可降解液体地膜的研究现状及应用展望

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2020.12.018

中国塑料 ›› 2020, Vol. 34 ›› Issue (12): 110-118.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2020.12.018

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可降解液体地膜的研究现状及应用展望

贾璇¹(), 傅晨星¹, 张军平², 李鸣晓², 李雪琪¹, 刘晓佩²

^1.北京工商大学中国轻工业清洁生产和资源综合利用重点实验室，北京 100048
^2.中国环境科学研究院环境基准与风险评估国家重点实验室，北京 100012

收稿日期:2020-04-21 出版日期:2020-12-26 发布日期:2020-12-26
基金资助:
国家重点研发计划项目(2019YFC1906003)

Research Status and Application Prospect of Degradable Liquid Mulching Films

JIA Xuan¹(),FU Chenxing¹,ZHANG Junping²,LI Mingxiao²,LI Xueqi¹,LIU Xiaopei²

^1.Key Laboratory of Cleaner Production and Integrated Resource Utilization of China National Light Industry，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China
^2.State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment，Chinese Research Academy of Environmental Sciences，Beijing 100012，China

Received:2020-04-21 Online:2020-12-26 Published:2020-12-26
Contact: JIA Xuan E-mail:jiaxuan@btbu.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

系统归纳了一种完全可生物降解农业覆盖材料——可降解液体地膜的种类、特点和性能，重点介绍和分析了基于高分子接枝共聚机理的天然高分子材料类液体地膜的代表性技术及其制备机理。同时，对国内外代表性液体地膜材料的应用现状及效果进行了评估，并针对目前液体地膜的发展难点提出见解，以期为新型液体地膜材料的开发及其性能的提升提供技术支撑。

关键词: 液体地膜, 可降解, 土壤调理剂, 应用现状, 应用展望

Abstract:

As a completely biodegradable agricultural mulching material， degradable liquid mulching films are considered as a type of agricultural films in accordance with the new development trend. This paper systematically summarized the types， characteristics and performance of degradable liquid mulching films， and also analyzed the representative technology and preparation mechanism of natural polymer material liquid mulching films on the basis of the grafting copolymerization mechanism. Moreover， the application status and effects of representative liquid mulching film materials at home and abroad were evaluated. Furthermore， some opinions were proposed to address difficulties in the development of current liquid mulching film materials， providing a technical support for the exploitation of new liquid mulching film materials and their performance enhancement.

Key words: liquid mulching film, degradablility, soil conditioner, research status, application prospect

中图分类号:

TQ321

贾璇, 傅晨星, 张军平, 李鸣晓, 李雪琪, 刘晓佩. 可降解液体地膜的研究现状及应用展望[J]. 中国塑料, 2020, 34(12): 110-118.

JIA Xuan, FU Chenxing, ZHANG Junping, LI Mingxiao, LI Xueqi, LIU Xiaopei. Research Status and Application Prospect of Degradable Liquid Mulching Films[J]. China Plastics, 2020, 34(12): 110-118.

图/表 8

参考文献 48

1	ROSSETO M， KREIN D D， BALBÉ N P， et al. Starch⁃Gelatin Film as an Alternative to the Use of Plastics in Agriculture： A Review［J］. Journal of the Science of Food and Agriculture， 2019， 99（15）：6 671⁃6 679.
2	李真，何文清，刘恩科，等. 聚乙烯地膜降解过程与机理研究进展［J］. 农业环境科学学报， 2019， 38（2）：268⁃275.
	LI Z， HE W Q， LIU E K， et al. A Review on Polyethylene Mulch Film Degradation［J］. Journal of Agro⁃Environment Science， 2019， 38（2）：268⁃275.
3	GB/T35795—2017全生物降解农用地面覆盖薄膜［J］. 中国塑料， 2019， 33（11）：52.
4	王合叶，李澧，赵永富. 液态地膜及其研究进展［J］. 江苏农业科学， 2016， 44（7）：413⁃415.
5	尹光华，谷健，郝亮，等. 液态地膜的研究现状与展望［J］. 化工新型材料， 2015， 43（6）：4⁃6.
	YIN G H， GU J， HAO L， et al. Recent Advances in Hydromulching and Its Prospect［J］. New Chemical Materials， 2015， 43（6）：4⁃6.
6	KARTHICK A， ROY B， CHATTOPADHYAY P. A Review on the Application of Chemical Surfactant and Surfactant Foam for Remediation of Petroleum Oil Contaminated Soil［J］. Journal of Environmental Management， 2019， 243：187⁃205.
7	陶杨，罗学刚. 液体地膜材料的研究现状与进展［J］. 材料导报， 2007， 21（4）：52⁃55.
	TAO Y， LUO X G. Study Status of Materials of New Type Liquid Mulching Film［J］. Materials Review， 2007， 21（4）：52⁃55.
8	JULINOVÁ M， VAŇHAROVÁ L， JURČA M. Water⁃Soluble Polymeric Xenobiotics⁃Polyvinyl Alcohol and Polyvinylpyrrolidon⁃and Potential Solutions to Environmental Issues： A Brief Review［J］. Journal of Environmental Management， 2018， 228：213⁃222.
9	JAMSHIDIAN M， TEHRANY E A， IMRAN M， et al. Poly⁃Lactic Acid： Production， Applications， Nanocomposites， and Release Studies［J］. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety， 2010， 9（5）：552⁃571.
10	XIONG B Y， LOSS R D， SHIELDS D， et al. Polyacrylamide Degradation and Its Implications in Environmental Systems［J］. Npj Clean Water， 2018（1）：17.
11	CHEN L W， DAI R， SHAN Z H， et al. Fabrication and Characterization of one High⁃Hygroscopicity Liquid Starch⁃Based Mulching Materials for Facilitating the Growth of Plant［J］. Carbohydrate Polymers， 2020， 230：115582.
12	马佳庆，铁生年. 微硅粉悬浮液体地膜制备及其稳定性研究［J］. 硅酸盐通报， 2018， 37（10）：3 248⁃3 255.
	MA J Q， TIE S N. Preparation and Stability of Micro⁃Silica Suspension Mulch Film［J］. Bulletin of the Chinese Ceramic Society， 2018， 37（10）：3 248⁃3 255.
13	田原宇. 腐植酸液态地膜与农用工业园［J］. 腐植酸， 2007（6）：32.
14	MYERS H E， THROCKMORTON R I. Some Experiences with Asphalt in the Establishment of Grasses and Legumes for Erosion Control［J］. Soil Science Society of America Journal， 1942， 6：459⁃461.
15	王久志，巫东堂. 土壤结构改良剂覆盖改土作用的研究［J］. 干旱地区农业研究， 1991， 9（2）：48⁃55.
	WANG J Z， WU D T. Studies on the Effect of Covering and Improving Soil by Soil Conditioner［J］. Agricultural Research in the Arid Areas， 1991， 9（2）：48⁃55.
16	CHIELLINI E， CINELLI P， MAGNI S. Fluid Biomulching Based on Poly（Vinyl Alcohol） and Fillers from Renewable Resources［J］. Journal of Applied Polymer Science， 2008， 108（1）： 295⁃301.
17	IMAM S H， CINELLI P， GORDON S H. Characterization of Biodegradable Composite Films Prepared from Blends of Poly（Vinyl Alcohol）， Cornstarch， and Lignocellulosic Fiber［J］. Journal of Polymers and the Environment， 2005， 13（1）： 47⁃55.
18	ALEMZADEH I， VOSSOUGHI M. Controlled Release of Paraquat from Poly Vinyl Alcohol Hydrogel［J］. Chemical Engineering and Processing⁃process Intensification， 2002， 41（8）： 707⁃710.
19	张仁杰，张兴均. 一种液体地膜及其生产和成膜方法：中国， CN102154016⁃A ［P］. 2011⁃08⁃17.
20	ROCCA⁃SMITH J R， WHYTE O， C⁃HBRACHAIS. Beyond Biodegradability of Poly（Lactic Acid）： Physical and Chemical Stability in Humid Environments［J］. ACS Sustainable Chemistry & Engineering， 2017， 5（3）： 2 751⁃2 762.
21	KARAMANLIOGLU M， ROBSON G D. The Influence of Biotic and Abiotic Factors on the Rate of Degradation of Poly（Lactic） Acid （PLA） Coupons Buried in Compost and Soil［J］. Polymer Degradation and Stability， 2013， 98（10）： 2 063⁃2 071.
22	THOMPSON A A， SAMUELSON M B， KADOMA I. Degradation Rate of Bio⁃based Agricultural Mulch is Influenced by Mulch Composition and Biostimulant Application［J］. Journal of Polymers and the Environment， 2019， 27（3）： 498⁃509.
23	AURAS R， HARTE B， SELKE S. An Overview of Polylactides as Packaging Materials［J］. Macromol Biosci， 2004， 4（9）： 835⁃864.
24	PETERSON J R， FLANAGAN D C， TISHMACK J K. PAM Application Method and Electrolyte Source Effects on Plot⁃scale Runoff and Erosion［J］. Transactions of the Asae， 2002， 45（6）： 1 859⁃1 867.
25	DANG X， SHAN Z， CHEN H. The Preparation and Applications of One Biodegradable Liquid Film Mulching by Oxidized Corn Starch⁃gelatin Composite［J］. Appl Biochem Biotechnol， 2016， 180（5）： 917⁃929.
26	ARIYANTI S， ZAKARIA M， AZMI M B. Improvement of Hydrophobicity of Urea Modified Tapioca Starch Film with Lignin for Slow Release Fertilizer［C］//International Conference on Advanced Materials Engineering and Technology （ICAMET 2012）. Penang Malaysia： Advanced Materials Engineering and Technology， 2012. 350⁃354.
27	王铭，李宏元，赵守明，等. 一种液体地膜及其制备工艺：中国， CN108624072⁃A［P］. 2018⁃10⁃09.
28	曹龙奎，周睿. 一种纤维素基可降解液体地膜：中国， CN101343383⁃A ［P］. 2009⁃01⁃14.
29	ZHAO Y， QIU J， XU J. Effects of Crosslinking Modes on the Film Forming Properties of Kelp Mulching Films［J］. Algal Research， 2017， 26： 74⁃83.
30	LILING G， DI Z， JIACHAO X. Effects of Ionic Crosslinking on Physical and Mechanical Properties of Alginate Mulching Films［J］. Carbohydrate Polymers， 2016， 136： 259⁃265.
31	IMMIRZI B， SANTAGATA G， VOX G. Preparation， Characterisation and Field⁃testing of a Biodegradable Sodium Alginate⁃based Spray Mulch［J］. Biosystems Engineering， 2009， 102（4）： 461⁃472.
32	SHI R， LI B. Synthesis and Characterization of Cross⁃linked Starch/Lignin Film［J］. Starch ⁃ Stärke， 2016， 68（11/12）： 1 224⁃1 232.
33	陶杨，罗学刚. 木质素液体地膜的应用研究［J］. 湖北农业科学， 2009， 48（12）： 3 000⁃3 003.
	TAO Y， LUO X G. Application of Liquid Film Made from Lignin［J］. Hubei Agricultural Sciences， 2009， 48（12）： 3 000⁃3 003.
34	WANG Z， XUE J W， LIU W X. A Study on the Liquid Mulching Film of Lignin［C］//3rd International Conference on Manufacturing Science and Engineering （ICMSE 2012）. Xiamen Peoples R China： New Materials and Processes， 2012： 1 920⁃1 925.
35	李恩辉. 木质素节水保水复合液体地膜：中国， CN1464029⁃A ［P］. 2003⁃12⁃31.
36	NORGREN M， EDLUND H. Lignin： Recent Advances and Emerging Applications［J］. Current Opinion in Colloid & Interface Science， 2014， 19（5）： 409⁃416.
37	MONTESANO F F， PARENTE A， SANTAMARIA P. Biodegradable Superabsorbent Hydrogel IncreasesWater Retention Properties of Growing Media and Plant Growth［J］. Agriculture and Agricultural Science Procedia， 2015（4）： 451⁃458.
38	SARTORE L， SCHETTINI E， DE PALMA L， et al. Effect of Hydrolyzed Protein⁃based Mulching Coatings on the Soil Properties and Productivity in a Tunnel Greenhouse Crop System［J］. The Ence of the Total Environment， 2018， 645：1 221⁃1 229.
39	ADHIKARI R， BRISTOW K L， CASEY P S， et al. Novel Sprayable Biodegradable Polymer Membrane to Minimise Soil Evaporation［C］//International Conference on Technologies for Sustainable Development （ICTSD 2015）. Don Bosco Inst Technol DBIT， Mumbai， India： 2015：1⁃4.
40	WAMICK J P， CHASE C A， ROSSKOPF E N， et al. Weed Suppression With Hydramulch， a Biodegradable Liquid Paper Mulch in Development［J］. Renewable Agriculture & Food Systems， 2006， 21（4）： 216⁃223.
41	王聪慧，张洁，李俊红. 液态地膜应用技术研究［J］. 安徽农业科学， 2006 （14）： 3 289⁃3 290.
	WANG C H， ZHANG J， LI J H. Research on the Application Technique of Liquid Plastic Film［J］. Journal of Anhui Agricultural Sciences， 2006 （14）： 3 289⁃3 290.
42	LOGSDON S D， KARLEN D L. Bulk Density as a Doil Quality Indicator During Conversion to No⁃tillage［J］. Soil & Tillage Research， 2004， 78（2）： 143⁃149.
43	王占贤，郭宝庆，李金在. 液态地膜在旱地胡麻生产上的应用初探［J］. 内蒙古农业科技， 2015， 43（4）： 77⁃78.
	WANG Z X， GUO B Q， LI J Z. Preliminary Study on the Application of Liquid Film in Flax Froduction［J］. Inner Mongolia Agricultural Science and Technology， 2015， 43（4）： 77⁃78.
44	张春艳，杨新民. 液态地膜对玉米生长及产量的影响［J］. 青岛农业大学学报（自然科学版）， 2008， 25（3）： 227⁃230.
	ZHANG C Y，YANG X M. Affects of Liquid Film on Growth and Yield of Maize［J］. Journal of Qingdao Agricultural University（Natural Science）， 2008， 25（3）： 227⁃230.
45	冯永德，蒲龙，李永显，等. 液体地膜在果桑栽培病虫害防治上的应用研究［J］. 四川蚕业， 2013， 41（2）： 18⁃20.
	FENG Y D， PU L， LI Y X， et al. Application of Liquid Film in Pest Control of Mulberry Cultivation［J］. Sichuan Canye， 2013， 41（2）： 18⁃20.
46	张尚法，孔向军，张真，等. 白术喷施液态地膜对产量和效益的影响［J］. 安徽农业科学， 2003（5）： 850.
	ZHANG S F， KONG X J， ZHANG Z， et al. Affects of Liquid Film on Yield and Benefits of Atractylodes［J］. Journal of Anhui Agricultural Sciences， 2003（5）： 850.
47	马凌雪. 污泥多功能全降解液态地膜的研制［J］. 农业科技与装备， 2014 （10）： 67⁃68.
	MA L X. Development of Multifunctional Degradable Liquid Mulching Film of Sludge［J］. Agricultural Science & Technology and Equipment， 2014 （10）： 67⁃68.
48	张勇，白秀梅，杜轶. 中国液态地膜的应用、研究与展望［J］. 中国农学通报， 2018， 34（35）： 63⁃66.
	ZHANG Y， BAI X M， DU Y. Development， Research and Prospect of Liquid Film in China［J］. Chinese Agricultural Science Bulletin， 2018， 34（35）： 63⁃66.

类别	主要原料	特点	存在问题	参考文献
石油沥青类	石油沥青	黑色或黑褐色、黏稠液体、半固体或固体	成膜较厚且成膜较慢，会对土壤造成污染，降低土壤渗水性	[5] [6]
化学高分子材料类	聚乙烯醇（PVA）、聚乙二醇、聚丙烯酰胺（PAM）等	相对分子质量大，黏结力强，能有效附着于土壤表面，不易破碎	原料价格高，不易推广；PAM降解中间产物有毒性	[7] [8] [9] [10]
天然高分子材料类	淀粉、纤维素、海藻、木质素、壳聚糖、明胶等	无毒，透气性良好，成本低且来源广泛	力学性能较差，降解过快	[11]
有机?无机复合材料类	硅酸盐、腐植酸等	有机?无机材料在性能上互补，复合后优于原材料	工艺复杂，制备过程中颗粒容易团聚	[12] [13]

类别	主要原料	特点	存在问题	参考文献
石油沥青类	石油沥青	黑色或黑褐色、黏稠液体、半固体或固体	成膜较厚且成膜较慢，会对土壤造成污染，降低土壤渗水性	[5] [6]
化学高分子材料类	聚乙烯醇（PVA）、聚乙二醇、聚丙烯酰胺（PAM）等	相对分子质量大，黏结力强，能有效附着于土壤表面，不易破碎	原料价格高，不易推广；PAM降解中间产物有毒性	[7] [8] [9] [10]
天然高分子材料类	淀粉、纤维素、海藻、木质素、壳聚糖、明胶等	无毒，透气性良好，成本低且来源广泛	力学性能较差，降解过快	[11]
有机?无机复合材料类	硅酸盐、腐植酸等	有机?无机材料在性能上互补，复合后优于原材料	工艺复杂，制备过程中颗粒容易团聚	[12] [13]

主要原料	性能				参考文献
主要原料	保温性能	保水性能	拉伸强度	降解率	参考文献
PVA、玉米淀粉、木质素	-	5 d后透水率达到75 %以上	-	30 d降解率达50 %~80 %	[17]
淀粉、PAA、MBA	-	吸湿性最高可达256 %	10.68~20.89 MPa	60 d后降解率达72.61 %	[11]
玉米淀粉、明胶	-	吸湿性最高可达85 %，含水量最低为54 %	-	-	[25]
海藻酸钠、三聚甘油	较稻草覆盖平均提高0.2 ℃	-	11.5~70 MPa	180 d后降解率达65 %	[31]
木质素	较对照提高3.64 %~6.59 %	土壤含水量较对照处理平均提高7.81 %	＞(12±1.2)MPa	-	[33]
木质素	较对照最多提高2 ℃左右	-	-	-	[34]
羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素	-	田间持水量增加约60 %~100 %	-	-	[37]
蛋白质水解产物	-	-	0.7~11 MPa	60 d后降解率达95 %以上	[38]

主要原料	性能				参考文献
主要原料	保温性能	保水性能	拉伸强度	降解率	参考文献
PVA、玉米淀粉、木质素	-	5 d后透水率达到75 %以上	-	30 d降解率达50 %~80 %	[17]
淀粉、PAA、MBA	-	吸湿性最高可达256 %	10.68~20.89 MPa	60 d后降解率达72.61 %	[11]
玉米淀粉、明胶	-	吸湿性最高可达85 %，含水量最低为54 %	-	-	[25]
海藻酸钠、三聚甘油	较稻草覆盖平均提高0.2 ℃	-	11.5~70 MPa	180 d后降解率达65 %	[31]
木质素	较对照提高3.64 %~6.59 %	土壤含水量较对照处理平均提高7.81 %	＞(12±1.2)MPa	-	[33]
木质素	较对照最多提高2 ℃左右	-	-	-	[34]
羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素	-	田间持水量增加约60 %~100 %	-	-	[37]
蛋白质水解产物	-	-	0.7~11 MPa	60 d后降解率达95 %以上	[38]

[1]	邵琳颖, 郗悦玮, 翁云宣. 可降解聚乳酸复合材料研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 155-164.
[2]	魏茂强. 农用塑料薄膜的发展与探讨[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 92-99.
[3]	冀峰, 龚炜华, 张艳, 罗水源, 于庆雨, 朱君秋, 郭江彬. 超临界二氧化碳釜压发泡法制备生物可降解PBAT发泡颗粒[J]. 中国塑料, 2022, 36(5): 122-126.
[4]	魏辽. 水溶性高分子材料在油气田压裂中的应用研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(5): 149-157.
[5]	李京霖, 郑义, 赵丽雅, 王攀, 杨鑫玉, 任连海. 厨余垃圾生物合成聚羟基脂肪酸酯研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(3): 110-119.
[6]	隋振全, 毛金超, 范金石. 壳聚糖/聚乙烯醇液态地膜的制备与应用[J]. 中国塑料, 2022, 36(3): 21-25.
[7]	李向阳, 杨林柱, 翟国强, 高婉琴, 王克智, 李训刚. 成核剂对聚丁二酸丁二醇酯结晶与性能的影响[J]. 中国塑料, 2021, 35(8): 146-151.
[8]	冯玉红, 姚文清, 尚超男, 谢艳丽, 张名楠, 周雪晴, 王桂振, 于文辉, 窦智峰. 一次性塑料制品污染防治的法律法规及检测标准研究进展[J]. 中国塑料, 2021, 35(8): 55-63.
[9]	谷琳, 朱钰婷, 何家隆, 朱惠豪, 马玉录, 谢林生. 基于微纳层叠共挤的PLA/PCL可降解微层薄膜的制备及性能研究[J]. 中国塑料, 2021, 35(11): 7-14.
[10]	张效林;丛龙康;邓祥胜;李敬. 植物纤维增强聚羟基脂肪酸酯复合材料研究进展[J]. 中国塑料, 2016, 30(08): 11-16 .
[11]	刘哲朱光明郑曙光. 可降解聚己内酯泡沫制备研究进展[J]. 中国塑料, 2013, 27(02): 7-13 .
[12]	刘西文. 塑料在“轻量与环保化”汽车中的应用及发展趋势[J]. 中国塑料, 2010, 24(12): 6-6 .
[13]	肖荔人. 稀土复合光敏剂在可焚烧可降解聚乙烯中的应用研究[J]. 中国塑料, 2008, 22(8): 68-73 .
[14]	李梅, 李志强. 聚(3一羟基丁酸和4一羟基丁酸酯)共聚物性能研究[J]. 中国塑料, 2007, 21(1): 48-.

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