碱处理蔗渣增强生物降解复合种植盆的研发及其在可持续农业中的应用价值

本研究针对塑料种植盆的环境污染问题，开发了以棕榈蜡(P)和十六醇蜡(L)为基质、经1 M NaOH碱处理(mercerization)的蔗渣生物复合盆。通过优化填料配比(35 wt%蔗渣+35 wt%堆肥)及预处理工艺，使PW盆吸水率降低至11%，抗拉强度提升4%，温室实验中辣椒单株产量达26.6个，SVI指数达99.75%，为农业塑料替代提供创新方案。

　　

在全球每年生产2.35亿吨石油基聚合物的背景下，农业领域塑料种植盆的不可降解性导致严重环境污染。尽管生物基聚合物产量逐年增长，但其年产量（2020年约1200万吨）仍不足传统塑料的5%。传统塑料盆在移植过程中需取出丢弃，不仅增加 landfill 垃圾，还因物理阻碍导致植物根系损伤。这促使研究者探索将农业废弃物转化为功能性生物降解材料的新途径。

针对这一挑战，贝尼哈大学农业与生物系统工程系的研究团队Manar E.Elashry等人开发了基于棕榈蜡(P)和Lanette蜡(L)的生物复合种植盆，通过碱处理(mercerization)改性蔗渣纤维，结合堆肥、泥炭苔等天然填料，系统评估了其物理机械性能及植物栽培效果。研究发现，经1 M NaOH预处理的PW盆展现出最优综合性能：吸水率降低35%（11% vs 17%），孔隙率降至1.9%，抗拉强度达14 MPa。温室实验中，使用PW盆栽培的辣椒单株产量达26.6个，较商业塑料盆提升26.7%，相关成果发表于《Scientific Reports》。

研究采用四大关键技术：1) 碱处理纤维改性（1 M NaOH，60°C处理30分钟）；2) 熔融共混-压缩成型工艺（160 bar，60°C）；3) ASTM D570标准测定吸水率(WA)；4) ISO 527-4标准测试机械性能。实验材料来自埃及本地农场蔗渣及商业采购的堆肥、活性炭等填料。

【物理性能】
水吸收(WA)测试显示，碱处理显著改善纤维-基质界面结合，PW盆吸水率最低（11%），较未处理L盆降低35%。密度分析表明P盆（0.71 g/cm³）因棕榈蜡固有密度较高而优于L盆（0.69 g/cm³）。孔隙率(void)通过理论/实际密度差计算，PW盆仅1.9%，证实预处理可有效减少界面缺陷。

【机械性能】
拉伸测试中，PW盆抗拉强度达14 MPa，较未处理P盆提升4%，弹性模量提高至121.74 MPa。应力-应变曲线显示碱处理使纤维表面粗糙化，增加反应位点，这与棉纤维增强复合材料的研究结论一致。但伸长率略有下降（12.04%→11.5%），反映刚度-延展性的平衡。

【植物生长】
辣椒栽培实验显示，PW盆植株的根长（26.67 cm）、枝条数（13.6）及叶片数（47.4）均显著优于对照组。特异性生长指数(SVI)达99.75%，较商业塑料盆（96.11%）更高。产量参数中，PW盆辣椒单株鲜重（69.03 g）和果实数（26.6个）分别较对照组提高18%和26.7%，归因于盆体降解过程中养分的缓释效应。

【SWOT分析】
优势(S)：环境友好性（100%生物降解）、养分缓释（含35%堆肥）；劣势(W)：密度较高（0.71 g/cm³）、表面粗糙度需改进；机会(O)：契合全球减塑趋势；威胁(T)：传统塑料盆的成本优势（当前生物盆成本未披露）。

该研究通过多学科交叉方法证实，碱处理蔗渣增强的生物复合盆在机械强度、水管理及植物促生方面均优于传统塑料盆。特别值得注意的是，PW盆的26.6个/株辣椒产量创造了同类研究的新高，其99.75%的SVI指数更是达到商业塑料盆的103.8%。这种"零废弃"设计不仅解决了移植过程中的物理冲击问题，还通过降解产物持续滋养土壤。尽管在量产成本和表面光洁度方面仍需优化，但该技术为发展符合循环经济理念的农业材料提供了重要范式。研究团队建议未来探索缓释肥料整合及纤维-蜡界面改性，以进一步提升产品的市场竞争力。