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  為實現保溫保墑、高效抑草并提高作物產量，商業化的低密度聚乙烯（LDPE）地膜被廣泛應用于農業生產。據統計，全球塑料地膜年使用量約為400萬噸，其中60%以上都在中國。地膜長年累月的使用與回收不及時導致農田“白色污染”加劇、土壤結構破壞，對我國的耕地質量與食品安全構成嚴峻挑戰。生物降解地膜替代使用被視為解決傳統LDPE地膜污染問題的有效方案，但當前仍受制于成本高昂、降解周期不可控、性能與作物生長不匹配等問題，難以實現大規模推廣應用。

  江蘇省農科院農用新材料團隊徐磊副研究員攜手南京林業大學婁志超副教授，創新性地提出一種協同提升現有聚己二酸/對苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）基生物降解地膜力學、抗紫外老化和水汽阻隔性能的新方法。該方法以低成本的小麥秸稈為原料，利用碳酸鈣粉與小麥秸稈共研磨過程中提供的強剪切力及熱、動能，實現小麥秸稈顆粒尺寸大幅度降低，同時為其表面賦予了極強的活性。在此基礎上設計優化小麥秸稈-PBAT共擠-吹膜工藝，即可基于秸稈粉與生物降解聚酯之間的π-π相互作用，在PBAT聚酯周圍形成兼具力學增強與紫外、水汽屏蔽效果的小麥秸稈“屏蔽層”，從而協同提高生物降解地膜的紫外耐受、力學與水汽阻隔性能。研究發現，少量共球磨獲得的超細秸稈粉并不會在膜內形成重大缺陷，但卻可以基于自身與聚酯基體的相互作用阻礙分子鏈遷移，從而改善薄膜的力學性能。10%小麥秸稈的引入增強了膜表面疏水性，并增大曲折因子，從而阻礙水分子的溶解和擴散，提高水汽阻隔性能；但當添加量增大至30%時，盡管增強的表面疏水性可降低水分子在膜表面的溶解速率，曲折因子卻因缺陷的產生而降低，從而導致水分子擴散加劇。此外，研究團隊還發現秸稈中的木質素組分也為其良好的紫外屏蔽和耐候性能提供了條件。試驗表明，秸稈復合生物降解地膜的紫外屏蔽率（UVA）可達89.1%以上，遠高于原始PBAT膜的22.6%；同時可將滿足國家標準（GB/T-35795）下地膜在紫外輻照條件下縱向力學性能的保持時長由57.1 h延長至65.8-80.9h；橫向力學性能保持時長則由78.2 h延長至85.2-96.6 h，制造成本卻降低了8.14%-20.96%。該技術為后續圍繞種植場景需求“量身定制”、為作物生產“量體裁衣”提供了重要支撐。

圖2 秸稈復合生物降解粒子與膜

  文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894723027092