CN109135313B - 一种抑草秸秆生物质基降解地膜及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抑草秸秆生物质基降解地膜及应用，该降解地膜是通过如下方法获得的：S1：秸秆生物预处理，将黄孢原毛平革菌与娄彻氏链霉菌复配后接种到秸秆上，调节物料体系碳氮比和含水率，进行有氧发酵；S2：秸秆纤维软化及拆解分离，将预处理后的秸秆纤维软化、拆解至纤维长度为0.5~2cm；S3：秸秆生物质基地膜的成型，将秸秆纤维、木浆、甲基纤维素、海藻酸钠、明胶、聚酰胺环氧氯丙烷树脂、烷基烯酮二聚体、聚丙烯酰胺、丙三醇、烯基琥珀酸酐接枝淀粉胶黏剂、生物炭，混合均匀，真空脱水、压榨、干燥成型，即获得所述抑草秸秆生物质基降解地膜；该降解地膜可应用于水稻育秧领域。

Description

一种抑草秸秆生物质基降解地膜及应用

技术领域

本发明涉及可降解产品制备领域，特别涉及一种抑草秸秆生物质基降解地膜及应用。

背景技术

我国是农业种植大国，水稻的产量和安全直接关系到国民体质的健康安全，每年种植面积在0.28~0.30亿hm²，占全球种植面积的22%之多。直播稻将种子直接播种在大田中，稻种和杂草种同时萌发，直播稻田杂草生育进程与水稻基本同步，且田间杂草种类多、密度大、发生期长，危害严重。同时，直播稻播种后普遍习惯采用湿润管理，利于杂草的繁殖生长，草相复杂，除草难度大。因此，成功防除草害已成为直播水稻栽培关键环节之一。

杂草防除是水稻栽培的关键技术。在印度，直播稻田的禾本科杂草占总杂草生物量的75％以上。据Abemathyt 估计，若不使用化学除草剂，直接和间接地造成水稻产量、质量的损失将达70％，因而化学防除杂草在稻田杂草防除中起重要作用。在直播稻杂草控制中，部分农户想当然地多用药、乱用药，既增加用药、用工成本且防除效果较差，同时带来严重环境污染问题。因此，在农村劳动力短缺短期难以缓解、机插秧技术短期难以全面推广的前提下，探索建立高效低碳环境友好型直播稻控草技术，显得十分迫切和必要。

自1979年从日本引进地膜覆盖栽培技术以来，为我国农业高效发挥重要作用。但由于残留农用地膜回收率低，土壤中残膜量逐渐增加，极易造成地膜污染。传统地膜原料主要为厚度0.008mm超薄聚乙烯和聚氯乙烯，分子量高，结构致密，在土壤中需几百年时间才能够降解，不易被降解和回收利用，残留地膜自然状态下可在土壤中存留200年以上，给农业生产和环境带来系列危害。据统计，我国每年残存在田野、土壤、沟河中的塑料薄膜至少占供应总量的10%，现累计残存量已达千万吨以上（张燕杰，农用纤维素薄膜的制备与性能研究，江南大学，2012）。废弃在农田里的农膜碎片及其他塑料垃圾不但给田间管理带来不便，且残留地膜进入土壤后，破坏土壤耕作层结构，导致土壤板结，影响土壤通透性及水分上下输导，阻碍植物吸收水分及种子的发芽生长，造成作物根系生长发育不良，导致农作物减产，甚至会影响到农作物的品质。因此，寻找可生物降解地膜材料已成为当今农业膜材料领域研究热点。

中国已公开的专利中，专利CN107815008A公开一种农业种植可降解地膜及其制备方法，该发明原料组成采用低密度聚乙烯、降解母料、酚醛树脂、聚碳酸酯及其他助剂吹塑而成；专利CN107759993A发明一种能抑制杂草生长的全生物降解地膜母料，将除草剂负载至载体树脂上，通过双螺杆挤出机造粒，再吹塑薄膜；中国专利CN107915868A公开一种利用水稻秸秆制备地膜的方法，该方法还包括新烟碱类杀虫剂，且秸秆纤维需用乙醇溶液预处理，干燥，再经1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐离子液体进行融化，沉淀抽滤烘干得水稻秸秆纤维；专利CN107266876A公开了一种功能性生物降解地膜及其制备方法，该专利主要成分为聚羟基脂肪酸酯、聚乳酸、己二酸-对苯二甲酸-丁二醇脂共聚物及其他助剂；公开号CN105647218A公开了一种以水稻秸秆、甲基纤维素、卡拉胶、异丙醇、双丙酮丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯、环戊二烯等为原料制备生物质秸秆地膜，该专利采用的是未经预处理的长度为10~15cm的水稻秸秆纤维；专利CN107322957A发明了一种含增强结构的土壤覆盖膜，而这种膜包含不可降解的薄膜、无纺布、编织布等作为增强层。

综合分析以上专利可见，目前研究地膜技术方法较复杂，或采用具有功能降解的聚乙烯，薄膜性能好，但仍存在降解性差的问题；或采用全降解聚乳酸类，成本高且风化或降解时间仍较长；或采用天然植物纤维类为原料，制备可降解地膜过程中加入除草剂或杀虫剂，存在能耗较高、地膜强度低、生物降解缓慢；或采用化学试剂改性后的纤维素，不仅成本高且存在残留试剂影响环境，改性后的纤维素降解缓慢且不完全。传统的制浆造纸工艺主要是以物理与化学方法，在高温高压的强碱条件下对植物原料进行蒸煮，能耗较高，同时化学药品也会产生严重的环境污染。

此外，传统制浆造纸工艺制备方法中，目前多是采用“生物-机械浆”方法将秸秆低成本制浆后，通过添加湿强剂等助剂加工成一种可降解产品。但该方法为了制备高性能浆料的目的，通常秸秆纤维的三大素成分中半纤维素和木质素保留较少，不能做到对秸秆组分的全量利用。

发明内容

鉴于上述内容，申请人针对现有产品中存在的问题或缺陷进行优化和改进，本发明提出一种低能耗且全量利用秸秆纤维制备高强、高韧抑草功能型秸秆生物质基可降解地膜的方法。

本申请以白腐菌和娄彻氏链霉菌作为复配菌种对水稻秸秆纤维进行预腐解，使秸秆三大素初步分解，然后加以软化液处理耦合机械拆解纤维以达到软化疏解秸秆目的，再辅以木浆及其他助剂通过打浆、分散成型、真空脱水、压榨、干燥成降解地膜。该方法在制备过程中，秸秆成分得以全量利用，分散纤维原料间或与胶黏剂间交织紧密，制得地膜韧性好且强度高于常规工艺；同时制备过程中无黑液排放，能耗低于常规工艺，抑草性、环保性、生物降解性能均优于现有秸秆基地膜，制备成本更低，利于市场推广；此外纳米电气石粉的引入，秸秆地膜释放空气负离子和远红外线，缩短农作物的生长期，促使作物丰产。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种抑草秸秆生物质基降解地膜，包括以下步骤：

S1：秸秆生物预处理

将水稻秸秆粉碎至2~5cm长的短茎，自然风干，将白腐菌和娄彻氏链霉菌复配后，接种到水稻秸秆纤维上，接种量为每100g稻秸接种130mg菌丝体，以尿素调节物料体系碳氮比为25~30：1，含水率为65%，使之混合均匀，在固体发酵罐中进行有氧发酵10天，每隔2天翻堆一次，保证有氧发酵。

白腐菌菌丝体的培养：将所用菌种接种到500mL的锥形瓶中（液体培养基：200mL水，其中麸皮、玉米面和硫酸铵的浓度为3%、1%和0.5%，在121℃下灭菌25min），在120r/min的摇床上培养3天，直到菌丝体充分生长，扩散均匀。

进一步，复配菌种为黄孢原毛平革菌与娄彻氏链霉菌，二者鲜重比为1：0.1~1。本申请中，所述鲜重比是指：经4000rpm离心10min后的菌丝体的重量比。

本申请中，白腐菌优选黄孢原毛平革菌（Phanerochate charysosporium），参见文献“黄孢原毛平革菌对玉米秸秆木质素的降解研究”（黄慧，西南大学学报，2011）的报道；娄彻氏链霉菌参见文献“秸秆常温降解菌的筛选及其生长特性研究”（钱玉婷，南京农业大学，2009）的报道。

S2：秸秆纤维软化及拆解分离

将S1步骤预处理后的秸秆与浓度为1%的软化液按照质量体积比（kg/L）1：6比例混合均匀，浸渍软化10-30min；利用两根平行、啮合同向旋转的积木组合式双螺杆拆解机将软化后的水稻秸秆纤维进行轴向挤压和揉搓，拆解成木质丝团，其纤维长度为0.5~2cm，即为拆解纤维；

进一步，上述软化液为尿素与硫脲混合获得的的复配溶液，软化液中，尿素与硫脲摩尔质量比为1：（0.1~0.5），所述软化液浓度优选1%。

进一步，双螺杆拆解机，螺杆直径185mm，螺杆转速360rpm，驱动功率355kw。

S3：秸秆纤维地膜的制备

将S2步骤获得的拆解纤维与木浆混合后，分批次投入装有18kg水的瓦力打浆机中，加入助剂，均质搅拌至叩解度为38±1°SR，经真空脱水、压榨、干燥成型为秸秆生物质基地膜，地膜的重量控制为75g/m²；

所述助剂包括但不限于甲基纤维素、海藻酸钠、明胶、聚酰胺环氧氯丙烷树脂、烷基烯酮二聚体、聚丙烯酰胺、丙三醇、烯基琥珀酸酐接枝淀粉胶黏剂、生物炭；

上述真空脱水、压榨、干燥成型均为本领域的常规技术，具体可以参见文献“都津馨，纸机施胶压榨和干燥部的演进及最新技术，中华纸业，2017”的报道。

进一步，本发明所述抑草秸秆生物质基降解地膜中，步骤S3中还包括占所用纤维总量干质量的0.5~3%的负离子粉，所述负离子粉优选为纳米电气石粉。

进一步，本发明中，所述拆解纤维与木浆干重比值是（7~9.5）：（3~0.5），所述甲基纤维素加入量为拆解秸秆纤维与木浆干重的5~10%，海藻酸钠为0.2~2%、明胶为0.5~2%、聚酰胺环氧氯丙烷树脂为0.5~1.5%、烷基烯酮二聚体0.2~0.6%、聚丙烯酰胺0.1~0.3%、丙三醇为1~3%、烯基琥珀酸酐接枝淀粉胶黏剂液体质量为5~10%、生物炭为0.2~0.5%。

进一步，本发明中，所述烯基琥珀酸酐接枝淀粉胶黏剂是这样合成的：室温下将适量水、玉米淀粉混和，放入反应釜中，在55℃下淀粉乳糊化2h，用质量分数为20%的氢氧化钠溶液调节pH值为9，升温至65℃，加入硫酸亚铁，均匀搅拌后加入双氧水，氧化1h后加入聚乙烯醇和烯基琥珀酸酐进行接枝聚合，85℃下反应1h后加硼砂交联，30min后降至室温，出料。

更进一步，水和玉米淀粉的质量比为2：1，硫酸亚铁、双氧水、聚乙烯醇、烯基琥珀酸酐、硼砂添加量分别为玉米淀粉质量的0.1%、0.6%、2%、1.5%和0.05%。 所述聚乙烯醇在使用前需在95℃下溶成质量分数为12.5%的透明溶液。

本发明同时还提供了通过上述方法获得的抑草秸秆生物质基降解地膜在水稻育秧领域中的应用。

本申请中，生物预处理秸秆及对物料软化和拆解作用对于后续的机械疏解制浆能耗的降低有显著作用。同时由于白腐菌等微生物对于秸秆原料中木质素的初步降解，造成微观构造轻微破坏，迫使秸秆原料结构疏松，代替了原有化学药品的解离作用，一方面对于环境的污染大为减少，另一方面，由于不需要蒸煮这一高耗能生产环节，前期对造纸原料预处理的能耗也大幅降低。且该生物预处理机械制浆方法在生产工艺的操作上相比传统化学制浆更为简化。进一步而言，与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本方法制备的秸秆地膜能够在水稻前期育秧期间（约20-30天）起到抑草效果，35天后诱导降解即可满足现有直播水稻育秧要求。本申请首先利用白腐菌和娄彻氏链霉菌复配菌种对水稻秸秆纤维进行预处理，高效破坏秸秆纤维组织，发酵最初阶段，白腐菌以降解木质素为主，降解过程中，产生大量的营养，可促使娄彻氏链霉菌的繁殖，降解中后期，娄彻氏链霉菌开始同步攻击综纤维素，秸秆细胞壁各组分逐步降解。复配菌种协同作用，不仅对纤维进行可控拆解，降低后续打浆能耗度，且秸秆纤维的三大素成分（纤维素、半纤维素和木质素）含量保持率较高，秸秆全量利用率高于传统堆肥处理。

2、本申请独创性的制备烯基琥珀酸酐接枝改性淀粉胶黏剂，烯基琥珀酸酐分子结构中酸酐活性基团与淀粉分子链上羟基发生酯化反应，从而引入疏水基，同时引入长链烃基，降低分子间作用力，促使改性淀粉胶黏剂具有低黏度，利于其在纸张纤维中的均一渗透。将其与生物质基纤维胶合，固化后形成的胶膜更均匀紧凑，疏水基团有效阻碍水分子进入秸秆地膜，显著改善耐水性能；再者，接枝淀粉胶黏剂合成过程中，烯基琥珀酸酐与聚乙烯醇活性羟基进行部分交联，更加有效提高胶黏剂韧性，进而保证地膜的断裂伸长率和抗拉强度。

3、本申请利用生物/机械处理秸秆纤维作为生物质基地膜的增强材料，含量较高的木质素和晶体结构的纤维素可有效保持地膜的机械性能；同时地膜制备过程中无黑液产生，能耗远低于常规地膜。此外，纳米电气石粉，是多元素的天然矿物，主要化学成分是SiO₂、TiO₂、CaO、K₂O、LiO、Al₂O₃、B₂O₃、MgO、Na₂O、Fe₂O₃、FeO、MnO、P₂O₅，镁、铝、铁、硼等10多种对作物有利的微量元素。由于它是一种结构特殊的极性结晶体，自身能长期产生电离子，并永久释放空气负离子和远红外线，缩短农作物的生长期，促使作物丰产；同时具很强的水分吸附力，利于秸秆地膜的保水功能，且其片层结构有很好的阻隔性，利于优化降解地膜的保水保墒和抑草功能。

附图说明

图1复配菌种降解水稻秸秆的扫描电镜图；

图2实施例制备的秸秆地膜图片；

图3秸秆地膜铺设后抑草效果及秧苗生长情况图片。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明，应当理解，以下所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并非是对本发明的限制。

以下实施例中，娄彻氏链霉菌参见文献：钱玉婷，秸秆常温降解菌的筛选及其生长特性研究，南京农业大学，2009；

黄孢原毛平革菌参见文献：黄慧，黄孢原毛平革菌对玉米秸秆木质素的降解研究，西南大学学报，2011；

黄孢原毛平革菌的培养方法：将黄孢原毛平革菌接种到500mL的装有液体培养基的锥形瓶中（液体培养基：200mL的水，其中麸皮、玉米面和硫酸铵的浓度一次为3%、1%和0.5%，在121℃下灭菌25min），在120rpm的摇床上培养3天，直到菌丝体充分生长，扩散均匀；

娄彻氏链霉菌的培养方法：将4℃保藏的娄彻氏链霉菌接种到高氏1号固体培养基上（30℃，3d）活化，活化后的菌丝接种到高氏1号液体培养基中，在恒温振荡培养箱中培养2d（180r/min，30℃），最后将菌液离心分离（4000r/min，10min），获得菌丝。

实施例1 合成烯基琥珀酸酐接枝淀粉胶黏剂

烯基琥珀酸酐接枝淀粉胶黏剂的合成：室温下将2000g水，1000g玉米淀粉，混合均匀后放入反应釜中，在55℃下淀粉糊化2小时，用质量分数为20%的氢氧化钠溶液调节pH值为9，升温至65℃，加入1g硫酸亚铁，均匀搅拌，加入6g双氧水，氧化1h后加入20g聚乙烯醇和15g烯基琥珀酸酐进行接枝聚合，85℃下反应1h后，加0.5g硼砂交联，30min后降至室温，出料。

其中聚乙烯醇在使用前需在95℃下溶成质量分数为12.5%的透明溶液。

本实施例合成的烯基琥珀酸酐接枝淀粉胶黏剂性能指标如下：黏度为1335mPas，pH值6.7~7.0，干状胶合强度2.86MPa。

实施例2 制备秸秆生物质基地膜

制备方法如下：

S1：秸秆生物预处理

将1000g水稻秸秆粉碎至2~5cm长的短茎，自然风干（含水率约为12%），将910mg黄孢原毛平革菌菌丝体和390mg娄彻氏链霉菌菌丝体接种到水稻秸秆纤维上，以尿素调节物料体系碳氮比为30：1，含水率65%，均匀混合；在固体发酵罐中有氧发酵10天，发酵期间每2天翻堆一次。发酵完成后获得预处理后的水稻秸秆纤维，其SEM照片如图1所示。

在具体实施过程中，黄孢原毛平革菌和娄彻氏链霉菌菌丝体的鲜重比可控制在1~10：1之间，均可实现发明之目的。

S2：秸秆纤维软化及拆解分离

将S1步骤预处理后的秸秆与质量浓度为1%的软化液（其中，尿素与硫脲摩尔质量比为1：0.5）按照质量体积比1：6（kg/L）比例混合均匀，浸渍软化30min；利用螺杆直径185mm，螺杆转速360rpm，驱动功率355kw的积木组合式双螺杆拆解机（TSP-5型，江苏金沃机械有限公司）将S1步骤预处理后的水稻秸秆纤维进行轴向挤压和揉搓，拆解成木质丝团（拆解至纤维长度为0.5~2cm），即获得拆解纤维。

具体实施过程中，软化液中尿素与硫脲摩尔质量比可控制在1：0.1~0.5范围内，浸渍软化时间可为10~30min，均可实现发明目的。

S3：秸秆生物质基地膜的成型

将S2步骤获得的210g拆解秸秆纤维与90g木浆（青岛纸业有限公司）混合，分批次加入装有18kg水的瓦利打浆机（AT-WL-2型，山东安尼麦特有限公司）中，加入30g甲基纤维素（上海迈瑞尔化学技术有限公司）、6g海藻酸钠（上海高鸣化工）、1.5g明胶（广州市爱川化工）、1.5g聚酰胺环氧氯丙烷树脂（潍坊明阳化工）、1.8g烷基烯酮二聚体（潍坊明阳化工）、0.9g聚丙烯酰胺（潍坊明阳化工）、3g丙三醇（济南中久化工）、30g烯基琥珀酸酐接枝淀粉胶黏剂、0.6g生物炭，9g纳米电气石粉（石家庄华邦矿产品有限公司），均质搅拌至叩解度为38±1°SR。经脱水机脱水、干燥成型为秸秆生物质基地膜，编号RSFM-Ⅰ。地膜重量控制为定量75g/m²，如图2所示。

实施例3 制备秸秆生物质基地膜

制备方法如下：

S1：秸秆生物预处理，同实施例2；

S2：秸秆纤维软化及拆解分离，同实施例2；

S3：秸秆纤维地膜的制备

将S2步骤的240g拆解秸秆纤维与60g木浆混合，分批次加入装有18kg水的瓦利打浆机中，加入15g甲基纤维素、0.6g海藻酸钠、6g明胶、4.5g聚酰胺环氧氯丙烷树脂、0.6g烷基烯酮二聚体、0.3g聚丙烯酰胺、9g丙三醇、15g烯基琥珀酸酐接枝淀粉胶黏剂、1.5g生物炭，1.5g纳米电气石粉，均质搅拌至叩解度为38±1°SR。经脱水机脱水、干燥成型为秸秆生物质基地膜，编号RSFM-Ⅱ。

具体实施过程中，纳米电气石粉用量可以为0.5~3%（以所用纤维总量干质量的百分比计），拆解秸秆纤维与木浆的质量比可以为（7~9.5）：（3~0.5）；

所述甲基纤维素加入量可以为拆解秸秆纤维与木浆干重的5~10%（质量百分数），海藻酸钠用量可为拆解秸秆纤维与木浆干重的0.2~2%（质量百分数）、明胶用量可为拆解秸秆纤维与木浆干重的0.5~2%（质量百分数）、聚酰胺环氧氯丙烷树脂用量可为拆解秸秆纤维与木浆干重的0.5~1.5%（质量百分数）、烷基烯酮二聚体用量可为拆解秸秆纤维与木浆干重的0.2~0.6%（质量百分数）、聚丙烯酰胺用量可为拆解秸秆纤维与木浆干重的0.1~0.3%（质量百分数）、丙三醇可为拆解秸秆纤维与木浆干重的1~3%（质量百分数）、烯基琥珀酸酐接枝淀粉胶黏剂液体质量可为拆解秸秆纤维与木浆干重的5~10%（质量百分数）、生物炭可为拆解秸秆纤维与木浆干重的0.2~0.5%（质量百分数）。

实施例4 对比实验

1、为研究复配菌种对水稻秸秆纤维预处理效果的影响，除所用菌种不同外，本实施例制备的秸秆生物质基地膜所涉及步骤和内容同实施例2。

本实施例中，黄孢原毛平革菌与娄彻氏链霉菌菌丝体质量比例分别为5：5和9：1，所制备的秸秆地膜分别编号为RSFM-Ⅲ和RSFM-Ⅳ。

对照组CK-Ⅰ为不加任何菌种的地膜（其他步骤同实施例2）；

CK-Ⅱ组为单独加入1300mg黄孢原毛平革菌处理后的地膜；

CK-Ⅲ为组为单独加入1300mg娄彻氏链霉菌预处理后的地膜。

2、为研究烯基琥珀酸酐接枝淀粉胶黏剂对秸秆基地膜理化性能的影响，设计本对比例CK-Ⅳ组，其所用黏合剂为自制淀粉胶黏剂（Guofeng Wu，Preparation andproperties of biodegradable planting containers made with straw and starchadhesive, BioResources, 2013），其他所涉及步骤和内容同实施例2。

3、为研究纳米电气石粉对秸秆生物质基地膜的透气度、保水保墒和抑草功能影响，设置不添加纳米电气石粉的对比例CK-Ⅴ组。

将实施例2、CK-Ⅱ、CK-Ⅲ、RSFM-Ⅲ和RSFM-Ⅳ所获得预处理水稻秸秆纤维和未预处理的CK-Ⅰ分别烘至绝干，称取一定质量的试样进行三素成分测定分析，检测木质素和综纤维素降解规律，检测结果见表1。

表1木质素与综纤维素含量变化表

试样	木质素总含量/%	综纤维素含量/%
			RSFM-Ⅰ	14.35	62.48
RSFM-Ⅲ	16.45	64.45
			RSFM-Ⅳ	14.25	65.48
CK-Ⅰ	18.74	66.26
			CK-Ⅱ	12.43	64.11
CK-Ⅲ	16.88	58.55

根据表1检测结果分析可知，复配菌种具有很好的协同效应。在黄孢原毛平革菌对稻秆中的木质素有降解作用，同步脱木质素时，娄彻氏链霉菌对植物原料进行纤维素与半纤维素同步攻击，其结果就是短周期内，秸秆纤维细胞壁的各组分既逐步降解，细胞壁变薄并伴有孔洞和凹坑，且三素降解度不高，有效保证了秸秆的全量利用。上述预处理后的水稻秸秆进行打浆测定，过程监测采用复配菌种预处理后的秸秆纤维能耗显著低于为预处理和单一菌种处理的，表明纤维经菌种初步降解有利于制浆能耗的降低。但不同复配菌种的效果也不同。当黄孢原毛平革菌占比过多时，纤维素降解比率减少，结晶度破坏较少，能耗相对提高；当娄彻氏链霉菌占比过多时，木质素降解率降低，影响秸秆得浆率。因此要控制合适的菌种配比，确保对秸秆纤维素、半纤维素和木质素的降解控制，白腐菌与娄彻氏链霉菌菌丝体鲜重比7：3为宜。

实施例5 对比试验

为了研究秸秆地膜的力学性能及可降解性能的情况，本实施例选择纸膜定量为75g/m²，在此基础上检测秸秆生物质基地膜RSFM-Ⅰ、RSFM-Ⅱ、CK-Ⅰ和CK-Ⅳ的纸张干强度、纸张耐破度。

本试验所述干强度，是指在标准实验条件下，单位宽度的纸张或纸板在断裂前所能承受的最大拉力，是表明纸张自身承受抗拉能力的一种物理性能。对于本实验所用的薄页纸，应使N作为本次实验所用单位。采用WZL-300纸张抗张强度测定仪；耐破度是纸和纸板的一项物理强度指标。是指纸张或纸板在单位面积上垂直于试样表面的均匀地增大的最大压强，单位以kpa表示。由液压系统施加压力，当弹性胶膜顶破试样圆形面积时，此时的最大压强即为该纸张的耐破度，按照GB/T 450-2008的方法进行纸张取样测样。

透气度的测定参照GB/T458-2008“纸与纸板透气度的测定”进行透气度换算，如公式Ps = V /Δp×t所示，每组试验重复10次取平均值。式中Ps为透气度，μm/（Pažs）；V为一定时间内通过膜片的气体容积，mL；Δp为膜片两侧压差，kPa；t为测定时间，s。检测结果见表2。

表2秸秆生物质基地膜的纸张干强度和耐破度

样品	纸张干强度（N）	纸张耐破度（Kpa）
			RSFM-Ⅰ	27.71	125.45
RSFM-Ⅱ	16.65	93.61
			CK-Ⅰ	18.26	105.73
CK-Ⅳ	14.89	85.94

由表2实验结果分析可知秸秆经过复配菌种发酵预处理制备的秸秆地膜干强度和纸张耐破度高于CK-Ⅰ，表明复配菌种发酵处理利于提升纸张地膜的强度性能；此外，RSFM-Ⅰ的干强度性能远高于CK-Ⅳ，表明烯基琥珀酸酐接枝淀粉胶黏剂能够显著改善秸秆地膜的力学性能。

本实施例同时对比了RSFM-Ⅰ和CK-Ⅴ地膜的透气度、保水保墒性能，结果发现，未添加纳米电气石粉的秸秆地膜的透气度为3.47μm/（Pažs），而RSFM-Ⅰ的透气度为1.86μm/（Pažs），透气度降低了46.39%，对比可得，纳米电气石粉的引入可显著改善秸秆生物质基地膜的透气度，这是因为纳米电气石粉中含有较多的羧基、羟基等基团，能结合纤维素结构上的氨基，及烯基琥珀酸酐接枝淀粉胶黏剂中氨基、羧基等形成氢键和范德华力作用，从而有效降低地膜的透气度，利于减少膜内热量散失，保水保墒。

实施例6 田间实验

为了解并掌握秸秆生物质基降解地膜的实际应用及抑草效果，本发明实施RSFM-Ⅰ、RSFM-Ⅱ、CK-Ⅳ和CK-Ⅴ秸秆地膜应用于水稻的育秧试验，并做对照，对照组不铺设地膜，试验在江苏省农业科学院挂藏室进行。表3给出了其抑草率及降解后土壤pH值的情况。

表3 秸秆地膜抑草率及降解后土壤pH值

样品	抑草率	降解后土壤pH值
			RSFM-Ⅰ	95%	7.42
RSFM-Ⅱ	92%	7.26
			CK-Ⅳ	86%	7.13
CK-Ⅴ	93%	7.52
			对照组-未铺膜	/	7.16

结果发现上述几种配方制备的秸秆地膜均有抑草效果，其中RSFM-Ⅰ抑草效果最好，与对照组相比，抑草率多可达90%以上，且可调节水稻土壤的酸碱性。

此外，RSFM-Ⅰ水稻秧苗比对照略微壮实。分析可能原因是秸秆地膜抑制草的生长，减少了杂草对水稻生产所需营养元素吸收的竞争力；比较RSFM-Ⅰ和CK-Ⅴ，发现RSFM-Ⅰ秧苗叶绿素高于CK-Ⅴ，可能是由于秸秆地膜中纳米电气石粉释放氧负离子的作用。

水稻育秧35天后，秸秆地膜降解70%以上。水力冲击力大（灌溉）的情况下，地膜基本冲散腐解。图3为RSFM-Ⅰ组秸秆地膜铺设后抑草效果和秧苗生长情况（图3a和图3b分别是铺膜和无膜处理水稻苗生长25天后的图片）。

实施例7 软化液对秸秆纤维打浆能耗效果影响

本实施例中S2秸秆纤维软化及拆解分离步骤中质量浓度为1%的软化液中，尿素与硫脲摩尔质量比为1：0.1，其他步骤、参数同实施例2。

与实施例2相比，采用本实施例S3秸秆生物质基地膜的成型步骤中，利用瓦利打浆机打浆至原料叩解度为38±1°SR时，所需时间较实施例2延长4min。这表明软化液中尿素与硫脲摩尔质量比对打浆能耗存在影响。这是因为硫脲分子中的C=S双键与氨基形成p-π共轭的能力不如羰基，活性高于尿素。

以上已对本发明的较佳实施例进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种等同的类型变型或替换，这些等同的变型和替换只要在权利要求限定的精神之内，也属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种抑草秸秆生物质基降解地膜，其特征在于，该地膜是通过如下方法获得的：

S1：秸秆生物预处理

将菌丝体接种到秸秆上，接种量为每100Kg秸秆接种130g菌丝体，调节物料体系碳氮比为25~30：1，含水率为65%，混合均匀，有氧发酵10天；

所述菌丝体为黄孢原毛平革菌菌丝体与娄彻氏链霉菌菌丝体复配后获得；菌丝体中黄孢原毛平革菌菌丝体与娄彻氏链霉菌菌丝体的鲜重比为1：0.1~1；所述鲜重比是指：经4000rpm离心10min后的菌丝体的重量比；

S2：秸秆纤维软化及拆解分离

将S1步骤生物预处理后的秸秆与软化液按照质量体积比1：6比例混合均匀，浸渍软化10-30min，再将软化秸秆纤维拆解至纤维长度为0.5~2 cm的秸秆纤维，即为拆解纤维；

所述软化液为尿素与硫脲以摩尔比1：0.1~0.5混合获得的复配溶液；

所述质量体积比单位为kg/L；

S3：秸秆生物质基地膜成型

将S2步骤获得的拆解纤维与木浆混合后，加入助剂，均质搅拌至叩解度为38±1° SR，经脱水、压榨、干燥成型，即获得所述抑草秸秆生物质基降解地膜。

2.根据权利要求1所述抑草秸秆生物质基降解地膜，其特征在于，步骤S2中，所述拆解是指用物理机械方法对秸秆进行疏解。

3.根据权利要求1所述抑草秸秆生物质基降解地膜，其特征在于，步骤S3中，所述拆解纤维与木浆比例为二者干重比值7~9.5：3~0.5；所述助剂为甲基纤维素、海藻酸钠、明胶、聚酰胺环氧氯丙烷树脂、烷基烯酮二聚体、聚丙烯酰胺、丙三醇、烯基琥珀酸酐接枝淀粉胶黏剂、负离子粉、生物炭粉中的至少一种。

4.根据权利要求3所述抑草秸秆生物质基降解地膜，其特征在于，步骤S3中，所述烯基琥珀酸酐接枝淀粉胶黏剂是这样合成的：室温下将水与玉米淀粉按照质量比2：1混合后，放入反应釜中，在55℃下淀粉糊化2小时，用质量分数为20%的氢氧化钠溶液调节pH值为9，升温至65℃，加入硫酸亚铁，均匀搅拌后加入双氧水，氧化1h后加入聚乙烯醇和烯基琥珀酸酐进行接枝聚合，85℃下反应1h后加硼砂交联，30min后降至室温，即获得所述烯基琥珀酸酐接枝淀粉胶黏剂；

其中，硫酸亚铁、双氧水、聚乙烯醇、烯基琥珀酸酐、硼砂添加量分别为玉米淀粉质量的0.1%、0.6%、2%、1.5%和0.05%。

5.根据权利要求1所述抑草秸秆生物质基降解地膜，其特征在于，步骤S1中，所述软化液的浓度为1%。

6.根据权利要求1-5之一所述抑草秸秆生物质基降解地膜，其特征在于，步骤S3中，所述助剂包括甲基纤维素、海藻酸钠、明胶、聚酰胺环氧氯丙烷树脂、烷基烯酮二聚体、聚丙烯酰胺、丙三醇、烯基琥珀酸酐接枝淀粉胶黏剂、负离子粉和生物炭粉，它们的加入量依次为拆解秸秆纤维与木浆二者干重总量的5~10%、0.2~2%、0.5~2%、0.5~1.5%、0.2~0.6%、0.1~0.3%、1~3%、0.5~3%、5~10%和0.2~0.5%。

7.根据权利要求6所述抑草秸秆生物质基降解地膜，其特征在于，所述负离子粉为纳米电气石粉。

8.如权利要求1所述抑草秸秆生物质基降解地膜在水稻育秧领域中的应用。

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