科技赋能地膜降解：为中国农业“白色污染”解困

“每年开春播种时，新疆棉田里随处都能看到白色塑料残膜，而每年从棉田回收来的废旧地膜统一存放在堆放点，这样堆放点也随处可见。”7月24日，在由北京市科学技术协会主办的“科技赋能地膜降解”科学传播沙龙上，中国农业科学院棉花研究所研究员、中国农业科学院西部农业研究中心高品质棉花生产模式与技术创新团队首席科学家宋美珍，分享了她在新疆维吾尔自治区棉花地里看到的场景。

地膜曾是新疆棉花增产的“重要法宝”，见证了无数棉农的喜悦。然而，找不到合适去处的地膜如今也成了困扰农业发展的“白色污染”。

有数据显示，地膜长期覆盖农田后的塑料残留已对多个地区的土地环境造成污染，其中，新疆、内蒙古西部等地区尤为严重，约每公顷残留200公斤；甘肃、东北风沙区、山西北部、河北北部等地次之，每公顷残留为100公斤左右。

宋美珍感觉到，解决“白色污染”，寻找地膜降解的新道路已迫在眉睫，而科技赋能地膜降解成为破解困境的关键所在。

地膜成“地魔”

我国自20世纪70年代从国外引入并开始使用地膜，到本世纪初地膜使用面积已达到1500万公顷。尤其在新疆，除小麦外的主要农作物全部使用地膜。有数据显示，近5年来，我国的地膜年用量在每年140万吨左右。

地膜是一种覆盖在土壤表面的薄膜，通常是白色透明或黑色聚乙烯（PE）薄膜，可以提高土壤温度，保持土壤水分，维持土壤结构，抑制田间杂草生长和盐碱在地表聚集，促进植物生长。

1980年新疆自治区开始棉花地膜增产效果试验，当时农户们不接受地膜覆盖这项技术，“白天铺上，晚上就把地膜揭了”。到后来，立竿见影的增产效果，让大家越来越离不开地膜，1982年地膜推广面积约80万亩，地膜覆盖下的植棉技术也逐渐形成。

宋美珍介绍，自20世纪80年代开始，“矮密早膜”技术的运用使得北疆棉花增产61.8%，南疆增产44%，盐碱地增产69.5%，新疆棉区棉花面积也进入大幅度跳跃式扩张阶段。

然而，随着地膜带来的“白色污染”问题越来越凸显，地膜也逐渐让农户民“爱恨交加”。

宋美珍记得，为了处理地膜，最早，农户们会将回收来的地膜挖坑填埋，但农用地膜的主要成分聚乙烯是塑料的一种，很难降解，后来农户们就想出焚烧的办法，可是焚烧的污染太大，再后来，农户们没办法了，干脆将废弃地膜堆积起来等待回收。

然而，做地膜回收加工的企业大多难以为继。“后期处理成本高，如果没有政策补贴，企业根本没法长期运转。”宋美珍说。

中国复合材料工业协会生物技术专委会副主任张海波指出，从1950年到2023年，全球共生产了约92亿吨塑料，其中地膜约占3%，而地膜由于回收难、降解成本高、替代材料少等原因，成为了农业污染的重要源头。

“治理地膜带来的塑料污染已迫在眉睫。”宋美珍说。

替代产品的两条改良路线

2020年1月19日，国家发展改革委、生态环境部公布《关于进一步加强塑料污染治理的意见》，明确规定“规范塑料废弃物回收利用和处置”，“推广应用替代产品和模式”。

生物可降解地膜，成为替代传统地膜的主要手段。中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所、农业农村部农膜污染防控重点实验室副研究员刘琪介绍，生物降解地膜是以生物降解聚酯为主要原料的新型环保地膜，能够在自然界中通过微生物作用而被降解，无需回收或清理残膜、废膜。

不过，刘琪也发现，生物降解地膜目前还存在一些问题。“常见的全生物降解地膜产品虽然能够在一定条件下降解，但往往降解速度受环境因素影响大、功能期与农作物生长周期往往不匹配。例如，地膜在棉花上应用至少要保证覆盖三四个月的时间才能满足棉花生长需求，但是目前的生物降解地膜最多只能坚持三个月。”刘琪告诉《中国科学报》。

传统地膜污染重，生物降解地膜发展尚未完善，那么，用科技手段解决地膜“白色污染”的出路在哪里？

“目前，有两条技术路线，一条是对热塑性生物降解塑料（PBAT）生物降解地膜技术进行改进，另一条是采用不同于PBAT材料的生物降解地膜——‘CBADP’。”张海波说。

改进PBAT生物降解地膜技术，正是刘琪正在做的事。她介绍，为了提升新地膜的性能和田间有效覆盖期，目前，她所在的实验团队一边研制新配方，一边开展田间试验，开发出了生物降解地膜专用改性助剂、“发泡-交联技术”等技术，对生物降解地膜进行复合改性，在一定程度上提升了其功能期。

新型生物降解地膜的发明与推广，是张海波等人正在做的事。他认为，研制出能降解传统地膜的材料才能“治本”。他所在团队的技术核心是在有机助剂催化下，让传统PE塑料本身变得可降解。“我们通过有机助剂，促使塑料分子链断裂，将聚乙烯高分子中的亚甲基氧化，使其在微生物的作用下分解为小分子后继续分解变为二氧化碳、水及生物质，以实现塑料的降解，并且避免微塑料的产生。”张海波说。

孰优孰劣，未来何解？

两条改良现有技术的路线，究竟孰优孰劣？宋美珍给出了她的答案：“两条路线其实异曲同工，都是将大分子变成小分子，然后让小分子通过微生物的作用，降解成二氧化碳和水。”

在她看来，地膜的污染治理需要的不仅仅是技术上的突破，更是一个完整的、可持续的解决方案。新型地膜的研发也不仅是技术创新的问题，更是技术迭代升级的过程，需要在实际应用中不断发现问题、解决问题。

“无论是改良PBAT生物降解地膜，还是正在研究的新型降解地膜，都要先用到生产中进行试验示范，使用效果让农民说了算。”宋美珍说。

她认为，要实现科技赋能地膜降解，找寻中国农业“白色污染”的解困之路，应当首先通过示范推广，让农民看到新型地膜的实际效果；然后实地考察效用，收集大户的反馈意见；最后再由企业针对技术存在的问题进行迭代研发。

“唯有不断适用农田、不停适配农民，将技术从企业落实到农户，才能形成一套自下而上的‘白色污染’治理体系。”宋美珍说。