CN109206660B - 一种调控生物降解地膜降解速度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种调控生物降解地膜降解速度的方法，以田间已使用完毕的生物可降解地膜作为实施对象，通过对土壤中固氮菌、硝化细菌和腐生细菌等有益的微生物进行对比筛选，得出不同微生物对于可降解地膜的降解性，再根据地膜本身特性和降解时间要求，将上述对应的微生物制成制剂，通过喷洒方式喷洒于地膜上达到控制地膜降解的速度。本发明通过在适宜的时间加入微生物制剂的方法来调控地膜的降解过程，使地膜在使用过程中不发生或少发生降解从而保证农作物较好生长，而在农作物生长周期以后快速降解，不影响下个生产周期的农作物生长。该方法具有实现容易，针对性强，对环境无害，可操作性强，价格便宜，推广容易等特点。
Description
技术领域
本发明属于环境工程中环境修复技术领域，涉及生物降解地膜，具体涉及一种调控生物降解地膜降解速度的方法。
背景技术
目前，地膜覆盖技术已成为我国农业应用最为广泛的农艺技术之一，不但应用于蔬菜栽培，也相继用于大田作物、果树、林业、花卉及经济作物的生产。地膜覆盖技术的应用产生了巨大效益，但随之而来的地膜残留污染也成为影响农业可持续发展的一个重大问题，长期覆膜农田土壤中存在的残膜污染已成为了制约环境保护和农业生产持续发展的突出问题。由于地膜不易分解的特性，导致土壤中未能清除的残膜会对土壤产生一系列不利影响。一方面阻碍土壤毛管水和自然水的渗透，影响土壤吸湿性，从而对土壤水分运动产生阻碍，使其移动速度减慢，水分渗透量减少；另一方面土壤中残膜会降低土壤通透性，影响土壤微生物活动和土壤肥力水平，残膜的集聚影响土壤通透性，造成土壤板结和地力下降，影响作物正常吸收水分和养分，影响种子发芽和导致作物根系生长发育困难。
针对目前残膜造成的危害，世界各国已经开始投入大量财力和人力来研究消除或降低田间地膜残膜量的方法。机械回收法是目前的一种重要的地膜回收方式。根据我国地膜残留污染的特殊性，现已开发出了滚筒式、弹齿式、齿链式、滚轮缠绕式和气力式等残膜回收机具，但总体上增加了生产成本，农民接受较为困难。同时，部分机型不适应当前的农业技术要求，作业性能还有待于进一步提高。
节约型地膜应用技术是另一种目前常用的地膜回收方法，选用厚度适中、韧性好和抗老化能力强的地膜，在第一年使用后基本没有破损，第二年可以直接在上面打孔免耕播种，减少地膜投入量和操作用工，达到省时省工和环保的目的，这种方法虽然减少了田间地膜的残留，但是回收的塑料地膜回收需要大量的人力，成本较高，回收的地膜仍然要采用其他方法进行二次处理利用，依然不利于环保性的要求。同时，制约了农民生产的选择性。
可降解地膜的研究是目前对于农业地膜污染问题最好的一种解决方法。采用可降解地膜，一方面可以实现地膜的完全降解从而解决残膜问题，另一方面减少了地膜的回收部分，降低了人工成本。但目前可降解地膜的推广还是面临着很多的问题，其中最主要的问题是可降解地膜的普适性不好，安全期较短，影响着农作物的生长使得推广起来较为困难。对于地膜来说，最为理想的情况是可以在使用周期之内，地膜不发生或者较少发生降解，以保证地膜的强度、阻隔性以确保农作物的生长需要，而在使用周期后，可以快速无害的发生降解。但是，目前地膜的降解机理决定了地膜的降解是一个逐渐发生的过程，因此无法满足“可控降解”的要求。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种可调控生物降解地膜降解速度的方法，通过在地膜使用完毕以后外加有益菌的方式来控制地膜的降解速度，加入的试剂对土壤和农作物无害且还对土壤和农作物起到一定的益处，无毒害、绿色环保。
本发明采用的技术方案如下：一种调控生物降解地膜降解速度的方法，以田间已使用完毕的生物可降解地膜作为实施对象，通过对土壤中固氮菌、硝化细菌和腐生细菌等有益的微生物进行对比筛选，得出不同微生物对于可降解地膜的降解性，再根据地膜本身特性和降解时间要求，将上述对应的微生物制成制剂，通过喷洒方式喷洒于地膜上达到控制地膜降解的速度，具体包括以下步骤，
步骤1.选取黑曲霉、绿色木霉、放线菌、假单胞杆菌、枯草芽胞杆菌、芽胞杆菌等作为微生物试剂；
步骤2.在真菌培养基上将步骤1的菌株分别接种并培养一定时间，使用无菌水将其分别配置成质量浓度为10%-80%的溶液；
步骤3.将生物降解地膜裁成10cm×10cm的正方形块，用体积分数为75%的酒精消毒，再用无菌水冲洗，放入干燥器中干燥24h；
步骤4. 采集新鲜土壤样品2000g，洗涤烘干后置于干净干燥的惰性容器中，分成厚度至少20cm的多个土壤样品；
步骤5.将步骤2所得溶液200g-1000g分别均匀喷洒于步骤4的每一土壤样品中，将步骤3所得的块状地膜样品分别一一对应填埋于土壤样品中层；
步骤6. 制备空白样：采集新鲜土壤样品2000g，洗涤烘干后置于干净干燥的惰性容器中，分成厚度至少20cm的多个土壤样品，不加微生物试剂，直接将步骤3所得块状地膜样品填埋于土壤样品中层；
步骤7.根据农作物生长周期，在1-12个月中间一次时刻或多次时刻将步骤5和步骤6中地膜取出，采用体积分数为75%酒精消毒，再用85℃的蒸馏水清洗，于干燥器中干燥至恒重；
步骤8.肉眼观察步骤7所得样品降解情况：0级：未出现裂纹；1 级：开始出现裂纹；2 级：田间 25%地膜出现细小裂纹；3 级：地膜出现 2～2.5 cm 裂纹；4级：地膜出现均匀网状裂纹，无大块地膜存在；5 级：地膜裂解为 4×4 cm2以下碎片；
步骤9、将步骤7所得地膜在135℃下溶解于二甲苯中，配置成1wt%的溶液，使用粘度法测定特性粘数［η］，根据马克-豪温方程［η］=KMα特性黏数值越大则分子量越大，由特性黏数的变化判断分子量的变化从而判断地膜降解情况；
步骤10.根据步骤8, 步骤9的得出添加各微生物试剂后地膜降解性能的变化，得出使地膜降解最快的微生物试剂；
步骤11.通过步骤10得出的结果，使用无菌水将该种微生物试剂配成浓度为10%-80%的微生物试剂；
步骤12.在农作物收获以后到下一周期农作物播种之前，将步骤11配制的微生物试剂按照0.5方/亩-5方/亩用喷洒方式均匀喷洒到农田中含有地膜的位置。
本发明的步骤1中，所述微生物试剂不局限于黑曲霉、绿色木霉、放线菌、假单胞杆菌、枯草芽胞杆菌、芽胞杆菌、和大肠杆菌。
本发明的步骤12中，微生物试剂喷洒后进行翻地使试剂溶液与地膜充分接触，生物制剂根据需要多次加入。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明针对目前可降解地膜逐步降解过程中产生的性能下降与地膜降解之间的矛盾，提供了一种调控生物降解地膜降解速度的方法。通过在适宜的时间加入微生物制剂的方法来调控地膜的降解过程，使地膜在使用过程中不发生或少发生降解从而保证农作物较好生长，而在农作物生长周期以后快速降解，不影响下个生产周期的农作物生长。该方法可以通过配方和用量的不同制备针对不同地膜和农作物的多种微生物制剂，来实现对于所有可降解地膜的降解能力调控，从而解决目前可降解地膜在使用中降解速度不可控引起的农作物减产问题。该方法具有实现容易，针对性强，对环境无害，可操作性强，价格便宜，推广容易等特点，为可降解地膜的使用推广提供一个新的思路和方法。
附图说明
图1. 新疆康润洁黑色地膜在无菌（左）和黑霉菌（右）的三个月降解图；
图2. 新疆康润洁黑色地膜在无菌（左）和黑霉菌（右）的六个月降解图；
图3. 新疆康润洁黑色地膜地膜在无菌（左）和枯草芽孢杆菌菌（右）的三个月降解图；
图4. 新疆康润洁黑色地膜在无菌（右）和枯草芽孢杆菌（左）六个月降解图；
图5. 新疆康润洁黑色地膜在无菌（右）和绿色木霉菌（左）三个月降解图；
图6. 新疆康润洁黑色地膜在无菌（左）和绿色木霉菌（右）六个月降解图；
图7. 亿帆鑫富黑色地膜在无菌（左）和绿色木霉菌（右）的三个月降解图；
图8. 亿帆鑫富黑色地膜在无菌（左）和绿色木霉菌（右）的六个月降解图；
图9. 亿帆鑫富黑色地膜在无菌（右）和枯草芽孢杆菌（左）的三个月降解图；
图10. 亿帆鑫富黑色地膜在无菌（左）和枯草芽孢杆菌（右）的六个月降解图；
图11. 亿帆鑫富黑色地膜在无菌（左）和黑霉菌（右）的三个月降解图；
图12. 亿帆鑫富黑色地膜在无菌（左）和黑霉菌（右）的六个月降解图。
具体实施方式
实施例1
一种调控生物降解地膜降解速度的方法，具体包括以下步骤，
选用的可降解地膜来自新疆康润洁公司的黑色地膜；
步骤1.选取黑曲霉菌、绿色木霉菌、枯草芽孢杆菌作为待测微生物；
步骤2.在真菌培养基上将步骤1所列举三种菌株分别接种并培养一定时间，使用无菌水将其分别配置成质量浓度为30%的溶液；
步骤3.将可降解地膜裁成质量相等的10cm×10cm大小的正方形20块，用体积分数为75%的酒精消毒，再用无菌水冲洗，放入干燥器中干燥24h；
步骤4. 采集新鲜土壤样品2000g，洗涤烘干后置于干净干燥的惰性容器中，使其保证最少20cm的厚度，同样方法制备多个样品；
步骤5.将步骤2所得溶液400g分别均匀喷洒于步骤4制备土壤样品中，将步骤3所得样品地膜分别填埋于土壤样品中层；
步骤6.空白样的制备方法为：采集新鲜土壤样品2000g，洗涤烘干后置于干净干燥的惰性容器中，使其保证最少20cm的厚度，不加微生物试剂，直接将步骤3所得样品地膜填埋于土壤样品中层；
步骤7.如图1-6所示，在三个月和六个月时将步骤5, 步骤6中地膜取出，采用体积分数为75%酒精消毒，再用85℃的蒸馏水清洗，于干燥器中干燥至恒重；
步骤8.肉眼观察步骤7所得样品降解情况。结果见附表1.
步骤9、将步骤7所得地膜在135℃下溶解于二甲苯中，配置成1wt%的溶液，使用粘度法测定特性粘数［η］，降解过程是大分子断裂成小分子的过程，其中最直观的表征是材料的分子量变化。根据马克-豪温方程［η］=KMα特性黏数值越大则分子量越大，由特性黏数的变化判断分子量的变化从而判断地膜降解情况；结果见表1.
表1 新疆康润洁黑色地膜微生物作用下地膜特性粘数的变化
步骤10.根据步骤8, 步骤9结果研究添加微生物试剂后地膜降解性能的变化，结果表明微生物的加入均会加速地膜的降解，得出绿色木霉菌的加入对于地膜降解加速最为明显；
步骤11. 通过步骤10得出的结果以及农作物对地膜使用的时间要求，从步骤1中选取绿色木霉菌，使用无菌水配成浓度为30%的微生物试剂；
步骤12.在农作物收获以后，按照2方/亩的用量使用喷洒方式分三次均匀喷洒到农田中含有地膜的位置，使用中进行简单的翻地使试剂溶液更好的与地膜充分接触帮助地膜快速降解。
实施例2
一种调控生物降解地膜降解速度的方法，具体包括以下步骤，
选用的生物降解地膜来自亿帆鑫富公司；
步骤1.选取黑曲霉菌，绿色木霉菌，枯草芽孢杆菌作为待测微生物；步骤2.在真菌培养基上将步骤1所列举三种菌株分别接种并培养一定时间，使用无菌水将其分别配置成质量浓度为30%的溶液；
步骤3.将可降解地膜裁成质量相等的10cm×10cm大小的正方形20块，用体积分数为75%的酒精消毒，再用无菌水冲洗，放入干燥器中干燥24h；
步骤4. 采集新鲜土壤样品2000g，洗涤烘干后置于干净干燥的惰性容器中，使其保证最少20cm的厚度，同样方法制备多个样品；
步骤5.将步骤2所得溶液400g分别均匀喷洒于步骤4制备土壤样品中，将步骤3所得样品地膜分别填埋于土壤样品中层；
步骤6.空白样的制备方法为：采集新鲜土壤样品2000g，洗涤烘干后置于干净干燥的惰性容器中，使其保证最少20cm的厚度，不加微生物试剂，直接将步骤3所得样品地膜填埋于土壤样品中层；
步骤7.如图7-12，在三个月和六个月时将步骤5, 步骤6中地膜取出，采用体积分数为75%酒精消毒，再用85℃的蒸馏水清洗，于干燥器中干燥至恒重；
步骤8.肉眼观察步骤7所得样品降解情况；
步骤9、将步骤7所得地膜在135℃下溶解于二甲苯中，配置成1wt%的溶液，使用粘度法测定特性粘数［η］，降解过程是大分子断裂成小分子的过程，其中最直观的表征是材料的分子量变化。根据马克-豪温方程［η］=KMα特性黏数值越大则分子量越大，由特性黏数的变化判断分子量的变化从而判断地膜降解情况。结果见表2.
表2 亿帆鑫富黑色地膜微生物作用下地膜特性粘数的变化
步骤10.根据步骤8, 步骤9结果研究添加微生物试剂后地膜降解性能的变化。结果表明在喷洒微生物试剂后，地膜降解均有所加快，得出加入枯草芽孢杆菌后地膜降解速度最快；
步骤11. 通过步骤10得出的结果以及农作物对地膜使用的时间要求，从步骤1中选取枯草芽孢杆菌，使用无菌水配成浓度为30%的微生物试剂；
步骤12.在农作物收获以后，按照2方/亩的用量使用喷洒方式分三次均匀喷洒到农田中含有地膜的位置，使用中进行简单的翻地使试剂溶液更好的与地膜充分接触。
Claims (2)
1.一种调控生物降解地膜降解速度的方法，其特征在于：以田间已使用完毕的生物可降解地膜作为实施对象，通过对土壤中有益的微生物进行对比筛选，所述有益的微生物为固氮菌、硝化细菌和腐生细菌，得出不同微生物对于可降解地膜的降解性，再根据地膜本身特性和降解时间要求，将上述对应的微生物制成制剂，通过喷洒方式喷洒于地膜上达到控制地膜降解的速度，具体包括以下步骤，
步骤1.选取黑曲霉、绿色木霉、放线菌、假单胞杆菌、枯草芽胞杆菌、芽胞杆菌、和大肠杆菌作为微生物试剂；
步骤2.在真菌培养基上将步骤1的菌株分别接种并培养一定时间，使用无菌水将其分别配置成质量浓度为10%-80%的溶液；
步骤3.将生物降解地膜裁成10cm×10cm的正方形块，用体积分数为75%的酒精消毒，再用无菌水冲洗，放入干燥器中干燥24h；
步骤4. 采集新鲜土壤样品2000g，洗涤烘干后置于干净干燥的惰性容器中，分成厚度至少20cm的多个土壤样品；
步骤5.将步骤2所得溶液200g-1000g分别均匀喷洒于步骤4的每一土壤样品中，将步骤3所得的块状地膜样品分别一一对应填埋于土壤样品中层；
步骤6. 制备空白样：采集新鲜土壤样品2000g，洗涤烘干后置于干净干燥的惰性容器中，分成厚度至少20cm的多个土壤样品，不加微生物试剂，直接将步骤3所得块状地膜样品填埋于土壤样品中层；
步骤7.根据农作物生长周期，在1-12个月中间一次时刻或多次时刻将步骤5和步骤6中地膜取出，采用体积分数为75%酒精消毒，再用85℃的蒸馏水清洗，于干燥器中干燥至恒重；
步骤8.肉眼观察步骤7所得样品降解情况：0级：未出现裂纹；1 级：开始出现裂纹；2级：田间 25%地膜出现细小裂纹；3 级：地膜出现 2～2.5 cm 裂纹；4级：地膜出现均匀网状裂纹，无大块地膜存在；5 级：地膜裂解为 4×4 cm2以下碎片；
步骤9、将步骤7所得地膜在135℃下溶解于二甲苯中，配置成1wt%的溶液，使用粘度法测定特性粘数［η］，根据马克-豪温方程［η］=KMα特性黏数值越大则分子量越大，由特性黏数的变化判断分子量的变化从而判断地膜降解情况；
步骤10.根据步骤8, 步骤9的得出添加各微生物试剂后地膜降解性能的变化并做降解等级标记，得出使地膜降解最快的微生物试剂；
步骤11.通过步骤10得出的结果，使用无菌水将该种微生物试剂配成浓度为10%-80%的微生物试剂；
步骤12.在农作物收获以后到下一周期农作物播种之前，将步骤11配制的微生物试剂按照0.5方/亩-5方/亩用喷洒方式均匀喷洒到农田中含有地膜的位置。
2.根据权利要求1所述的一种调控生物降解地膜降解速度的方法，其特征在于：所述步骤12中，微生物试剂喷洒后进行翻地使试剂溶液与地膜充分接触，生物制剂根据需要多次加入。
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