全生物降解地膜降解机制研究进展

摘要  随着全生物降解地膜使用的愈发广泛，明确其降解机制对提升降解效果至关重要。为梳理明确全生物降解地膜降解机制的研究情况，利用文献计量学方法总结全生物降解地膜降解机制的研究态势，分析发现降解机制主要从土壤理化性质、紫外线、微生物以及酶活性等方面开展，其中微生物和酶的降解作用在其降解过程中至关重要，降解往往是微生物、土壤理化性质以及紫外线等因素综合作用的结果，在实际环境中关于降解机制的研究比较缺乏，建议未来加强应对性的研究，发掘全生物降解地膜的应用潜能，为全生物降解地膜的高效利用提供理论基础。

关键词  全生物降解地膜；文献计量学；降解机制；影响因素

中图分类号  S316  文献标识码  A

文章编号  0517-6611（2024）18-0019-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.18.005

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Research Progress on the Degradation Mechanism of Fully Biodegradable Plastic Film

JIN An-ni1，2，3，QI Ya-rong4，YU Fen-xia1，2，3 et al

（1.Cultivation Base of State Key Laboratory of Land Degradation and Ecological Restoration in Northwest China，Yinchuan，Ningxia 750021;2.Key Laboratory of Restoration and Reconstruction of Degraded Ecosystem in Northwest China，Yinchuan，Ningxia 750021;3.School of Ecological Environment，Ningxia University，Yinchuan，Ningxia 750021;4.School of Civil and Hydraulic Engineering，Ningxia University，Yinchuan，Ningxia 750021）

Abstract  With the increasing use of fully biodegradable mulch film，it is important to clarify its degradation mechanism to improve the degradation effect.In order to sort out and clarify the research status of the degradation mechanism of fully biodegradable mulch film，this paper summarized the research status of the degradation mechanism of fully biodegradable mulch film by using the bibliometrics method，and found that the degradation mechanism was mainly carried out from the aspects of soil physical and chemical properties，ultraviolet light，microorganisms and enzyme activities，among which the degradation effects of microorganisms and enzymes were crucial in the degradation process.Degradation is often the result of the combined effects of microorganisms，soil physical and chemical properties，ultraviolet rays and other factors，and there is a lack of research on the degradation mechanism in the actual environment.It is suggested that future studies should be strengthened to explore the application potential of fully biodegradable mulch film，so as to provide a theoretical basis for the efficient utilization of fully biodegradable mulch film.

Key words  Biodegradable plastic film;Bibliometrics;Degradation mechanism;Influencing factor

作者简介  金安妮（1997—），女，宁夏石嘴山人，硕士研究生，研究方向：地膜污染治理。*通信作者，副教授，从事农业环境与生态研究。

收稿日期  2023-10-20

农作物覆盖地膜后可以起到保温保墒效果，间接影响作物生长环境从而提高作物产量［1］。研究发现，覆盖地膜后粮食和经济作物产量分别提高了20%～35%和20%～60%［2］。地膜技术自1974年引进我国后，使用范围日益扩大［3］。地膜覆盖作物产生了巨大的经济效益的同时也诱发了严重生态环境问题。普通塑料地膜的成分主要是难以降解的聚乙烯和聚氯乙烯，被残留在土壤中的地膜存留时间可能会长达百年，其对土壤环境及作物会产生很大危害，如降低土壤透气性、蓄水性，阻碍作物根系发育和养分吸收［4］。全生物降解地膜和聚乙烯（PE）地膜具有相似的保温保墒作用，可以促进作物生长，甚至有些全生物降解地膜对农作物生长的促进作用高于PE地膜［5-7］。全生物降解地膜因其可降解的特性被作为PE地膜的替代品，而成为研究的热点［8-13］。

全生物降解地膜能够降解主要源于微生物的分解、矿化作用从而使得其分解，避免“白色污染”［14］。全生物降解地膜降解机制及影响因素对降解效果至关重要［15］。影响全生物降解地膜降解效果的因素较多，如：膜自身材料特点、微生物、酶的特异性、温度、湿度以及光照等因素。此外，物理作用导致地膜的破碎会干扰研究者的判断，因为这可能只是物理降解的标志，而不是生物降解的证据［16］。由此，探索影响全生物降解地膜降解的因素及其影响机制，以及不同条件下的降解程度，是确保全生物降解地膜有效降解的关键，是推广全生物降解地膜对传统普通地膜有效替代的关键，是推进全生物降解地膜的区域化和专用化研究的关键。该研究利用文献计量学方法，在阐述全生物降解地膜发展态势是地膜的发展态势还是研究热点的基础上，进一步探讨了全生物降解地膜降解机制研究进展，为全生物降解地膜的科学应用提供理论依据，以期真正实现绿色化产业链，落实“3R”原则。

1  全生物降解地膜发展热点

1.1  文献计量学研究方法

文献计量是以文献体系和文献计量特征为研究对象，从而描述研究领域的研究状况和新兴趋势，探索未来的研究热点和方向［17-18］。中文文献数据均来源于中国知网（China national knowledge infrastructure，CNKI），通过主题 “地膜生物降解”“全生物降解地膜”“影响因素”“降解机制”检索到1 436条结果，其中1 094篇学术期刊、211篇学位论文、12篇会议记录、33份报纸、86个其他。外文文献数据来源于Web of Science（WoS）核心数据库，通过关键词“Plastic film biodegradable”“Fully biodegradable mulch film”“Influencing factor”“Degradation mechanism”检索到2 233条结果，其中1 735篇论文、135篇综述论文、24篇在线发表、138篇会议记录、2篇会议摘要、2篇书籍、197个其他。所有检索数据截止日期为2023年7月16日。

可视化分析选取2012—2022年数据，将所有文献从数据库中下载并保存为EndNote格式文本，按照研究内容的需要导入文献可视化软件进行分析。VOSviewer软件具有文本挖掘功能，可以从大量科学文献中提取重要术语，用于构建和可视化共现网络，在该研究中可进行合作关系分析和共现关键词分析，还可用于提取不同国家和时间段研究文献的高频关键词［19］。

1.2   关键词及发文量分析

1.2.1  关键词分析。

该研究利用VOSviewer软件对CNKI和WoS数据库中关于全生物降解地膜论文筛选后进行可视化分析。CNKI数据分析选择“关键词”且阈值为“5”进行可视化分析，关于全生物降解地膜关键词的网络可视化图谱如图1所示，关键词72个，这些关键词被分为7个不同聚类，关键词与其他关键词之间的共线次数为618次。WoS数据分析选择“关键词”且阈值为“9”进行可视化分析，全生物降解地膜关键词的网络可视化图谱如图2所示，关键词617个，这些关键词被分为5个不同聚类，关键词与其他关键词之间的共线次数为24 554次。

如图1所示，全生物降解地膜应用最多的材料是聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯（PBAT），应用最多的农作物是马铃薯。2022年，全生物降解地膜的研究内容逐渐从产量研究转移到土壤温度、土壤水分、降解性能、降解特征、降解率以及土壤理化性质等机制方面，说明关于其降解机制的研究是目前以及未来的研究热点。

如图2所示，2022年关于全生物降解地膜研究热点主要是bio-based materials、chemical-composition、enzymatic，soil-temperature，evaporation，environment-impacts等方面的研究，关于全生物降解地膜降解机制方面的研究开始受到关注，全生物降解地膜的研究更加深入。

1.2.2  历年发文量分析。

依据“1.2.1”分析的全生物降解地膜研究热点，统计分析CNKI与WoS中关于全生物降解地膜降解机制的4个不同研究方向的发文量，2012—2022年发文量如图3所示。

由图3可见，在土壤理化性质、紫外线以及酶研究方向WoS数据库的发文量相对较多。无论是CNKI数据库还是WoS数据库，土壤理化性质、紫外线以及微生物研究方向在2012—2022年期间整体呈上升趋势；关于酶的研究在CNKI数据库中2016—2022年变化起伏较大，在WoS数据库中2012—2022年整体呈波动上升趋势。总体而言，在全生物地膜降解领域中，CNKI数据库中关于微生物的发文量较多，WoS数据库中关于理化性质的发文量较多。土壤理化性质、紫外线、微生物以及酶等因素对全生物降解地膜的影响对其降解机制研究至关重要。

降解机制是全生物降解地膜降解行为的核心。近年来，关于全生物降解地膜机理机制方面的研究逐渐增多，为了能够更科学高效地推广应用此类地膜，应该全面深入了解其降解机制。

2  全生物降解地膜降解机制

全生物降解地膜能够在微生物有机体作用下自然分解，在特定的时间范围内，能够自然清洁分解，最终产物为CO2和H2O的塑料薄膜［20］。虽然许多可生物降解塑料满足土壤中生物降解的标准和测试标准，但关于它们在实际田间土壤条件下降解程度的报告并不一致，部分原因是薄膜特性和环境条件不同［21-24］。薄膜特性主要指膜材料本身的特异性，环境条件主要包括温度、湿度、pH、养分等理化指标以及太阳辐射和微生物等因素，且生物降解速率在很大程度上取决于地膜原材料［22］。若要大面积推广应用全生物降解地膜，就要彻底明确其降解条件、降解机制及降解效率等，制备符合现实降解条件的全生物降解地膜，从而真正解决农膜污染问题。