降解地膜降解前后的红外谱图

图1是聚乙烯地膜降解前后的红外谱图比较,由此图得知,降解后比降解前多了921.2、1643.2cm-1 3个峰。1643.2cm-1处是表示C=O的伸缩振动,921.2cm-1处为C-O-H或C-O-C基团的伸缩振动引起,说明在好氧生物降解的过程中发生了聚乙烯被氧化的化学反应。从图2可以看出,1735.6、2379.7cm-1两处峰降解后明显变小,且发生了蓝移,分别移到了1643.3、2324.1cm-1。1735.6cm-1处代表C=O基团,2379.7cm-1处是光敏剂的谱带,说明光降解地膜在水中降解过程中光敏剂性状发生了明显变化,其他组分未发生明显变化。

2.2.2 玉米淀粉地膜降解前后的红外谱图

从图3可以看出, 1640.3、2661.7、3245.4cm-1处降解后较降解前都明显增强了,1640.3cm-1谱带可能是淀粉变形开链结构中C=O基团伸缩振动的表征,2661.7cm-1处对应的是OH伸缩振动,3245.4cm-1谱带则是淀粉多聚物中分子间氢键的OH伸缩振动所显示的峰宽增强,表明淀粉地膜在水中性状发生了变化。

2.2.3 SBC地膜降解前后的红外谱图

查看SBC地膜降解前的红外谱图(图4),3399.5cm-1处有较强的-OH吸收峰,降解后移到了3418.9cm-1处,红移了19.4cm-1,且降解后峰明显增强;代表CH伸缩振动的谱带由降解前的2851.4cm-1、2920.7cm-1分别红移到了2874.6cm-1、2957.8cm-1,峰也增大较多,而3418、2957、2874cm-1是PBAT的吸收峰,所以这种地膜降解过程中PBAT组成部分发生了明显降解。谱图显示其他峰位置几乎无变化,但峰强度较降解前都有明显增加,例如代表R-C=O伸缩振动的1715cm-1,代表C-O的对称伸缩振动的1271cm-1,730cm-1处是PBAT中BT连段上苯环CH面内弯曲振动吸收,577.3、1103.9、1715.1cm-1是淀粉的吸收峰[10],因此淀粉组分的性状在降解过程中也发生了变化。表征CaCO3组分的874.2cm-1特征谱带有所增强,这可能与随着地膜发生降解CaCO3组分对红外辐射的敏感性增强有关。

由以上几种地膜降解前后的红外谱图比较可看出,SBC地膜红外谱图降解前后变化最大,表明在好氧微生物的作用下,该种地膜降解最明显,其次是淀粉地膜,在水中微生物的作用下也发生了一定程度的降解,而光降解地膜和聚乙烯地膜因不含可生物降解成分,所以谱图变化不明显。

2.3地膜的扫面电镜分析

从图5可看出,聚乙烯地膜和光降解地膜降解前地膜都很平整,降解后都无孔洞出现,但是显示发生了一定程度的机械变形和破损,表明有生物侵蚀的痕迹。玉米淀粉地膜降解前添加的淀粉母粒均匀分散在基体中,降解后的图片显示淀粉由于降解而从基体脱落致使淀粉颗粒明显减少且颗粒变小,但未见孔洞出现。SBC地膜,降解后基体发生团聚,且明显出现许多大小不一的孔洞。

3结论

可降解地膜 篇6

我国从1978年开始推广地膜覆盖技术至今, 每年地膜用量达125万t, 覆盖3亿亩40多种农作物。但目前废旧地膜的回收率不足30%, 残留在土壤耕层里的地膜越积越多, 形成了严重的“白色污染”。为此, 山东一家企业成功研究出了氧化生物双降解生态地膜, 不仅解决了多年困扰我国农业生产中难题, 也使我国成为世界上第三个掌握此技术的国家。

氧化生物双降解生态地膜综合利用了氧化降解和生物降解技术, 可以根据不同作物的生育期需求, 通过添加不同剂量添加剂进行降解调控。普通地膜是以聚乙烯为基材, 通过吹塑设备生产出来的塑料薄膜产品。记者看到, 氧化生物双降解生态地膜和普通地膜使用的基材和吹塑设备一样。“它与普通地膜最大的不同就是在生产过程中, 添加不同比例的纳米降解助剂, 这样既能保留普通地膜良好的拉伸、透光等使用性能, 又能根据不同作物的生长需求进行可控降解”。据企业技术人员介绍, 该技术克服了光催化降解技术在无光或光照不足时不易降解和光线充足时降解过快的缺陷, 废弃后生态地膜通过自然界的光、热及微生物的作用, 定时可控的将大分子量的聚乙烯氧化降解为小分子量的低聚物, 再由土壤常见的微生物降解为二氧化碳、水和腐殖质, 回归生态圈。

可降解地膜 篇7

1 PHBV与天然纤维非织造复合材料

羟基丁酸-羟基戊酸共聚酯 (PHBV) 是以淀粉为原料, 由微生物发酵的热塑性高分子聚酯, 根据相关资料显示[2,3,4], 其具有良好的生物可降解性、生物组织相容性和抗凝血性等独特的优点, 在工业、农业、包装、生物医学等领域有着广泛的应用前景。它原料来源丰富, 自然界广泛存在, 是人类取之不尽用之不竭的资源, 而且PHBV是以淀粉为原料, 对环境不会造成污染, 可以在环境自然降解。但是由于PHBV的热稳定性较差, 熔融加工窗口窄, 特别是它的样品在室温存放过程中会逐渐显示明显的脆性, 这很大程度地限制了其产业化加工和应用。目前的专家学者正尝试以PHBV为基体, 淀粉或纤维素为增强体加工成复合材料, 已达到预期的目的, 可以替代聚乙烯薄膜, 同时无环境污染。M.Avella, G.La Rota等采用蒸汽爆炸法将麦秆纤维进行处理后, 与PHBV热压复合制备麦秆纤维PHBV复合材料, 纤维长度2~3mm, 最高重量比30%, 研究结果表明:将麦秆纤维采用蒸汽爆炸法处理后, 可减少纤维中木质素、半纤维素的含量, 并引起相结构的变化, 使其更具反应活性, 从而改善复合材料两相间的界面粘结性能以及短纤维在基体中的均匀分散性。麦秆纤维具有成核剂的作用, 可提高复合材料中PHBV相的结晶速率, 但对其结晶度基本上无影响。与纯PHBV相比, 复合材料的杨氏模量、玻璃化温度Tg提高, 而拉伸断裂强度、拉伸断裂伸长率略有降低, 生物降解性、熔融温度基本保持不变。

2 麻丝非织造复合材料

主要以亚麻和蚕丝的工业下脚为原料通过非织造方法制作地膜。亚麻是天然纤维素纤维[5], 蚕丝是天然蛋白质纤维, 都可自然降解, 降解产物不污染环境, 蚕丝分解产生的蛋白质可以改善土壤特性, 提高土壤含氮量。地膜的生产采用两种不同方法进行。生产的全亚麻非织造布地膜浸渍不同浓度的丝胶溶液, 烘干后对其性能进行检测, 确定最佳丝胶浓度为15‰。制成的样品性能为:断裂强度33N, 厚度0.1203mm, 回潮率3.9%, 透湿率2165g/ (m2·h) 。在自然状态下均能发生降解, 土埋60d后, 浸渍法地膜的降解率分别为20%。通过扫描电镜图像可看出麻纤维从束状分解成多根单纤维。红外光谱吸收图表明亚麻大分子链发生断裂, 大分子有解聚现象发生。在完全降解前, 地膜会分解成散纤维状态, 不会因片状结构而造成土壤板结。地膜的部分降解产物能提高土壤的氮元素含量, 地膜降解后使土壤全氮含量提高了11.8%。

3 稻秸秆提取纤维非织造材料

常用秸秆纤维[6]的提取一般都采用氢氧化钠对秸秆的蒸煮制浆, 其方法既高耗能, 同时对环境的污染较大, 现实验采用了两种不同的处理方法来制取稻秸秆纤维, 分别又对不同方法提取的稻秸秆纤维制作了农用地膜, 通过对纤维性能和地膜性能的比较, 选择较优的处理方法。处理稻秸秆的第一种方法是用氢氧化钠和硫化钠共混对稻秸秆进行蒸煮。第二种方法是碱-酶复合法提取稻秸秆纤维, 由于酶为漆酶酶粉, 其活性很低, 若果直接处理稻秸秆的话, 其脱胶的效果很差。所以先用低浓度的碱对稻秸秆进行预处理, 此步处理的主要目的是稻秸秆膨胀, 分散开来, 为下一步的酶处理做准备。通过对碱处理时间、处理温度和碱浓度以及酶的处理时间、处理温度、酶浓度和p H值对纤维的长度、宽度和纤维素含量影响的讨论, 综合分析等得到的最佳方案为:碱浓度为2%, 碱处理时间为10min, 碱处理温度为为95℃, 酶处理时间为60min, 酶处理温度为50℃, 酶浓度为1.5%, p H值为5。提取的稻秸秆纤维平均长度为18.6mm, 纤维宽度为44.6um, 纤维素含量为68.53%。采用了酶处理, 由于碱浓度、碱处理时间和处理温度都比较低, 对纤维的损伤比较小, 并且漆酶只降解木质素而不损伤纤维素纤维, 因此改善了单根纤维的强力, 因此地膜的断裂强度有所增加。由上述的结果可以看出碱-酶复合法提取稻秸秆纤维的方法较好, 并且由于酶是蛋白质物质, 其废液对环境无污染, 可推广使用。

4 稻秸秆纤维与废蚕丝非织造复合材料

利用秸秆提取纤维并用非织造技术生产农用地膜, 对原料选取、配比方案及对田间性能的测试, 综合分析得出最佳方案为:废丝量为4.02g/m2, 平方米克重为80g/m2, 粘合剂浓度为8%。制成的样品主要性能为:横向断裂强度为35N, 纵向断裂强度为32N, 厚度为0.2641mm, 透湿率为2346g/m2·h, 回潮率为5.6%。天然非织造布地膜有较好的保温性, 对表层土壤的最大增温可达3.6℃, 增温效果随土壤深度的增加而减小, 白天的增温效果好于晚上, 环境温度高的增温效果好于环境温度低的增温效果。保湿试验证明, 非织造布地膜覆盖后能减少土壤水分蒸发量, 比露天少, 有明显的保湿作用。保湿实验证明[6], 非织造布地膜覆盖后能减少水分的蒸发量, 在土壤基础含水率为26.7%的情况下, 覆盖非织造布地膜土壤的含水量减少7.5%, 比塑料地膜的5.2%略小, 具有明显的保湿作用。土壤降解试验证明, 秸秆纤维农业地膜在自然状态下能发生降解, 土埋30d后, 地膜发生降解, 土埋40d后, 降解率十分明显, 通过扫描电镜图像可看出秸秆纤维从束状分解成多根单纤维, 有大部分的纤维消失。红外光谱吸收图表明纤维大分子链发生断裂, 大分子有解聚现象发生。在完全降解前, 地膜会分解成散纤维状态, 不会因为片状结构而造成土壤板结。因为地膜中含有废蚕丝而且稻草纤维中含有大量的钾元素, 所以地膜的部分降解产物能提高土壤的氮和钾元素的含量, 在非织造布地膜被土埋30d后, 土壤的全氮含量增加1.0%, 全钾含量增加0.17%;土埋40d后含氮量增加1.5%, 含钾量增加0.22%。

5 麻地膜非织造材料

根据资料显示[7,8,9], 环保型麻地膜, 在农业应用中具有保水、保温, 防草等效果, 在合理栽培条件下优于塑料地膜, 但目前对环保型麻地膜降解特性及降解后对作物和土壤影响的研究中, 还存在不少空白。本试验重点研究可降解麻地膜的降解特性及降解后对作物和土壤的影响, 研究结果如下:

5.1 地表覆盖麻地膜, 需要6~7个月可以完全降解, 麻

地膜强力的变化在前期和后期变化速率快, 中期相对缓慢, 延伸率在前期略有增加, 后期降低;埋入土壤中的麻地膜, 2个月内可以完全降解, 前期变化缓慢, 后期变化迅速。

5.2 土壤肥力影响麻地膜的降解, 高肥力有利于地表

和土壤中麻地膜的降解, 在高肥力的土壤中, 土壤放线菌和细菌的数量增多, 与麻地膜单周降解率呈显著正相关。

5.3 麻地膜生产技术应用于红麻农作物生产, 麻地膜

降解后, 促进红麻各生理指标的增长, 包括株高、茎粗、皮厚、地上鲜重、地上干重、群体叶面积指数等, 麻地膜降解可以明显增加皮厚、群体叶面积指数、地上鲜重和干重。麻地膜覆盖8年和6年的红麻收获产量相对于对照增加12.8%和8.7%, 鲜茎出麻率增加4.4%和7.0%。

5.4 麻地膜降解后, 有利于土壤含水量的提高, 降低土

壤容重达4%左右;提高土壤有机质、速效磷、速效钾的含量。

5.5 麻地膜降解促进土壤微生物的增长。麻地膜降解

提高土壤部分酶的活性, 包括土壤蔗糖酶、纤维素酶和酸性磷酸酶, 且其酶活之间呈显著正相关。

6 结语

进入21世纪后, 人们对环境友好型的材料的开发和研究越来越重视。可生物降解农用地膜的研究也成为科学工作者研究的对象。以天然纤维为原料制成的非织造可生物降解的复合材料, 逐渐能满足人们的要求, 若能在规定的时间内完全降解, 提高土壤的肥力的同时, 又能达到除草的目的, 同时废弃物无环境污染, 是该领域研究的关键。

摘要：虽然农用地膜应用是一项优良的农业增产技术, 但残留地膜污染田地的问题却十分突出, 我国农用地膜使用量位居世界前列, 因此研究和解决我国农用地膜的生物降解问题迫在眉睫, 现尝试对非织造农用地膜的各种降解方法做一剖析, 以期能为关注该领域的学者和相关行业的同仁们提供参考。

关键词：非织造材料,生物降解,PHBV,亚麻纤维,蚕丝纤维,稻秸杆纤维

参考文献

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可降解地膜 篇8

关键词：降解地膜,寒地,半干旱地区,玉米

地膜覆盖技术由于具有增温、保墒和调水等效果, 可以大幅度提高作物的经济产量。农用地膜作为重要的农业生产资料已被广泛应用于农业生产中, 并极大地促进了农业发展和农民增收[1]。近年来, 随着地膜大面积的推广应用, 由于地膜材质问题, 长期使用地膜导致大量地膜残留在土壤中, 其造成的环境污染问题和对生态环境的影响已经成为社会性的问题, 为了减少地膜覆盖产生的土壤环境白色污染问题, 开发研制可降解地膜逐渐成为当前农业生产的热点[2]。可降解地膜是解决常规塑料地膜引起的白色污染的有效途径[3]。目前为止, 开发降解地膜所面临的主要挑战是准确的确定地膜降解的时间和降解程度。可降解地膜降解的速度及时间主要受降解膜的配方和环境条件影响, 不同的地域由于环境因素的影响, 降解程度也是不一致的。降解塑料地膜的降解时间可以人为控制, 以适应不同地区、海拔和作物的需要[4]。因此, 在寒地半干旱地区研究降解膜的降解性对玉米产量的影响对于推广可降解地膜、减少白色污染、提高粮食产量并促进农业可持续发展具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2013年在黑龙江省农业科学院齐齐哈尔分院科研试验基地进行。试验区属于寒地半干旱类型区, 无霜期145d左右, 试验地地势平坦, 土壤肥力状况中等, 地力均匀一致, 土壤类型为碳酸盐黑钙土, 前茬为绿豆, 耕层深度为25~30cm。

1.2 材料

供试玉米品种为先玉335。试验所用的11种可降解性地膜均由吉林地富肥业科技有限责任公司提供。11种地膜均按不同配方比例研制而成 (根据添加材料的比例不同, 其降解的时间和速度不同) , 宽1 300mm。对照地膜为普通农用地膜, 宽1 300mm, 厚度0.008mm。

1.3 方法

1.3.1 试验设计

试验共设12个处理, 即处理F1~F11为不同配方的可降解地膜 (每一种可降解性地膜设为1个处理, 11种可降解地膜编号为1、2、3、…11号) , 处理F12 (CK) 是常规地膜处理。试验采用大区对比方法, 不设重复。为保证试验数据的准确性, 试验各处理的玉米品种、种植密度、施肥、除草和灌溉条件等田间管理措施均保持一致。密度为6万株·hm-2。基肥施尿素150kg·hm-2, 磷酸二铵225 kg·hm-2, 氯化钾150kg·hm-2, 长效硫包衣尿素375kg·hm-2, 结合整地起垄一次性施入。覆膜前喷施除草剂, 播种日期为5月10日, 坐水种植, 播后人工覆膜。

1.3.2 调查项目及方法

(1) 覆膜后每10d记录一次地膜降解情况。地膜降解速度的参考指标为0级:未出现裂纹 (包括风力和人为破坏) ;1级:开始出现裂纹 (诱导期) ;2级:田间25%地膜出现细小裂纹;3级:地膜出现2.0~2.5cm裂纹;4级:地膜出现均匀网状裂纹, 开始变薄, 无大块地膜存在;5级:地膜裂解为4cm×4cm以下碎片, 变薄。6级:25%地面无肉眼可见地膜;7级:50%地面无肉眼可见地膜;8级:75%地面无肉眼可见地膜;9级:100%地面无肉眼可见地膜。

(2) 记录玉米生长物候期, 收获时测定不同处理产量。

2 结果与分析

2.1 不同处理间的降解速度分析

由表1可知, 从降解时间看, 处理F7和F11降解时间最早, 在覆膜后20d开始出现诱导期的裂纹;处理F6、F8、F9、F10在覆膜后30~40d开始出现诱导期的裂纹;F4、F5在覆膜后50~70d达到诱导期;F1、F2处理在覆膜后70~90d出现诱导期的裂纹;处理3出现诱导期裂纹时间最晚, 在覆膜后100d达到诱导期。

从降解程度看, 收获期以F7处理降解速度最快, 地膜降解速度达到6级, 25%地面无肉眼可见地膜;F8、F10、F11处理降解程度其次, 收获时地膜降解速度达到5级标准;F2、F5、F9处理达到3~4级水平;F1、F3、F4降解程度较低, 收获时地膜裸露部分降解速度只达到2级水平。各处理掩埋在土层中的地膜部分降解速度较慢, 未发现显著降解。

2.2 物候期调查

由表2可知, 各处理同期播种全部成熟, 各降解膜处理之间与普通地膜的生育进程基本相同, 个别时期有1d的浮动;由此可见降解地膜和普通地膜在玉米生长进程方面没有差别。

2.3 产量对比分析

由表3可知, 各处理产量对比中, 比常规覆膜对照CK增产的降解膜处理有3个, 为F2、F3、F4, 分别比对照增产10.7%、5.6%和1.0%, 其中F2与CK产量差异达到显著水平;比CK减产的8个降解膜处理中, 与CK差异不显著的处理有3个, 为F5、F1、F8, 分别减产1.9%、2.4%和2.5%。与CK产量减产幅度差异达到显著水平的处理有5个, 分别为F10、F6、F9、F7、F11, 分别减产6.5%、9.5%、10.1%、13.8%和16.1%。

3 结论与讨论

黑龙江省西部地区春季气温较低、干旱蒸发量大, 地膜覆盖有利于增温保墒、抑制杂草生长[5], 促进玉米种子萌发和幼苗生长发育[6]。夏季雨热同期, 高温多雨, 玉米植株生长繁茂, 田间遮蔽现象严重, 此时地膜覆盖增温效果不明显, 而且常规地膜覆盖阻碍了自然降雨对植株土壤根系的直接补给, 不利于玉米植株对水分的吸收利用, 影响其生长发育。降解膜可以在一定的时间内自行分解, 既实现了普通地膜增温保墒的作用, 又减少了残留地膜对农田环境的污染, 是北方高寒地区覆膜玉米高产栽培的发展趋势。

降解地膜的降解时间直接影响覆膜玉米的生长发育及产量。降解开始时间 (诱导期) 不宜过早, 过早地膜覆盖效果不显著, 影响覆膜玉米产量;降解时间晚, 降解程度低, 导致土壤地膜残留量增加, 从而影响降解膜的降解效果。该试验结果表明, F1、F2、F3、F4和F5处理在覆膜后50~70d开始出现裂纹 (诱导期) , 其产量与常规覆膜处理产量相近或高于常规覆膜处理, 其中F2、F5处理降解速度达到3级水平。说明在覆膜后50~70d开始出现诱导期的降解膜不会减少覆膜玉米产量, 能够达到与常规地膜同样的保墒增温效果, 而且降解后不会影响水分对玉米根系的直接补给, 能够促进玉米产量的提高, 减少残留地膜对耕地产生的环境污染。由此可见, 在寒地半干旱地区进行降解地膜栽培, 降解速度较快, 覆膜后50~70d开始出现诱导期的F2、F5处理 (2、5号可降解地膜) 较为适宜。

目前按照降解地膜降解的客观条件和机理不同, 可以将降解地膜分为光降解型地膜、生物降解型地膜和其它降解材料地膜类型[7]。该试验所选的降解地膜都是光降解型地膜, 降解部分裸露在地表, 而在降解地膜覆盖栽培中有20%~30%被土壤覆盖, 这部分地膜的降解速度缓慢, 地膜残留容易造成环境污染, 应适当添加生物降解材料促进土壤覆盖部分降解。该试验是在特定气候类型地区所获得的一年试验结果, 还需要进行多年验证, 以确定其准确性。

参考文献

[1]严昌荣, 何文清, 梅旭荣, 等.农用地膜的应用与污染防治[J].北京:科学出版社, 2010:6-7.

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[6]关新元, 尹飞虎, 刘齐锋.降解地膜在棉花上应用效果初探[J].新疆农垦科技, 2001 (4) :37-38.

可降解地膜 篇9

新疆位于西北干旱区,地膜覆盖对土壤具有明显的保湿保温的作用,并且可以有效地治理杂草,从而促进农作物增产[1,2]。自从20世纪90年代新疆引入膜下滴灌技术,地膜带来“白色革命”,极大提高新疆农业经济发展。目前膜下滴灌广泛应用于棉花、番茄、玉米等种植,极大提高了当地居民收入[3]。由于普通塑料地膜更好的经济性,使得新疆普遍采用不可降解的普通塑料地膜,这种地膜主要成分为聚乙烯或聚氯乙烯,都具有极高的稳定性,降解速度非常缓慢,据估计降解需要100年的时间[4]。长期膜下滴灌使大量地膜碎片残存在土壤中,形成不同程度不同层次的隔层,影响土壤的透气性,阻碍根对养分和水分的吸收。新疆未采取有效的残膜回收技术,尤其是超薄地膜的使用,这种地膜相对容易破碎,薄膜碎片残存于地下30cm以内并逐年递增,使土壤容重减小,破坏土壤团粒结构。若任其发展势必会造成农作物减产并且导致严重土壤污染[5]。因此,发展适应于新疆特殊气候条件下的可降解地膜已经成为解决土壤残膜污染的重要方法[6]。

20世纪70年代,欧美科学家首先提出降解塑料的概念,1973年英国科学家格里芬提出生物降解的概念,Otey等将其进一步发展,提出“双降解”的概念,随之产生了光生物双降解地膜[7,8]。中国在20世纪90年代降解塑料成为研究热点,不断有新型可降解地膜产生。随着可降解地膜生产技术日渐成熟,降解地膜的研究也进入田间试验示范阶段[9]。李仙岳[10]等研究了不同厚度生物降解膜在葵花方面的应用,得出生物降解膜覆盖与普通塑料地膜具有相似的应用效果,刘群[11]等研究了生物降解膜在玉米种植的应用,前期效果与普通塑料地膜相似,由于后期降解膜的降解,保温保墒效果降低。申丽霞[12]等研究了生物降解地膜在玉米上的应用,也得出生物降解膜和普通塑料地膜具有类似的应用效果。前人的研究主要集中在研究降解膜在玉米、葵花等上的应用,多数位于内地,然而很少研究完全生物降解膜在新疆地区膜下滴灌的应用。笔者针对新疆特殊气候条件,研究两种不同厚度生物降解地膜在膜下滴灌棉花上的大田应用,针对完全生物降解地膜对土壤温度和水分的影响进行研究,为生产中使用完全生物降解膜代替普通塑料地膜提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2015年4月至11月在石河子大学节水灌溉试验站(85°59′47″E,44°19′28″N海拔412m)进行,试验站位于新疆石河子市西郊石河子大学农试场二连,平均地面坡度6‰,年平均日照时数达2 865h,≥10℃积温为3 463.5℃,无霜期170d,多年平均降雨量207 mm,平均蒸发量1 660 mm,地下水埋深大于10m,土壤质地为中壤土,0~100cm层的平均体积质量及田间持水率(质量含水率)分别为1.60g/cm3和18.65%。

1.2 试验设计

采用小区试验,设置普通塑料地膜(PE)、A型完全生物降解地膜厚0.010 mm(BD1)、B型完全生物降解地膜厚0.012mm(BD2)以及无膜(CK)4个处理,各处理3次重复,随机排列组合,每个小区面积为108m2(18m×6m)。膜下滴灌棉田棉花种植模式为1膜2带4行,平均株距11cm,理论留苗密度250 000株/hm2。4月21日播种(干播湿出),5月5日出全苗,5月16日定苗,9月10日开始采摘。全生育期共施肥量832kg/hm2(尿素和磷酸钾铵按照2∶1的比例进行滴灌随水追施),喷缩节安化控4次。灌溉水源为当地深层地下水,矿化度低于0.3g/L,所有处理灌水量相同,为4 500m3/hm2,灌溉方式为膜下有压滴灌。其他种植管理方式与大田生产相同。

试验用完全生物降解地膜为金发科技股份有限公司生产,膜宽都是80cm,膜厚分别为0.010和0.012mm;主要成分是己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物(PBAT)这种地膜由自然界存在的微生物如细菌、霉菌(真菌)和藻类的作用而引起降解(无需人工添加剂),降解后产生天然物质,如水、二氧化碳和生物质。供试验棉花品种为新陆早21号,适合新疆自然生态特点和“矮密早”栽培模式要求,具有良好的稳定性和适应性;聚乙烯普通塑料地膜由新疆天业股份有限公司生产,膜厚0.008mm;单翼迷宫式滴灌带由新疆天业股份有限公司生产,滴头间距30cm,滴头设计流量2.6L/h。

1.3 测定项目和方法

1.3.1 土壤温度

采用曲管地温计对不同处理的土壤温度进行观测,分别观测地下5、10、15、20cm处的温度,第一个月测定时间为08∶00至20∶00每隔两个小时观测一次,从覆盖当天起每隔5d测定一次,之后测定时间为08∶00,14∶00,20∶00三个时间点,每隔7d测定一次。

1.3.2 土壤水分

采用取土烘干法测定质量含水率,水平方向分别在滴灌带下、窄行和宽行中间测定,垂直方向则每隔10cm取一个样取至1m。测定时间为棉花播种第2天,然后每个10d测定一次,含水量采用申孝军方法进行加权平均计算,根据不同深度土壤容重换算成土壤储水量。

1.3.3 气象数据

在距试验地300m处设自动气象站,每隔30s测量一次,记录降水、气温、湿度、太阳辐射、大气压等气象指标。

1.4 数据分析

所有数据采用Microsoft Excel 2007进行处理及绘图。使用Microsoft Excel 2007在P<0.05下进行方差分析。

2 试验结果分析

2.1 不同覆盖处理对土壤温度的影响

2.1.1 土壤温度的日变化

图1表示棉花生育期内的气温和降雨,气温为每十日平均值。图2表示5月7(播种后15天)日不同覆膜处理不同深度土壤地温的日变化。从图2中可以看出土壤温度随着时间推移逐渐升高,其中5到10cm处温度达到最大值后又逐渐降低。地下5cm处16∶00(北京时间,下同)温度较8∶00时刻地温提高平均108.3%,但在20∶00时刻地温又出现降低,降幅达到33.6%,并且在地下10cm处出现了相似的规律,但温度的增幅和降幅分别为76.7%和15%,地下10cm处温度的波动幅度明显与地下5cm较小。地下15和20cm处土壤温度的变化较上层土壤明显趋于平稳。地下15cm和地下20cm处的地温增幅(8∶00与16∶00相比)分别为39.2%和17.7%,并且在16∶00至20∶00的这个时段内,并未出现降低反而出现了增长。可以看出5和10cm处地温最高值出现在16∶00,15cm深度地温最高值出现在18∶00,20cm深度地温极值出现在20∶00,总体上地温极值随着深度的增加出现了滞后现象。两种完全生物降解地膜和普通地膜的地温高于裸地,地下5cm处BD1、BD2、普通塑料地膜覆盖(厚度分别为0.010、0.012和0.008mm)较无覆盖地温提升8.1%、6.9%和14.8%。普通塑料地膜对于地温的提高作用最强,BD1增温作用强于BD2但之间没有显著性差异(P<0.05)。地下10和15cm处地温与地下5cm处地温具有相似的规律,但在地下20cm处覆膜处里与不覆膜没有显著性差异(P<0.05)。由此可以看出地膜覆盖的增温效应主要集中在地表至地下15cm深度内。完全生物降解地膜与普通塑料地膜具有相似的增温作用,从地膜的增温方面看可以代替普通塑料地膜使用。

2.1.2 土壤温度的周变化

图3表示不同覆膜处理5和10cm深度土壤温度的周变化,分别为一天中不同时刻5和10cm处土壤温度的平均值。地膜覆盖主要对地表至地下15cm内土壤温度产生影响(图2)。因此主要研究地下5和10cm处地温的周变化。从图3可以看出土壤温度在播种后35天内波动较大,最高与最低土壤温度相差15.1℃,这主要是由于较大的气象变化引起地温的波动(图1),并且棉花植被覆盖较小气象因素是主要的影响因素。之后气温稳中有升,地温则相应升高则得以印证。在播种后65d内,地下5cm处覆盖BD1、BD2和LPE与无覆盖(CK)相比温度提高了2.3、2.1和3.5℃。覆盖完全生物降解地膜可以显著地提高土壤温度,与之相比普通塑料地膜的增温效应更加明显(增长57.1%)。地下10cm具有相似的作用,与对照相比BD1、BD2和LPE提高0.9、0.8和2.1℃,但增温作用与地下5cm相比明显降低。播种65d后3种覆膜处理5和10cm深度土壤温度都较为接近但比无覆盖高,这是由于随棉花生长,植被覆盖成为影响土壤温度的主要因素,地膜的保温作用逐渐消失;而在前期气象因素是影响地温的主要因素,地膜的保温作用影响显著。本试验所采用完全生物降解地膜在播种后65d内均未出现破坏性降解,具有和普通塑料地膜相似的保温作用,从地膜的降解性能来说,在棉花前期未出现大面积降解,完全满足棉花生长对温度的要求,可以代替普通塑料地膜的使用。

2.2 不同覆盖处理对土壤水分的影响

图4表示的是不同覆盖处理下土壤水分随时间的变化。土壤水分在播种后第2d不同地下深度的土壤水分基本一致。在地下0~10cm处,土壤水分波动较大,完全生物降解地膜和普通塑料地膜的土壤水分没有明显差异(P<0.05),但均高于裸地。说明完全生物地膜与普通塑料地膜具有相同的保墒效果。土壤水分在播种后45d内一直降低是由于,新疆膜下滴灌棉花在苗期和吐絮期内不进行灌溉。地下10~50cm处,完全生物降解地膜和普通塑料地膜土壤水分无显著差异(P<0.05),但均多于无覆盖土壤水分,这是由于植物根系较短以及覆膜阻碍深层土壤水分的蒸发,使得地下10~50cm处土壤水分波动较小,覆膜的保墒效果得以体现。但是,在地下50~100cm处,土壤水分随时间增长波动较小,4种处理的土壤水分互有高低,差异性不明显,这是由于蒸发作用主要影响地表至地下50cm处土壤水分,覆膜并不能对这一范围内的土壤水分产生影响。由此说明完全生物降解膜和普通塑料地膜在保持水分上具有相似的作用,并且能在土壤0~50cm处产生影响,因此从保墒的方面来说,完全生物降解膜可以取代普通塑料地膜。

3 讨论

使用生物降解地膜代替普通塑料地膜可应用与农业生产中,因为二者在保持土壤水分和提高土壤温度具有相似的作用[12]。兰印超[13]等的研究表明可降解地膜覆盖能够提高地下5~20cm的土壤温度以及地表至40cm处的土壤水分。张永明[14]等研究表明,地膜覆盖可以明显提高地下5~15cm处的地温,在没有降解时与普通地膜相比具有相近的保温作用。王星[15]等的研究表明,可降解地膜与普通塑料地膜具有相近的作用。王鑫[16]等研究表明,在玉米生长前期,可降解地膜的保水保墒作用显著。在本研究中,完全生物可降解地膜为保证足够的韧性和强度,满足新疆地区大面积机械作业要求,使用的地膜厚度较厚,与上述专家使用的降解地膜相比较厚。在地温的日变化以及周变化中,完全生物可降解地膜均较普通塑料地膜的保温效果差,这是由于特殊的材料和膜厚造成,但作用仅仅在地下5cm处较为明显。膜厚度的增加使得降解速度减慢,因此完全生物降解地膜前期的保水效果与普通塑料地膜相近,在棉花灌水阶段内(蕾期和花铃期)地膜对对土壤水分的影响很小,这是由于高频率灌水造成的,而此时也是完全生物降解地膜快速降解阶段。因此从对于棉花生长至关重要的水和温两方面来说,完全生物降解地膜完全可以代替普通塑料地膜进行推广应用。

4 结语