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【倍特化工专栏】2020年中国高端生物降解农膜材料市场需求依然处于旺盛阶段

2019-11-06 11:41:24 国际知名专家 顾超英 422

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农膜,作为中国第四大农业投入品,常常让种植户既焦虑又欣喜,从2017-2019年农膜产业在全国各地、各重点作物示范数据显示,当肥料和农药等施用方法及管理技术相同时,农膜能够起到作物增产约20%、促进提前上市、减少病害等功能。尤其是提升农产品品质,如:口感、色泽、微量元素和维他命含量等效果显著。而另人焦虑的是,目前基层农户甚至服务商在挑选农膜时,尚不具备良好的鉴别能力,以至选错产品引发作物减产风险。而当下,这一问题的严重性并没有被广泛认识。

最近一段时间里,天气逐渐转凉,即将进入2019跨入2020年的冬季了,而国内地区一些相关行业中的业内人士开始关心起农膜生产与销售状况了,如何挑选一款最能促进当地作物“增产提质”效用的农膜?未来,农膜科研创新往哪发力?很多热点问题在2020年以后依然还是热议和有效研发和实施阶段中。

农膜是用于覆盖农田的一种塑料薄膜,能起到保持土壤水分、提高地温促进作物快速生长的作用,按种类可分为地膜和棚膜。农膜与种子、农药和化肥一样,已成为现代化农业实现稳产、高产不可缺少的重要生产材料。因为农膜可以应用到大棚中,关乎所有消费者“菜篮子”工程,所以必须高度关注。如今,我们每个人可以吃到新鲜的蔬果水果等等已经非常容易,这确实要归功于棚膜。据悉,棚膜可为作物提供一个良好温度、湿度及光质量的小气候环境,防止病虫害及减少自然灾害的影响,提高作物的产量及品质,这对地理气候差异大的我国提供作物错季供应极为重要。

确实,农业生产离不开农膜的保驾护航,农膜高端化、多功能化趋势的发展离不开材料的不断持续创新。尽管农膜产业发展仅短暂40年,但技术迭代创新速度迅猛,而推动农膜创新研发的核心,永远是给消费者提供真正的价值。无论是现在还是未来,中国农膜的创新发展对作物增产提质起到了至关重要的作用。但危机也日益浮出水面。地膜残留超标将直接导致作物减产,小麦减产幅度2%-3%、玉米10%、棉花10%-23%……回收地膜劳动强度大让这一循环恶化,作为中国“十三五”重点研发计划材料专项农膜项目任务——生物降解地膜将有望破解这一难题。

而全生物可降解地膜降解最终的产物是二氧化碳和水,这就意味着可解决地膜的“白色污染”,有效控制土壤的温度和湿度,减少土壤水分和养分的流失,能进一步促进农作物稳产、高产,保障农业生产的效益。大蒜铺设生物降解地膜,增产幅度为5%~11%;花生可增产6%~8%……。中国一些研究机构也已在马铃薯、玉米、棉花、西瓜、芋头、草莓、烟草等16种作物上示范应用超过2万,效果喜人。目前,生物降解地膜生产成本仍存在较大压缩空间。解决这一问题,生物降解地膜将实现爆发增长。

另外,关于下一代农膜产业创新方向方面,也有行业人士认为将通过添加功能助剂、优化加工工艺,显著提升功能膜性能;把高透光高散射高保温超长寿自洁防尘功能膜作为中国第五代功能农膜,大力研发推广。同时,面向严寒地区日光温室冬春长季节栽培,进一步开发推广高透光高透明高保温超长寿自洁防尘功能膜,有效提高严寒地区日光温室冬春生产安全性、产能和节本增效。秦立洁号召产业应用“五层共挤功能膜”创新研发成果。

中国市场上,经过多年发展,棚膜已发展到第四代——涂覆型聚烯烃功能性膜。特殊的纳米材料涂覆工艺使涂覆型聚烯烃功能性膜功能与寿命同步。然而,国内这种高端棚膜的性能与国际领先产品仍有较大差距,目前还存在防雾滴、防尘功能有效期不足、棚内外光强比和光合作用效率偏低等问题,且性能随使用时间增加而下降。农户使用同一棚膜的时间大多未超过两年即重新换膜。、

根据调查发现:LLDPE原料的下游需求中薄膜领域的消费占比约为85%,其余为注塑、电线电缆、滚塑等领域。以LLDPE为原料的塑料薄膜集中在两大领域,农膜占比30%,包装膜占比70%。中国塑料薄膜消费逐年提高,近5年复合增长率在10%左右。根据调查获悉,聚乙烯一半以上应用于膜类(包括农膜、包装膜等),20%用于注塑吹塑类,另外还有少部分用于管材管件,电线电缆等。2018年三季度是聚乙烯传统的需求旺季。以农膜为例,8月左右是棚膜储备期,9-11月份是旺季,下游农膜行业开工率陆续提升,需求逐步释放,预计会对聚乙烯价格有一定提振作用。

回顾2017年全国地膜用量约160万吨,覆盖土地3.9亿亩,并且以不可降解的聚乙烯为主。地膜使用后回收成本高且回收困难,使得很多地膜用后没有回收,在土壤里的残余量逐年增高,有的省份每亩耕地中地膜已超过10公斤,土壤质量下降,导致作物减产,危及国家18亿亩耕地红线和粮食安全。

值得一提的是:中国自生产农用塑料薄膜至今,取得了两个世界第一,即产量第一和覆盖面积第一,大致相当于世界其他国家总和的1.6倍。据不完全统计,目前全行业拥有农膜生产企业近千家,生产能力200万吨以上,其中年生产能力万吨以上的企业约60家,大型骨干企业约30家,其生产能力和年产量均占全国总量的60%。棚膜年耗用量已达70万吨,覆盖面积达5000万亩;地膜年销量约45万吨,覆盖面积在2.2亿亩以上;农地膜实际消费量已超过120万吨。

确实,农膜这项技术现在让农民“又爱又恨”,随着地膜覆盖技术普及和应用,地膜残留污染问题日益严重,威胁着农业生产和生态环境。目前,全国农膜回收率不足2/3。2016年,农业环保部门对甘肃部分区域的监测结果显示,所有监测地块都有不同程度的废弃塑料农膜,每亩残留量多达5-14 公斤,污染隐患相当严重。而土壤中残留的地膜成为风一刮就漫天飞舞的白色污染,回收后的不降解地膜也因无法有效利用通常被焚烧,造成大气二次污染。

非常可怕的是:回顾中国2015年塑料制品产量达到7560万吨,废弃量在3000-4000万吨之间、甚至更多,回收量为1800万吨。这意味着每年有2000万吨左右的废塑料被填埋、焚烧、乃至随意丢弃。填埋或倾倒塑料垃圾后,土地便基本失去了利用价值。焚烧可能会带来更大的问题。这么大量的塑料被应用,其中农业塑料便是其中非常重要的一个种类,如果不科学的使用塑料制品甚至是不去更加理智的去处理好后患?那么对于人类中的万物生灵就是一次次的灾难,更何谈在绿色环保无污染下幸福快乐的生存呢?2017年5月,农业部印发《农膜回收行动方案》的通知,加强农膜污染治理,提高废旧农膜资源化利用水平,提出到2020年,全国农膜回收网络不断完善,资源化利用水平不断提升,农膜回收利用率达到80%以上,“白色污染”得到有效防控。

如今,生物降解高分子材料的出现,成为解决白色污染的一道曙光,引起全世界关注。据悉,回顾2017年中国农膜总产量达到290万吨,其中地膜用量约150万吨,位居世界第一,但中国的农膜产业大而不强,中低端产品市场占比高达90%,高端农膜产量低,性能还处于国际跟跑水平。为提高重点基础材料的技术水平,科技部2016年首批国家重点研发计划专门设置了农膜新材料项目。上海石油化工研究院科研攻关团队在高端农膜材料的研发中迈出坚实一步。

针对今后甚至是未来,高端生物降解农膜材料前景将会十分广阔,无论是中国海事世界各地,绿色革命将持续进行下去,该事业任重道远。回顾近年来,全球生物降解地膜材料开发在技术层面取得很大进展,在产业化及推广应用进展上却比较缓慢。为解决生物降解地膜成本高难题,制造出低成本的生物降解原料是关键。自然界中有许多微生物能合成一种生物降解材料——聚羟基脂肪酸酯。虽然这种材料降解快,但成本高是其工业化应用的主要障碍。而清华大学研发团队利用嗜盐微生物,通过先进的基因工程技术,开发了节能节水工艺生产聚羟基脂肪酸酯的低成本技术。然而,把这种生物降解材料真正做成地膜非常困难。

最近听说,面对材料本身弱点带来的巨大挑战,上海院研发团队从材料结构—性能理论出发,通过高分子改性技术创新,经过数百次试验,克服多种技术难题,成功开发出国际先进的超薄高强高韧生物降解地膜新材料,其使用寿命可根据作物生长需求调节。由于地膜强度提高,实现了机械铺膜,进一步提高了种植效率,通过降低地膜厚度还可减少农民开支,有助于解决因价格高而用不起的问题。

值得庆祝的是:上海院目前开发的新型生物降解地膜已应用于水稻、玉米、花生、蓝莓和蔬菜等作物,使用生物降解地膜使水稻增产达20%。未来,全国生物降解地膜使用量可减少近亿亩耕地的污染,能为农民节省地膜回收费用超过百亿元。按地膜中生物基含量50%计,未来每年可减少碳排放超过20多万吨,将产生显著的生态效益和经济效益。而2018年7月,农业农村部把全生物降解地膜替代技术列为十项重大引领性农业技术。

要知道:通过新材料合成技术开发和关键科学问题研究,上海院聚焦功能棚膜专用料开发,使得棚膜功能永久化,已取得突破性成果。在不到一年时间内,上海院就开发出市场上没有的多种新型高功能棚膜专用料。长寿命、长有效期、多功能复合棚膜可帮助农户一次投入就能获得加倍的使用期,节省中途换膜的时间和人工成本,切实助力农民节约支出、提升作物产量和品质。经豆角、西红柿、草莓和西瓜等作物的应用示范,新型高功能棚膜专用料目前应用效果良好,特别适合高效越冬日光温室水果、蔬菜等作物种植。作物的产量、品质较普通棚膜有显著提高,其中豆角产量提高20%,草莓增产8%,且平均可提前上市5天,产生显著的经济效益。

再者,就这个话题,国家更是高度重视,也对未来农用摸提出更高的要求以及未来发展战略目标。2018年8月份获悉,国家重点研发计划项目“功能与寿命可调控的农用覆盖材料低成本制造技术与产业化”执行年度工作进展汇报会在长春召开。该项目取得多项重要进展,我国农膜研发与应用正在朝多功能、长寿命、可调控、低成本、能降解、专用型方向发展。中国农膜生产和使用量均为世界第一,在发展设施农业、提高资源利用率、实现周年优质高效生产等方面发挥着越来越重要的作用。作物生长需要的兼具多功能、长寿命、专用型大棚膜较少,可生物降解地膜生产成本偏高,产品功能与作物需求不匹配、难调控等突出问题,制约着相关应用。围绕这些问题,由山东农业大学牵头,中国科学院长春应用化学研究所、浙江大学、北京华盾雪花塑料集团有限公司和华中科技大学等16家单位共同开展了“功能与寿命可调控的农用覆盖材料低成本制造技术与产业化”研究,团队科研人员开展产学研用协同创新,取得了良好成效。长春应化所科研人员通过定制棚膜专用料,突破了长寿命、高接枝、双光效、强化涂覆协同增效以及低成本制造等关键技术,新产品系统调控了棚膜的流滴、消雾、防尘、调光等功能,技改6000吨/年节能高效棚膜生产线,产品部分关键指标超过国外同类产品。科研人员探明甜椒、番茄、茄子等作物栽培光质需求,开发的茄果类蔬菜专用棚膜改善作物品质,提高产量10-30%。成果已推广至国内5家企业,新产品在10个省、市示范应用8万多亩。

最后,让我们检阅下针对农膜问题我们应该如何做?

已经有业内人士推荐一膜两年用或一膜多年用。不同覆膜方式对地膜使用量有影响,全膜双垄沟灌使用的农膜量要比全膜平铺使用的地膜量要多19.00kg/hm2,不同的覆膜方式影响地膜使用量,不同覆膜方式对农作物产量影响不大或没有影响(P0.05),但对农膜在土壤中的残留有影响,推荐使用≥0.008mm的地膜。全膜双垄沟灌覆膜方式和全膜平铺覆膜方式的农膜残留对比分析表明,前者地膜使用量比后者要大,增加了21%。全膜双垄沟灌的覆膜方式地膜在土壤中残留系数是0.54,而全膜平铺的残留系数是4.03,全膜双垄沟灌覆膜方式中农膜在土壤中的残留量要小于全膜平铺的覆膜方式,在土壤中农膜的残留量要小,说明地膜残留量受到农膜覆膜方式的影响,推荐使用全膜双垄沟灌覆膜方式。农田覆膜后玉米产量显着增加(P0.05),但覆盖不同厚度农膜后两个玉米品种的产量变化不明显(P0.05),说明不同农膜厚度对玉米产量影响不大或没有影响;农膜厚度对农膜在土壤中的残留有影响,厚度为0.010mm的农膜比厚度0.008mm的农膜在土壤中的残留量要小,推荐使用厚度为≥0.008 mm的农膜及降解农膜。

结束语:中国在生产农用薄膜所使用的树脂材料、助剂开发以及农膜加工技术等方面已经取得了长足发展,但高端农膜占比远低于发达国家,仅10%左右。材料方面,在高性能农膜新材料开发、农膜与作物需求匹配性、关键助剂的国产化、农膜加工过程中材料结构演化规律等方面依然有很大的进步空间。农膜为农业增产、农民增收做出了重要贡献。由于日益上涨的地膜回收成本,地膜在使用过程中不能实现完全回收,从而导致农田的”白色污染“。在国家倡导推动绿色经济发展的形势下,开发并有效推广新型可降解高分子材料是解决污染问题的最有效途径。另外,同时国家必须尽快制定相应的政策和法规,逐步用法律法规去约束地膜的使用和回收,形成规矩。确立“谁使用谁回收” 的原则,严格规定当年新铺地膜的残膜回收率,达不到回收标准的,用经济手段予以处罚,达到回收标准的,明确给予奖励和补贴。残膜回收是世界性难题,估计到2020年,中国会有新的起色,如果能够做到增量不增加,存量就会逐渐减少,让我们拭目以待。