全降解植物纤维地膜在农业环境领域的研究动态

地膜在我国农业生产中发挥着重要作用,能够促进作物的生长发育,提高农业生产力。然而随着地膜的广泛应用,其造成的环境问题日益严重。近年来,伴随着可降解材料的不断开发与膜材料加工工艺的不断更新,为全降解植物纤维地膜的发展提供了契机。本文就纤维地膜出现的背景、现状、面临的问题及未来的发展趋势进行了分析与探讨。随着制备工艺的不断改进和人们对于环境问题的愈渐关注,植物纤维地膜将成为未来农业新材料发展的重要领域。

可降解地膜对大棚内土壤温湿度和草莓产量及品质的影响初探

冬季大棚草莓种植常用地膜覆盖,塑料残膜危害严重,试验以塑料地膜为对照,研究两种PBAT地膜(PBAT地膜1、PBAT地膜2)和一种环保型麻地膜对大棚内土壤温湿度和草莓产量及品质的影响,验证可降解地膜在草莓种植中应用的可行性。结果表明:PBAT地膜1草莓苗穴处温湿度较高,麻地膜膜下湿度最低;可降解地膜早期开花率和结果率高于塑料地膜;PBAT地膜1和麻地膜栽培的草莓早期产量显著高于塑料地膜,分别高出33.37%和22.98%,草莓总产量各处理间无显著差异;结果盛期各处理的草莓甜度和硬度无显著差异,塑料地膜、PBAT地膜1和麻地膜草莓单果重更高。试验初步表明,PBAT地膜和麻地膜可以用于冬季大棚草莓种植,其中PBAT地膜1和麻地膜效果最优。

五种常见可降解地膜的研究应用现状和展望

地膜覆盖是广泛应用的农业技术,但目前使用的传统塑料地膜在带来巨大经济效益的同时,存在严重的生态环境污染问题,影响农业的可持续发展,发展可降解环保地膜是必然趋势。本研究系统阐述了国内外光降解地膜、生物降解地膜、光/生物双降解地膜、液态地膜和植物纤维地膜制备材料、制备技术和产品的研究进展与应用现状,以及五种可降解地膜的优势和不足,并对植物纤维地膜的研究方向和发展前景进行了展望。本研究结果为进一步发展绿色环保、可完全生物降解的农用地膜,促进农业的绿色可持续发展提供了理论依据。

降解地膜在春植甘蔗上的应用效果研究

为筛选出适合春植甘蔗使用的降解地膜,以4种降解地膜为研究材料,研究地膜的降解特性,降解地膜处理对成熟期甘蔗株高、茎径、有效茎数目、锤度、产量的影响。结果表明,降解2号、3号持续有效覆盖时间为80 d,田间覆盖时间满足春植甘蔗萌芽对水分和温度要求;降解2号处理下地温、土壤湿度有利于甘蔗萌发;甘蔗成熟期,降解1号处理的甘蔗株高最低,聚乙烯膜处理的甘蔗茎径值最小,降解2号处理的甘蔗有效茎(77748株/hm2)值最大,降解3号处理的蔗茎锤度最高,降解2号、3号、4号处理的甘蔗产量均高于聚乙烯膜处理,但各处理差异不显著(P<0.05)。综合分析认为,降解膜2号有效覆盖时间满足甘蔗出苗要求,且成熟期的产量和糖分(锤度)相对较高,具备大面积推广应用的可行性。

麻地膜降解对土壤性质和作物产量影响的研究

为了研究麻地膜在土壤中的降解特性以及麻地膜降解后对土壤物理、化学及生物学特性和作物产量的影响,分别在春、夏、冬3个季节条件下观测RC麻地膜、JC麻地膜和塑料地膜在土壤中的降解特性;JC麻地膜分别设2层(JC2)、4层(JC4)、8层(JC8)、12层(JC12)、16层(JC16)、塑料地膜4层(P4)、8层(P8)、12层(P12)共9个处理,另设未使用地膜作对照(CK),用盆栽试验方法研究了麻地膜在土壤中的降解及对土壤性质和作物产量的影响。结果表明,麻地膜在土壤中能充分降解,温度升高可加速其降解;麻地膜降解可降低土壤容重和增加孔隙度,改善土壤三相比例,增加土壤养分,提高土壤微生物数量,培肥土壤。麻地膜埋入明显促进红麻根系生长,改善根冠比,提高了植株的养分积累量;红麻的日生长量、株高、茎粗、皮厚以及干物质量均高于对照,红麻干皮产量均明显高于CK,并且有随着麻地膜埋入量的增加而提高之势。塑料地膜的埋入则恶化了土壤生态环境,影响了红麻生长发育而造成减产。因此,麻地膜的埋入能够改善土壤生态环境,同时促进作物生长发育及产量的提高。

环保型麻地膜的试制

将非织造布制造工艺与特有的浸渍等后整理工艺相结合,以苎麻、黄麻等麻类纤维为主要试制原料,研究成网方法、固结方法、拒水整理等对环保型麻地膜的影响。结果表明,采用梳理成网与气流成网相结合的成网工艺、使用丙烯酸脂胶乳或醋酸乙烯胶乳为固结剂的化学固结方法,产品表面浸渍有机氟防水剂等组合工艺,试制的麻地膜产品面密度为30～50 g/m^2、抗拉强力为629～1 532 N.m、顶破强力为81～203 N、撕破强力为56～82 N、渗透系数为7.79×10^-4～1.76×10^-3,产品力学性能指标满足使用要求。

秸秆纤维地膜覆盖栽培哈椒试验研究

为研究玉米和水稻秸秆纤维地膜覆盖栽培作物性能,并完善其制造工艺技术,采用随机区组试验方法,以裸地作为空白对照,实施玉米秸秆纤维地膜、水稻秸秆纤维地膜和传统塑料地膜4个处理覆盖栽培哈椒小区多重比较试验,研究秸秆纤维地膜的抑草、增温、保墒和降解性能及其对哈椒植株高度和产量影响。结果表明,玉米、水稻秸秆纤维地膜间的抑草、增温、保墒性能无显著差异,分别在68和110 d内完全降解;两种秸秆纤维地膜抑草性能显著优于传统塑料地膜的;秸秆纤维地膜与传统塑料地膜的保墒性能无显著差异,土壤含水量显著高于裸地的;秸秆纤维地膜覆盖处理的地表及地下10 cm土壤总积温与裸地对照无显著差异,极显著低于传统塑料地膜的;秸秆纤维地膜覆盖栽培哈椒的植株高度和产量显著高于裸地的,与传统塑料地膜无显著差异。

植物纤维地膜的土壤水热及作物产量效应

为了寻找塑料地膜的替代产品,解决应用塑料地膜造成的严重农田污染问题,对一种植物纤维地膜进行了玉米田间覆盖试验研究。结果表明,植物纤维地膜在玉米苗期具有显著的增温保墒作用,有利于保全苗,促进玉米的生长发育,显著提高玉米产量和水分利用效率。与露地相比,覆盖植物纤维地膜在不同测定时期内可提高土壤温度0.5℃～1.7℃,增加土壤含水量1.4%～6.1%;提高产量10.8%。植物纤维地膜覆盖8周后抗张强度损失率接近90%,120 d后地表残留量基本为零,表明该膜具有很好的降解性。

水稻插秧机植物纤维地膜敷设装置开口机构设计

针对自制的水稻插秧机植物纤维地膜敷设装置由秧爪直接进行开口插秧、而导致开口质量较差的问题,利用ADAMS建立了偏心齿轮式分插机构的运动仿真模型,通过轨迹跟踪及逐次逼近的方法确定了开口刀尖点的最优坐标为(-159.8,54.9)。依此建立双臂同步开口机构仿真模型并对开口插秧过程进行了仿真模拟,结果表明机构满足设计要求。最后,对同步开口机构开口刀的装配结构进行了优化设计。

可降解棉秆纤维地膜纸的制备与研究

以棉秆纤维混合一部分废旧棉纤维为原料,通过添加化学助剂,制备了一种可降解本色不透明棉秆纤维地膜纸,其功能与黑色塑料地膜相同,相对白色透明地膜具有更好的保温除草作用。对棉秆纤维地膜纸进行物理指标测试,其抗张强度指数为29.43N·m^2·g^(-1)、撕裂指数为77.26 mN·m^2·g^(-1)、湿强度为32%。对其降解性测试,在土壤填埋75天后,其降解性残余量为64%,且在土壤中降解分散成细小块状。通过实验研究,制备的地膜纸是可完全生物降解的环保型地膜。

植物纤维膜农田应用试验研究

植物纤维膜是一种由芦苇或农作物秸秆制成的新型薄膜。经田间试验及室内试验研究表明，植物纤维膜具有提高地温、保持土壤水分等塑料薄膜的特点，同时，它增加了膜的透气性，尤其是能够完全降解。

环境条件对麻纤维地膜降解及其土壤微生物量和酶活性的影响

通过设置不同土壤pH、施氮量、季节和作物种植的土壤环境条件,采用盆栽埋袋试验方法研究麻纤维地膜的降解规律变化,并分析其与土壤微生物生物量及酶活性的关系。结果表明:麻纤维地膜的降解过程均服从Olson衰减模型(R^2=0.689～0.996,P<0.05)。施氮量和使用季节对麻纤维地膜的降解产生显著影响,在秋冬季节施氮量增加和种植小白菜呈抑制地膜降解的趋势,夏季地膜降解速率显著高于秋冬季,但土壤pH(5.80～8.34)对地膜的降解速率影响较弱。不同土壤环境条件下,试验末期麻纤维地膜的降解率与土壤微生物生物量碳、氮(MBC、MBN)、纤维素酶及过氧化氢酶活性呈显著正相关关系(P<0.05)。因此,土壤环境条件改变导致的土壤微生物生物量及酶活性变化可能是其影响麻纤维地膜降解速率的重要原因。

再生植物纤维地膜的降解实验研究

介绍了再生植物纤维地膜降解的实验研究方法,检测分析了其干热老化实验结果,选择定量、抗张强度、伸长率为再生植物纤维地膜的追踪监测指标。在相同的田间实验环境条件下,以塑料地膜为参比,观测再生植物纤维地膜自然降解随时间变化的规律,为其降解的可控性提供实验依据。

基于久保田插秧机同步覆膜装置设计与试验

针对水稻覆膜插秧作业过程中存在覆膜质量不高、秧苗伤根现象严重及田间换行作业需人工断膜导致作业效率低等问题,研制了与久保田NSPU-68CM型覆膜插秧机相匹配的覆膜装置。根据农艺要求与原插秧机空间结构特点,提出相匹配的覆膜装置总方案,在不改变插秧机原有结构的基础上,增加了切膜装置、托膜装置和压边装置。田间试验结果表明:所敷设秸秆纤维基地膜采光面宽度合格率达95%以上,地膜贴合程度达98%,采光面机械破损程度小于5%,膜孔合格率达95%以上,压膜宽度5cm,压边深度4cm,膜孔总长度50mm,满足农艺要求。研究结果为应用秸秆纤维基地膜栽培有机(绿色)水稻奠定了基础。

麻纤维可降解地膜研究进展

简述了麻纤维基本性能及组成,概述了麻纤维地膜的制备成型工艺,介绍了麻纤维地膜的应用效应及其应用前景,对麻纤维地膜性能的优化及可持续系统性应用指出方向,并基于麻纤维种类特性、麻纤维膜非织造制备工艺对功能化麻纤维可降解地膜进行了展望,为麻纤维资源化开发及应用提供思路。

早稻可降解麻地膜育秧机插技术试验与示范

对比考察了早稻机插秧盘垫麻地膜与不垫麻地膜育秧的秧苗素质、机插质量和产量。结果表明,与秧盘不垫麻地膜相比,秧盘垫麻地膜能明显提高秧苗素质,提高机插质量和效率,产量比秧盘不垫麻地膜增加了20.4%。

麻纤维地膜在不同土壤水分条件下的降解特征

"白色污染"问题催生了麻纤维地膜等可降解地膜的研发,其在不同土壤水分等环境条件下的降解特征与应用前景密切相关。为此,采用盆钵埋袋试验,结合扫描电镜(SEM)和傅里叶红外光谱(FTIR)技术,分析麻纤维地膜在土壤含水量为15%、25%和淹水条件下的降解特征,并探讨其与土壤微生物及酶活性的关系。结果表明,麻纤维地膜的降解过程均服从Olson衰减模型(P <0.01),15%、25%土壤含水量和淹水条件下,其半降解时间依次为124 d,50 d和69 d。在供试土壤水分条件下,同等降解率的地膜SEM图像和FTIR图谱无明显差异。SEM图像显示,随着麻纤维地膜降解程度的加剧,其表面微观结构呈现褶皱—褶皱/裂缝—褶皱/孔洞的变化过程。依据FTIR图谱在麻纤维地膜降解率达到40%时(25%土壤水分条件下降解30 d)出现的C=O特征峰,可推断其降解过程为纤维素断链,形成具有C=O键的直链式葡萄糖。试验末期,各水分处理的麻纤维地膜降解率与土壤微生物生物量变化规律一致,说明土壤水分条件导致的土壤微生物生物量变化,可能是影响麻纤维地膜降解速率差异的原因之一。