秸秆纤维生物制浆与地膜生产应用综述

摘要:本文就最近几年来有关生物制浆与地膜的生产与应用的研究状态与成果进行综合。从生物制浆与地膜生产的简介，麦草、秸秆预处理、各种菌的性质和效果、地膜的生产与应用效果等方面出发，介绍了最近的几项研究成果。并从秸秆纤维生物制浆的角度提出了一些建议。

Abstract：In this paper, the status and results of the research on the production and application of biological pulping and agricultural film have been synthesized in recent years. The recent research achievements are introduced from the brief introduction of bio pulping and agricultural film production, the pretreatment of wheat straw and straw, the properties and effects of various fungi, the production and application effect of plastic film, etc. Based on the biological pulping of straw fiber, some suggestions are put forward.

关键词:秸秆 生物制浆 白腐菌 地膜

生物制浆与地膜应用的简介

生物制浆相关概念

传统的制浆造纸工艺主要是以物理与化学的方法，在高温高压的强碱条件下去蒸煮植物原料，这样会投资较多的成本，同时无法有效的去除木材中的木质素，而且化学药品也会产生较为严重的环境污染。而木质素又是制浆造纸中主要的污染物之一。一般认为木质素是由以苯环为核心，带有丙烷支链的芳香族化合物的聚合物，木质素没有光学活性，含有较多的生物学稳定键型分子结构，形状十分稳定，比纤维素更难被一般微生物所分解^[1]。而自然界中存在多种可以降解木素的菌株，利用这些菌株对制浆用的麦草、秸秆、木材等原料进行预处理，以降低生产过程中化学药剂的用量，这种方法即是生物制浆^[2] 。

生物制浆法具体概念是利用微生物或其酶制剂，对制浆原料进行预处理，以生物降解全部或部分代替化学溶解，再结合机械或化学法处理，使制浆纤维原料分离为纸浆^[3]。

生物制浆主要分为三种：纯生物制浆、生物-机械制浆、生物-化学制浆。其中纯生物制浆因为目前酶的价格昂贵，加上处理时间长，难以在短期内应用于工业上。所以现阶段一般采用生物-机械制浆与生物-化学制浆。其中生物-机械制浆是指在机械制浆前利用真菌或酶对木片/秸秆进行预处理，其远离是利用具有木素讲解能力的微生物或者酶选择性地分解植物原料中的某些成分。结合了机械制浆法和化学机械法的优点，客服了两者的缺点；而生物-化学制浆则是通过生物方法预处理木片，减少蒸煮化学药品用量和能量消耗，或者在化学药品用量不变的情况下降低纸浆的蒸解度，以减少漂白化学品的用量和减轻漂白沸水污染负荷。目前，生物-化学制浆重点已转向利用生物技术对化学浆进行预处理^[4]。

可降解地膜相关概念

在农业生产时，常常会在其地面覆盖一层地膜。地膜具有保温、保墒、增产、增收的功能，因此广泛应用于我国的农业生产中^[5]。传统的地膜原料主要是聚乙烯，其分子量高，结构致密，在土壤中需要几百年时间才能够降解，且难以回收利用。同时土壤中残留的薄膜会影响土壤结构，使土壤腐殖质恶化，微生物数量与酶活性下降，从而导致农作物减产^[6]。因此，寻找可供降解的廉价生物型地膜已经成为了当今农业的必然趋势。相比于传统的聚乙烯地膜，生物可降解地膜具有更加环保、保温性能更强、对土地具有一定的肥力等特点。而有关生物地膜的生产研究，有数篇研究组已经做出较为可观的实验成果。将会在本文的后续讲述。

各种菌类/酶类性质探讨与原料预处理

1、白腐菌性质与应用

白腐菌是自然界中降解木素能力较强的微生物之一，属于担子菌一类[7]。白腐菌可以通过自身分泌的各种胞外酶，并通过一系列自由基链式反应实现对木质素的降解。在艾尼瓦尔、付时雨等人对白腐菌预处理卢苇制浆的研究中，利用的是Cyathus stercoreus, Panusconchatus G033-5a与Pleurotus florida三种菌种。他们将培养过的菌种与灭菌后的卢苇搅拌均匀后发酵，进行预处理，并与之后进行烧碱-蒽醌法制浆。之后对制浆的白度、粘度、卡伯值（Kappa值）的变化进行研究。结果表明，由于白腐菌所分泌各种木素降解酶和纤维素降解酶的作用，使得卢苇原料中的木素和纤维素发生了变化。对于卡伯值方面，Pleurotus florida与Panusconchatus G033-5a均使得制浆过程中的卡伯值下降，而Cyathus stercoreus则导致了卡伯值的上升。卡伯值用于表明纸浆的木素含量、硬度或漂白率，浆的卡伯值升高，会导致白度下降^[8]。用碱量为20%情况下，白腐菌 Panus conchatus G033-5a 预处理所制浆的白度相对对比浆上升约 10%, Pleurotus florida 预处理浆的白度上升约 33%,而 Cyathus stercoreus 预处理浆的白度却下降 33%。而粘度方面影响甚微。得浆率而言，Pleurotus florida预处理得浆率比对比浆高出30%，Panus conchatus G033-5a预处理浆比对比浆高出6%，而Cyathus stercoreus预处理得浆率比对比浆下降9%。因此，在这三种白腐菌中，Pleurotus florida是最为优异的菌种。

白腐菌具有优秀的木素分解能力，同时也具有一定程度的纤维素分解能力。在冯建良、叶汉林等人的研究中，使用松木层孔菌（Phellinus pini）对麦草进行预处理，实验发现预处理后纤维素含量为69.0%，与未处理样相比下降了2.83个百分点，原因是白腐菌在预处理时能分泌纤维素酶、半纤维素酶和木素酶，在降解木素的同时还降解了纤维素和半纤维素。在使用时应注意^[9]。