北方庭院環境治理生態工程建設
——廢舊塑料基保水植物栽培基質的制備與應用

中國科學院生態環境研究中心固體廢棄物處理與資源化實驗室；中國科學院大學

【基本情況】

發展庭院經濟是鄉村振興戰略重要的一環。生態庭院的建設可以整合農戶閑置的土地資源，充分利用剩余勞動力資源，構建生活、種植、養殖于一體的復合型生態庭院，從而促進農村經濟的發展。立足于中國科學院部署的鄉村振興項目，2019 年10 月至2022 年6 月，中科院生態環境研究中心在內蒙古庫倫旗開展了農牧區庭院生態工程建設工作。庫倫旗位于內蒙古自治區通遼市南部，地處科爾沁沙地與遼西淺山黃土丘陵區的過渡區，當地庭院一般有幾畝到幾十畝（1 畝≈0.067 hm2），以養殖和粗放種植為主，人居環境較差。在庭院環境治理中，堆積了大量廢舊塑料，亟待安全處理。

項目組結合當地經濟欠發達、干旱少雨、光照充沛和庭院面積大等特點，開展了設施栽培工程建設（圖1）。將廢舊塑料通過增容改性、嫁接擴鏈和熔融發泡，開發了新型廢舊塑料基超吸水栽培基質，具有開孔、輕質、柔性和超吸水的特點，可以支撐和維持植物生長，并成功運用于溫室大棚的立體栽培，為突破我國北方干旱、半干旱地區庭院水資源短缺的問題，以及構建環境整潔、資源集約利用的可持續庭院形態提供了科技支撐。工程運行結果表明，開發的塑料基栽培基質具有超吸水能力，可以減少灌溉次數，促進作物生長，實現了廢舊塑料的高值化利用。

圖1 生態庭院工程Figure 1 Ecological courtyard engineering

【技術/案例原理及技術路線】

（1）案例原理：通過增容改性、嫁接擴鏈和熔融發泡等方法，合成了具有超吸水能力的塑料基栽培基質。熔融狀態下，交聯劑分解產生自由基，通過自由基聚合和去氫反應發生交聯反應，提高混合塑料的熔融強度，以承受發泡過程中產生的壓力；通過嫁接超吸水樹脂提高產物的吸水能力，滿足植物生長的需要（吸水倍率1 188%）。然后在發泡劑和發泡助劑的作用下熔融發泡，通過氣體的溶脹作用生成具有多孔質結構的塑料基栽培基質。

（2）技術路線：以廢舊塑料為原料，使用課題組開發的氣固兩相流干洗設備對廢舊塑料進行干式清洗后，可以達到93.6%的清洗率，在不消耗水和清洗劑的條件下達到塑料再生料的清潔度要求。清洗后的廢舊塑料無需預先破碎，直接投入多組分混煉機進行混煉，得到均一混煉產物后轉移到發泡設備，熔融發泡后即可得到具有超吸水能力的塑料基栽培基質。同時運用生態工程理論，在廣闊的農戶院落中建設了生態庭院，通過在生態庭院的院內和墻面搭建立體置物架，充分利用了立體空間資源。經過簡單切割和分裝后，合成的塑料基栽培基質可以作為生長基質運用在生態庭院建設中，實現廢棄資源循環再生。塑料基栽培基質合成流程如圖2 所示。

圖2 塑料基栽培基質合成流程Figure 2 Flow of the synthesis of plastic-based growing substrate

【技術/案例特點】

（1）為廢舊塑料的高附加值資源化開辟了新方向。以數量巨大、難以降解和附加值低的廢舊塑料為原料，合成具有超吸水能力的塑料基栽培基質，既可以避免環境污染，產物還可以代替土壤促進植物的生長，減少灌溉次數，達到節水的效果。

（2）生態庭院工程的經濟效益和環境效益顯著。立體農業生態庭院（圖3）可提高當地農戶4 000～5 000 元/a 的收入（主要是冬季的反季節栽培），占當地人均收入的60%以上（2021 年庫倫旗農村人均可支配收入為6 029 元），同時生態庭院具有環境整潔和可持續發展的特點，可以帶來廣泛的經濟和生態效益，推動當地的鄉村振興。

圖3 立體農業生態庭院Figure 3 Three-dimensional agricultural ecological courtyard

（3）生產工藝簡單，便于推廣。本項目開發的塑料基栽培基質生產簡易，設備需求度低，條件溫和，在經濟不發達的地區也可以大規模推廣，有助于挖掘豐富的村鎮資源潛力，加快社會主義新農村的建設。

（4）應用前景廣闊。合成的塑料基栽培基質具有超吸水能力和獨立的形狀，在改善城市生態環境的立體綠化方面應用潛力巨大。除了庭院工程外，產品在荒漠治理和邊坡綠化等生態修復工程中也具有廣闊的應用前景。

【長效運行模式與機制】

采取地方政府、基地負責人和中國科學院生態環境研究中心三方共同負責的模式。地方政府指令相關部門開展廢舊塑料的收集、加工和生態庭院的建設；基地負責人負責日常管理以及植物的種植、采摘和售賣；中科院生態環境研究中心提供技術支持，同時負責推廣相關技術進一步落地。三方相互監督，相互扶持，保證項目長效運行。

【經濟、環境及社會效益】

（1）經濟效益：“白色垃圾”變身為“栽培基質”，實現了塑料廢棄物的高效資源化，開辟了廢舊塑料回收的新途徑。合成的塑料基栽培基質的成本為1 800～2 000 元/m3，是市面上同類產品價格的1/5（不含基建成本），具有顯著的成本優勢。

（2）環境效益：廢舊塑料的高價值資源化和生態庭院工程可以顯著減少廢舊塑料的堆積，不斷刷新農村地區的“顏值”，促進環境面貌朝著清潔、美麗和干凈的方向邁進，從而形成生態良好和資源能源集約利用的可持續院落；生態庭院工程還可以充分利用太陽光，減少灌溉次數，從而實現生態化，減少碳排放。

（3）社會效益：生態庭院的建設可以整合農戶勞動力和閑置的土地資源，對優化農村環境、建立協調發展的農村生態系統有積極意義。同時廢舊塑料的資源化可以改善生態環境，提高居民的環境意識，長效推進村鎮地區廢舊塑料的高效資源化。由廢舊塑料合成的塑料基栽培基質符合LY/T 2700—2016 花木栽培基質和DB11/T 770—2010 花卉栽培基質等相關標準的要求。