CN103387832A - 一种烟草专用可降解液体地膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烟草专用可降解液体地膜及其制备方法，该可降解液体地膜由以下原料组分制成：腐植酸、成膜剂、活化剂、交联剂、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；将所得改性混合物研磨后，加入成膜剂和交联剂，在55～65℃进一步研磨并发生交联反应；交联反应完成后，在所得的交联反应产物中加入可溶性肥料后，搅拌均匀，得到原粉；所得原粉直接兑水后，喷洒在地表成膜；其制备方法简单、快速，成本低，可以工业化生产，制得的可降解液体地膜具有可抑制土壤水分蒸发，起到保水保墒、改良土壤的作用，并可提高烟叶产量和质量并减少“白色污染”，可以推广使用。

Description

一种烟草专用可降解液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液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

地膜覆盖应用在我国的现状：塑料地膜覆盖栽培技术自1979年在我国辽宁省引入烟草栽培以来,迅速在全国植烟区推广,目前塑料地膜覆盖面积已达烟田面积的60%以上，已成为大多数烟区优质适产的主要栽培措施之一。因为烟苗覆盖地膜后产量和质量都得到明显的提高，因此时至今天，地膜仍被大面积的使用。由于中国的西北地区干旱情况严重，沙漠化土地面积的迅速扩张，造成环境恶化和巨大的经济损失。干旱缺水是世界性难题，高效利用水资源是21世纪农业持续发展的重要技术。而生产实践证明，地膜覆盖栽培具有显著而稳定的聚水、保墒、保温作用，提高作物有效耗水比，节水抗旱等优点，是一项高效利用水资源的措施。

塑料地膜对环境的危害：塑料地膜覆盖栽培技术在农业生产中发挥了极其重要的作用。然而，塑料地膜在作物生产中的长期应用已导致严重的白色污染。目前,我国农用地膜的残留量相当严重,每年残存于土壤中的农膜占总量的10%左右。传统的塑料地膜使用后降解性差，残留的碎片阻碍了水分的渗透，导致土壤含水量的下降，削弱了耕地的抗旱能力，引起土壤次生盐碱化等后果。另外残膜主要成分为高分子化合物，长期滞留在土壤中影响土壤透气性等理化性状，阻碍土壤水肥的运输，影响土壤间生物活动和正常土壤结构的形成，从而降低土壤肥力，影响作物根系的发育，导致作物减产。

当前液体地膜的研究状况：液体地膜是一种新开发研制的有机化合物，主要成分包括母体、成膜剂、活化改性剂、交联剂等，兑水后施用可在土壤表面形成一层薄膜，类似于塑料薄膜，其作用与塑料薄膜相似。1986年，多功能可降解液体地膜开始在我国北方干旱、半干旱地区的土壤上应用，其保墒、增温、增产和减少水土流失效果得到了肯定，推动了我国液体地膜的开发和应用。近年来，有很多科学工作者着手研究液体地膜的生产，不过一些液体地膜存在着二次污染、成膜效果差、耐水性差或成本过高等缺点，不适宜推广应用。如发明专利公布说明书CN1935878公布的液体地膜由淀粉接枝丙烯酸聚合物为材料，虽然具有一定的保水性，但存在着成膜系数低，保温性能一般的局限性。如发明专利公布说明书CN1088229提出的以聚乙烯醇为原料的地膜，其降解效果差，重利用率低。如发明专利公布说明书CN101255275提出的以沥青为主要原料就容易造成土壤的二次污染，不利于环境的可持续发展。如公开号为CN1464029A所述的液体地膜所用的壳聚糖和胶原蛋白价格较高，增加了产品的成本。

烟草作为一种嗜好性经济作物，在我国栽培历史悠久，良好的烟叶原料为卷烟工业的稳定可持续发展奠定了良好的基础，同时更重要地是为国家和地方经济建设做出了重要贡献。我国烟草种植广泛，2012年统计，全国烟草落实种植面积已达2118万亩。烟草塑料地膜覆盖栽培技术曾经并正在发挥着它应有的积极效应的同时，也不可避免地产生了一些弊端，造成土壤生态环境恶化，给烟草的产量和品质形成造成了不利影响。随着现代石油化学工业的发展和新材料、新技术的不断涌现，传统的覆盖物也逐渐被新型覆盖物所取代。因此，为了更好地改良烟草覆盖栽培措施，以实现烟草优质、高产的生产目标和减少对环境的污染、实现人与自然可持续发展，研制出一种可降解的新型地膜具有重要的意义。

发明内容

本发明针对现有技术中的液体地膜存在着二次污染、成膜效果差、耐水性差或成本过高等缺点，且不适宜推广应用，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液体地膜，该可降解液体地膜覆盖于烟草作物根层土壤上，具有增温保墒性能，降解后产物具有增肥、除草、杀虫、改良土壤等性能，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液体地膜的制备方法。

本发明提供了一种烟草专用可降解液体地膜，该可降解液体地膜由以下质量百分比原料组分制成：腐植酸50%～70%，成膜剂20%～30%，活化剂1%～3%，交联剂4%～9%，可溶性肥料3%～14%。

所述的活化剂为NaOH、KOH中的一种或两种。

所述的成膜剂为淀粉、水玻璃中的一种或两种。

所述的交联剂为尿素、硼酸、硼砂中的一种或几种。

所述的可溶性肥料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烟草专用可降解液体地膜的制备方法，该制备方法是各原料组分按质量百分比加入，先将腐植酸用活化剂进行活化改性，得到改性混合物；将所得改性混合物研磨后，加入成膜剂和交联剂，在55～65℃进一步研磨并发生交联反应；交联反应完成后，在所得的交联反应产物中加入可溶性肥料，搅拌均匀，得到原粉；所得原粉直接兑水后，喷洒在地表成膜。

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。

所述的原粉先用1.2～1.8体积的水混合成浆状物，再加入浆状物4～5倍体积的水搅拌成混合溶液。

上述方法中改性混合物研磨时间为10～30min。

本发明的烟草专用可降解液体地膜的制备方法，包括以下步骤：

1）按质量百分比称取各原料组分，备用；

2）将腐植酸和活化剂倒入研磨机中，温度为室温，研磨10～30min，即得改性混合物；

3）往步骤2）所得改性混合物中加入成膜剂和交联剂，温度控制在55～65℃，研磨0.5～1.5h，发生交联反应，即得交联产物；

4）逐渐将交联产物温度降至室温，加入可溶性肥料后，即得液体地膜原粉；

5）将步骤4）所得原粉先用1.2～1.8倍体积的水混合成浆状物，再加入浆状物4～5倍体积的水搅拌成混合溶液，直接喷洒在地表成膜。

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，制成液体地膜后，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；同时交联剂和成膜剂能很好地固定地膜的各组分，且有利于液体地膜成膜后具有保水保熵的功能，同时，液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，结果表明该可降解液体地膜具有以下有益效果：

（1）可抑制土壤水分蒸发，起到保水保墒的作用，移栽后10天效果较为明显；

（2）具有改良土壤的作用，与普通塑料地膜相比，使用后能明显提高土壤中微生物数量，使土壤理化性质更趋优良，从而促进烟株生长；

（3）植烟土壤覆盖液体地膜后能明显促进烟草的生长发育，达到增产的效果，在移栽后初期，液体地膜覆盖对烟株生长影响效果达到普通塑料地膜覆盖水平。

附图说明

【图1】为不同覆盖处理后土壤的含水率比较；图中数据为平均值±SE。

【图2】为不同覆盖处理后土壤过氧化氢酶活性的比较（30天）；图中数据为平均值±SE，条形柱上所标字母不同表示差异显著（P<0.05）。

【图3】为不同覆盖处理后土壤微生物碳的含量比较：图中数据为平均值±SE，条形柱上所标字母不同表示差异显著（P<0.05）。

【图4】为不同覆盖处理后土壤微生物氮的含量比较：图中数据为平均值±SE，条形柱上所标字母不同表示差异显著（P<0.05）。

【图5】为不同地膜覆盖对烟草根系生长的影响。

【图6】为不同覆盖材料的烟草根系活力差异。

【图7】为地膜覆盖对烟草地上部的影响。

【图8】为不同处理对烟草地上部生长状况的影响：a、b和c分别为不同处理下10d、20d和30d烟草生长的情况。

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。

以下实施例都以1000重量份液体地膜予以说明。

实施例1

1）将500份腐植酸和10份氢氧化钠倒入研磨机中，温度为室温，研磨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份淀粉、25份硼酸、35份尿素。温度控制在55℃研磨30分钟，发生交联反应，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30份硫酸铵、50份磷酸二氢铵、50份硝酸钾。即得液体地膜原粉。

4）将原粉先用1200重量份的水混合成浆状物，再加入8400重量份的水搅拌成混合溶液，即可得可降解液体地膜。

实施例2

1）将600份腐植酸和20份氢氧化钠倒入研磨机中，温度为室温，研磨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250份水玻璃、30份硼砂、60份尿素。温度控制在60℃研磨60分钟，发生交联反应，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10份硫酸铵、10份磷酸二氢铵、20份氯化钾。即得液体地膜原粉。

4）将原粉先用1500重量份的水混合成浆状物，再加入11250重量份的水搅拌成混合溶液。即可得可降解液体地膜。

实施例3

1）将700份腐植酸和30份氢氧化钾倒入研磨机中，温度为室温，研磨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100份淀粉、100份水玻璃、15份硼酸、15份硼砂、10份尿素。温度控制在65℃研磨90分钟，发生交联反应，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10份硝酸铵、10份磷酸氢二铵、10份氯化钾。即得液体地膜原粉。

4）将原粉先用1800重量份的水混合成浆状物，再加入14000重量份的水搅拌成混合溶液。即可得可降解液体地膜。

采用盆栽法研究实施例2制备的液体地膜在烟草上的应用效果：

液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。

花盆直径为22cm，高为16cm，每盆装土15kg，供试土壤为黄壤土，取自湖南省浏阳市官渡镇烟稻轮作田，土壤经自然晾干，过5mm筛后用于本试验。土壤基本理化性质如下：有机质1.23%，碱解氮130.5mg/kg，速效磷33.6mg/kg，速效钾105.2mg/kg，土壤pH5.7。供试品种为烤烟品种K326（Nicotiana tabacumL.），将该品种进行飘浮育苗后，置于日光温室营养液床中漂浮培养。营养液为湖南省烟草专用育苗营养液，当温度超过32℃时,揭膜通风，第6片真叶展开时移植到花盆中。盆栽土壤中基肥包括：硝酸钾15g，钙镁磷肥12g，烟草专用肥(含N110g.kg^-1,K₂O360g.kg^-1)30g。追肥采用硝铵和硫酸钾,固定氮素用量为每株5g,N:P₂O₅:K₂O=1:1:3，移栽期为2012年10月25日,追肥时间为2012年11月5日。

试验设置四组对照，盆栽各定植一株烟草，处理时长分别为10d、20d、30d，每组处理各设置3个重复，处理后测定各时期的指标。试验在10月下旬到11月下旬进行，期间平均温度在20℃，阴雨天气达28d。日常管理按田间管理进行。处理一为裸地对照（CK）；处理二为透明白色塑料薄膜覆盖；处理三为黑色塑料薄膜覆盖；处理四为液体地膜覆盖,喷洒成膜厚度:2mm。

取样根系为10d、20d、30d时烟苗的全部根系，为破坏性取样，土壤为烟苗根际的土壤。测定指标包括植株根系鲜重、主根长、一级侧根根数、二级侧根根数、根系活力；土壤微生物碳、氮含量和土壤含水量、土壤过氧化氢酶活性，以及整株烟草的生长情况（茎高，茎围，地上部干重、最大叶面积）。

1.不同地膜覆盖对土壤含水量的影响

试验测定的含水率为土壤的绝对含水率，采用差减法进行测定。由图1可知，地膜覆盖后，土壤中的含水率均比对照明显提高，烟苗移栽10d时，液体地膜与透明地膜和黑色地膜保水量相当，在23.5%左右，但随移栽天数的增加，其它3个处理土壤含水量没有明显变化，但液体地膜处理的土壤含水率有明显下降趋势，移栽30d后，含水量下降至15.0%，与20d前的土壤含水量18.7%达显著差异。由图1可以看出，各处理保水能力由大到小依次为：黑色地膜=透明地膜>液体地膜>CK。

2不同地膜覆盖对土壤酶活性的影响

过氧化氢广泛存在于生物体和土壤中是由生物呼吸过程和有机物的生物化学氧化反应的结果产生的这些过氧化氢对生物和土壤具有毒害作用。与此同时在生物体和土壤中存有过氧化氢酶能促进过氧化氢分解为水和氧的反应H₂O₂→H₂O+O₂，从而降低了过氧化氢的毒害作用。过氧化氢酶能解除由生物呼吸和生物化学反应而产生的过氧化氢的毒害，参与土壤中物质和能量转化，其活性表示土壤腐质化强度大小和有机质积累程度。由图2可见，移栽30d后，液体地膜覆盖后的土壤中过氧化氢酶显著高于其它各处理，为1.9ml(0.1mol/L KMnO₄)/(h·g)，而其它各处理差异不明显。由此推断，液体地膜处理的土壤有机质含量和土壤微生物活性均较其它各处理要高。

3.不同地膜覆盖对土壤中微生物含量的影响

土壤微生物是所有进入土壤中有机物质的分解者和转化者。土壤中碳和氮的转化主要是在微生物参与下进行的。

由图3可见，移栽初期，10d时，液体地膜与其它各处理微生物碳含量没有明显差异，但随着移栽后天数的增加，20d时液体地膜处理较其它各处理有明显差异，为691.1mg/kg，30d时，土壤中微生物碳含量比其它各处理高接近1倍，达到998.6mg/kg，由此表明液体地膜可使土壤中微生物量大幅度得到增加，土壤微生物数量高于其它处理。

由图4可见，液体地膜处理明显增加土壤微生物量氮，在移栽后第10d时，液体地膜处理的微生物量氮比其它各处理高1倍，为93.2mg/kg，随着移栽天数的增加，在20d时，液体地膜覆盖处理微生物量氮比其它各处理高3倍多，为138.9mg/kg，在30d时，液体地膜覆盖处理微生物量氮比其它各处理高3倍多，为154.0mg/kg，透明塑料地膜与黑色塑料地膜与对照相比，没有显著增加土壤微生物量氮。

4不同地膜覆盖对烟草根系发育的影响

表1不同覆盖处理烟草根系各指标比较

注：同一处理时间同一列不同字母表示差异达到显著水平（P<0.05）。下同。

由表1可知，液体地膜与塑料地膜覆盖主根均比对照根系主根长，且根系鲜重、一级侧根数和二级侧根数明显多于对照，但液体地膜处理根系各指标比黑色地膜和透明地膜要小。由图5和图6可见，不同地膜覆盖对烟草根系活力的影响，影响趋势与对根系生长指标影响相对应，总体上，不同地膜覆盖对烟草根系生长影响由大到小为黑色地膜>透明地膜>液体地膜>对照。

5．地膜覆盖对烟草地上部的影响

由图7和表2可知，地上部各指标覆盖处理均比对照要好，移栽10d时，对株高、茎围、最大叶面积、地上部干重影响大小为黑色地膜>透明地膜>液体地膜>对照，移栽20d时，对株高影响大小为黑色地膜>透明地膜>液体地膜>对照，对茎围影响大小为黑色地膜=透明地膜>液体地膜>对照，对最大叶面积和地上部干重影响大小为透明地膜>黑色地膜>液体地膜>对照；移栽30d时，对茎高影响大小为液体地膜透明地膜黑色地膜对照，对茎围影响大小黑色地膜=透明地膜>液体地膜>对照，对最大叶面积、地上部干重影响大小为透明地膜>黑色地膜>液体地膜>对照。由此可知，在移栽初期，液体地膜覆盖处理对烟株的茎高、茎围、最大叶面积、地上部干重较黑色地膜处理小，而与透明地膜处理差异不显著，但随着移栽天数的增加，透明地膜对烟草地上部生长发育指标影响最大，好于其它各处理。总体上，不同覆盖处理对烟草地上部生长的影响大小为透明地膜>黑色地膜>液体地膜>对照。图8为移栽后不同天数覆盖处理对烟草地上部生长影响图片。

表2不同覆盖对烟草地上部各指标的影响

Claims (10)

1.一种烟草专用可降解液体地膜，其特征在于，由以下质量百分比原料组分制成：腐植酸50%～70%，成膜剂20%～30%，活化剂1%～3%，交联剂4%～9%，可溶性肥料3%～14%。

2.根据权利1所述的可降解液体地膜，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所述的可降解液体地膜，其特征在于，所述的成膜剂为淀粉、水玻璃中的一种或两种。

4.根据权利1所述的可降解液体地膜，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。

5.根据权利1所述的可降解液体地膜，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所述的可降解液体地膜，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任意一项所述的烟草专用可降解液体地膜的制备方法，其特征在于，各原料组分按质量百分比加入，先将腐植酸用活化剂进行活化改性，得到改性混合物；将所得改性混合物研磨后，加入成膜剂和交联剂，在55～65℃进一步研磨并发生交联反应；交联反应完成后，在所得的交联反应产物中加入可溶性肥料，搅拌均匀，得到原粉；所得原粉直接兑水后，喷洒在地表成膜。

8.根据权利要求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.根据权利要求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.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述的原粉先用1.2～1.8体积的水混合成浆状物，再加入浆状物4～5倍体积的水搅拌成混合溶液。

Images