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《生物降解地膜研究与应用》系统梳理了生物降解地膜在我国农业应用背景下的发展历程、基础理论、材料研制、性能评价与区域适宜性研究，通过翔实的数据、不同时期的研究进展和丰富的田间试验实例，呈现了降解塑料国内外发展历程与现状、可降解地膜的发展、降解地膜的分类及降解机理、生物降解地膜研制与加工改性、降解地膜性能评价试验及相关标准、生物降解地膜区域适宜性评价试验研究等共6 章内容。
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目录第1章 降解塑料国内外发展历程与现状 11.1 降解塑料产生、应用及发展的背景 11.1.1 塑料的产生及其重要地位 11.1.2 塑料废物的环境风险 31.1.3 世界各国（地区）的限塑政策 61.2 降解塑料国内外发展现状与应用 131.2.1 降解塑料的定义和分类 131.2.2 国外与国内降解塑料的种类和产能 161.2.3 降解塑料的应用领域 181.2.4 降解塑料应用的机遇与挑战 191.3 降解塑料与资源环境的相互关系 211.3.1 减量化、再资源化与堆肥化 211.3.2 资源补充替代 241.3.3 降解塑料与碳排放 261.3.4 降解塑料相关法规、评价标准和认证标准 281.4 降解塑料在农业领域的重要地位 301.4.1 降解塑料在农业领域的应用 301.4.2 降解塑料在农业可持续发展中的作用 31参考文献 32第2章 可降解地膜的发展 342.1 地膜覆盖技术的发展概况 342.1.1 国外地膜覆盖技术应用概况 342.1.2 中国地膜覆盖技术应用概况 352.1.3 中国地膜残留污染现状 352.2 可降解地膜研发进展 382.2.1 国外可降解地膜研发进展 392.2.2 中国可降解地膜研发进展 452.3 可降解地膜的田间应用研究 492.3.1 可降解地膜对土壤温度的影响 492.3.2 可降解地膜对土壤水分的影响 502.3.3 可降解地膜对作物生长发育的影响 512.3.4 可降解地膜对作物产量的影响 522.4 可降解地膜在可持续农业发展中的作用 53参考文献 55第3章 可降解地膜的分类及降解机理 583.1 可降解地膜的分类 583.1.1 合成型光降解地膜 583.1.2 添加型光降解地膜 613.1.3 生物降解地膜 653.2 生物降解地膜的降解机理 713.2.1 生物降解地膜的降解过程 713.2.2 影响生物降解地膜降解过程的主要因素 753.3 光降解塑料在农业领域应用的主要问题 77参考文献 77第4章 生物降解地膜研制与加工改性 824.1 生物降解地膜原材料、配方及加工工艺 824.1.1 生物降解地膜常用降解树脂及其性能分析 834.1.2 生物降解地膜常用助剂 894.1.3 生物降解地膜加工工艺 964.2 阻隔性调控 974.2.1 无机阻隔剂的添加及改性 984.2.2 有机小分子阻隔剂的添加 984.2.3 有机大分子阻隔剂的添加 994.2.4 多色地膜的研制 1004.2.5 多层共挤技术的引入 1014.3 降解期调控 1024.3.1 结晶度调控技术 1034.3.2 生物降解地膜专用树脂创制 1054.3.3 PBAT扩链技术 1054.3.4 生物降解地膜专用紫外线吸收剂的研发 1074.3.5 新材料包裹技术 1094.3.6 抗菌剂的研发 1104.3.7 抗水解剂的研发 1114.4 功能生物降解地膜 1124.4.1 作物专用生物降解地膜 1134.4.2 肥料型生物降解地膜 1144.4.3 其他功能生物降解地膜 1154.5 总结 116参考文献 116第5章 生物降解地膜性能评价试验及相关标准 1225.1 生物降解地膜初始性能评价 1225.1.1 材料成分测定 1235.1.2 机械性能评价 1235.1.3 阻隔性能评价 1295.2 生物降解地膜使用性能评价 1315.2.1 毒理性能评价 1315.2.2 抗老化性能评价 1325.2.3 降解性能评价 1345.3 国内外相关标准及制定机构 1385.3.1 国际相关标准及制定机构 1385.3.2 欧洲相关标准及制定机构 1405.3.3 美国相关标准及制定机构 1415.3.4 日本相关标准及制定机构 1415.3.5 中国相关标准及制定机构 1425.4 降解塑料及可堆肥化降解塑料的认证标识 144参考文献 148第6章 生物降解地膜区域适宜性评价试验研究 1496.1 区域适应性评价的意义 1496.2 西北地区生物降解地膜适宜性评价试验研究 1506.2.1 新疆加工番茄生物降解地膜适宜性评价试验研究 1506.2.2 新疆甜菜生物降解地膜适宜性评价试验研究 1586.3 东北地区生物降解地膜适宜性评价试验研究 1656.3.1 材料与方法 1656.3.2 结果与分析 1676.3.3 结论与建议 1716.4 华北地区生物降解地膜适宜性评价试验研究 1716.4.1 材料与方法 1726.4.2 结果与分析 1726.4.3 结论 1776.5 华东地区生物降解地膜适宜性评价试验研究 1786.5.1 山东金乡大蒜生物降解地膜适宜性评价试验研究 1786.5.2 山东花生生物降解地膜适宜性评价试验研究 1846.6 西南地区生物降解地膜适宜性评价试验研究 1926.6.1 材料与方法 1926.6.2 结果与分析 1936.6.3 结论 199参考文献 200
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第1章降解塑料国内外发展历程与现状 塑料一词源自希腊语plasrikos，意思是可塑造的。这个词反映了塑料的特点，指它们在制造过程中具有可塑性，可以被注塑成各种各样的形状而加以利用。作为20世纪人类*伟大的发明之一，塑料历经百余年的发展，已经成为现代文明社会不可或缺的生产生活资料。塑料的普及常被誉为“白色革命”。 20世纪中末期以来，全球更多的国家相继走上了以工业为主要特征的发展道路。高投入、高产出、高消费的经济发展模式促进了经济快速发展，创造了人类前所未有的巨大物质财富，并加速了世界文明的演化过程。但伴随而来的是地球资源被肆意开发和过度消耗，生态环境遭到急剧破坏且日趋恶化，致使人与自然的关系进入了紧张的状态。面对严峻的现实，世界上无论是发达国家还是发展中国家都开始理性地探索新的发展模式和发展战略，寻求一条经济增长和社会发展与资源、环境和谐发展及良性循环的发展道路。 进入21世纪后，尤其是在未来的经济发展中，全球将面临人口日益增多、不可再生资源日趋贫乏、生态环境愈加恶化的问题，以及由此引发的“既要节约并合理利用资源，特别是那些不可再生资源；又要确保人类的物质供给以及人类生存环境、保持洁净的生活空间”的严重挑战。因此构筑节约资源、循环经济、环境和谐型社会，走可持续发展道路已成为全球关注的焦点和发展方向。降解塑料（特别是生物降解塑料）作为实现上述目标的措施之一正受到越来越广泛的关注。 1.1降解塑料产生、应用及发展的背景 1.1.1塑料的产生及其重要地位 塑料，按字面意义，是可以塑造的材料，也就是具有可塑性的材料。现今的塑料是指以树脂为主要成分，适当添加添加剂，在一定温度和压力下通过浇铸、挤压、吹塑或注射成型的一类高分子材料。 “帕克辛”（Parkesine）是*早出现的人工合成塑料。19世纪50年代，英国化学家帕克斯在研究胶棉处理方法时，试着将胶棉和樟脑混合，产生了一种能够弯*的硬材料。帕克斯根据自己的名字将它命名为“帕克辛”。这就是世界上*早出现的热塑性塑料。帕克斯利用帕克辛制造出的梳子、笔、纽扣和珠宝饰品等备 受人们青睐，且参展了1862年伦敦世界博览会并获得铜奖。但是帕克辛是源于天然植物材料的塑料，因为不能实现工业化生产而造价昂贵，且使用一小段时间后就会变形或开裂而致使其寿命短暂。 在19世纪60年代，一位名叫海亚特的美国人发现，当在硝化纤维素中加入樟脑时，硝化纤维素竟变成了一种柔韧性相当好的既硬又不脆的材料，在热压下可被加工为各种形状的制品，他将这种材料命名为“赛璐珞”（celluloid）。赛璐珞*初被应用于台球和仿象牙制品的制造，随着塑料市场的不断扩大，赛璐珞被制作成了各种各样的产品。到了现代，由于硝化纤维素极易燃烧，以及其稳定性差、易开裂等问题，赛璐珞在日常生活中被广泛应用的地位已经不复存在，逐渐被其他更安全的塑料取代。 20世纪初期，酚醛塑料面世，标志着塑料时代正式开始。美籍比利时化学家贝克兰发现苯酚和甲醛的混合物较为黏稠，且向粉状的酚醛树脂（以煤焦油为原料合成）中添加木屑，混合均匀后加热、加压模塑成了各种制品，具有较强的耐火性能。贝克兰将该物质命名为“贝克利特”，又称“电木”。贝克利特*初用于电气和机械部件的制造，后被广泛应用于各种消费品。当贝克兰在1907年申请了贝克利特专利后，酚醛塑料便正式诞生。这一发明被认为是20世纪的“炼金术”，贝克兰也因此获得了“塑料之父”的称号。人们将酚醛塑料模制成了收音机、电话、时钟和台球等各种物品。20世纪20年代，又出现了氨基塑料（苯胺甲醛树脂）。20世纪二三十年代，又相继出现了醇酸树脂、聚氯乙烯、丙烯酸酯类、聚苯乙烯和聚酰胺等塑料。这些塑料对当时电气工业和制造业的发展起到了积极的推动作用。20世纪40年代至今，随着科学技术和工业的发展及石油资源的广泛开发利用，塑料工业得到了迅猛发展，我们所熟知的聚乙烯、聚丙烯、环氧树脂、氟塑料、聚甲醛、聚碳酸酯、不饱和聚酯、聚酰亚胺等塑料陆续出现。 我国*早于1921年在上海胜德赛珍厂（现上海天原集团胜德塑料有限公司）开始生产赛璐珞制品，后来于1926年开始生产酚醛树脂及模塑粉（电木粉）。1949年新中国成立时，中国塑料产量已经达到400t左右。而后酚醛塑料等热固性塑料有所发展，1958年我国自行研究设计的**套聚氯乙烯年产3000t的生产装置在锦西化工厂建成投产，这是中国塑料工业进入一个新时期的标志。1960年上海建成年产500t聚苯乙烯的生产装置，1965年上海高桥化工厂以千吨级规模生产高密度聚乙烯，1970年年产3500t高压法聚乙烯的装置和年产5000t聚丙烯的装置开始在兰州化学工业公司投入生产。我国塑料总产量1965年为9.7万t，1970年增至17.6万t。20世纪70年代以后，北京燕山石油化工公司、辽阳石油化纤公司和上海石油化工总厂等几个大型石油化工企业的合成树脂生产装置相继投产。1982年合成树脂的年产量突破百万吨。近40年来，随着我国工业和经济建设的迅速发展，塑料的产能和用量也巨幅增加。据国家统计局数据，2020年我国初级形态塑料产量已经达到了1.04亿t。 人工合成高分子材料的问世和广泛应用，打破了材料工业以金属、天然橡胶、木材等天然材料为主的格局，仅几十年的时间就凭借其性能、成本以及材料改造便利性等方面的优势，成为现代文明社会不可或缺的重要原料，广泛应用于航空、航天、通信工程、计算机、军事、农业、轻工业、食品工业等各行各业。但是，经过一段时间的快速发展，人工合成高分子材料在生产、使用和废弃过程中产生的污染问题也逐渐暴露，造成了严重的生态环境污染。 1.1.2塑料废物的环境风险 众所周知，塑料材料和制品具有综合性能优异、价格较低、易成形加工等特点，特别是在节省资源、节约能量方面，与传统材料比较，具有较大的市场竞争力。它作为一种新型材料已广泛渗入国民经济各部门以及人们生活的各个领域，并已与钢铁、木材、水泥并列成为四大基础材料。在今后的经济发展中，它仍起着十分重要，并能与有效的经济相互促进的平台作用。但随着用途的不断扩大和消费量的日益增长，塑料（特别是一次性塑料制品）废物也与日俱增。目前，无论是发达国家还是发展中国家，塑料废物在城市固体废物中所占的比例逐年增长。据估计，全球每年产生的塑料总产量接近4亿t，根据社会经济预测模型，预计到2050年塑料总产量将突破13.4亿t，是2021年产量（3.907亿t）的3倍以上；现有数据显示，亚洲地区产量占比超过全球总产量的一半，2021年在全球塑料产量中占比达52%，其中中国占32%，北美洲和欧洲紧随其后，分别占全球塑料产量的18%和15%（Stegmann et al.，2022;Liu et al.，2024）。 2019年，塑料废物年总产生量达到了约3.53亿t（Liu et al.，2024），尽管其中一些塑料固体废物（PSW）（简称塑料废物）已被机械回收，但更大部分则通过焚烧（四次回收）或在垃圾填埋场中被处理（仅在某些国家）。不同国家和地区在塑料废物管理方面的立法体系和技术水平存在较大差异，从而导致不同程度的“管理不善”塑料废物的产生。由表1-1可以看出，在工业化程度较高的国家中，特别是在欧洲国家，废物管理不善的情况相对较少，这是由于近几十年来其实施了协同回收的结果。相反，在新兴经济体和众多人口密度高或国内生产总值（GDP）低的国家中，塑料因管理不善而最终进入生态系统的发生率往往呈现上升趋势，远超过其他地区。塑料废物总产生量最大的国家是美国，2018年美国一共产生了0.357亿t的塑料废物，大约是中国的1.7倍（表1-1）。美国2019年产生一次性塑料废物达0.172亿t。澳大利亚的一次性塑料废物产生量（0.015亿t）虽然大大低于美国，但它是人均一次性塑料废物产生量*高的国家之一，为每人59kg。按照人均计算，一次性塑料制品废物的人均产生量排名前十名的国家分别是澳大利亚、美国、英国、韩国、日本、法国、西班牙、德国、中国和印度。 这些废弃塑料中的很大一部分，由于没有很好地被处理而进入陆地和水生生态系统，甚至是空气中。 塑料污染已经成为目前*主要的环境污染源之一，联合国环境规划署统计显示，世界塑料产量从1950年的200万t飙升至2017年的3.48亿t，2020年已经达到了3.67亿t，其中约46%为包装、日用、农用领域的一次性消费品。这些产品属于塑料“短寿命”的应用范畴，一般1？3个月，有的半年，*长的也就一年左右，大多会随同生活垃圾进入固体废物处理系统。有的则被随意丢弃，散落在庭院、农田、道路、山川湖泊等自然环境中。这些塑料在完成使用功能后，在废弃过程中，量大、分散、脏乱且较难收集再生利用，而且其原料大部分为聚烯烃，属惰性材料，对微生物极不敏感，因此很难在自然环境中被生物降解。大量的塑料废物年复一年地在环境中积累，可能会像“拓荒者”一样，侵入生态系统的各个角落，无处不在，从而产生损害自然景观、破坏生态平衡、破坏海洋生态系统、影响野生动物生存、污染土壤和水源等环境问题。此外，这些废弃塑料在环境中的排放还会引起微米和纳米塑料以及塑料添加剂污染的产生，导致生态环境风险。 塑料废物造成的环境污染和危害主要体现在以下几个方面。 （1）海洋和水体污染。大量的塑料废物进入海洋和水体中，对生态系统造成了严重破坏。误食塑料垃圾，导致海洋生物大量死亡。此外，塑料垃圾还会释放微塑料和塑料添加剂等次生污染物，对水生生物造成毒害并影响水质。 （2）土壤污染。塑料废物中的有毒物质会随着时间的推移渗入土壤，并对土壤质量造成损害。污染的土壤会影响植物的生长和发育，对农业生产造成负面影响。此外，土壤中的塑料微粒也会进一步传递到食物链中，对人类健康构成风险。 （3）空气污染。当塑料废物被焚烧时，会释放出有毒气体和颗粒物，对空气质量造成污染。这些污染物对人类的健康造成危害，尤其是呼吸系统。例如，用焚烧方法处理时，会存在有些塑料如聚氯乙烯等在焚烧时产生有害气体等问题。 （4）威胁野生动物生存。塑料废物可能缠绕在野生动物身上，造成其窒息、断肢或饮食障碍。此外，塑料碎片还可能被野生动物误食，导致其消化道梗阻、中毒或饥饿，甚至死亡。 （5）能源和资源浪费。塑料的生产过程需要消耗大量能源和原材料，如石油和天然气。因此，大量塑料废物的存在意味着对能源和资源的浪费。 第五届联合国环境大会续会（UNEA5.2）于2022年2月28日至3月2日在肯尼亚内罗毕召开，大会主席、挪威环境大臣埃斯彭？巴尔特？艾德表示，“如果将塑料纳入循环经济体系，塑料完全可以被循环使用，出台具有法律约束力的决议来终结塑料污染危机正当时”。在3月2日的会议上，《终止塑料污染决议（草案）》通过，这项具有法律约束力的决议旨在推动治理塑料污染的全球进程。在大 会中，来自175个国家的国家元*、环境部长和其他代表批准签署了该决议，建立了一个政府间谈判委员会，在2024年达成了一项具有国际法律约束力的涉及塑料制品的整个生命周期的协议。 1.1.3世界各国（地区）的限塑政策 为了减少塑料制品的使用和由此产生的环境污染，各国相继制定了一些政策法规，如禁用、限用塑料，以及制定回收及回收利用率目标及收取押金或治污费等。2005年生效的《京都议定书》要求相关签约成员减少温室气体排放，进而防止全球气候变暖。2009年在哥本哈根会议上又进一步明确要求减少产生温室效应的气体排放。这些对发展中的塑料工业无疑是一个严重的威胁和巨大的挑战。在此背景下，“限塑禁塑”已成全球共识，多个国家和地区都已在限塑禁塑方面展开行动。 1.1.3.1中国 中国早在2008年就实行了《国务院办公厅关于限制生产销售使用塑料购物袋的通知》（简称“限塑令”，规定在全国范围内禁止生产、销售、使用厚度小于0.
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