料地膜覆蓋栽培技術(shù)自1979 年在我國試驗(yàn)應(yīng)用并推廣以來，已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的一項(xiàng)重要技術(shù)。但由于目前大多數(shù)地膜為聚乙烯或聚氯乙烯地膜，其穩(wěn)定性極高，降解過程相當(dāng)緩慢，大約要100 年；殘留在土壤中的碎片不能被土壤微生物降解，也不能被作物吸收利用。特別是超薄地膜（微膜）的制造，雖然可以使單位面積地膜用量相對減少，成本降低，但地膜越薄，越易破碎，破碎后形成的地膜殘片殘留在地表和土壤中，給清理和回收帶來很大困難[2]。隨著塑料地膜的大量使用，殘棄塑料地膜在耕地中的積累越來越多，不僅影響農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，而且對景觀環(huán)境也造成污染，還威脅著牲畜的生命；同時在土壤中形成阻隔層，降低土壤透氣性，阻礙作物根系發(fā)育和對水分、養(yǎng)分的吸收，造成農(nóng)作物減產(chǎn)[3]，有些地方農(nóng)作物因此而減產(chǎn)幅度達(dá)20%以上。故從長遠(yuǎn)看，塑料地膜造成的污染導(dǎo)致的減產(chǎn)幅度將逐步達(dá)到和超過其保溫、保濕等作用帶來的增產(chǎn)幅度。

據(jù)農(nóng)業(yè)部調(diào)查，為了盡量減少殘膜對土壤的污染，降低殘膜對作物產(chǎn)量的影響，在地膜完成使用功能后，采用人工揭膜方式回收一部分，揭膜費(fèi)用大約60 元/hm2，而采用可降解地膜，雖然增加成本15 元/hm2（功能性地膜國家允許價格上浮5%），但無需揭膜，既減輕勞動強(qiáng)度，又解決了對土壤及環(huán)境的污染問題，具有巨大的社會效益。且可降解地膜具有普通地膜類似的保溫和保水效果，還具有自然降解作用[4]。因此，發(fā)展可降解地膜能夠較好的解決地膜污染問題[5]。以下僅對幾種可降解地膜及其應(yīng)用進(jìn)行綜述。

1 可降解地膜的種類及特點(diǎn)

目前，國內(nèi)外廣泛開展的研究工作，主要有生物降解地膜、光降解地膜、光／ 生物降解地膜、植物纖維地膜、液態(tài)噴灑薄膜、多功能農(nóng)用薄膜等。國內(nèi)研究開發(fā)較多的是生物降解地膜、光降解地膜和光/生雙降解地膜。

1.1 生物降解地膜

生物降解地膜是在自然條件下，通過土壤微生物的生命活動而進(jìn)行降解的一類地膜。生物降解地膜分為化學(xué)合成高分子基地膜、天然高分子基地膜兩大類。從降解機(jī)理看，生物降解地膜又可分為不完全生物降解地膜和可完全生物降解地膜。其中，不完全生物降解地膜是指在通用塑料（PE、PP、PVC 等）中通過共混或接枝混入一定量的（10%～30%）具有生物降解性的物質(zhì)；可完全生物降解地膜是使用中保持與現(xiàn)有塑料相同程度的功能，使用后能為自然界中細(xì)菌、真菌、海藻等微生物作用分解成低分子化合物，并終分解成水和二氧化碳等無機(jī)物的高分子材料[6]。盡管這類地膜能夠降解，但都存在加工困難、力學(xué)性能和耐水性能差的問題，目前難以推廣和應(yīng)用[7]。

1.2 光降解地膜

光降解地膜是在高分子聚合物中引入光增敏基團(tuán)或加入光敏性物質(zhì)，使其在吸收太陽紫外光后引起光化學(xué)反應(yīng)而使大分子鏈斷裂變?yōu)榈头肿淤|(zhì)量化合物的一類地膜。光降解地膜分為添加型光降解地膜和合成型光降解地膜兩大類。光降解地膜的降解主要是地膜中的光敏劑吸收了來自太陽光中的紫外線，在其他助劑的協(xié)同作用下引發(fā)光氧化反應(yīng)，聚乙烯分子鏈開始斷裂，地膜變脆，物理機(jī)械性能下降，后破裂破碎和消失。但是光降解地膜也存在不足：一是降解受紫外線強(qiáng)度、地理環(huán)境、季節(jié)氣候、農(nóng)作物品種等因素的制約較大，降解速率很難準(zhǔn)確控制；二是大田覆蓋使用時，埋入土壤中的部分不能被降解，而且其分解物對大氣、水質(zhì)、土壤是否產(chǎn)生二次污染尚不明確，因此它的應(yīng)用受到限制[8]。

1.3 光/生雙降解地膜

光/生雙降解地膜是在通用高分子材料（如PE）中添加光敏劑、自動氧化劑、抗氧劑和作為微生物培養(yǎng)基的生物降解助劑等制作而成的一類地膜。光/生雙降解地膜的特點(diǎn)是把地膜降解成小顆粒，短期內(nèi)對作物生長不會有太明顯的負(fù)面影響，不過隨著使用時間的延長，土壤中塑料顆粒逐漸增加，會影響作物根系的生長，甚至減產(chǎn)。另外，非常難清除降解后的塑料小顆粒，可以說用人工方法無法清除，不利于農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[9]。

2 可降解地膜的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 光降解地膜應(yīng)用效果

武宗信等[10]研究表明，光降解地膜在棉花生產(chǎn)中，覆蓋期間與普通地膜相比，具有相同的土壤環(huán)境效應(yīng)和相近的增產(chǎn)效果。毛任釗等[11]研究也表明，光降解地膜覆蓋棉田不僅能產(chǎn)生水熱效應(yīng)，而且具有預(yù)期的降解性能，因而能顯著的改善棉田環(huán)境生態(tài)條件。雖然光降解地膜壓土部分（無光照）基本上不降解，但離土后（有光照）仍能繼續(xù)降解，其殘片進(jìn)入土壤后，對棉花生長發(fā)育未產(chǎn)生不良影響[12]。覆蓋光降解地膜的甘蔗苗期長勢、農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量及糖分與覆蓋普通地膜無明顯差異，光降解地膜與普通地膜一樣具有保水、保溫作用。同時光降解地膜在完成普通地膜的功能后，在受光情況下自行光降解，殘留明顯低于普通地膜[13-14]。另外，光降解甘蔗除草地膜也完全具備普通地膜的功能，且具有可降解和除草功能，不會對甘蔗生長或產(chǎn)量造成影響[15]。孟慶雷等[16]研究表明，光降解地膜在增溫保濕、促進(jìn)煙草生產(chǎn)，提高烤煙的單產(chǎn)、均價及等級方面與普通銀膜具有同等作用；且光降解地膜在田間經(jīng)自然光照射，日漸降解、粉化、消失而融合于土壤中，有利于保護(hù)煙田生態(tài)環(huán)境。趙作民[17]研究表明，光降解地膜在提高地溫、降低土壤容重、抗旱保墑等方面的效果及促進(jìn)玉米生長發(fā)育、早熟、豐產(chǎn)方面的效應(yīng)均優(yōu)于普通地膜。光降解地膜應(yīng)用于花生生產(chǎn)中，具有與普通地膜相似的增溫保墑增產(chǎn)效果，又可節(jié)省人工拾膜用工[18]。陳明周等[19]研究表明，花生光降解除草地膜在覆蓋栽培中也具有與普通地膜相同的保溫、保濕作用，增產(chǎn)效果明顯，產(chǎn)量增幅高達(dá)14.13%～30.79 %；且具有控制田間常見雜草生長的作用。另外，光降解性避蚜地膜與普通地膜相比，具有降解、防治蚜蟲及其他病蟲害、保持土壤水分和肥效、調(diào)節(jié)土壤溫度、強(qiáng)化光合作用等功能。它可使作物增產(chǎn)20%左右，同時減少農(nóng)藥用量，且使用后會降解，減輕了白色污染，有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益[20]。大量田間試驗(yàn)證明，光降解地膜與普通地膜具有相同的提高地溫、保墑、增加產(chǎn)量、提高效益等作用；光降解地膜發(fā)生破碎、降解[21]，光降解地膜小殘片進(jìn)入土壤后，不會使土壤性質(zhì)變劣而危害植物；并有降低土壤污染、水體污染和自然景觀污染的優(yōu)點(diǎn)[22]。

2.2 生物降解地膜應(yīng)用效果

生物降解地膜的保溫作用與普通地膜相同，且在低溫時的保溫性優(yōu)于普通塑料地膜[23]；保水作用比普通地膜略好，同樣可以達(dá)到早熟、豐產(chǎn)的栽培效果[24]。胡靖等[25]試驗(yàn)結(jié)果顯示，生物降解地膜對玉米、棉花、土豆的增產(chǎn)效果均在20%~30%，而對葡萄的增產(chǎn)效果明顯，達(dá)60%。生物降解地膜配合滴灌技術(shù)還可顯著提高番茄可溶性固形物含量和番茄紅素含量及番茄的水分利用效率和肥料利用效率[26]。梁興泉等[27]研究表明，淀粉地膜與塑料地膜相同，有保溫、保濕和增產(chǎn)的作用，而且當(dāng)?shù)矸酆窟_(dá)30%以上時具有明顯的降解作用，基本上消除了塑料地膜引起的土壤板結(jié)、阻礙農(nóng)作物根系生長等農(nóng)田耕作環(huán)境的污染。王延琴等[28]研究表明，纖維素膜覆蓋一樣具有促進(jìn)棉花早發(fā)穩(wěn)長，增產(chǎn)增收和提高纖維品質(zhì)的作用；且使用一段時間后會自然分解，減少環(huán)境污染，且可增加土壤有機(jī)質(zhì)。付登強(qiáng)等[29]研究結(jié)果表明，麻地膜在覆蓋白菜、萵苣、辣椒、黃瓜、豆角、番茄、絲瓜、四季豆、草莓等作物過程中具有較好的保水保溫性能，能增加土壤對降雨的儲蓄能力，減少土壤水分的蒸發(fā)，提高作物的水分利用效率。麻地膜覆蓋明顯促進(jìn)了作物地上部和地下部的生長，有明顯的增產(chǎn)效果[30]，且由于不透光還可防止雜草生長，除草和降溫效果明顯[31]。麻地膜覆蓋還具有增溫平緩不燒苗，長期使用能增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，改良土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，提高土壤微生物和酶活性，增加土壤有效養(yǎng)分含量的作用[32]。起到了“開源節(jié)流”的作用。大量田間試驗(yàn)證明，生物降解地膜與普通PE 地膜一樣，具有保溫、保水的作用，且在土壤性狀及促進(jìn)作物生長方面均優(yōu)于普通PE 地膜，可在田間產(chǎn)生降解而消失，對土壤無污染[33]。

2.3 光/生雙降解地膜應(yīng)用效果

在玉米、烤煙上，雙降解地膜降解效果較好[34]。利用雙降解地膜覆蓋春玉米，比普通地膜用量少，節(jié)省投資，增溫、保墑效果良好，還有自然降解作用[35]；王盼忠等[36]試驗(yàn)結(jié)果表明，雙降解地膜在分解過程中，還能釋放出有利于玉米吸收的養(yǎng)分和二氧化碳，促進(jìn)玉米的生長發(fā)育；對春玉米有顯著的增產(chǎn)效果，一般比普通地膜增產(chǎn)13.6%，比露地玉米增產(chǎn)39.1%。旱地春花生利用雙降解地膜覆蓋栽培具有保溫、保水、保肥、保持土壤疏松、除草等作用，具有增進(jìn)春花生根、葉、花、果的生長發(fā)育的作用，有利于干物質(zhì)的積累與合理分配，加快生育進(jìn)程，縮短生育期，從而避免和減少早春低溫陰雨對花生出苗及生育后期夏旱的影響，緩解季節(jié)矛盾[37]。地膜覆蓋70 d 后可開始光解溶化，不需回收殘膜，減少對態(tài)環(huán)境的污染[38]。雙降解地膜覆蓋栽培棉花可增加果枝數(shù)，提高單株結(jié)鈴率，增產(chǎn)作用更顯著；且在光照和土壤微生物作用下是可以降解的，并且降解效應(yīng)十分顯著[39]。光/生物雙降解地膜經(jīng)多年在糧、棉、油等多種作物上覆蓋使用證明，其降解可控性好，保溫保墑，作物長勢與產(chǎn)量與普通地膜無差異；光/生物雙降解地膜本身不含有害成分，降解產(chǎn)物對土壤、作物均不產(chǎn)生毒害[40]。保水、保溫性能在觀測期內(nèi)與普通膜相當(dāng)，作物的生物發(fā)育狀態(tài)基本一致[41]。覆蓋農(nóng)作物后，出苗期提前，產(chǎn)量增加[42]。地膜在曝曬條件下，當(dāng)年基本上可降解成粉末狀[43]。而雙組分可控降解地膜未經(jīng)光照的部分在熱氧化、微生物的綜合作用下，均被降解，降低了分子量的聚乙烯也有被微生物降解的趨勢[44]。覆蓋雙降解地膜的農(nóng)田生物效應(yīng)、增產(chǎn)效益均優(yōu)于普通地膜[45]?？傊?，從生產(chǎn)應(yīng)用來看，可降解地膜和普通地膜的保水、保溫和增產(chǎn)效果基本相同，而可降解地膜之間差異不顯著；比較各降解地膜的降解狀況，生物降解地膜降解快，其次是光/生雙降解地膜，光降解地膜慢[46]。

3 可降解地膜的發(fā)展趨勢

綜上所述，不難看出，應(yīng)用中多數(shù)降解地膜尚屬于不完全降解型地膜，因其降解性僅限于其中的淀粉或甲殼素等部分，不能降解其中的PP、PVC 等塑料成分。如光降解地膜埋土部分無法降解，降解速率很難準(zhǔn)確控制；光／ 生雙降解地膜主要是加速了地膜中能降解部分的降解過程，不能解決根本問題[47]，不能實(shí)現(xiàn)當(dāng)季無害化[48]。故光降解地膜和光/生雙降解地膜因其降解程度對環(huán)境的依賴性很強(qiáng)及降解的不徹底性，使其應(yīng)用受到了一定限制[49]。只有生物降解地膜可有效解決地膜的環(huán)境污染問題[50]；不過就效益而言，光/生雙降解地膜由于成本較低、降解重復(fù)性較好，地膜的成型加工簡單易行[51]，根據(jù)我國具體情況，目前作為解決地膜殘留污染重要而有效的途徑之一，仍具有推廣應(yīng)用前景。未來農(nóng)業(yè)的主要目的在于充分利用自然資源，合理使用生產(chǎn)資料，注意保護(hù)生態(tài)環(huán)境，保持作物生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展，發(fā)揮作物大生產(chǎn)潛力，實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗、無公害，并獲得大的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益、生態(tài)效益[52]。近年來，國內(nèi)很多單位開展了草纖維地膜、紙基地膜等環(huán)保地膜的研究[53-55]。通過應(yīng)用表明，以紙漿為原料的紙地膜，其降解效果良好[56]；以植物纖維為原料的環(huán)保型麻地膜具有很好的保溫、保濕和促進(jìn)作物生長發(fā)育的作用，在田間可以完全降解，無污染，降解后還有改良培肥土壤的作用[8，57]。據(jù)專家預(yù)測，綠色環(huán)保型產(chǎn)品將是未來市場的主導(dǎo)產(chǎn)品。因此，研究、開發(fā)和應(yīng)用完全生物降解地膜是今后的發(fā)展趨勢。