综述：椰壳纤维作为可生物降解地膜的潜力探索：特性、用途、加工方法及应用

《Bioresource Technology Reports》：Exploring the potential of coconut coir fiber as a biodegradable mulch: Properties, uses, processing methods, and applications

本综述系统探讨了椰壳纤维（Coir）作为可生物降解地膜的潜力。文章详述了其优异的物理化学特性（如高拉伸强度47.00–348 MPa、密度0.85–1.44 g/cm3），对比了传统（人工刮取、沤麻）与机械（脱纤维、剥皮机）提取工艺，并分析了其在土壤保湿、抑草、调节地温及促进微生物活性等方面的农业应用优势，为替代塑料地膜（PE）带来的环境问题提供了可持续解决方案。

　　

椰壳纤维作为可生物降解地膜的潜力探索

引言

农业部门对可持续实践的需求日益增长，其中使用可生物降解材料以最大限度减少环境影响备受关注。覆盖（Mulching）是一项在农业中日益普及的突出技术。覆盖为农业带来诸多优势，包括其在土壤保湿、温度调节、杂草生长控制、促进微生物活性以及成本、美观和环境方面的景观美化潜力。此外，由于覆盖能调节土壤温度，它改变了土壤的物理和化学组成，促进作物发育和早熟。覆盖物是应用于覆盖土壤表面的材料，可源自各种原材料。它们通常分为有机或合成两类。有机覆盖物包括秸秆、谷壳、草、覆盖作物（活覆盖物）、锯末、堆肥和粪肥，而最常见的合成覆盖物是塑料（聚乙烯）。然而，农业中塑料的使用显著加剧了环境污染，对生态系统构成风险，并对植物生长、土壤和水质产生不利影响。全球塑料产量已从1950年的200多万吨激增至2019年的超过4.5亿吨。进一步强调农业用地普遍受到塑料污染，其中亚洲和欧洲报告份额最高。同样，研究表明田间宏塑料残留物与塑料地膜使用强度之间存在密切联系。塑料地膜覆盖被确定为农业用地宏塑料的主要来源，这促使人们引入可生物降解地膜作为替代品。据报道，可生物降解地膜在维持土壤健康、水分利用效率、养分有效性和微生物活性方面优于塑料地膜，表明其优化作物和土壤健康的潜力。然而，研究发现可生物降解地膜可降解为微塑料和纳米塑料，释放添加剂，导致土壤污染。

在当代背景下，可生物降解地膜因其作为农业可持续方法的已知益处而日益普及。可生物降解地膜主要由有机材料组成，这些材料是农业生产中的废弃物。相应地，椰壳占整个椰子的35%，被视为废弃物，在一些地方，椰壳仍然是一个环境问题。尽管被视为废弃物，椰壳含有显著的纤维，称为椰壳纤维（Coir）。椰壳纤维是一种粗糙的棕色纤维，耐盐水和微生物，使其适用于涉及土壤和水的各种应用。一篇综述强调了椰壳纤维应用的扩展。传统上用于纺织品、垫子和刷子等产品，椰壳纤维现在越来越多地被探索作为无粘合剂纤维板、天然纤维复合材料、建筑材料、固体生物燃料的增强纤维，甚至作为重金属和有毒物质的吸收剂。最近，天然纤维也被应用于生产可生物降解地膜。据报道，由天然纤维制成的可生物降解地膜能有效调节土壤温度，抑制杂草生长，减少透光率，并显示出比可降解塑料薄膜更优的生物降解性。鉴于椰壳主要由椰壳纤维组成，其作为可持续覆盖材料的潜力正引起越来越多的关注。

因此，近年来对椰壳纤维的需求急剧增加，用于制造新的环境安全且可持续的生物复合材料。研究揭示了其在控制斜坡侵蚀和增强土壤及持水能力方面的重要作用。一项研究利用椰糠作为覆盖材料。结果揭示了其作为覆盖材料的可行性，原因有几个。首先，它表现出高电导率，意味着高水分含量，这在干旱条件下是有利的。其次，它表现出高持水性，进一步有助于其在缺水环境中的适用性。此外，椰糠覆盖物表现出高有机质组成，促进植物营养有效性、生产力和生长。而且，它显示出低pH值，这有助于其抗生物降解性，因为微生物难以在低pH环境中生存。

对可持续农业的需求需要一个更环保的解决方案。在覆盖方面，大量研究揭示了使用塑料（聚乙烯）地膜对生态系统的不利影响。它不仅危害环境，还影响植物、土壤和水的健康。尽管有大量研究支持塑料对环境的负面影响，但由于其效率和较低成本，它仍然被用于覆盖等农业实践中。利用椰壳纤维作为可生物降解覆盖材料有潜力解决与塑料地膜相关的问题。然而，尽管有潜力，相对较少的研究探索椰壳纤维作为覆盖材料的可行性。批判性地回顾了其在水泥基材料中的利用，而概述了其在道路建设中的应用。更近期地，讨论了椰壳纤维在纤维和木质板材中的使用。

已有若干关于纤维基可生物降解地膜开发的研究发表。然而，缺乏关于纤维提取、益处和潜在利用的最新研究，特别是关注椰壳纤维作为可生物降解地膜解决方案的研究。例如，利用了纤维基可降解非织造地膜，主要集中于来自可回收工厂废料的天然纤维。讨论了来自天然和可再生资源的可生物降解非织造地膜，重点在于黄麻、大麻、粘胶和聚乳酸纤维。评估了使用椰壳和纤维作为控制斜坡侵蚀的实用解决方案的性能。利用了椰糠作为覆盖材料。然而，对不同商品可能不同的原材料纤维生产或提取的探索有限。此外，关于椰壳纤维作为可生物降解地膜的益处和潜在利用的提及很少。因此，本研究的主要目的是全面概述从椰壳生产椰壳纤维的提取过程，以及椰壳纤维作为可生物降解地膜的益处、用途、利用和潜在应用。此外，本文重点介绍了椰壳生产涉及的机械过程，强调剥皮和脱纤维机器、纤维的一般特性及其在农业和建筑中的潜在应用，如土壤侵蚀控制、动物垫料、生物燃料和可生物降解覆盖技术。总体而言，本综述旨在帮助农业部门，特别是椰农，实现椰壳废弃物的价值化或为其当地农场获得有机覆盖材料。另外，本综合综述提供了利用椰壳纤维作为可生物降解地膜的背景信息，可作为对该主题感兴趣的未来研究人员的宝贵参考。

椰壳纤维的特性

椰子主要为其富含油脂的椰肉而种植，留下椰壳作为主要副产品。椰肉被包裹在厚厚的壳和椰壳内，椰壳主要由椰壳纤维和椰糠组成。椰壳约占果实的35%，尽管是椰壳纤维的丰富来源，但常被视为废弃物。成熟椰子的椰壳纤维是棕色、厚实且坚韧的，而未成熟椰子的椰壳纤维是白色、较软且易于打结的纤维。椰壳纤维主要由纤维素、木质素和半纤维素组成。作为一种纤维素材料，椰壳纤维以其高拉伸强度、有利的密度和长度而闻名，使其可与其他天然纤维相媲美。其缓慢的分解速率是创造耐用产品的显著优势。

椰壳纤维的益处和用途

椰壳纤维已被测试作为园艺中泥炭的替代品，并且是目前该领域使用最广泛的替代品。从椰壳中获得的纤维，通常称为椰壳纤维，作为各种作物的天然生长介质正日益普及。对生产者、零售商和种植者，特别是园艺部门日益增长的压力，推动了对替代性、可再生和可靠基质的需求。在选择生长介质时，椰壳纤维因其高持水能力、良好的通气性和抗分解性而受到青睐。此外，椰壳纤维已显示出在控制斜坡侵蚀和增强土壤及持水能力方面的显著作用。其高有机质组成促进植物营养有效性、生产力和生长。

椰壳纤维的潜在应用

椰壳纤维被认为是商业应用中最坚固的天然纤维之一。随着对可持续实践需求的增长以及对环境约束的日益关注，探索椰壳纤维的潜在利用至关重要。它作为一种可生物降解材料提供了可持续解决方案，同时通过将废弃物转化为有价值的产品为椰农增加了经济价值。潜在应用包括作为土壤侵蚀控制材料、动物垫料、固体生物燃料的成分，以及最重要的，作为可生物降解地膜。在可生物降解覆盖技术中，椰壳纤维可用于制造非织造布或垫子，覆盖土壤表面，抑制杂草，保持土壤水分，并调节温度，同时最终生物降解，丰富土壤有机质。

可生物降解地膜概述

可生物降解地膜是一种设计用于覆盖土壤表面、抑制杂草、保持土壤水分、调节土壤温度和改善作物生长的覆盖材料，与塑料地膜类似，但关键区别在于它通过微生物（细菌、真菌）、阳光和环境条件的作用随时间在土壤中自然分解。可生物降解地膜是朝向更环保农业生产的一种可持续方法。这种可持续实践有助于减少农业中的塑料废物，并促进更健康的土壤生态系统。由天然纤维如椰壳纤维制成的可生物降解地膜，提供了塑料地膜的益处，而没有相关的环境缺点。它们允许水和空气渗透，支持土壤微生物活动，并分解为无害成分。

挑战与未来展望

可生物降解农业地膜的未来既充满希望，也面临重大挑战。一个主要障碍仍然是其高成本，平均是传统聚乙烯地膜的2.54倍，这限制了采用，特别是在小规模农民中。虽然当前市场强调可持续农业，但优化自然资源使用和推广环境友好型有机农业提出了更严峻的挑战，需要进一步研究和开发以提高可生物降解地膜的成本效益和性能。其他挑战包括标准化降解速率、确保最终产品中没有有害残留物，以及提高消费者和农民对可生物降解地膜益处的认识。未来的研究应侧重于改进提取和加工技术，以降低生产成本，探索与其他天然材料的混合以增强性能，以及进行长期田间试验以评估其对不同作物和土壤类型的有效性。政策支持和补贴也可以鼓励从塑料地膜转向可生物降解替代品。

结论

本综述强调了椰壳纤维的重要特性和不断扩展的现代应用，椰壳纤维被认为是一种具有有利特性的天然生物纤维，能够有效替代聚合物和塑料基覆盖材料中的合成纤维。根据综述，椰壳纤维是一种耐用、坚韧且有弹性的纤维素材料，耐潮湿、真菌、腐烂和极端温度。其用途超越了传统手工艺品，应用于土壤侵蚀控制、动物垫料、生物燃料和可生物降解覆盖技术。利用椰壳纤维作为可生物降解地膜为解决塑料地膜带来的环境问题提供了可持续解决方案。然而，需要进一步研究以优化提取工艺，提高其作为覆盖材料的性能，并解决与成本、降解速率标准化和认识相关的挑战。总体而言，椰壳纤维作为可生物降解地膜的潜力为农业部门，特别是椰农，提供了一条实现废弃物价值化和采用更环保实践的道路。