我國液體地膜覆蓋技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問題

(河南省化工研究所有限責(zé)任公司，河南鄭州 450052)

用含有成膜物質(zhì)的乳液噴灑土壤表層，在地表形成多分子的網(wǎng)狀薄膜技術(shù)稱為化學(xué)覆蓋技術(shù)，也是液體地膜的雛形。其作用機(jī)理是分子膜封閉了土壤的表面空隙，抑制土壤水分蒸發(fā)，對(duì)分散的土壤顆粒起到膠結(jié)作用，從而增加土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，起到增溫、保墑、改良土壤的作用。近十年來，人們?nèi)找嬉庾R(shí)到塑料薄膜的長期使用對(duì)我國生態(tài)環(huán)境造成的嚴(yán)重污染，如何降低并消除這一“白色”污染已是我國政府、科研工作者及其眾多消費(fèi)者共同關(guān)注并亟待解決的問題。其中開發(fā)可降解農(nóng)膜成為解決污染的根本途徑，也是我國農(nóng)膜的發(fā)展趨勢。

1 研發(fā)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

目前，我國液體地膜主要以可生物降解高分子材料、富含腐殖酸的有機(jī)物廢液或煤粉、植物秸稈為原料，通過添加各種助劑、肥料、除草劑等制成黑色或棕褐色的乳狀懸浮液，噴灑在土壤表面形成一層薄膜，起到地膜作用。

1.1 液體地膜材料

液體地膜材料來源主要可分為三大類:可生物降解高分子材料、腐殖酸類物質(zhì)、植物秸稈。

1.1.1 可降解高分子材料

可降解高分子材料主要分為化學(xué)合成高分子和天然高分子，由于其相對(duì)分子質(zhì)量大，易吸水、可成膜，常作為土壤改良劑、保水劑、成膜劑使用?；瘜W(xué)合成高分子材料大多是在分子結(jié)構(gòu)中引入能被微生物分解的含酯基結(jié)構(gòu)的脂肪族聚酯、聚乙醇酸、聚乳酸、聚乙烯醇等，而用來作為液體地膜材料的主要有聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酰胺(PAM)等。聚乙烯醇是一種很好的土壤改良劑，由于分子鏈含有大量側(cè)羥基而具有良好的水溶性，它還有良好的成膜性，可形成高強(qiáng)度薄膜，對(duì)天然產(chǎn)物、無機(jī)物具有良好的黏接性。具有良好的生物降解性，在濕環(huán)境中有細(xì)菌存在的條件下6個(gè)月可完全分解成水和二氧化碳［1］。聚丙烯酰胺具有高吸水性，可作土壤保水劑并有效改善土壤結(jié)構(gòu)，降低土壤容重，在酰胺酶的作用下迅速水解。

天然高分子材料包括木質(zhì)素及其衍生物，改性淀粉、羧甲基纖維素、殼聚糖等，這類物質(zhì)具有能為微生物分泌的酶作用的化學(xué)鍵，在受到微生物侵襲時(shí)可發(fā)生生物降解。木質(zhì)素是一種可溶于堿的天然高分子化合物，有一定的成膜性，也有一定的強(qiáng)度，如果再添加少量甲醛和少量短纖維以增強(qiáng)其強(qiáng)度和成膜性;改性淀粉具有很好的成膜性和吸水性;羧甲基纖維素可提高液膜的抗壓強(qiáng)度，可降解;殼聚糖是一種新型植物生長調(diào)節(jié)劑，具有很好的成膜性，成膜后物理、化學(xué)穩(wěn)定性好，降解后可作為土壤氮和碳的來源［2］。

1.1.2 腐殖酸類物質(zhì)

主要包括富含腐殖酸的褐煤、風(fēng)化煤及脂肪酸廢液、造紙黑液、海藻廢液、糖蜜廢液、釀酒廢液、淀粉廢液等。

1.1.3 植物秸稈

植物秸稈中含有豐富的木質(zhì)素、纖維素和多糖等天然有機(jī)物高分子，將植物秸稈粉碎作為地膜的養(yǎng)分提供源，一方面實(shí)現(xiàn)了高效秸稈還田，為作物提供有機(jī)肥，另一方面解決了秸稈焚燒和大量堆積對(duì)環(huán)境造成的污染。

1.2 液體地膜制備技術(shù)

由于天然高分子材料及植物秸稈來源廣泛，成本低，而化學(xué)高分子材料的價(jià)格一般偏高，所以在制備液體地膜原料選擇上往往根據(jù)這幾種材料的性能優(yōu)劣合理選擇將其一起交聯(lián)反應(yīng)，既能提高地膜的性能，又可降低地膜的成本。如曹龍奎［3］等以膨化稻草為主要原料，添加丙烯酸淀粉樹脂、聚乙烯醇等制成纖維基可降解液體地膜;李恩輝［4］以木質(zhì)素、殼聚糖、膠原蛋白、表面活性劑、發(fā)泡劑等制成木質(zhì)素節(jié)水保水液體地膜;王建紅［5］用聚乙烯醇、羧甲基纖維素、醋酸乙酯等制成液體地膜，使沙漠植樹成活率達(dá)90%以上。從制備工藝上看既有化學(xué)合成方式也有微生物發(fā)酵方式，如梁玉祥［6］通過微生物菌液將秸稈等混合物料生物降解制得液態(tài)地膜。從液體地膜的功能上看，其不僅具備地膜的一般性能，還兼具肥料、農(nóng)藥等多重功效。如呂永康［7］等將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%～80%的有機(jī)麥秸稈與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%～30%的無機(jī)氮磷肥料制成多功能地膜復(fù)合肥，田秋喜［8］將腐殖酸類物質(zhì)，成膜劑、表面活性劑、化肥等制成粉狀或液狀可噴施降解地膜。

2 應(yīng)用技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

自我國第一代農(nóng)用乳化瀝青問世以來就一直受到各方的關(guān)注，科研工作者已在液體地膜性能、對(duì)土壤理化性狀的影響、對(duì)作物生長發(fā)育、產(chǎn)量品質(zhì)的影響等多方面開展了應(yīng)用研究。

陳志軍等［9］以植物殘?jiān)鼮橹饕虾铣闪艘环N新型復(fù)合體系液體地膜，對(duì)其光老化性能、最大稀釋倍數(shù)及試驗(yàn)田土壤中水分分布等多項(xiàng)性能進(jìn)行測試，結(jié)果表明新型液體地膜具有良好的長期和低溫儲(chǔ)存穩(wěn)定性;老化時(shí)間為50 d;最大稀釋倍數(shù)在保證抑蒸率滿足使用要求的情況下由普通瀝青體系液體地膜的7～8倍提高至20倍;覆蓋的土壤在0～40 cm的水分分布比較均勻，且土壤的表面溫度比用塑料地膜高2～3℃。楊青華等［9－12］系統(tǒng)性地研究了液體地膜覆蓋對(duì)棉花生長發(fā)育、產(chǎn)量與土壤環(huán)境及土壤微生物和酶活性等的影響，結(jié)果表明適量液體地膜覆蓋能促進(jìn)棉花生長發(fā)育、增產(chǎn)顯著，液體地膜覆蓋棉田提高土壤溫度和含水量，降低土壤容重，對(duì)土壤環(huán)境無不良影響。陳偉通等［13］研究了液體地膜覆蓋對(duì)直播稻抵御芽期低溫的效果，試驗(yàn)結(jié)果表明水稻芽期液體地膜覆蓋有明顯的保墑增溫作用。解國慶［14］研究了液體地膜在朝天椒栽培上的應(yīng)用效果。結(jié)果表明液體地膜覆蓋對(duì)辣椒植株的株高、莖粗生長有促壯效應(yīng);并能顯著的提高產(chǎn)量和品質(zhì)。

目前，液體地膜主要應(yīng)用于小麥、棉花、花生、蔬菜、煙草、瓜果等作物的早期覆蓋，在我國的山東、河南、黑龍江、新疆棉區(qū)、陜西、湖南、浙江等省區(qū)都有推廣應(yīng)用。從試驗(yàn)研究及推廣應(yīng)用上看，液體地膜的施用效果主要表現(xiàn)為:①提高土壤溫度，增加有效積溫。噴施液態(tài)地膜可在地表面形成一層黑褐色薄膜，使0～14 cm的土壤增溫0.5～4℃。②抑制水分蒸發(fā)，提高水分利用率:蒸發(fā)抑制率在30%以上，土壤含水量提高20%以上，土壤中水穩(wěn)定性團(tuán)粒數(shù)量(＞0.25 mm)可增加10%以上。③改善土壤理化性能。薄膜被翻壓入土后，可增加土壤孔隙度和通透性，改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，降低土壤容重，有效改良土地因長期使用化肥引起的土壤板結(jié)問題。④促進(jìn)作物生長發(fā)育、提高作物品質(zhì)。液態(tài)地膜本身具有肥效，降解后的產(chǎn)物又是優(yōu)質(zhì)腐殖酸類有機(jī)肥，腐殖酸類物質(zhì)具有刺激植物生長發(fā)育、增加作物的抗逆性、改善植物的營養(yǎng)狀況等功效，并能提高土壤的保肥、保水能力，使作物成熟期提前，并提高作物的產(chǎn)量。⑤完全自然降解，生態(tài)效益顯著。液態(tài)地膜噴施后，受光、熱和土壤中的微生物作用，在60 d左右逐漸降解，降解成腐殖酸類有機(jī)肥，從根本上消除“白色污染”，生態(tài)效益顯著。⑥現(xiàn)場噴施造膜，操作簡單，省工省時(shí)?，F(xiàn)場噴施造膜，可將作物所需要的除草劑摻混到液體膜中一起噴施，比人工覆膜大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)效率;噴施后，作物可以自然出苗，不用人工引苗放苗，節(jié)省勞動(dòng)力，且對(duì)地形地貌適應(yīng)能力強(qiáng)。

由于液體地膜有良好的保墑、保溫、固土、固沙等作用，可促進(jìn)植被恢復(fù)、提高作物產(chǎn)量、改善作物品質(zhì)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境，不僅可應(yīng)用于干旱、寒冷、丘陵地區(qū)農(nóng)作物的早期覆蓋，在荒地、鹽堿地、灘涂和沙漠化土地的整治以及道路堤壩護(hù)坡、固沙造林、草坪種植、樹木防凍等領(lǐng)域也可發(fā)揮其獨(dú)特的作用。

3 液體地膜發(fā)展面臨的問題

液體地膜覆蓋技術(shù)在我國已有幾十年的歷史，由于其可降解性和多功能性而日益受到關(guān)注，但在使用的過程中，部分問題也暴露出來。

3.1 產(chǎn)品性能有缺陷

液體地膜成膜后強(qiáng)度不夠，容易破膜開裂，降雨也可對(duì)其產(chǎn)生一定的沖刷破壞作用，對(duì)作物的后期抗旱效果較差。

3.2 生產(chǎn)、檢測無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)

目前，我國還沒有液體地膜生產(chǎn)、施用的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)廠家在液體地膜的黏度、強(qiáng)度、拉伸率、透光率、老化時(shí)間等性能表征的標(biāo)識(shí)上出現(xiàn)標(biāo)識(shí)不統(tǒng)一、技術(shù)參考指標(biāo)不統(tǒng)一等問題，致使液體地膜質(zhì)量參差不齊，市場監(jiān)管混亂。

3.3 噴膜設(shè)備不配套

目前，市場上還未見專用液體地膜噴施機(jī)械設(shè)備，在噴施過程中，大部分采用傳統(tǒng)噴頭加壓噴施方式，這就出現(xiàn)濃度過低成膜效果不好，濃度過高堵塞噴頭，不易清洗，誤工誤時(shí)。

3.4 市場化前進(jìn)步伐慢

由于以上所述問題和其他客觀原因，阻礙了液體地膜市場化前進(jìn)步伐，同時(shí)對(duì)液體地膜的宣傳力度不夠，農(nóng)民對(duì)這新的地膜形式還有一個(gè)接受的過程，從而使得我國大部分有關(guān)液體地膜的科研成果停留在試驗(yàn)和推廣應(yīng)用階段。

4 展望

我國每年地膜使用量70多萬t，并以5%的年均速度增長，塑料薄膜的危害性日益顯現(xiàn)，可降解農(nóng)膜特別是液體地膜發(fā)展前景廣闊。以木質(zhì)素、纖維素、多糖等天然高分子或其優(yōu)良改性產(chǎn)品將是液體地膜材料的首選;將化學(xué)合成技術(shù)與微生物降解結(jié)合，通過對(duì)其降解機(jī)理的解析，制備高強(qiáng)度全降解液體地膜是其重要的發(fā)展方向;多功能、低成本、復(fù)合型的液體地膜產(chǎn)品以及根據(jù)作物生長發(fā)育需求而制備的專用地膜將是市場的主流。液體地膜將在資源充分利用、環(huán)境保護(hù)、可持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮巨大的生態(tài)、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

［1］王久志，巫東堂.瀝青乳劑、聚乙烯醇對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響［J］.土壤學(xué)報(bào)，1998，25(3):303－307.

［2］陶 楊，羅學(xué)剛.液體地膜材料的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展［J］.材料導(dǎo)報(bào)，2007，21(4):52－55.

［3］曹龍奎.一種纖維素基可降解液體地膜［P］.CN 200810136827.X，2009－01－14.

［4］李恩輝.木質(zhì)素節(jié)水保水液體地膜［P］.CN 02121393.3，2003－12－31.

［5］王建紅.聚乙烯醇改性物—液體生態(tài)地膜的制備［P］.CN 1445275，2003－10－01.

［6］梁玉祥.具有液體地膜功能的生態(tài)多效噴施肥及生產(chǎn)方法［P］.CN 200810044321.6，2008－09－24.

［7］呂永康，何秀院.一種多功能生態(tài)地膜復(fù)合肥及其制備和使用方法［P］.CN 200810079795.4，2008－04－29.

［8］田秋喜，郭生鈺.一種多功能生態(tài)地膜復(fù)合肥及其制備和使用方法［P］.CN 200810157247.9，2009－02－11.

［9］陳志軍，張際方，劉東亮 ，等.新型復(fù)合體系液體地膜的性能研究［J］.鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，20(3):15－18.

［10］楊青華，韓錦鋒，劉華山，等.液體地膜對(duì)棉花生長發(fā)育的影響［J］.華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2003，18(1):47－49.

［11］楊青華，韓錦鋒，劉華山，等.液體地膜對(duì)棉花成鈴與產(chǎn)量的影響［J］.華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2003，18(2):36－38.

［12］楊青華，韓錦峰，賀德先.液體地膜覆蓋對(duì)棉田土壤微生物和酶活性的影響［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2005，25(6):1312－1317.

［13］陳偉通，羅錫文，周志艷，等.液體地膜覆蓋對(duì)直播稻抵御芽期低溫的效果［J］.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，31(1):99－101.

［14］解國慶.液體地膜在朝天椒生產(chǎn)上的應(yīng)用研究［J］.北方園藝，2009(12):72－74.