CN103373879A

CN103373879A - 一种烟草专用可降解固体地膜及其制备方法

Info

Publication number: CN103373879A
Application number: CN2013102892066A
Authority: CN
Inventors: 易建华; 符建国; 贾志红; 沈宏; 郭俊杰; 傅友强
Original assignee: South China Agricultural University; China Tobacco Hunan Industrial Co Ltd
Current assignee: South China Agricultural University; China Tobacco Hunan Industrial Co Ltd
Priority date: 2013-07-10
Filing date: 2013-07-10
Publication date: 2013-10-30

Abstract

本发明公开了一种烟草专用可降解固体地膜及其制备方法，该可降解固体地膜由以下原料组分制成：腐植酸、粘合物、活化剂、交联剂、玻化微珠、可溶性肥料；制备方法是先将腐植酸用活化剂进行活化改性，得到改性混合物；在所得的改性混合物中加入交联剂和粘合物，加热搅拌发生交联反应；交联反应完成后，在反应混合物中加入玻化微珠和水溶性肥料，搅拌均匀，得到原粉；将原粉兑水后，继续搅拌至胶稠状，倒入模具，自然风干后，即得到可降解固体地膜；该制备方法简单、快速，成本低，可以工业化生产，制得的可降解固体地膜既具有传统地膜的保温、保水作用，又具有改良土壤的作用，特别是该可降解固体地膜降解性好，在烟草生育期可以降解80%以上，降解后的物质可促进烟草中后期的生长发育，有增强烟草的抗病性和改善烟叶的品质等作用。

Description

一种烟草专用可降解固体地膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种土壤覆盖地膜，特别涉及一种烟草专用可降解固体地膜及其制备方法，属于农业新技术及环境保护的技术领域。

技术背景

地膜覆盖栽培技术是农业生产的重要手段，塑料地膜覆盖作物根层可起到增温、节水的作用，促进作物的早熟和增产，是一种具有较高经济效益的栽培方法。其机理是在土壤覆盖带中形成一个相对独立的水分循环系统，该系统与大气间存在着水分交换和热量交换，并对水分交换和热量交换进行了有效的控制。该项技术在世界上已成为应用面积广、行之有效的节水保墒技术。

但随着塑料地膜的应用量和使用年限的不断增加，大量残留在土壤中的地膜所造成的“白色污染”，不但严重影响了农业生产的正常进行，而且对农业环境的安全与健康也构成了巨大的威胁。一些生产厂家为降低成本，使得产品规格越来越薄（<0.008mm），造成地膜的强度较低且易破碎，并且在使用之后难以回收，从而导致土壤中残膜的污染越来越严重。残留量平均为60kg.hm^-2，最高达135kg.hm^-2。

据研究结果，残膜在土壤中可残存200-400年，长时间内累计污染是残膜污染的最大特点。由于缺乏有力的回收措施，导致覆膜年限越长，污染越严重。而塑料残留薄膜主要分布在0-20cm耕作土层中，残留薄膜破坏了土壤结构，降低了耕地质量，从而影响作物正常发育，进而导致作物的减产，同时残留薄膜还会影响正常农事操作，带来农田生态景观的视觉污染，家畜误食危害，燃烧产生氯化氢和二噁英等有害气体等一系列生态环保的问题。

针对塑料残膜带来的污染问题，应当实行严格的标准化生产，规范地膜产品的质量，大力推广和应用节约型地膜，减少地膜的投入量，加强地膜回收技术的研究等。而研制出可降解、无污染的地膜新材料才是根治残膜污染的理想途径。

近年来，有很多科学工作学着手研究液体地膜的生产，可降解的液体地膜虽然比塑料地膜更易操作，具有符合环保的要求，但依然存在着缺点，如成膜效果差、耐水性差或成本过高等，只适宜在大棚或干旱地区推广应用。液体地膜需人工喷洒，喷洒的厚度常常不均一，而且要喷洒在全部地表面，容易造成原料浪费。

发明内容

本发明针对现有技术中的塑料地膜存在着二次污染、成膜效果差、耐水性差、成本过高，不适宜推广应用等缺点，目的是在于提供了一种低成本、低污染，有利于提高烟草栽培和耕作效率的烟草专用可降解固体地膜，该可降解固体地膜覆盖于烟草作物根层土壤上，降解性能好，降解后的物质可促进烟草中后期的生长发育，有增强烟草的抗病性和改善烟叶的品质等作用，为农田可持续生产提供帮助，可以广泛推广使用。

本发明的另一个目的是在于提供一种简单、快速，低成本制备上述烟草专用可降解固体地膜的制备方法。

本发明提供了一种烟草专用可降解固体地膜，该可降解固体地膜由以下质量百分比原料组分制成：腐植酸40%～60%，粘合物15%～30%，活化剂2～5%，交联剂5%～10%，玻化微珠2%～5%，可溶性肥料5%～15%。

所述的活化剂为NaOH、KOH中的一种或两种。

所述的交联剂为尿素、硼酸、硼砂中的一种或几种。

所述的粘合物为羧甲基纤维素、羟乙基纤维素一种或两种。

所述的可溶性肥料可根据不同烟草品种的需肥规律而配置。

所述的可溶性肥料为氮肥、钾肥、磷肥、促根剂中的一种或几种。

所述的氮肥为硫酸铵、硝酸铵、碳酸铵中一种或几种；所述的钾肥为氯化钾、硝酸钾、磷酸二氢钾一种或几种；所述的磷肥为磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸二氢钾中一种或几种；所述的促根剂为海藻酸钠、复硝酚钠、黄腐酸一种或几种。

本发明还提供了一种如上所述的可降解固体地膜的制备方法，该制备方法是各原料组分均按质量百分比加入，先将腐植酸用活化剂进行活化改性，得到改性混合物；在所得的改性混合物中加入交联剂和粘合物，加热到60～80℃，搅拌发生交联反应；交联反应完成后，在反应混合物中加入玻化微珠和水溶性肥料，搅拌均匀，得到原粉；将原粉兑水后，继续搅拌至胶稠状，倒入模具，自然风干后，即得到可降解固体地膜。

所述的活化改性时间为10～30min。

所述的交联反应时间为0.5～1.5h。

上述方法中水的兑入量为原粉质量的2～4倍。

上述方法中模具制作出来的可降解固体地膜厚度为2mm～8mm。

所述的模具为圆饼形，半径为25cm～50cm，中间有一小孔，同心圆半径为2cm～5cm。

本发明的可降解固体地膜的制备方法，包括以下步骤：

1）按质量百分比称取各原料组分：腐植酸、羧甲基纤维素、活化剂、交联剂、玻化微珠、可溶性肥料，备用；

2）将在腐植酸中加入活化剂粉末，在室温下，搅拌10～30min进行活化，得到改性混合物，待用；

3）将步骤2）所制的改性混合物，在缓慢搅拌的条件下，加热到60～80℃，搅拌2～10min后，将将交联剂和粘合物加入到反应器，保持温度，搅拌发生交联反应0.5～1.5h；

4）在步骤3）的交联反应产物中加入玻化微珠和水溶性肥料后，搅拌10～30min，得到原粉，再按照原粉质量的2～4倍加入水，搅拌至胶稠状，立即倒入模具，将模具置于空旷场地使混合物自然风干，即可得厚度为2mm～8mm的可降解固体地膜。

本发明的可降解固体地膜的使用方法是：在烟草苗期的时候，将制成的圆饼状地膜直接覆盖在土壤上，植株在地膜中间圆孔处伸出生长；覆盖后浇入一定的水，使地膜与土壤产生良好的粘结作用。

本发明的有益效果：本发明以腐植酸为原料，用活化剂进行活化改性，将难溶性的腐植酸中的大分子化合物转化为可溶性小分子化合物，制成固体地膜后，这些小分子化合物随水分等慢慢渗入土壤，能很好地改良土壤结构、提高土壤肥力，为烟草生长提供营养成分，有利于烟草的茁壮成长和烟草的品质的提高；同时交联剂和粘结剂能很好地固定地膜的各组分，且有利于固体地膜保水保熵，同时，固体地膜所用的原料都为可降解物质，减少环境污染；经过大量的盆栽试验和田间试验，结果表明该可降解固体地膜具有以下有益效果：

在烟草伸根期，固体地膜使用效果可以达到传统塑料地膜使用效果的80%，在旺长期以后，固体地膜使用效果超过塑料地膜使用效果；固体地膜可以克服现有液体地膜的不少缺点，容易操作，不易随雨水冲刷而流失，而且有涵养水分的作用，提高了土壤水分利用效率；固体地膜的降解物对环境危害小，供烟草根系吸收后，可增强烟草生育中后期的抗病性，提高烟叶产量和质量；实验还表明：土壤微生物数量显著增加，固体地膜覆盖有改良土壤的功效。

附图说明

【图1】为本发明的可降解固体地膜盆栽试验：左为固体地膜处理；右为塑料地膜处理。

【图2】为可降解固体地膜的田间应用。

【图3】为塑料薄膜与本发明可降解固体地膜对烟草生长的影响（伸根期）。

【图4】为不同覆盖材料对烟草生长发育的影响（成熟期）。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，为可从商业途径得到的试剂和材料。

以下实施例1～3都以1000重量份固体地膜予以说明。

实施例1

1）将400份腐植酸和50份氢氧化钠倒入搅拌器中，温度为室温，搅拌15分钟，即得腐植酸类改性混合物。

2）往腐植酸类改性混合物中依次加入300份羧甲基纤维素、25份硼酸、25份尿素。温度控制在60℃，搅拌交联30分钟，搅拌混匀，即得腐植酸类粘结物。

3）逐渐降低腐植酸类粘结物温度到室温，依次加入50份玻化微珠、50份硫酸铵、46份磷酸二氢铵、50份硝酸钾、2份海藻酸钠、2份黄腐酸。不断搅拌混匀，30分钟后即得固体地膜原粉。

4）按固体地膜原粉质量3倍加入3000份自来水，搅拌至胶稠状，立即倒入模具，将模具置于空旷场地使混合物自然风干，即可得厚度为2mm的可降解固体地膜。

实施例2

1）将545份腐植酸和33份氢氧化钠倒入搅拌器中，温度为室温，搅拌15分钟，即得腐植酸类改性混合物。

2）往腐植酸类改性混合物中依次加入103份羧甲基纤维素、43份羟乙基纤维素、33份硼酸、33份硼砂、66份尿素。温度控制在80℃，搅拌交联60分钟，搅拌混匀，即得腐植酸类粘结物。

3）逐渐降低腐植酸类粘结物温度到室温，依次加入33份玻化微珠、29份硫酸铵、7份硝酸铵、18份磷酸氢二铵、22份磷酸二氢铵、33份氯化钾、1份海藻酸钠、1份复硝酚钠。不断搅拌混匀，30分钟后即得固体地膜原粉。

4）按固体地膜原粉质量3倍加入3000份自来水，搅拌至胶稠状，立即倒入模具，将模具置于空旷场地使混合物自然风干，即可得厚度为5mm的可降解固体地膜。

实施例3

1）将600份腐植酸和20份氢氧化钠倒入搅拌器中，温度为室温，搅拌15分钟，即得腐植酸类改性混合物。

2）往腐植酸类改性混合物中依次加入180份羟乙基纤维素、34份硼砂、66份尿素。温度控制在70℃，搅拌交联90分钟，搅拌混匀，即得腐植酸类粘结物。

3）逐渐降低腐植酸类粘结物温度到室温，依次加入20份玻化微珠、23份磷酸氢二铵、22份磷酸二氢钾、33份氯化钾、1份海藻酸钠、1份复硝酚钠。不断搅拌混匀，30分钟后即得固体地膜原粉。

4）按固体地膜原粉质量3倍加入3000份自来水，搅拌至胶稠状，立即倒入模具，将模具置于空旷场地使混合物自然风干，即可得厚度为8mm的可降解固体地膜。

采用盆栽法研究实施例2制备的固体地膜在烟草上的应用效果：

对固体地膜物理性能进行了测试，测试样品从样品上切取，拉伸试样为1B型哑铃状，测试速率为10mm/min），测定结果为：密度1.35g/cm³（GB/T6343-2009），拉伸强度0.38MPa（GB/T1040.2-2006），断裂伸长率14.5%（GB/T1040.2-2006），简支梁无缺口冲击强度7.6kJ/m2（GB/T1043.1-2008）。

固体地膜的降解效率测试，通过称重测量，降解前固体地膜1000g，田间或盆栽铺设使用，经历四个月后，剩200±5g。

基质为华南农业大学试验基地土壤,土壤基础养分含量为有机质0.33%,碱解氮30.1mg.kg^-1,有效磷3.31mg.kg^-1,速效钾21.1mg.kg^-1,pH4.12。基肥采用烟草专用复合肥(含N110g.kg^-1,K₂O360g.kg^-1)、钙镁磷肥、过磷酸钙,追肥采用硝铵和硫酸钾,固定氮素用量5g.株^-1,N:P₂O₅:K₂O=1:1:3。移栽期为2012年1月5日,调查时间2012年2月6日。试验设2个处理，固体地膜和塑料地膜（见图1）。应用效果见表1和表2。

表1盆栽固体地膜与塑料地膜对烤烟生理及植烟土壤特性的影响

表2盆栽固体地膜与塑料地膜对烤烟生长发育指标的影响

小区试验法研究实施例2制备的固体地膜在烟草上的应用效果：

试验在中国烟草长沙技术中心(浏阳)烟草科学研究所进行,供试品种为K326和湘烟4号(Nicotiana tabacumL.),将种子播在烟草专用育苗漂浮盘中,置于日光大棚温室营养液床中漂浮培养,营养液为烟草专用育苗营养液,当温度超过32℃时揭膜通风。待第6片真叶展开时移植到大田中。

小区面积为土壤基础养分含量为有机质25.6g.kg^-1,碱解氮182.7mg.kg^-1,有效磷36.1mg.kg^-1,速效钾207.9mg.kg^-1,pH6.81。基肥采用烟草专用复合肥(含N110g.kg^-1,K₂O360g.kg^-1)、钙镁磷肥、过磷酸钙,追肥采用硝铵和硫酸钾,固定氮素用量8g.株^-1,N:P₂O₅:K₂O=1:1:3。移栽期为2013年3月31日,追肥时间为2013年4月10日，揭膜时间2013年4月21日。试验设2个处理，固体地膜和塑料地膜。小区面积为4.2m×15m=63m²，种植烟草的行株距为0.6m和0.5m。

1.大田两种覆盖材料对植烟土壤理化指标的影响。

塑料地膜和固体地膜碱解氮分别为112.4mg.kg^-1和106.7mg.kg^-1,有效磷分别为84.5mg.kg^-1和67.3mg.kg^-1，速效钾分别为412.64mg.kg^-1和522.99mg.kg^-1，有机质分别为28.96g.kg^-1和21.29g.kg^-1，pH分别为6.6和6.0。

2.大田两种覆盖材料对根层土壤积温的影响（见表3）。

表3大田不同覆盖材料对烟草根层土壤温度的影响（23d）积温（℃）

3.大田两种覆盖材料对烟草生长发育指标的影响（见表4和表5，图3和图4）。

表4大田不同覆盖材料对烟草地上部生长指标的影响

表5大田不同覆盖材料对烟草地下部生长指标的影响

Claims

1.一种烟草专用可降解固体地膜，其特征在于，由以下质量百分比原料组分制成：腐植酸40%～60%，粘合物15%～30%，活化剂2～5%，交联剂5%～10%，玻化微珠2%～5%，可溶性肥料5%～15%。

2.根据权利1所述的可降解固体地膜，其特征在于，所述的活化剂为NaOH、KOH中的一种或两种。

3.根据权利1所述的可降解固体地膜，其特征在于，所述的交联剂为尿素、硼酸、硼砂中的一种或几种。

4.根据权利1所述的可降解固体地膜，其特征在于，所述的粘合物为羧甲基纤维素、羟乙基纤维素一种或两种。

5.根据权利1所述的可降解固体地膜，其特征在于，所述的可溶性肥料为氮肥、钾肥、磷肥、促根剂中的一种或几种。

6.根据权利5所述的可降解固体地膜，其特征在于，所述的氮肥为硫酸铵、硝酸铵、碳酸铵中一种或几种；所述的钾肥为氯化钾、硝酸钾、磷酸二氢钾一种或几种；所述的磷肥为磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸二氢钾中一种或几种；所述的促根剂为海藻酸钠、复硝酚钠、黄腐酸一种或几种。

7.一种根据权利1～6任意一项所述的可降解固体地膜的制备方法，其特征在于，各原料组分均按质量百分比加入，先将腐植酸用活化剂进行活化改性，得到改性混合物；在所得的改性混合物中加入交联剂和粘合物，加热到60～80℃，搅拌发生交联反应；交联反应完成后，在反应混合物中加入玻化微珠和水溶性肥料，搅拌均匀，得到原粉；将原粉兑水后，继续搅拌至胶稠状，倒入模具，自然风干后，即得到可降解固体地膜。

8.根据权利7所述的制备方法，其特征在于，所述的活化改性时间为10～30min。

9.根据权利7所述的制备方法，其特征在于，所述的交联反应时间为0.5～1.5h。

10.根据权利7所述的制备方法，其特征在于，水的兑入量为原粉质量的2～4倍。

11.根据权利7所述的制备方法，其特征在于，模具制作出来的可降解固体地膜厚度为2mm～8mm。