特稿丨秸稈變地膜，田綠食更安
2022-08-03
“你看，被土蓋住的地膜已經沒了，外面還留了一點點地膜，也是一捏就碎?！?/p>
大暑節(jié)氣，江蘇省常州市的農田里，昌玉紅香芋專業(yè)合作社理事長蔡冬生一邊用鋤頭翻土，一邊樂呵呵地對記者說。
圖為今年6月江蘇（昆山）現代農業(yè)（稻麥）科技綜合示范基地的水稻田用上了秸稈降解地膜。
“我們合作社種了5000多畝紅香芋。往年7月份，就該雇人下地人工除膜了，每畝至少要4個工時，也就是320元左右，就這樣還除不干凈，因為地膜上覆了一層土。”蔡冬生感慨道，“今年用上了江蘇省農科院研發(fā)的新型生物降解地膜，不用人工除膜，也不擔心‘白色污染’了?！?/p>
不只是常州的紅香芋，如今，江蘇的番茄、大蒜和甘薯，還有寧夏的馬鈴薯，海南的甜瓜……都用上了這種生物降解塑膜。
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改性秸稈與高分子材料“牽手”成功
地膜，曾被稱為農業(yè)生產的“白色革命”。20世紀70年代，地膜覆蓋技術引入國內，隨后迅速推廣普及，目前，我國農用地膜年用量達140萬噸。
大規(guī)模使用塑料地膜，在助農增產的同時，也帶來了難以降解的“白色污染”。破碎的地膜還會轉化成微塑料，通過動植物進入人體，危害百姓健康。雖然國際市場上推出一些降解地膜產品，但其高昂的成本、單一的性能，令我國農民很難接受。
而另一方面，隨著“禁燒令”全面出臺，秸稈的綜合利用成為一道新難題。
“能不能為秸稈找到一個高效利用的出路，同時把降解地膜成本減下來？”2011年，蘇州大學高分子材料學專業(yè)畢業(yè)的徐磊來到江蘇省農科院。帶著學科交叉融合的眼光，他敏銳地發(fā)現這是一個需求巨大的新領域。
認準方向的徐磊，一頭扎進實驗室。然而，第一個問題就難住了他：粗糙的秸稈跟高分子材料根本“玩不到一起去”。
“降解地膜的主要成分是PBAT（降解樹脂），而秸稈的主要成分是纖維素、木質素。秸稈有較強的纖維分子內氫鍵，使其與降解樹脂的相容性較差且分散性不佳?！毙炖谡f，這就像是冷水沖泡的奶粉，表面浮著大大小小的“奶疙瘩”，無法達到成膜條件。
為了讓兩者融合，徐磊用更強的粉碎機，一遍又一遍研磨。秸稈顆粒直徑從300目縮小到500—800目，勉強能用了，但是能耗成本也大大上升。徐磊陷入了迷茫。
2019年，他來到江蘇太倉的一家秸稈飼料廠調研，無意中聽到負責人在抱怨：切割秸稈產生的粉塵每個月有100噸，沒法利用還堵塞磨頭，真是煩人。
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徐磊頓時眼前一亮，問道：“這粉塵粒徑多少？”
“大概1000目。怎么了？”飼料廠負責人不解地看著他。
“太好了！我就是在找它?！币凰查g柳暗花明，徐磊高興壞了。
但是，1000目的秸稈顆粒，表面活性依然不強，必須想辦法讓秸稈顆粒變得更“活潑”。
“我們嘗試過很多途徑，最后找到一種改性方法，其原理就像給秸稈顆粒表面加上‘活化層’，也就是用改性處理技術和秸塑共混造粒工藝，讓秸稈粉和生物降解高分子充分結合，通過成型技術制成秸塑復合生物降解材料?！?/strong>徐磊說。
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個性地膜為農作物“量體裁衣”
2020年初，在徐磊團隊的不懈努力下，新型生物降解地膜終于研發(fā)成功，當年推廣應用量達300噸。
今年，蔡冬生他們抱著“試試看”的想法，采用了這種新型生物降解地膜。清明前覆的膜，7月中旬已不見蹤影。
“在田間土壤特定環(huán)境下，地膜可通過微生物作用在一定時間內降解，最終化為水和二氧化碳回歸大自然?！毙炖谡f。
在新型地膜中，秸稈粉占30%，不僅成本大大降低，力學性也能得到鞏固，其“韌性”遠高于其他生物降解地膜，產品的抗拉強度和保溫效能得以同步提升。
隨著新型地膜的推廣，適應性問題又凸顯出來——我國幅員遼闊，新疆的棉花需要抵抗紫外線照射，廣東的煙草需對根部照射陽光，寧夏的馬鈴薯則對保溫保墑性能要求更高……
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“不同地區(qū)的氣候特征、土壤墑情以及農作物的需求不同，單一配方與功能的降解地膜難以匹配不同農作物的生長需要?！毙炖谡f，這就好比穿同一件衣服，無法滿足人們在不同地區(qū)不同季節(jié)的需求。
能否研制針對不同地區(qū)、不同農作物的個性化地膜，從而讓地膜對農作物的增產提質發(fā)揮更好的作用？
圖為降解地膜在江蘇甘薯生產應用中取得良好效果。
2020年，徐磊嘗試著研制適合江蘇地區(qū)甘薯栽培的專用降解地膜。這種地膜以秸稈粉混合降解樹脂為基底，疊加發(fā)泡材料為保溫層。大田試驗表明，采用新型地膜的甘薯產量比傳統(tǒng)PE（聚乙烯）地膜增產約10%，商品化率提高約12%。
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“今年我們又研制成功一種多層生物降解膜，外層是秸稈顆粒，中間是降解樹脂，內層為艾草成分?！毙炖谡f，這樣的地膜不僅可以抗太陽紫外線照射，還能實現生物驅蟲，減少農藥使用量。
通過實驗，徐磊團隊建立起適用不同場景的降解地膜設計模型，將氣候、土壤、栽培方式、生長周期等參數納入其中。
“模型建立后，隨著數據量的不斷增加，輸入特定參數就能生成專屬地膜配方及加工成型技術。后期還可根據當地作物生長情況作出調整?！毙炖谡f，目前，他們研發(fā)的個性化地膜最多已有5層復合功能膜，可為多種作物“量體裁衣”。
從“白色污染”到“綠色革命”，學科交叉融合讓秸稈變廢為寶，不僅串聯(lián)起一條農業(yè)循環(huán)經濟產業(yè)鏈，也為改善農業(yè)生態(tài)環(huán)境、建設美麗鄉(xiāng)村貢獻了科技力量。
來源：科技日報
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