将香茅油添加到活性覆盖膜中，用于草莓作物中的害虫控制

《ACS Agricultural Science & Technology》：Citronella Oil Incorporated into Active Mulching Films for Insect Control in Strawberry Crop

本研究将环氧大豆油（ESO）和香茅油（CO）添加到纤维素乙酸酯（CA）薄膜中，评估其增塑效果及对白粉虱的杀虫活性。结果表明，CO显著降低薄膜玻璃化转变温度，增强机械性能，同时能有效抑制白粉虱产卵和存活，且CA薄膜的降解性优于传统聚乙烯薄膜。摘要：

　　本研究聚焦于一种新型的生物可降解材料——醋酸纤维素（CA）薄膜，探讨其通过添加环氧大豆油（ESO）和香茅油（CO）后在农业应用中的性能提升及驱虫潜力。随着农业对可持续性材料需求的增加，传统聚乙烯等合成材料因难以降解和回收，逐渐受到环保问题的挑战。因此，寻找能够兼顾农业功能和环境友好性的替代材料成为研究热点。CA作为一种来源于天然纤维素的生物基聚合物，具有生物相容性、无毒性和良好的成膜能力，使其成为生物基地膜的潜在候选材料。然而，其较高的成本和较低的机械性能限制了其广泛应用。本研究旨在通过添加ESO和CO，改善CA薄膜的机械性能并赋予其驱虫功能，为农业可持续发展提供新的解决方案。

在材料选择方面，ESO是一种低成本的生物增塑剂，已被广泛用于改善CA薄膜的柔韧性和热稳定性。而CO作为一种天然植物精油，富含具有驱虫活性的生物活性化合物，如香茅醛、香茅醇和香叶醇等，具有显著的驱虫效果。这两种添加剂在功能上具有互补性：ESO主要增强薄膜的机械性能，而CO则通过其化学成分发挥驱虫作用。因此，将ESO与CO结合使用，有望开发出一种兼具物理保护功能和生物驱虫性能的多功能地膜材料。

在实验方法上，研究者通过多种分析手段对CA薄膜进行了全面评估。首先，采用气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）对CO的化学成分进行了分析，结果表明，香茅醛、香叶醇和香茅醇占CO总成分的约70%。这些化合物在植物精油中具有较高的生物活性，可能在驱虫过程中发挥重要作用。其次，通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析了薄膜的化学结构变化，结果显示，由于油含量较低，薄膜的结构变化不明显，表明ESO和CO并未与CA发生显著的化学反应。同时，差示扫描量热法（DSC）分析表明，添加ESO和CO均能降低CA薄膜的玻璃化转变温度（Tg），从而增强其柔韧性和延展性。其中，CO的驱虫效果更为显著，其对Tg的降低幅度比ESO更大，这可能与CO中某些化合物与CA之间形成更强的物理相互作用有关。

扫描电子显微镜（SEM）进一步揭示了薄膜的微观结构变化。结果显示，纯CA薄膜的表面较为光滑，而添加ESO和CO的薄膜则呈现出不同程度的孔隙结构。其中，仅添加CO的薄膜表面更为粗糙，且孔隙更小，这表明CO与CA之间存在更强的界面相互作用，可能促进了更紧密的结合。这一现象与FTIR和DSC的结果相互印证，说明CO在薄膜中与CA形成了弱的非共价相互作用，如氢键或范德华力，而ESO则可能与CA的相互作用较弱，导致薄膜结构较为松散。此外，拉伸测试结果表明，所有添加ESO和CO的薄膜均表现出优于纯CA的机械性能，包括更高的拉伸强度（TS）、断裂伸长率（EB）和韧性（Toughness）。这些性能的提升可以归因于低分子量的油类物质在CA分子链之间形成物理交联，降低了分子间的相互作用力，从而改善了薄膜的柔韧性和延展性。

在驱虫性能方面，研究者采用白粉虱（*Bemisia tabaci*）作为测试对象，评估了不同浓度CO对白粉虱的毒性和产卵抑制效果。结果显示，CO在实验室条件下表现出显著的驱虫活性。在24小时内，含有较高浓度CO的薄膜能够实现100%的白粉虱死亡率，并且能够有效阻止其产卵行为。这种驱虫效果与CO中的主要成分密切相关，尤其是香茅醛、香叶醇和香茅醇等化合物，它们在植物精油中具有较强的生物活性。相比之下，仅使用ESO的薄膜对白粉虱的驱虫效果较弱，这表明CO在驱虫功能上更具优势。

在温室实验中，研究者进一步验证了CO在实际农业环境中的驱虫效果。结果表明，含有CO的CA薄膜能够显著减少白粉虱的产卵数量，其中CA_ESO_CO_1:3和CA_CO薄膜的产卵数量均低于1个/植株，而纯CA和仅含ESO的薄膜则未能有效抑制产卵行为。这一发现表明，CO不仅在实验室条件下表现出优异的驱虫性能，而且在实际应用环境中也具有良好的效果。相比之下，商用低密度聚乙烯（LDPE）地膜未能有效减少白粉虱的产卵行为，这说明传统材料在驱虫方面存在明显不足。CA薄膜结合CO的驱虫功能，可能成为一种更环保、更有效的替代材料。

此外，研究还评估了薄膜的水蒸气透过性（WVP）。结果显示，尽管添加了ESO和CO，但所有CA薄膜的WVP均未显著变化，表明其作为地膜材料在保持水分方面具有良好的性能。然而，与LDPE相比，CA薄膜的水蒸气透过性更高，这可能是由于其分子结构的开放性所致。尽管较高的水蒸气透过性可能影响地膜的保水能力，但研究者指出，许多生物可降解材料在水蒸气透过性方面表现不佳，但其在实际农业生产中仍能保持较高的作物产量和果实质量。因此，CA薄膜的水蒸气透过性虽然较高，但其整体性能仍具备农业应用的可行性。

从环境可持续性的角度来看，CA薄膜相较于传统聚乙烯地膜具有显著的优势。CA的降解过程主要依赖于微生物的脱乙酰化作用和随后的酶促水解，能够在数月到数年内完成降解，避免了聚乙烯地膜在土壤中长期残留的问题。这一特性使得CA薄膜成为农业可持续发展的理想材料之一。然而，研究者也指出，尽管CA薄膜在实验室和温室条件下表现出良好的驱虫效果，但在实际田间应用中，环境因素如温度波动、紫外线辐射、湿度和降雨可能会影响薄膜的结构稳定性和CO的持久性。因此，未来的研究需要进一步考察这些因素对薄膜性能的影响，并优化其在实际农业环境中的应用条件。

在统计分析方面，研究者采用了多种方法，包括单因素方差分析（ANOVA）和Tukey多重比较检验，以评估不同处理对薄膜性能的影响。对于驱虫效果的分析，研究者使用广义线性模型（GLM）结合负二项分布和Log-rank检验，确保结果的统计显著性。这些方法的应用不仅提高了研究结果的可靠性，也为后续研究提供了可借鉴的分析框架。

总体而言，本研究为开发具有驱虫功能的生物可降解地膜提供了重要依据。通过将ESO和CO添加到CA薄膜中，不仅改善了薄膜的机械性能，还赋予其显著的驱虫效果。这种新型地膜材料有望减少对合成农药的依赖，提高农业生产的可持续性。然而，为了进一步推广该材料，仍需解决其在实际农业环境中的稳定性问题，并进行大规模田间试验，以验证其在不同气候和土壤条件下的适用性。此外，经济成本的评估也是未来研究的重要方向，只有在确保经济可行性的同时，才能推动该技术在农业生产中的广泛应用。