热带玉米种植条件下三种地膜降解特性对比研究：从化学组成变化到环境归趋预测

针对农业塑料污染难题，斯里兰卡研究团队通过田间试验对比分析了低密度聚乙烯地膜（PEM）、反光聚乙烯地膜（RPEM）和生物可降解地膜（BDM）在热带气候下的降解规律。结合FTIR-ATR、TGA、GC-MS等多维分析技术，发现BDM在首个生长季即损失50%质量且出现显著化学键断裂，而LDPE地膜仅损失1-6%。该研究为热带地区地膜选型提供了关键数据，对评估微塑料（MPs）环境风险具有重要价值。

　　

在全球粮食安全与农业可持续发展的双重挑战下，塑料地膜（Plastic Mulch Films, PMFs）的应用已成为现代农业的"双刃剑"。这些厚度不足发丝直径的透明"保护罩"，虽能有效保墒增温、抑制杂草，却也在全球农田中留下了数以百万吨计的白色污染。更令人担忧的是，传统聚乙烯地膜（LDPE）在环境中可存续数百年，而新兴的生物可降解替代品（Biodegradable Mulches, BDMs）在实际田间条件下的表现仍充满未知。热带地区特有的高温高湿环境是否会加速塑料降解？不同地膜会释放哪些潜在有害物质？这些问题直接关系到全球热带农业区的环境安全。

针对这一科学难题，来自斯里兰卡Field and Crop Research and Development Institute的研究团队在《Environmental Advances》发表了创新性研究成果。研究人员选择当地主栽的玉米田作为天然实验室，采用随机区组设计，对三种主流地膜（常规黑色聚乙烯PEM、反光聚乙烯RPEM和PLA-PBAT基生物可降解地膜BDM）进行了为期两个生长季的追踪监测。通过每月采样结合傅里叶变换红外光谱（FTIR-ATR）、热重分析（TGA）、气相色谱-质谱（GC-MS）等先进表征技术，首次系统揭示了热带条件下地膜降解的时空动态规律。

在气候特征方面，研究区域呈现典型热带干湿季交替特征，第一季（旱季）日均温27.8°C、降雨1.87 mm/d，第二季（雨季）日均温25.2°C、降雨4.90 mm/d。NASA Power数据显示两季累计UVB辐射量分别为37.5 W m^-2和36.6 W m^-2，为评估光降解作用提供了基础。

化学降解分析显示，BDM的FTIR特征峰（1716 cm^-1处C=O伸缩振动）强度随暴露时间显著减弱，表明酯键发生断裂。相较之下，PEM和RPEM在2920 cm^-1（CH₂不对称伸缩振动）等特征峰仅出现轻微变化。定量分析发现BDM表面化学组成变化幅度显著高于LDPE地膜（p<0.05），证实其更易发生化学降解。TGA热解曲线进一步揭示，BDM在400°C、600°C和700°C出现多重热解峰，反映PLA-PBAT共混物的复杂降解路径；而PEM仅在475°C呈现单一降解峰，显示其分子结构稳定性。

添加剂流失监测发现，BDM中增塑剂乙酰柠檬酸三丁酯在4周内即完全流失，总添加剂损失率高达98%。RPEM中的紫外线吸收剂苯并三唑（bumetrizole）和抗氧化剂AO168也呈现快速流失特征。GC-MS鉴定出多种非故意添加物质（Non-Intentionally Added Substances, NIASs），包括PBAT聚合过程中产生的环状寡聚物，这些物质可能通过干扰微生物代谢途径影响土壤健康。

物理完整性评估呈现鲜明对比：ImageJ分析显示BDM在11周内丧失29.26%的覆盖面积，而LDPE地膜几乎保持完整。扫描电镜（SEM）观察到BDM表面出现明显侵蚀孔洞，而PEM仅显示轻微纹理变化。质量平衡测算表明，经过两季种植后BDM损失超50%质量，而PEM和RPEM分别仅损失6%和1%。

该研究首次证实热带气候会显著加速生物可降解地膜的物理化学降解进程。BDM的快速崩解虽然减少了"白色污染"的长期累积风险，但短期内可能增加微塑料和添加剂的环境释放量。相比之下，LDPE地膜虽表现出优异的物理稳定性，但其缓慢的添加剂释放过程可能带来潜在的长期生态风险。研究建议未来应重点优化BDM在高温高湿条件下的机械强度，并系统评估降解产物对热带农业生态系统的影响。

这项研究为热带农业区的地膜选择提供了科学依据：在短期作物种植且回收条件完善的区域，可优先选用LDPE地膜以降低微塑料产生；而在回收困难的地区，改进型BDM仍是更有前景的环保选择。该成果不仅填补了热带地区塑料地膜降解数据库的空白，也为制定差异化的农业塑料管理政策提供了关键技术支撑。