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【全球时快讯】秸秆变地膜 田绿食更安

2022-08-02 06:04:56 科技日报

【创新故事】


(资料图片)

“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。(◎ 张 晔)

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