中南林业科技大学吴义强团队提出一种竹基液态缓释地膜，实现富硒作物的种植

研究背景

传统农用地膜（主要成分为聚乙烯）虽能有效保墒增温、抑制杂草，但不可降解特性导致长期使用后产生严重的“白色污染”，破坏土壤结构、降低肥力并威胁生态环境。发展可生物降解地膜是解决该问题的关键途径。液体地膜因其可机械喷施、全生物降解等优势受到关注，但早期产品多以石油沥青或褐煤改性制备，存在原料不可再生、降解产物有毒等问题。同时，现有可降解地膜功能单一，且降解后资源价值未充分利用。

竹材作为可再生生物质资源，全球种植面积超3600万公顷，加工过程中产生大量残渣（含43–47%纤维素），传统焚烧或制炭处理导致资源浪费和污染。利用竹材剩余物开发高附加值产品符合“以竹代塑”和“双碳”战略需求。此外，针对全球约10亿人口的硒缺乏问题，亟需发展硒强化作物栽培技术。若能将硒肥缓释功能整合至可降解地膜中，可实现“膜-肥一体化”，但现有研究鲜少涉及。因此，迫切需要开发一种原料可再生、功能多元化、降解增值化的普适策略，用于同步解决白色污染防控、农业废弃物升级及微量元素强化需求，对推动绿色农业与“双碳”战略具有重大价值。

研究进展

本研究以竹材剩余物为原料，通过羧甲基纤维素钠（CMC）与季铵化木质素（QL）的静电相互作用，引入聚乙烯醇（PVA），结合含硒化合物（SeC₂CO）功能修饰，构建多功能液体缓释地膜（PVA@CMC/QL）。

季铵化木质素（QL）中的醌类与查尔酮结构赋予地膜本征紫外屏蔽性能，通过阻断光敏信号传导有效抑制杂草萌发。静电交联网络重构氢键分布，增强表面疏水性，降低水蒸气透过率，显著提升氧气阻隔性能，土壤持水能力。该体系验证了PVA@ CMC/QL在土壤保温保墒、紫外光抑制及热稳定中的作用机制，为多功能农用覆盖材料设计提供理论依据。

PVA@CMC/QL经微生物聚集及酯键水解逐步矿化，45天降解率达83.5%。同步释放硒形态以SeO₄²⁻/SeO₃²⁻为主（碱性条件累积释放158.3 μg/L，pH=9），经根系吸收后小白菜硒含量提升至28.5 μg/kg（未覆膜组0.3 μg/kg），证实"地膜降解-硒资源化"闭环效应。此外，PVA@CMC/QL埋土45天降解率达83.5%，显著高于商用可降解膜PBAT及PE膜全生命周期评估显示其在11项环境指标（如化石能耗、臭氧消耗）中负荷降低30-50%，且保温保墒、抑杂草率（≤13.3%）等多项性能均优于已报道地膜，验证竹基液态缓释地膜的应用优势。

未来展望

基于竹材剩余物的绿色改性策略，本研究验证了PVA@CMC/QL液体地膜在保墒抑杂草与硒缓释中的协同效能，说明该生物质基设计可拓展至多功能农业材料的开发。因此，竹材剩余物驱动的“原料-功能-降解”三位一体技术，不仅是可降解地膜创新的高效平台，还为农业废弃物资源化提供了普适路径，有望为绿色农业、环境工程及循环经济领域提供关键技术支撑，尤其在"以竹代塑"国家战略中具有重大应用前景。

来源： https://doi.org/10.34133/research.0685