Пленочное мульчирование — важнейшая технология сельскохозяйственного производства, позволяющая повысить урожайность сельскохозяйственных культур благодаря значительному согреванию, удержанию влаги и защите от вредителей. Вместе с тем полиэтиленовые пленки представляют собой риск загрязнения окружающей среды пластиковыми остатками, следовательно, идут поиски более экологичных альтернатив.

Китай — страна, которая использует огромное количество мульчирующей пленки. Северо-Западный Китай характеризуется засушливым и высокогорным климатом, и большое количество пластиковой пленки особенно необходимо для производства культур в этом районе, таких как овощи, табак, лекарственные травы и различные зерновые культуры, например, укрывные пленки применяются для кукурузы.

Традиционная пластиковая мульчирующая пленка изготавливается с использованием полиэтилена в качестве основного сырья, который трудно разлагается и вызывает серьезные экологические проблемы из-за длительного накопления.

Мировое производство полиэтилена в 2020 году составило около 104,4 миллиона тонн и, как ожидается, достигнет 121,4 миллиона тонн в 2026 году. Пластмассы состоят из различных длинноцепочечных полимеров из разных источников, включая природный газ, нефть и уголь. Сжигание пластикового мусора вызывает сильное загрязнение воздуха.

Команда исследователей из Колледжа машиностроения и электротехники, Сельскохозяйственный университет Ганьсу, придумала, как создать альтернативу, охватывающую одновременно отходы растениеводства и животноводства.

При изучении альтернатив установлено, что целлюлоза, как зеленый природный полимерный материал, может полностью разлагаться, обладает хорошей биосовместимостью и низкой стоимостью. Поэтому бумажная мульча из растительных волокон на основе целлюлозы стала горячей точкой исследований. Растительные волокна в основном получают из древесины, соломы сельскохозяйственных культур (риса, кукурузы, сои, льна и др.), энергетических культур (сорго, сахарного тростника и др.) и т. д.

С другой стороны, развитие животноводческой отрасли сопряжено с увеличением поголовья КРС и, соответственно, большим количество коровьего навоза – ценного ресурса для удобрения почвы, но из него можно производить продукцию с добавочной стоимостью.

В настоящее время коровий навоз все еще используется для удобрения полей, но уже все чаще рассматриваются его другие применения, поскольку навоз коров в своем роде уникален, как уникален и процесс пищеварения у коров.

Корм, съедаемый коровами, обрабатывается микроорганизмами в рубце, что эквивалентно предварительной обработке кормовых волокон. Волокна коровьего навоза представляют собой типичные растительные волокна. Извлечение целлюлозных волокон из коровьего навоза, в свою очередь, обеспечивает возможность ресурсного отходов жизнедеятельности КРС.

«Что касается льна (Linum usitatissimum), то эта одна из важнейших характерных масличных культур в северо-западных и северных регионах Китая, среди которых провинция Ганьсу является одним из основных производителей, — пишут авторы исследования. — Волокна льняной соломы, или костры, преимущественно расположены во флоэме стеблей. Они извлекаемы, возобновляемы, биоразлагаемы, обладают отличными механическими свойствами (сопротивление трению, высокая прочность и т. д.) и защитой от ультрафиолета, что позволяет использовать их в качестве армирования композиционных материалов, а также в текстильной промышленности. И хотя волокна льняной соломы имеют множество применений, в сельских районах Китая большая часть костры сжигается, загрязняя окружающую среду».

Поэтому в своей работе ученые для производства биоразлагаемой мульчирующей пленки нового типа использовали коровий навоз и льняную солому.

«Мы внедрили упрощенный процесс изготовления бумаги для приготовления натуральной бумажной мульчи на основе волокон и проанализировали механизм пленкообразования, — рассказывают авторы исследования. — Коровий навоз и отходы льняной соломы содержат большое количество целлюлозных волокон: 36,75% и 54,69% соответственно. Чтобы улучшить адаптируемость бумажной мульчи во влажной среде, поверхность мульчи обработана димером алкилкетена (АКД). Волокнистая бумажная мульча с покрытием AKD обладает высокими гидрофобными свойствами, имеет высокую прочность в сухом и влажном состоянии. Таким образом, навоз КРС и выброшенную льняную костру можно использовать повторно, что снижает загрязнение навозом и сжигание соломы, а конечный продукт имеет благоприятные свойства для выращивания различных культур».