近日，华中农业大学工学院、园艺林学学院、洪山实验室李强教授团队在生物降解地膜材料研究方面取得新进展。相关成果以“Bamboo-based, interface-tunable, and biodegradable ligno-bioplastic for superior agriculture mulching”为题在Environmental Technology & Innovation发表。研究面向农田残膜污染治理和农林生物质高值化利用需求，构建了一种界面可调控的竹基全生物降解地膜，为发展低成本、高性能、环境友好的农用地膜提供了新的技术路径。李强教授为论文通讯作者，博士研究生陈红利和张艳为论文的共同第一作者，华中农业大学为第一完成单位。
图1 竹基全生物降解地膜的设计思路及农业应用前景
我国是世界上地膜使用量和覆盖面积最大的国家之一，农作物覆膜面积近3亿亩，地膜年使用量超过百万吨。覆膜能够增温、保墒、压盐、抑草，改善作物生长环境，从而促进作物增产。然而，传统聚乙烯地膜不可生物降解，残膜累积会导致土壤板结、微生物多样性下降，进而影响作物产量。近年来，PBAT、PLA、PHA等生物降解材料被广泛用于替代传统PE地膜，但仍存在成本高、力学性能不足等问题。针对上述挑战，研究团队选择来源广泛、生长快速、可再生的竹材作为功能性生物质原料，将竹粉与PBAT复配制得竹基全生物降解地膜。该材料兼具低成本、高强度、保墒和促生等优势，有望为传统PE地膜绿色替代提供新的解决方案（图1）。
图2 竹基全生物降解地膜的制备工艺流程
研究团队以竹粉为主要原料，与PBAT熔融共混后，耦合挤出造粒与吹塑成膜工艺，实现了竹基全生物降解地膜的连续制备（图2）。研究表明，当竹粉添加量达到50 wt%时，复合体系仍能够稳定加工并连续成膜，所得地膜具有良好的完整性和柔韧性。同时，竹粉的引入赋予地膜较好的阻隔性能和光学调控能力，有助于维持土壤水分、调节覆盖环境，为作物生长提供适宜的光热水分条件。
图3 竹基全生物降解地膜的界面调控和力学性能
围绕竹粉与PBAT基体界面相容性不足的问题，研究团队进一步提出竹粉细胞壁工程调控策略，通过简便脱木素处理选择性去除竹粉细胞壁中的部分木质素，使竹粉表面暴露出更多有利于界面结合的纤维素组分，增强其与PBAT基体之间的界面作用。研究结果显示，适度脱木素后，地膜的拉伸强度、弹性模量和断裂伸长率分别达到24.9 MPa、71.3 MPa和653.2%，表现出较高的强度、良好韧性和延展性，为竹基全生物降解地膜的田间铺设和稳定覆盖提供了性能保障（图3）。
图4 不同地膜覆盖处理下小白菜生长表型及单株鲜重
为验证竹基全生物降解地膜的农业应用效果，研究团队以小白菜为对象开展了种植试验。结果表明，竹基全生物降解地膜覆盖能够改善土壤温湿环境，促进小白菜种子萌发和幼苗生长。与不覆膜、PE地膜和PBAT地膜相比，经界面调控的竹基全生物降解地膜处理显著改善了小白菜生长势，其中鲜重达到11.2 g，较不覆膜处理提高一倍以上，根系发育和叶面积等指标也同步提升，体现出良好的农业应用潜力（图4）。
图5 竹基全生物降解地膜在土壤和堆肥环境中的降解行为
在降解性能方面，研究团队将不同地膜置于土壤和堆肥环境中开展360天降解试验。结果显示，传统PE地膜在试验结束后仍基本保持完整，而竹基全生物降解地膜发生明显破碎和质量损失。农用地膜的理想降解并非单纯追求“快速消失”，而是要在作物生长期内维持必要的覆盖完整性、力学稳定性和保温保墒功能，并在作物收获后有序进入环境降解过程。研究表明，该竹基全生物降解地膜较好地实现了“服役期稳定覆盖、使用后逐步降解”的功能平衡。其中，界面优化后的地膜样品在土壤和堆肥环境中的360天降解率分别达到62.1%和78.0%，表现出良好的降解能力，为减少农田残膜污染提供了重要支撑（图5）。
图6 竹基全生物降解地膜生命周期环境影响评价
此外，研究团队还从全生命周期视角评估了竹基全生物降解地膜的环境效益（图6）。以生产1 kg地膜为功能单元，竹基全生物降解地膜的全球变暖潜势约为PBAT地膜的60%，展现出显著的低碳优势。与此同时，该地膜在富营养化、酸化、臭氧消耗和人体毒性等环境影响指标方面也表现出较低的环境负荷。研究认为，PBAT原料消耗是地膜生产环境影响的主要来源，而引入可再生竹粉替代部分PBAT，不仅能够降低石油基组分用量，也有助于推动农用地膜向低碳化、生物质化和环境友好方向发展。
该研究围绕农田残膜污染治理和农林生物质高值化利用需求，将竹资源转化、地膜材料构建、作物生长验证和生命周期环境评价相结合，形成了从基础材料设计到农业应用评价的系统研究链条。竹基全生物降解地膜有望成为传统PE地膜的重要替代方案，为推动“以竹代塑”、农田残膜污染治理和绿色低碳农业发展提供了新的技术支撑。
