美国农业部资助生物降解地膜研发项目

入侵性杂草不仅在家庭花园中令人讨厌，而且还给农业带来了巨大的经济负担，估计每年花费330亿美元。这些植物与农作物争夺水、养分、光和空间等基本资源。

地膜是农业中的一种常用工具，有助于抑制杂草、保持土壤水分和调节土壤温度以提高作物产量。然而，传统的塑料地膜存在环境问题，因为它们不会分解导致塑料污染。

利哈伊大学(Lehigh University)化学与生物分子工程系副教授 Jonas Baltrusaitis 正在通过开发可持续的营养输送材料来解决这个问题。他的研究重点是为地膜创造含有复合营养的可降解聚合物，旨在用环保替代品取代传统塑料。

Baltrusaitis 的工作得到了美国农业部 （USDA） 及其国家食品和农业研究所的大力支持。美国农业部最近向他提供了 744,000 美元的研究资助，用于一个名为“伙伴关系：设计营养增强型地膜以改善退化和土壤健康”的项目。这项为期多年的计划从2024年7月持续到2028年6月，汇集了来自马萨诸塞大学洛厄尔分校、亚利桑那州马里科帕的美国农业部农业研究局和以色列本古里安大学的专家。

研究团队正在努力将可生物降解的聚合物与有益于作物的营养物质相结合，同时在土壤中自然分解。通过使用多学科方法，Baltrusaitis 和他的同事正在设计尿素共晶体等氮效率高的材料，以增强薄膜的功能。

马萨诸塞大学洛厄尔分校塑料工程系教授 Margaret Sobkowicz-Kline 在项目中发挥着关键作用，她将自己的专业知识应用于源自可再生资源（如聚乳酸 （PLA） 和聚羟基脂肪酸酯（PHA））的生物聚合物。她的团队将这些生物塑料与尿素共晶体相结合，制成地膜，用于在实验室环境和真实农业环境中进行测试。

“我们与尿素共晶体的合作为营养物质输送到可降解聚合物中提供了一种方便的载体，旨在为农业实践开发可持续的解决方案，”Baltrusaitis 表示。“传统的塑料地膜对环境有不利影响。通过开发可生物降解的替代品，我们可以帮助减少塑料污染，改善土壤健康，并促进可持续的农业实践。

该团队面临的挑战之一是确保地膜在整个生长季节保持其有效性，同时在之后有效地生物降解。该团队正在探索不同的配方和加工技术，以在耐用性和生物降解性之间取得平衡，并在各种土壤和气候条件下进行了广泛的测试。

“我们不断改进我们的配方，以在耐用性和生物降解性之间取得适当的平衡，”Baltrusaitis 说。“至关重要的是，薄膜在整个作物周期中保持有效，然后降解而不留下有害残留物。这需要对材料科学和农业需求有深入的理解。

成本是开发可生物降解地膜的另一个重要因素。传统的塑料薄膜价格低廉，因此使可生物降解的选择具有成本效益是广泛采用的关键。Baltrusaitis 的团队正在优化生产流程并使用可持续原材料为农民创造有竞争力的替代品。

“农业的可持续性不仅仅是保护环境;它还关乎确保农民的经济生存能力，“Baltrusaitis 指出。“我们的目标是开发经济实惠且实用的解决方案，以便农民可以在不影响生计的情况下采用它们。”

展望未来，Baltrusaitis 对他的研究的潜在影响仍然持乐观态度。“我们在开发可以改变农业实践的含营养可生物降解地膜方面取得了重大进展，”他说。“我们工作的最终成功在于农民采用它并为更可持续的农业系统做出贡献。我对未来以及我们可以带来的积极变化感到兴奋，以创造一个更可持续和更有弹性的未来。