ISO 235172021 塑料.农业和园艺用地膜用土壤可生物降解材料.成分的生物降解、生态毒性和控制要求和试验方法.成分的生物降解、生态毒性和控制要求和试验方法标准立项发展报告

塑料农业和园艺用地膜用土壤可生物降解材料成分的生物降解、生态毒性和控制要求和试验方法标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Plastics—Soilbiodegradablematerialsformulchfilmsforuseinagricultureandhorticulture—Requirementsandtestmethodsregardingbiodegradation,ecotoxicityandcontrolofconstituents摘要关键词：土壤可生物降解材料；地膜；生物降解；生态毒性；国际标准；ISO23517Keywords:Soilbiodegradablematerials;Mulchfilms;Biodegradation;Ecotoxicity;Internationalstandards;ISO235171引言地膜覆盖栽培技术自20世纪50年代在日本率先商业化应用以来，已迅速推广至全球各地，被公认为20世纪农业生产技术领域最具影响力的创新成果之一。据联合国粮农组织（FAO）统计，全球地膜年使用量已超过200万吨，覆盖面积超过2000万公顷。中国作为全球地膜使用量最大的国家，地膜覆盖面积常年保持在3亿亩（约2000万公顷）以上，年使用量约145万吨，覆盖作物涵盖棉花、玉米、蔬菜、花生、烟草等主要经济作物和大田作物。传统聚乙烯（PE）地膜在农业生产中发挥积极作用的同时，其不可降解性带来的残膜污染问题日益严峻。由于PE地膜在自然条件下需要数百年才能完全降解，长期覆膜种植导致土壤中残膜量逐年累加。研究表明，连续覆膜5年以上的地块，耕层土壤中地膜残留量可达12-20kg/亩，部分地区甚至超过40kg/亩的警戒水平。残膜在土壤中形成隔离层，阻碍作物根系对水分和养分的吸收，导致作物减产8%-15%，同时影响农机作业质量，破坏土壤生态环境。在此背景下，土壤可生物降解地膜应运而生。该类材料在完成服役功能后，可在土壤微生物作用下最终分解为二氧化碳、水和生物质，从源头上消除残膜污染隐患。然而，市场上各类"可降解地膜"产品良莠不齐，部分产品仅添加少量降解助剂或采用崩解型设计，无法实现真正的完全生物降解，甚至在降解过程中产生有毒中间产物。缺乏统一、科学、可验证的国际评价标准已成为制约该产业健康发展和全球市场流通的关键瓶颈。ISO23517:2021正是在上述背景下由国际标准化组织正式发布，填补了土壤可生物降解地膜材料国际标准的空白，为全球相关产品的质量评价、市场准入和国际贸易提供了统一的技术依据。2标准立项背景与编制过程2.1国际标准化需求分析随着全球对塑料污染治理的关注日益增强，多个国家和地区陆续出台了针对一次性塑料制品和农业地膜的限禁政策。欧盟在其《欧洲绿色协议》和《塑料战略》中明确提出，到2030年所有塑料包装必须可重复使用或可回收利用；法国已率先禁止在农业中使用不可降解地膜。与此同时，国际社会对"可生物降解"概念的认知逐步深化——仅具备崩解性或光氧化降解性能的材料已不被认可为环境友好型产品，必须通过严格的生物降解试验和生态毒性评估加以验证。鉴于各国在生物降解地膜评价方法上存在显著差异，缺乏可比的国际统一标准，严重制约了该类产品的国际贸易与技术交流。国际标准化组织ISO/TC61（塑料技术委员会）下属的SC5（物理化学性质分技术委员会）于2015年前后启动了土壤可生物降解地膜材料国际标准的制定工作，旨在建立一套涵盖材料性能、降解性能、生态安全性及成分控制的全方位国际标准框架。2.2标准编制历程ISO23517的制定过程历时约六年，经历了建议草案（NP）、工作草案（WD）、委员会草案（CD）、国际标准草案（DIS）和最终国际标准草案（FDIS）等阶段。来自中国、法国、德国、意大利、日本、美国、荷兰、比利时等国家的专家积极参与了标准草案的研讨与修订工作。各国在以下关键议题上进行了多轮深入讨论：（1）生物降解性能指标的确定：围绕最终需氧生物降解率的最小阈值（90%绝对比例或相对参比材料比例）、试验周期上限及试验温度条件选择等核心参数进行了长期论证；（2）生态毒性测试范围的界定：争议焦点在于是否将陆生生态毒性与水生生态毒性测试同时纳入标准要求，以及急性毒性试验和慢性毒性试验的适用场景；（3）重金属等有害物质限量的设定：各国对重金属限量的种类选择和阈值设定存在不同意见，最终参照欧盟化学品法规（REACH）及包装废弃物指令94/62/EC中相关要求进行了协调统一；（4）崩解试验的适用性：针对是否需要单独规定崩解率指标及其取样时间点进行了讨论，最终将崩解性能整合至生物降解试验框架中一并评价。2021年7月23日，ISO23517:2021经国际标准化组织正式发布，该标准的发布凝聚了国际社会在可降解材料环境安全评价领域的共识性技术成果。2.3与相关标准的关系ISO23517:2021并非孤立存在，而是与一系列相关国际标准形成了有机衔接的标准化体系。在测试方法层面，该标准引用了ISO17556（土壤呼吸法测定塑料最终需氧生物降解率）、ISO16929（塑料可控堆肥条件下崩解程度的测定）、ISO20200（实验室小型堆肥条件下塑料崩解程度的测定）等关键方法标准。在通用规范层面，该标准与ISO17088（可堆肥塑料规格）在生态毒性和成分控制要求方面保持协调一致。此外，该标准也与联合国环境规划署（UNEP）倡导的"无毒无害环境"理念及国际化学品管理战略方针（SAICM）的总体目标相契合。3标准主要内容与技术要点3.1标准适用范围ISO23517:2021适用于以土壤可生物降解材料为基材的农业和园艺用地膜产品，覆盖以下类别：-以石油基可生物降解树脂（如PBAT、PBS、PCL等）为主要成分制备的地膜；-以生物基可生物降解树脂（如PLA、PHA、淀粉基材料等）为主要成分制备的地膜；-上述材料的共混物或改性材料制备的地膜；-含有功能性添加剂（如颜料、填料、稳定剂等）的复合型可生物降解地膜。该标准不适用于以下材料：不可生物降解的聚乙烯（PE）等地膜材料、氧化降解型（Oxo-degradable）塑料地膜、仅具备光降解性能的地膜以及用于非土壤环境（如堆肥设施或水体环境）中降解的地膜材料。3.2技术要求体系3.2.1生物降解性能要求生物降解性能是评价土壤可生物降解地膜材料环境归宿的核心指标。ISO23517:2021对材料在土壤环境中的最终生物降解性能提出了明确的量化要求：-生物降解率阈值：在受控需氧堆肥条件下或土壤培养条件下，材料的最终生物降解率应在相对短时间内达到以下标准之一：绝对生物降解率达到90%以上，或相对微晶纤维素参比材料的生物降解率达到90%以上；-试验周期：试验持续时间原则上不超过24个月，具体试验周期取决于材料的化学结构和降解特性。降解率应呈现明显的上升趋势，证明材料确实在持续发生生物降解而非仅发生物理崩解；-降解动力学要求：材料在试验结束时已达到或接近平稳阶段，即继续延长培养时间生物降解率的增幅不超过参比材料增幅的10%。3.2.2生态毒性要求ISO23517:2021明确规定了材料的生态毒性评价要求，包括以下两个层面：（1）植物急性毒性试验采用陆生高等植物（如燕麦、油菜、萝卜等）种子发芽和早期生长抑制试验，评价地膜材料降解残留物和降解产物对植物生长的影响。要求植物出苗率和生物量（地上部分鲜重或干重）与空白对照组相比无显著差异（抑制率小于10%）。（2）蚯蚓急性毒性试验采用赤子爱胜蚓（*Eiseniafetida*）作为模式生物，评价降解残留物对土壤无脊椎动物的毒性效应。要求染毒组蚯蚓的存活率及体重变化与对照组无显著差异（死亡率小于10%）。上述两项毒性试验分别从植物和动物营养级层面构成了基础生态安全性评价体系，确保可生物降解地膜在降解过程中不会向土壤生态系统释放有毒有害中间产物或最终代谢物。3.2.3成分控制要求为确保土壤可生物降解地膜的全生命周期环境安全性，ISO23517:2021对材料成分提出了严格的管控要求：-重金属限量：砷（As）、镉（Cd）、钴（Co）、铬（Cr）、铜（Cu）、汞（Hg）、镍（Ni）、铅（Pb）、硒（Se）、锌（Zn）等十种重金属元素的总含量必须低于规定限值（具体限值依据元素种类设定在50-300mg/kg范围内）；-有害物质禁用：材料中不得有意添加被列为持久性有机污染物（POPs）的物质，以及被联合国化学品分类和标签全球协调制度（GHS）归类为致癌、致突变或生殖毒性（CMR）类别的物质；-添加剂合规性：所有功能性添加剂必须满足食品接触材料或农业投入品相关法规要求，降解产物不得对土壤微生物群落结构和功能产生不可逆的不良影响。3.3试验方法体系ISO23517:2021构建了"三层次"试验方法框架：第一层次——材料表征与成分分析：包括红外光谱（FTIR）鉴定材料化学结构、差示扫描量热法（DSC）测定热性能、X射线荧光光谱（XRF）或电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）测定重金属含量等。第二层次——生物降解性能测试：核心方法参照ISO17556标准，在受控土壤培养体系中通过测定材料矿化产生的二氧化碳量（或消耗的氧气量）来计算最终生物降解率。试验条件为：温度（25±1）℃或（58±2）℃，土壤含水率维持田间持水量的40%-60%，材料以粉末或薄膜形式均匀混入土壤。第三层次——生态毒性评估：分别参照OECDGuideline208（植物生长试验）和OECDGuideline222（蚯蚓繁殖试验）进行植物毒性和蚯蚓毒性测试，同时可辅以微生物群落功能多样性分析（如群落水平生理图谱法，CLPP）进行更为深入的风险表征。4标准的主要参与单位介绍4.1中国参与单位在中国标准化研究院、全国塑料制品标准化技术委员会（SAC/TC48）的组织协调下，中国国内多家科研机构和企业参与了ISO23517的制定工作。其中，北京工商大学轻工业塑料加工应用研究所（中国轻工业联合会塑料加工应用研究所）作为中国在该标准制定中的主要技术支撑单位之一，在材料生物降解机理研究、降解测试方法优化和生态毒性评价体系构建等方面发挥了重要作用。该研究所具备完善的生物降解材料评价实验室，已建立起从分子水平表征（凝胶渗透色谱、核磁共振波谱）到宏观降解行为评估（堆肥降解、土壤降解、海水降解）的多层次研究平台，积累了丰富的可生物降解材料环境降解评价经验。研究所在参与ISO23517制定过程中，重点就中国典型农田土壤环境条件下（如东北黑土、华北潮土、南方红壤等）材料降解行为差异及其对测试结果的影响提供了大量基础数据，为中国在该国际标准中的话语权提升提供了有力支撑。4.2国际主要参与机构从国际层面来看，ISO23517的项目召集人由法国标准化协会（AFNOR）担任，法国国立农业研究院（INRAE）和法国国家科学研究中心（CNRS）的相关团队在标准核心指标的研究验证方面起到主导作用。德国国家标准机构DIN下属的FNK（塑料标准化委员会）积极参与了生态毒性和重金属限值技术方案的讨论与修订。荷兰瓦赫宁根大学研究中心（WUR）在土壤微生物生态毒理评价方法方面提供了专业咨询。5标准实施意义与应用前景5.1对产业发展的规范和引导作用ISO23517:2021的发布实施对全球土壤可生物降解地膜产业的发展具有里程碑式意义。首先，该标准为生产企业的产品研发和质量控制提供了明确的技术基准，有利于淘汰市场上以"降解"为名但实际环境风险不可控的伪降解产品，优化产业结构。其次，该标准为监管部门的市场监督和产品认证提供了科学依据，有助于建立统一的市场准入体系。再次，该标准为下游用户的科学选型提供了技术指导，有效避免了因产品性能不达标造成的经济损失。5.2对国际贸易的促进作用作为国际标准化组织发布的标准，ISO23517:2021为各国间土壤可生物降解地膜产品的贸易往来搭建了统一的技术对话平台。按照世界贸易组织《技术性贸易壁垒协定》（TBT协定）的基本原则，各成员国在制定本国相关技术法规和标准时，应优先采用国际标准作为基础。因此，ISO23517:2021在很大程度上将演变成为全球范围内土壤可生物降解地膜产品质量评价的统一基准，对于消除贸易壁垒、降低贸易成本、促进国际技术交流具有重要的推动作用。5.3对生态环境保护的支撑作用从更宏观的视角来看，ISO23517:2021的贯彻实施对于推进农业面源污染治理和塑料污染防控具有重要支撑作用。通过建立严格的生物降解性能和环境安全性评价体系，该标准为从根本上解决传统地膜残留污染问题提供了可行的技术路径和制度保障。在应对全球塑料污染治理的大背景下，该标准的实施有助于促进"资源—产品—消费—环境回归"的循环经济模式在农业领域的具体实践。6结论与展望展望未来，随着全球对塑料污染治理要求的不断提高和可生物降解材料技术的持续进步，ISO23517标准体系也将在以下方向不断完善：一是针对不同类型土壤和不同气候区域的降解性能差异化评价需求，制定更加细化的地域适应性技术规范；二是将碳同位素测定等先进分析技术纳入生物基碳含量验证体系，以更准确地追溯材料中生物基组分的降解行为；三是推动与生命周期评价（LCA）方法标准的有效衔接，实现从单一环境安全性评价向综合环境绩效评估的拓展升级。对于我国而言，应积极开展ISO23517:2021的采标转化工作，制定符合我国国情和农业生产实际的国家标准，并在此基础上逐步构建具有中国特色的土壤可生物降解地膜标准体系。同时，应加强该类标准在全国范围内的宣传培训和应用推广，引导企业按照国际先进标准组织生产和管理，促进科技成果与产业需求的有效对接，切实推动绿色农业和循环经济的可持续发展。参考文献[1]ISO23517:2021,Plastics—Soilbiodegradablematerialsformulchfilmsforuseinagricultureandhorticulture—Requirementsandtestmethodsregardingbiodegradation,ecotoxicityandcontrolofconstituents[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2021.[2]ISO17556:2019,Plastics—Determinationoftheultimateaerobicbiodegradabilityofplasticmaterialsinsoilbymeasuringtheoxygendemandinarespirometerortheamountofcarbondioxideevolved[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2019.[3]ISO17088:2021,Plastics—Organicrecycling—Specificationsforcompostableplastics[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2021.[4]国家市场监督管理总局,国家标准化管理委员会.GB/T35795—2017