【全球独家】秸秆变地膜 田绿食更安

• 2022-08-02 10:02:14 来源：科技日报

本报记者 张 晔

【创新故事】

(资料图片仅供参考)

“你看，被土盖住的地膜已经没了，外面还留了一点点地膜，也是一捏就碎。”

大暑节气，江苏省常州市的农田里，昌玉红香芋专业合作社理事长蔡冬生一边用锄头翻土，一边乐呵呵地对记者说。

“我们合作社种了5000多亩红香芋。往年7月份，就该雇人下地人工除膜了，每亩至少要4个工时，也就是320元左右，就这样还除不干净，因为地膜上覆了一层土。”蔡冬生感慨道，“今年用上了江苏省农科院研发的新型生物降解地膜，不用人工除膜，也不担心‘白色污染’了。”

不只是常州的红香芋，如今，江苏的番茄、大蒜和甘薯，还有宁夏的马铃薯，海南的甜瓜……都用上了这种生物降解塑膜。

改性秸秆与高分子材料“牵手”成功

地膜，曾被称为农业生产的“白色革命”。20世纪70年代，地膜覆盖技术引入国内，随后迅速推广普及，目前，我国农用地膜年用量达140万吨。

大规模使用塑料地膜，在助农增产的同时，也带来了难以降解的“白色污染”。破碎的地膜还会转化成微塑料，通过动植物进入人体，危害百姓健康。虽然国际市场上推出一些降解地膜产品，但其高昂的成本、单一的性能，令我国农民很难接受。

而另一方面，随着“禁烧令”全面出台，秸秆的综合利用成为一道新难题。

“能不能为秸秆找到一个高效利用的出路，同时把降解地膜成本减下来？”2011年，苏州大学高分子材料学专业毕业的徐磊来到江苏省农科院。带着学科交叉融合的眼光，他敏锐地发现这是一个需求巨大的新领域。

认准方向的徐磊，一头扎进实验室。然而，第一个问题就难住了他：粗糙的秸秆跟高分子材料根本“玩不到一起去”。

“降解地膜的主要成分是PBAT（降解树脂），而秸秆的主要成分是纤维素、木质素。秸秆有较强的纤维分子内氢键，使其与降解树脂的相容性较差且分散性不佳。”徐磊说，这就像是冷水冲泡的奶粉，表面浮着大大小小的“奶疙瘩”，无法达到成膜条件。

为了让两者融合，徐磊用更强的粉碎机，一遍又一遍研磨。秸秆颗粒直径从300目缩小到500—800目，勉强能用了，但是能耗成本也大大上升。徐磊陷入了迷茫。

2019年，他来到江苏太仓的一家秸秆饲料厂调研，无意中听到负责人在抱怨：切割秸秆产生的粉尘每个月有100吨，没法利用还堵塞磨头，真是烦人。

徐磊顿时眼前一亮，问道：“这粉尘粒径多少？”

“大概1000目。怎么了？”饲料厂负责人不解地看着他。

“太好了！我就是在找它。”一瞬间柳暗花明，徐磊高兴坏了。

但是，1000目的秸秆颗粒，表面活性依然不强，必须想办法让秸秆颗粒变得更“活泼”。

“我们尝试过很多途径，最后找到一种改性方法，其原理就像给秸秆颗粒表面加上‘活化层’，也就是用改性处理技术和秸塑共混造粒工艺，让秸秆粉和生物降解高分子充分结合，通过成型技术制成秸塑复合生物降解材料。”徐磊说。

个性地膜为农作物“量体裁衣”

2020年初，在徐磊团队的不懈努力下，新型生物降解地膜终于研发成功，当年推广应用量达300吨。

今年，蔡冬生他们抱着“试试看”的想法，采用了这种新型生物降解地膜。清明前覆的膜，7月中旬已不见踪影。

“在田间土壤特定环境下，地膜可通过微生物作用在一定时间内降解，最终化为水和二氧化碳回归大自然。”徐磊说。

在新型地膜中，秸秆粉占30%，不仅成本大大降低，力学性也能得到巩固，其“韧性”远高于其他生物降解地膜，产品的抗拉强度和保温效能得以同步提升。

随着新型地膜的推广，适应性问题又凸显出来——我国幅员辽阔，新疆的棉花需要抵抗紫外线照射，广东的烟草需对根部照射阳光，宁夏的马铃薯则对保温保墒性能要求更高……

“不同地区的气候特征、土壤墒情以及农作物的需求不同，单一配方与功能的降解地膜难以匹配不同农作物的生长需要。”徐磊说，这就好比穿同一件衣服，无法满足人们在不同地区不同季节的需求。

能否研制针对不同地区、不同农作物的个性化地膜，从而让地膜对农作物的增产提质发挥更好的作用？

2020年，徐磊尝试着研制适合江苏地区甘薯栽培的专用降解地膜。这种地膜以秸秆粉混合降解树脂为基底，叠加发泡材料为保温层。大田试验表明，采用新型地膜的甘薯产量比传统PE（聚乙烯）地膜增产约10%，商品化率提高约12%。

“今年我们又研制成功一种多层生物降解膜，外层是秸秆颗粒，中间是降解树脂，内层为艾草成分。”徐磊说，这样的地膜不仅可以抗太阳紫外线照射，还能实现生物驱虫，减少农药使用量。

通过实验，徐磊团队建立起适用不同场景的降解地膜设计模型，将气候、土壤、栽培方式、生长周期等参数纳入其中。

“模型建立后，随着数据量的不断增加，输入特定参数就能生成专属地膜配方及加工成型技术。后期还可根据当地作物生长情况作出调整。”徐磊说，目前，他们研发的个性化地膜最多已有5层复合功能膜，可为多种作物“量体裁衣”。

从“白色污染”到“绿色革命”，学科交叉融合让秸秆变废为宝，不仅串联起一条农业循环经济产业链，也为改善农业生态环境、建设美丽乡村贡献了科技力量。

标签： 生物降解 高分子材料 紫外线照射

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