台南區農業專訊第3期:14~16頁(1993年3月)

分解性塑膠在農業栽培之評估

文/圖  楊紹榮 

塑膠布資材早已廣泛應用於農作物栽培,諸如育苗、遮蔭、防雨、保溫,畦面敷蓋及蔬果套袋等作業,惟傳統塑膠材質一經使用後,所產生的塑膠廢棄物,焚燒時會產刺激性之氣體如氯化氫及各種有毒之氣體如甲醛、多氯聯苯和戴奧辛等。若掩埋於地下,則不僅需要廣大的空間,也因其具不易腐爛分解的特性,影響土壤本身的物理及化學性質,導致土壤污染。至若隨意丟棄,則造成灌溉溝渠堵塞,影響田間排水。凡此,均不利於吾人所賴以生存之環境。鑑於社會環境結構之變遷,農村勞力缺乏且呈現高齡化,故如採用可以分解的塑膠材質於農作物栽培,減少回收之工時,不僅可達省工栽培之目的,而且可以減少環境公害。本文旨在闡述可分解塑膠在農業栽培之利用,並評估其發展潛力,俾供本省農業生產者暨相關業者之參考。

分解性塑膠的種類

分解性塑膠1分解性塑膠是指含高分子化學組成或結構之塑膠材質,經過特殊的處理與反應後,在自然環境中分解。在分解過程中,塑膠的理化特性逐漸轉弱變脆,經過風吹、日曬及雨淋等自然作用,使塑膠製品裂解成小碎片或小顆粒,最後混入土壤中,再經微生物分解成簡單分子而消失於無形。以分解方式而言,分解性塑膠可區分成光分解性塑膠(Photodegradable Plastic)與生物分解性塑膠(Biodegradable Plastic),後者又可劃分為生物崩潰性塑膠(Bildestructible Plastic)及完全生物分解性塑膠。光分解性塑膠是在塑膠分子內添加適當的光敏感基如一氧化碳及vinyl ketone等,當塑膠製品曝露於陽光時,前述光敏感基會促進塑膠吸收紫外光進行光分解,打斷塑膠高分子碳與碳間之共價鍵,由於高分子鏈的斷裂弱化其原有的物理特性,致塑膠變脆裂解。目前光分解性塑膠之產品有Plastigone及Ecolyte等7~8種。至於生物崩潰性塑膠是在一般塑膠材質中摻添可被微生物分解的玉米澱粉,使塑膠本身具有分解破壞性的物質,由於其尚有剩餘的塑膠殘屑未分解,故並非完全具有生物分解性,此種生物崩潰性塑膠之澱粉含量一般為5~10%,較具代表性的產品為Ecostar(澱粉含量6%)。至於完全生物分解性塑膠是指由微生物分泌酵素水解聚酯類的塑膠,將高分子分解成小單元,再被微生物(細菌、真菌、霉菌及放射菌)分解利用,最後分解成二氧化碳及水。目前已商品化者有ICI公司開發的Biopol。另由於光分解性塑膠必須曝露於陽光始可分解,若掩埋在地下,光分解將不會發生,故晚近部份廠商視巿場需求研發具光與生物混合之分解性塑膠,代表性的產品有EEcostarplus。

分解性塑膠在農業生產之利用

分解性塑膠在農業栽培之利用始於1970年,且以畦面敷蓋為主。在美國德洲之Lubbock及Munday地區首度進行番茄、西瓜、甜椒、甘藍、洋蔥、胡蘿蔔、棉花及甜玉米之畦面敷蓋試驗,結果顥示:採用分解性塑膠進行畦面敷蓋較對照不敷蓋可增加土壤日溫11℉,夜溫1~2℉,且促進洋蔥,棉花及玉米之萌芽及降低洋蔥田之土壤鹽類濃度(Wendt及Fuqua);此外分解性塑膠膜敷蓋西瓜畦面可減少土壤結塊,增加萌芽分解性塑膠在農業生產之利用及提高產量,且塑膠膜在6星期內完全裂解(Fuqua,1971)。又採用透明分解性塑膠敷蓋棉花田,可增加土壤溫度、濕度及減少電導度,惟產量並無顯著增加(Wendt,1971);在胡蘿蔔方面採用白色分解性塑膠進行畦面敷蓋之土溫(地表5公分及15公分處),均較透明分解性塑膠為低,致植株萌芽率亦較差。此外以分解膜敷蓋洋香瓜畦面,可減少土壤電導度、增加土壤溫度、濕度及提高產量(Wendta及moore,1971)。另據Mathews及Chu氏(1984)之報導:美國紐約洲Tully地區之Agway Farm Research Center採用透明、棕色及黑色之光分解膜進行小黃瓜、南瓜類及甜玉米之畦面敷蓋試驗,十年來(1973~1983)之結果顯示:沒有一種分解膜在經濟栽培上是行得通的,不是太早分解,要不就是太遲裂解而且此種光分解膜埋在土中32個月後,也不會進行物理分解;一種新的光或生物分解膜(Ende-Kun-stoff)已經使用在草苺及胡瓜等蔬菜(Seitz, 1979),在以色列採用光分解膜(商品名:Plastor)敷蓋於番茄畦面下可增加產量且使機械採收更容易;在美國一種新的光分解敷蓋膜(商品名:Plastigome)已分別在佛羅里達、紐約洲、加洲、德洲及New Hampshire等地進行田間試驗,初步結果得知:Plastigome光分解膜在瓜類及甜玉米之畦面敷蓋上具較早成熟及提高產量之效果(Robert氏等,1987);在義大利之調查得知:使用Ecopac生物分解膜,進行萵苣畦面敷蓋,在夏季地溫較黑色PE膜低6~7℃,植株根系發育較佳,且生長較一致,對水分之需求亦較少(Boldrin,1989)。另據陳牢之報導(1990),在義大利採用0.03mm之光分解膜(商品名:費爾坦內)進行番茄及菜豆的畦面敷蓋結果得知:新的光分解膜有促進早熟及增加單株產量的特性,在敷蓋一個月就開始破裂,隨後橫向裂解,三個月後完全地變成粉末。採用晚期光分解(60~90天才會分解)之黑色PE膜已成功地在經濟栽培西瓜產地進行畦敷蓋(Decoteau及Rhodes, 1990)。美國Rutgers大學之Garrison教授(1990)報導:不同材質之分解性塑膠膜諸如Plastigone 2B,Plastigone 221B及Biolan等已經在番茄、甜椒、甜玉米及一些爬藤類作物進行畦面敷蓋之探討。又若採用較長期之分解膜,則需在作物栽培植前1~2星期先行敷蓋分解膜,以誘發裂解過程。此外,同一塊田,三年內最好不要再採用可分解膜進行畦面敷蓋(Garrison,1990)。

分解性塑膠在農業上之使用,除了畦面敷蓋外,尚可利用於蔬果袋、移植或育苗用穴盤、遮光網、堆肥袋以及長效性農藥與緩效性肥料之長期施用等。

80年2月上旬本場與台灣聚合公司加工實驗所首度於台南地區採用白色生物分解PE膜(澱粉含量11%)、白色生物/光分解PE膜(澱粉含量6%)、透明生物/光分解PE膜(澱分解性塑膠2粉含量6%),傳統透明PE膜及銀黑色PE膜進行冬植甘藍之畦面敷蓋試驗,結果得知:敷蓋後地溫(地表下15cm)以透明PE膜(含傳統及可分解)最高,白色分解性PE膜較傳統銀黑色PE膜平均增加0.5℃;採收後之甘藍葉球大小、單球重及小區面積產量,不同供試處理間均無顯著差異。冬植甘藍敷蓋後3.5個月,供試可分解PE膜表面均尚未龜裂,惟以手撕之,以澱粉含量11%之白色生物分解PE膜最易撕裂,其艾氐抗撕力最小,僅28g/mil,透明生物/光分解PE膜及白色生物/光分解PE膜次之,傳統銀黑色PE膜大,達253g/mil,不同材質之分解性PE膜之耐衝擊強度均較傳統透明PE膜及銀黑色膜為低。

80年4月下旬,將前述不同材質可分解PE膜(增加澱粉含量6%之銀黑色生物/光分解PE膜)進行春植甘藍之畦面敷蓋試驗,調查得知:春植甘藍敷蓋後49天,供試可分解PE膜均已開始裂解,以白色分解PE膜裂解速率最快,透明生物/光分PE膜次之,銀黑色生物/光分解PE膜最遲,甘藍採收後,將不同供試分解PE膜直接耕犁於田間,進行後續作物四季紅番茄之栽植試驗調查,迄今對植株生育及開花並無明顯之影響。80年7月起正進行不同材質可分解膜對瓜果類植株生育、產量及品質之影響探討,同時評估其分解速率。

分解性塑膠之發展潛力  

預計到1992年止,每年對可分解塑膠需求之成長率為75%,總計有40萬頓,價值三億四仟萬美元,1987年塑膠廢棄物中,可分解膠僅佔1%,在1992年時將有15%(Francis,1989),另據美國商業報導公司預測到2003年,分解性塑膠可以達到213萬噸。在農業上,根據美國塑膠添加劑供應商之估計,在1990年巾4500公噸之可分解塑膠作為畦面敷蓋用。又美國農業用塑膠敷蓋膜,每年的巿場約有七千九佰萬美元,然分解性PE膜不及十分之一。由於分解性塑膠目前製造成本仍偏高,將來若大量生產推廣後售價可望降低。由於一般農業敷蓋PE膜,重覆使用率很小,且需200~400年才可以分解,加上每英畝需花費100美元用以清除廢棄之PE膜,因此研究人員等認為隨著作物成長季節而分解之可分解性PE膜是頗為理想的(Evans及Sikdar,1990)。

根據台灣農業年報(民國80年版)之統計本省79年度之瓜果類(西瓜、香瓜及洋香瓜)之栽植面積為29,008公頃,在果樹之鳳梨則有7,382頃,總計36,390公頃,這些蔬果均須採用畦面敷蓋,加上其他作物如草莓等,每年所需之PE膜數量非常多,故就本省栽培環境,針對不同作物生育需求開發不必回收之分解性塑膠膜是頗具發展潛力的。

結語

分解性塑膠之開發研究在歐美、日等國已近二十年之歷史,惟本省在此方面之探討則剛開始。惟目前已商品化之分解膜生產成本略高,且使用後仍有一些問題等待克服。今後若能進一步評估其對環境之影響,且大量生產,降低售價則未來用於農業生產仍是深具發展潛力的。

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