液态地膜及其研究进展

王合叶　李澧　赵永富

摘要：液态地膜起源于19世纪中后期，随着材料科学的发展以及人们对环境保护的重视，近年来多功能可降解液态地膜又引起了国内外许多研究者的浓厚兴趣。由于其制备工艺简单、易集成化、可生物降解、环境友好等优点，可作为塑料地膜的一种理想替代品。对液态地膜的国内外起源、研究现状及进展、发展机遇及挑战进行了综述，分析了存在的问题及对策，以期为液态地膜的研发及推广提供参考。

关键词：液态地膜；降解；环境友好

中图分类号： S223.5 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2016）07-0413-02

塑料地膜栽培技术是20 世纪十大农业技术之一，具有增温、保墒、保肥、抑草和高产等作用。目前我国每年地膜投入量约为120万t，地膜覆盖面积超过0.233亿hm2，涉及棉花、玉米、花生、大蒜等40多种农作物，并呈逐年递增的趋势，塑料地膜的使用因此被称为农业生产上的一场“白色革命”。目前，我国使用的主要是0.012 mm以下的超薄地膜，这种地膜强度低、易破碎，使用后都很难回收再利用，如果废弃在土壤中，积年累月会造成土壤和环境严重的白色污染。液态地膜是一种含有高分子化合物的成膜物质，不仅和普通地膜一样可以起到保温、保湿、保墒等作用，还兼有降解性能好、成本低、可现场喷施成膜等优点，可以作为塑料地膜的一种理想替代品。

1 液态地膜在国内外的起源

液态地膜可以促进土壤形成团粒，从而起到改良土壤结构、固定表土及保护耕层的作用。国外的液态地膜研究始于19世纪中后期，1963年起，比利时开发了沥青乳化剂，该产品施入土壤后能将分散的土壤颗粒迅速凝聚成土壤团粒结构，可以起到增温保墒、改良土壤的作用[1]。20世纪70年代中后期，人们研制出了相对成本和质量更稳定的产品，使其在农业上和其他领域的应用不断扩大，尤其是在旱地农业生产、固沙植草、滩涂治理以及道渠防渗中发挥了重要作用[2]。1990年，意大利开发出1种新型喷洒式可降解地膜[3]，该地膜采用天然高分子材料制成，使用前是液态，使用时均匀喷洒在地表，水分蒸发后自然成膜。20世纪末，这种产品在瑞典、德国和意大利广泛用于番茄、芦笋、草莓、马铃薯和花卉种植，效果显著。

我国的液态地膜研究从1986年开始，中国农业科学院土壤肥料研究所率先用比利时沥青乳化剂进行液态地膜在农业生产上的应用研究，但是这些产品在中国市场的环境适应性差，而且存在价格昂贵、运输不便等问题。中国农业科学院土壤肥料研究所根据我国应用区域、生产力水平、经济条件，消化吸收国外成功经验，进行了液态地膜的国产化研究。1997年，在农业部“948”项目子课题“液态地膜的应用研究与示范”的资助下，在全国范围内布置了多年、多点、多用途的田间试验，取得了大量试验数据，于2001年获得成功[4-5]。与国外同类产品比较，其价格低廉，使用更方便，效果更显著，更适合我国农田生产情况。目前该产品已通过国家技术监督局土壤改良剂类产品登记认证，但是，由于原料来源有限等原因，未能进行大面积推广。

2 液态地膜现状及发展

近年来，随着材料科学的发展以及人们对于环境保护的重视，多功能可降解液态地膜的研究又逐渐成为研究的热点。许多大学和科研院所加入了这个研究队伍，研究主要集中于新型液态地膜、喷施设备两个方面。

在新型液态地膜方面，从2001—2014年间液态地膜的发明专利有20多项，其中约一半选择了腐殖酸为主要原材料，再与交联剂、成膜剂以及其他功能成分混合制备成液态地膜[6-18]。腐殖酸是自然界中广泛存在的大分子有机物质，在我国的资源丰富，储量大，分布广。煤炭腐殖酸与土壤有机质中的腐殖酸具有相似的结构和性质，因此大量施用泥炭、褐煤、风化煤及其制造的腐殖酸类肥料，可以起到显著的土壤改良作用。采用腐殖酸作为主要原料制备液态地膜，不仅可以增温、保墒，而且环保可降解，可提高土壤肥力，促进作物生长。山东科技大学田原宇教授在这方面做了大量的研究工作，田教授团队成功研制了以造纸黑液和褐煤为原料的多功能可降解黑色液态地膜[18-19]。该液膜主要用褐煤、风化煤或泥炭对造纸黑液、海藻废液、糖蜜废液、酿酒废液或淀粉废液进行改性，而黑液又作为腐殖酸的抽提剂，生产土壤所需的有机肥；木质素、纤维素和多糖在交联剂的作用下形成高分子，然后再与各种添加剂、硅肥、微量元素、除草剂等混合制取多功能可降解黑色液态地膜。该液态地膜喷施后40～60 d逐渐降解，2～3个月降解为腐殖酸类（有机肥），无白色污染。翻压入土后，具有改良土壤团粒、改善土壤通透性等作用，最终达到作物增产和土壤改良的目的。孙亚萍等将该地膜应用于葡萄白腐病防治，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、果穗白腐病的发生，可使葡萄增产4.0%[20]。以废弃物作为原料也是液态地膜一个不错的选择，如采用烟田废弃物[8]、高浓度有机废水[10]、糠醛废渣[21]等废弃物为原料制备液态地膜，不仅可以废物利用、变废为宝，而且由于原料成本低，也减少了地膜的成本，利国利民。但是，通常这种原料来源比较有限，或者原料的预处理比较麻烦，不利于大面积推广。聚乙烯醇等合成有机高分子由于成膜性好也受到了液态地膜研发人员青睐[22-24]，但是由于其成本较高，也不利于大面积推广。

此外，由于液态地膜在制备方面的优势，可以方便地添加农药、化肥等，这样可以使液态地膜同时具有多种功能，田原宇教授团队的黑色液态地膜便有如此功能，博龙·禾美特多功能全降解液态地膜也具有类似的功能。博龙·禾美特多功能全降解液态地膜是中意技术通力合作，通过10年艰苦努力终于研发成功的、具有国际先进技术水平的高科技新产品[25]。该液态地膜是对天然高分子材料进行加工处理而成，通过在农田喷洒成膜，可以在很多领域替代农业和园艺业中普遍使用的塑料地膜。该地膜集农药、肥料、地膜于一身，能省工省时，增产增收，改良土壤，同时具有容易降解、生态环保的特点，刘全国将该液膜用于春播脱毒马铃薯生产中[26]。笔者将除草剂掺混到该液体膜中一起喷施，喷施后马铃薯可以自然出苗，不用人工引苗放苗，节省了劳动力且对地形地貌适应能力强，能提高马铃薯的产量和质量。贵州省黔西南州环境监测站刘增彩工程师提出将赤泥与现有液态地膜结合[27]，针对使用于受重金属污染的土壤。赤泥与液态地膜的结合使用在土壤的改良方面不仅能有效控制土壤中重金属含量，还能避开传统地膜带来的白色污染。

随着液态地膜的研究和发展，也催生了喷洒设备的研发。2002—2013年就有发明专利和实用型新专利8项[28-35]，其中2011—2013年2年间就占6项[28-33]。目前主要处于研发阶段，在市场上还没有得到进一步的推广和应用。

笔者所在研究小组采用玉米淀粉等材料研制出新型液态地膜，可替代传统塑料地膜，保温、保墒性好，并且3～6个月就能完全自然降解，不仅保护坏境，还能改良土壤。通过玉米、蚕豆试验表明，1～2个月可以使土壤增温1～3 ℃，含水量提高20%。此外，借助笔者所在研究所在农机研发方面的优势，也计划着手进行配套喷洒装置的研发。目前已经为河南省、江西省等地部分农技站提供了试用装置。该阶段性成果已被新华报业网、中国江苏网报道。

3 液态地膜发展的机遇与挑战

当今科学技术高速发展，各学科交叉融合，给液态地膜的发展带来了机遇，如材料科学的发展会促进液态地膜的研制在原料上有更多的选择，新技术的出现给原材料的预处理提供了更多的机遇，新设备的出现使液态地膜的制备方法有更多的选择。同时，液态地膜的推广也存在一些制约和挑战：首先，与传统塑料地膜相比，尤其是在国内，液态地膜作为新生事物，用户的接受需要过程，可以通过加强宣传力度，建立示范基地，进行大力推广和试用，尽力缩短这个接受过程；其次，其液态形态给其带来了运输上的不方便，因此应用方便的优质液态地膜粉剂的研发是一项有利的措施；最后，通常因为加入了成膜剂等成分，液态地膜通常黏性比较大，容易堵塞常规的喷洒装置。因此与液态地膜配套的喷洒装置的研发与推广，尤其是与机械化作业联用的喷洒装置的研发，也是促进液态地膜推广的另一项有利措施。

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