高端生物降解农膜材料让生活更美好

  [中国石化报2018-10-09]
  编者按农业生产离不开农膜的保驾护航，农膜高端化、多功能化趋势的发展离不开材料的不断持续创新。上海院发挥产学研用综合优势，对高端农膜材料技术等深入研究，努力通过技术创新和产品升级帮助农民增产增收，为告别白色污染，加快现代农业生态文明建设奉献力量。本期专题报道该院在高端农膜开发上的进展。
  背景介绍
  据统计，2017年全国地膜用量约160万吨，覆盖土地3.9亿亩，并且以不可降解的聚乙烯为主。地膜使用后回收成本高且回收困难，使得很多地膜用后没有回收，在土壤里的残余量逐年增高，有的省份每亩耕地中地膜已超过10公斤，土壤质量下降，导致作物减产，危及国家18亿亩耕地红线和粮食安全。
  土壤中残留的地膜成为风一刮就漫天飞舞的白色污染，回收后的不降解地膜也因无法有效利用通常被焚烧，造成大气二次污染。生物降解高分子材料的出现，成为解决白色污染的一道曙光，引起全世界关注。
  王洪学
  农膜是用于覆盖农田的一种塑料薄膜，能起到保持土壤水分、提高地温促进作物快速生长的作用，按种类可分为地膜和棚膜。农膜与种子、农药和化肥一样，已成为现代化农业实现稳产、高产不可缺少的重要生产资料。
  2017年中国农膜总产量达到290万吨，位居世界第一，但中国的农膜产业大而不强，中低端产品市场占比高达90%，高端农膜产量低，性能还处于国际跟跑水平。为提高重点基础材料的技术水平，科技部2016年首批国家重点研发计划专门设置了农膜新材料项目。上海石油化工研究院科研攻关团队在高端农膜材料的研发中迈出坚实一步。
  高性能生物降解地膜绿色革命进行时
  生物降解地膜材料的发展之路并不平坦。世界上生物降解地膜的发展究竟如何？它是概念炒作还是新材料革命？
  近年来，全球生物降解地膜材料开发在技术层面取得很大进展，在产业化及推广应用进展上却比较缓慢。为解决生物降解地膜成本高难题，制造出低成本的生物降解原料是关键。自然界中有许多微生物能合成一种生物降解材料——聚羟基脂肪酸酯。虽然这种材料降解快，但成本高是其工业化应用的主要障碍。清华大学研发团队利用嗜盐微生物，通过先进的基因工程技术，开发了节能节水工艺生产聚羟基脂肪酸酯的低成本技术。然而，把这种生物降解材料真正做成地膜非常困难。
  面对材料本身弱点带来的巨大挑战，上海院研发团队从材料结构—性能理论出发，通过高分子改性技术创新，经过数百次试验，克服多种技术难题，成功开发出国际先进的超薄高强高韧生物降解地膜新材料，其使用寿命可根据作物生长需求调节。由于地膜强度提高，实现了机械铺膜，进一步提高了种植效率，通过降低地膜厚度还可减少农民开支，有助于解决因价格高而用不起的问题。
  上海院目前开发的新型生物降解地膜已应用于水稻、玉米、花生、蓝莓和蔬菜等作物，使用生物降解地膜使水稻增产达20%。未来，全国生物降解地膜使用量可减少近亿亩耕地的污染，能为农民节省地膜回收费用超过百亿元。按地膜中生物基含量50%计，未来每年可减少碳排放超过20多万吨，将产生显著的生态效益和经济效益。
  今年7月，农业农村部把全生物降解地膜替代技术列为十项重大引领性农业技术。
  长寿命高功能棚膜美好生活进行时
  吃得好，一直是我们不断追求的美好生活目标之一。在今天，吃到新鲜的蔬果已不是难事，这主要归功于棚膜。棚膜可为作物提供一个良好温度、湿度及光质量的小气候环境，防止病虫害及减少自然灾害的影响，提高作物的产量及品质，这对地理气候差异大的我国提供作物错季供应极为重要。
  经过多年发展，棚膜已发展到第四代——涂覆型聚烯烃功能性膜。特殊的纳米材料涂覆工艺使涂覆型聚烯烃功能性膜功能与寿命同步。然而，国内这种高端棚膜的性能与国际领先产品仍有较大差距，目前还存在防雾滴、防尘功能有效期不足、棚内外光强比和光合作用效率偏低等问题，且性能随使用时间增加而下降。农户使用同一棚膜的时间大多未超过两年即重新换膜。
  通过新材料合成技术开发和关键科学问题研究，上海院聚焦功能棚膜专用料开发，使得棚膜功能永久化，已取得突破性成果。在不到一年时间内，上海院就开发出市场上没有的多种新型高功能棚膜专用料。长寿命、长有效期、多功能复合棚膜可帮助农户一次投入就能获得加倍的使用期，节省中途换膜的时间和人工成本，切实助力农民节约支出、提升作物产量和品质。
  经豆角、西红柿、草莓和西瓜等作物的应用示范，新型高功能棚膜专用料目前应用效果良好，特别适合高效越冬日光温室水果、蔬菜等作物种植。作物的产量、品质较普通棚膜有显著提高，其中豆角产量提高20%，草莓增产8%，且平均可提前上市5天，产生显著的经济效益。