CN110835867A - 一种高韧性秸秆纤维基抑草地膜的制备方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高韧性秸秆纤维基抑草地膜的制备方法及应用，其制备方法步骤如下：1)将发酵秸秆纤维、聚乙烯醇缩甲醛纤维、有机蒙脱石、湿强剂、施胶剂、助留剂与水混合均匀，烘干后获得秸秆纤维基地膜；2)将壳聚糖、乙酸、纳米纤维素、甘油搅拌均匀后加入水解大豆分离蛋白改性脲醛树脂，35‑40℃聚合反应后静置，得到改性纳米纤维素/壳聚糖聚合溶液；3)将改性纳米纤维素/壳聚糖聚合溶液与去离子水混合均匀，涂布于秸秆纤维基地膜表面，烘干后即获得所述高韧性秸秆纤维基抑草地膜；该地膜具有较高的机械强度、耐水性、拉伸韧性及气体阻隔效应，可降低水蒸气透过率，广泛应用于水稻栽培领域。

Description

一种高韧性秸秆纤维基抑草地膜的制备方法及应用

技术领域

本发明涉及秸秆纤维基抑草地膜的制备及在水稻栽培应用技术领域，特别是一种高韧性秸秆纤维基抑草地膜的制备方法及应用。

背景技术

我国是水稻种植大国，每年种植面积在0.28~0.30亿hm²，占全球种植面积的22%之多，在粮食生产中占了很大比例，但水稻生产却持续受到杂草危害。研究表明，直播稻田杂草萌发一般有2个高峰，第1个出草高峰在播种后5～20天，出草量占总草量的50%～70%；第2个出草高峰在播种后25～40天，出草量占总草量的30%～50%，杂草与水稻在稻田中共生，互相竞争生长空间和土壤养分，在杂草不防除的情况下，杂草密度达253.2株/m²，水稻产量损失高达70.51%。因此，杂草的防除已成为水稻栽培的重要环节之一。

目前，随着化学除草剂的引进，化学除草技术逐渐替代了传统的农业防除措施。尤其农村劳动力的减少使得当前稻田杂草的防除越来越依赖化学除草剂。但是，除草剂残留与药效安全评价仍需考察。除草剂的施用可能导致土壤和水稻植株除草剂残留，对下一茬作物产生药害，威胁生态环境及稻米卫生安全。还可能通过水体流动、挥发等分散到其他区域被动植物吸收，导致其他安全性问题。随着国家对农业生态环境的关注及绿色农业可持续发展的要求，建立环境友好型的稻田杂草防控方法，变得十分重要和迫切。

自上世纪70年代，我国从日本引进塑料薄膜覆盖技术，塑料薄膜在抑制杂草、防止病虫害、提升农作物的产量起着重要作用。但是，地膜的回收率却不足2/3，产生了大量的残留物给土壤带来了严重的污染，也给农民带来了巨大的负担。研究表明在土壤中（0-20 cm）塑料地膜残留量超过200 kg/hm²时，会使作物产量下降15%。另外，连续5-20年覆盖地膜会使表层土壤含盐量增加122%-146%，造成土壤次生盐渍化。

水稻栽培时采用覆膜后可大幅减少除草剂使用量，提高稻米品质，但常规地膜由于是浮在水面上，水稻收获后地膜更加难以回收，因此可生物降解地膜便成了这一种植模式的刚性需求，是今后我国地膜产业的发展趋势，也是发展可持续性农业的必要前提。

生物降解地膜是一种新型地面覆盖薄膜，主要用于地面覆盖抑草，保持土壤水分，维持土壤结构。由于这种膜材料是一类在自然环境条件下可为微生物作用而引起降解的塑料地膜，经微生物侵蚀薄膜后，发生机械性破坏，分裂成低聚物碎片。而该可生物降解薄膜成本、价格昂贵；或生物质基材料如淀粉、纤维素、聚乙烯醇等与PP、PE等共混形成的薄膜降解后产物对土壤环境、作物生长存在较高风险（微塑料），因而难以大面积推广使用。

秸秆纤维是巨大的可再生性生物高分子资源，来源丰富、价格低廉，用其做原料制备可降解地膜替代石油化工类产品，节省能源，并解决塑料地膜带来的环境污染问题，同时实现秸秆纤维的高值化利用。采用秸秆纤维基地膜覆膜栽培水稻，由于地膜的覆盖，导致地膜下杂草难以发育和生长，可有效降低除草剂的施用。且待40-45天后，秸秆基地膜自然降解，而水稻已进入旺盛生长阶段，幼小杂草无法与健壮水稻竞争。没有其他杂草争夺水分、肥料和光照，水稻获取较充足的水分和养分，进而生长的更加健壮和优质。

专利 CN104620913A公开了一种可塑性水稻秸秆纤维地膜制作方法，该发明通过将水稻秸秆粗纤维与KP浆板纤维、施胶剂、湿强剂混合均匀后，在成型地膜表面饱和喷洒3%的PEG增塑剂溶液，得到的地膜伸长率为1.95%、耐破强度为106KPa、定量为80g/m²的可塑性水稻秸秆纤维地膜；专利CN109868678A公开的一种植物纤维地膜纸的制备方法，该发明将禾草类原料经亚硫酸铵蒸煮，同时需要通蒸汽进行加热，将蒸煮制得的草浆与商品木浆混合进入盘磨机进行磨浆制备地膜；专利CN107915868A公开一种利用水稻秸秆制备地膜的方法，该方法包括杀虫剂，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，沉淀抽滤烘干得到水稻秸秆纤维。

但上述这些可降解秸秆基地膜的制备要么韧性较低、耐折度小，耐水性低、抑草功效天数较短，使用过程中在外界环境作用下，地膜会过早出现破裂影响其保温、保墒功能；抑或对天然纤维采用化学方法对其加工改性后，提取纤维素用来生产地膜，工序复杂，污染严重、生产成本高；或是采取化学助剂对纤维素提纯、溶解、再生，工艺繁杂；另外由于纸地膜具有多孔结构造成秸秆基地膜的透气性过大，水分挥发较快，不利于水稻栽培应用；或植物纤维地膜强度低，纤维过快被微生物、细菌和真菌侵蚀，发生生物物理和化学降解，导致地膜老化速度快，增温节水性能差、抑草有效周期短。此外，水稻栽培中的水淹环境对可降解植物纤维地膜的降解时间及耐水性能提出更高的要求。因此，研发一种用于提高机械铺设效率、抑草功效及使用周期的高韧性秸秆纤维基地膜已成为本领域亟待解决的技术难题。

发明内容

针对上述问题，本发明解决的技术问题在于克服现有的秸秆纤维基地膜存在韧性差、耐折度小、气体阻隔性差、抑草功效低等缺陷，提出一种高韧性纤维基抑草地膜的制备方法及其在水稻栽培领域的应用。

具体而言，本申请是通过如下方法实现的：

首先，本申请提供了一种高韧性秸秆纤维基抑草地膜的制备方法，其具体步骤如下：

S1：制备秸秆纤维基地膜

将发酵秸秆纤维、聚乙烯醇缩甲醛纤维、有机蒙脱石、湿强剂、施胶剂、助留剂，在水相体系中混合均匀，通过负压成型设备负压成型、在103±2℃温度下通过地膜烘干设备制造出秸秆纤维基地膜。

上述聚乙烯醇缩甲醛纤维可通过常规方法制备，也可通过市售途径购买获得；地膜烘干设备为本领域常规设备，如文献“王正顺、李永宝、杨桂花、谢益民. 内置式电磁烘缸干燥设置[J]. 纸和造纸，2005（b08）：49-51.”所公开的烘干设备。

S2：合成改性纳米纤维素/壳聚糖聚合溶液

将壳聚糖与质量分数为1%乙酸溶液均匀搅拌2h，得到混合溶液；向混合溶液中依次加入纳米纤维素、甘油，室温条件下，置于磁力搅拌器上搅拌30-45min，将混合溶液利用超声波仪器超声分散1-2h（超声功率150W），得到纳米纤维素/壳聚糖溶液；用氢氧化钾调节纳米纤维素/壳聚糖溶液pH至7.5，加入水解大豆分离蛋白改性脲醛树脂，在35-40℃条件下，聚合反应15-30min，然后静置脱泡12-24h，得到改性纳米纤维素/壳聚糖聚合溶液。一般而言，该聚合溶液黏度为15000-18450mPas，pH范围7.3-7.8。

上述水解大豆分离蛋白改性脲醛树脂采用本领域常规方法制备，如文献“黄红英、孙恩惠、武国峰、常志州. 大豆分离蛋白改性三聚氰胺脲醛树脂的合成及表征[J]. 林产化学与工业，2013，33（3）：85-90.”中所公开的方法制备。

S3：高韧性秸秆纤维基抑草地膜的制备

将改性纳米纤维素/壳聚糖聚合溶液与去离子水按照体积比1：5混合均匀，通过膜转移涂布机将步骤S2获得的改性纳米纤维素/壳聚糖聚合溶液均匀涂布于秸秆纤维基地膜单面，并于纸样快速干燥器上烘干，烘干温度为95℃，得到高韧性秸秆纤维基抑草地膜。

进一步，上述一种高韧性秸秆纤维基抑草地膜的制备方法S1步骤中，发酵秸秆纤维、聚乙烯醇缩甲醛纤维、有机蒙脱土、湿强剂、施胶剂、助留剂按照质量比100：（5-10）：（3-5）：（1-3）：（1.5-2）：（0.1-1），水相体系中物料质量浓度为1.5-2%；所述湿强剂为聚酰胺环氧氯丙烷树脂，施胶剂为阳离子分散松香胶，助留剂为硫酸铝；发酵秸秆纤维、聚乙烯醇缩甲醛纤维、有机蒙脱土、湿强剂、施胶剂、助留剂的质量比优选100：10：5：2：1.5：0.9。

进一步，上述一种高韧性秸秆纤维基抑草地膜的制备方法S1步骤中，所述发酵秸秆纤维是这样获得的：将微生物菌剂接种到秸秆纤维上，接种量为1%-5%，调节发酵物料含水率60%-65%，碳氮比30：1，高温（60~65℃）发酵12-14天使秸秆纤维结构拆分，获得发酵秸秆纤维。

上述微生物菌剂为本领域常规发酵菌剂，如地衣芽孢杆菌或娄氏链霉菌，也可以直接使用市售菌剂，如南京宁粮生物工程公司生产的有机物料腐熟剂等。一般而言，复配菌剂中的有效菌数≥0.05亿/g。本步骤利用微生物菌种对水稻秸秆纤维进行高温发酵预处理，可快速高效破坏秸秆纤维内部结构，处理后的秸秆纤维孔隙结构发达，促进纤维更易吸水和润胀；纤维变得更加柔软和疏松，制浆过程易于分丝和切断，避免了对纤维的损伤，同时可大幅降低制浆能耗。

进一步，上述一种高韧性秸秆纤维基抑草地膜的制备方法S2步骤中，壳聚糖、质量分数为1%乙酸溶液、纳米纤维素、甘油质量比为，4：（80-100）：（1-2）：（0.2-0.5），优选4：100：1：0.5。水解大豆分离蛋白改性脲醛树脂质量占纳米纤维素/壳聚糖溶液质量的10-15%。

进一步，上述一种高韧性秸秆纤维基抑草地膜的制备方法S3步骤中，改性纳米纤维素/壳聚糖的涂布量为1-3g/m²。在低涂布量时，地膜韧性和强度均较低，涂布量越高其透气性越低，地膜的力学性能及韧性也越好；而过高会导致制备成本增加，且会阻碍地膜降解。

其次，本发明还提供了上述方法制备的高韧性秸秆纤维基抑草地膜在水稻栽培中的应用，特别是在水稻栽培抑草功能中的应用。

本发明制备的秸秆纤维基抑草地膜主要原材料为高温发酵的秸秆纤维，秸秆纤维接种微生物活性菌剂经高温发酵处理后秸秆纤维发生生物解离，纤维内部结构破坏，纤维束软化度提高，大幅削弱后续地膜制浆能耗；聚乙烯醇缩甲醛纤维分子中含有大量亲水性羟基基团和疏水性缩醛结构，兼具良好的耐用性、吸湿性及耐水性；有机蒙脱石是一种层状矿物材料，遇水膨胀，保水性好，秸秆纤维基地膜材料中引入蒙脱石，可促使膜材料力学性能、热稳定性的提升，降低水蒸气透过率和孔隙率，尤其是在提高气体阻隔性方面，有效防止土壤水分蒸发；而改性纳米纤维素/壳聚糖聚合物在秸秆纤维基地膜表面形成纳米结构膜，这层膜不仅具有较好的柔韧性，同时对微生物的侵蚀有一定的阻碍，以保障秸秆纤维基地膜使用周期的有效性。

本申请获得的秸秆纤维基地膜在水稻生育期1-40天具有很好的抑草效果，且应用过程中会逐渐降解，水田中45-60天后基本完成降解，降解后的产物变成腐殖酸肥料，为秧苗的生长提供相对肥沃的土壤微环境。

总体而言，与现有水稻田地膜相比，本发明的有益效果体现在：

（1）、秸秆纤维基地膜具良好的保水性能，在水稻育秧期可有效降低水分的挥发。本发明首先在秸秆纤维基地膜中负载有机蒙脱石，有机蒙脱石在吸水后体积膨胀，有效填充秸秆纤维基地膜中的孔隙，纤维网络变得更加致密。另外，高宽厚比的黏土片层对扩散气体或液体分子的阻滞作用，使秸秆纤维基地膜具优良的气体阻隔效应，降低水蒸气透过率。

（2）、本申请为了弥补禾草纤维本身纤维长度低，秸秆纤维基地膜脆硬、韧性低的缺点，采用聚乙烯醇缩甲醛纤维作为其增强材料。聚乙烯醇缩甲醛纤维不仅在干燥时能够溶解成半溶体，促进纤维间形成有效黏结作用，地膜间的纤维紧密结合，地膜韧性和强度提升，同时可改善地膜的疏水、耐久性，进而保障地膜在水田应用中的机械铺设强度。

（3）、本申请制备的纳米纤维素/壳聚糖改性溶液，经涂布与烘干后，在秸秆纤维基地膜表面形成一层可降解且无毒的纳米涂层膜。纳米纤维素比表面积大且具大量的羟基可与纤维形成氢键，提高地膜拉伸强度、韧性及力学性能。此外，由于壳聚糖具有良好的抗菌性，因此在秸秆纤维基地膜表面引入的这层膜可有效减缓应用过程中微生物对地膜的侵蚀与降解，从而提高地膜的有效应用期。

附图说明

图1高温发酵处理秸秆纤维扫描电镜图；

图2高温发酵处理秸秆纤维傅里叶红外光谱图；

图3高韧性秸秆纤维基地膜的抗菌性能图；

图4地膜铺设后抑草效果图；

图5地膜在水稻生长过程中的降解示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应当理解，以下所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并非是对本发明的限制。

以下实施例中：

纳米纤维素购自福建省沙县鸿宇安生物科技有限公司；

聚乙烯醇缩甲醛纤维购自武汉拉那白医药化工；

壳聚糖购自河北润赢生物；

有机蒙脱石购自广州亿峰化工；

膜转移涂布机购自山东安尼麦特仪器有限公司，型号AT-JTB-1；

聚酰胺环氧氯丙烷树脂购自潍坊铭祥化工；

阳离子分散松香胶购自无锡市蓝森化工；

硫酸铝购自麦克林，分析纯；

有机物料腐熟剂购自南京宁粮生物工程公司，登记号：微生物肥（2013）准字（1101）号；

负压成型设备购自山东安尼麦特仪器有限公司（商品名“方形纸机成型器”）；

地膜烘干设备参见文献“王正顺、李永宝、杨桂花、谢益民. 内置式电磁烘缸干燥设置[J]. 纸和造纸，2005（b08）：49-51.”中所公开的烘干设备；

发酵反应器为江苏省农业科学院与常州市苏风机械厂联合研制的有机肥高温发酵设备，型号：GWFJ，具体实施中，也可用其他常规市售发酵反应装置；

打浆设备为瓦利打浆机，型号：AT-WL，公司：山东安尼麦特仪器有限公司。

实施例1 高温预处理制备发酵秸秆纤维

S1：取1.6kg经粉碎筛去细小组分的水稻秸秆（1-2cm），加入14.5g尿素，及质量分数5%的微生物菌剂，调节体系碳氮比30：1，含水率65%。物料混合均匀后转移到发酵反应器中，将发酵材料置于60℃培养箱中发酵12天。在发酵过程中，每3天翻堆一次，自然提供新鲜空气（处理组）。同时，不接种微生物菌剂为对照组编号CK。高温（60-65℃）发酵预处理后获得拆分秸秆纤维，其扫描电镜图如图1所示，傅里叶红外光谱图如图2所示。

本实施例中微生物菌剂为有机物料腐熟剂，其主要成分为地衣芽孢杆菌和娄氏链霉菌，菌剂添加量依据产品说明书进行（在具体实施中，也可以使用其他本领域常规发酵菌种，并根据菌种的不同调整发酵温度）。

图1（a）为对照组（CK），图1（b）为处理组，可见在微生物的作用下，处理组秸秆纤维表面结构被严重破坏，出现许多孔洞与凹槽且纤维内部发生断裂，可促进机械打浆过程中纤维的分丝。

图2（a）为对照组（CK），图2（b）为处理组，红外光谱图显示处理组1724cm^-1的C=O（半纤维素与木质素的连接键）经高温发酵后消失，这也在微观分子层面上验证了处理组秸秆纤维结构在高温发酵过程中被拆分。

在具体实施过程中，微生物菌剂的接种量可控制在1%～5%；高温发酵温度范围可为60～65℃。

实施例2：高韧性秸秆纤维基抑草地膜的制备

S1：高温预处理制备发酵秸秆纤维，具体步骤同实施例1；

S2：将S1 步骤获得的300g发酵秸秆纤维与30g聚乙烯醇缩甲醛纤维进行混合，利用打浆设备机械制浆，打浆浓度为1.57%，打浆度为55°SR。加入有机蒙脱石15g、湿强剂聚酰胺环氧氯丙烷6g、阳离子分散松香胶4.5g、助留剂硫酸铝2.7g，将浆料搅拌均匀，经成型机成型制得秸秆纤维基地膜，编号为MF-1，备用。

S3：将4g壳聚糖溶于100g的质量分数为1%乙酸溶液置于磁力搅拌器中搅拌2h，获得混合溶液；向混合溶液中加入1g纳米纤维素及0.5g的甘油，室温条件在磁力搅拌器下搅拌30min后置于超声波仪器分散1h，得到纳米纤维素/壳聚糖溶液；用氢氧化钾将该溶液调至pH7.5，在45-55℃温度下，加入占纳米纤维素/壳聚糖溶液10%（质量百分数）的水解大豆分离蛋白改性脲醛树脂，聚合反应30min，静置12h脱除气泡为改性纳米纤维素/壳聚糖聚合溶液。

在膜转移涂布机胶槽内用去离子水将上述改性纳米纤维素/壳聚糖聚合溶液稀释5倍，利用涂布机胶辊将混合溶液均匀涂布于S2步骤获得的秸秆纤维基地膜（MF-1）表面，施胶量为3g/m²。迅速置于纸样快速干燥器上烘干，得高韧性秸秆纤维基抑草地膜，编号MF-2，地膜定量控制在75g/m²。

另外，同时于MF-1秸秆纤维基地膜上涂布上述改性纳米纤维素/壳聚糖聚合溶液，涂布量为1g/m²，编号MF-3。

在具体实施中，只要确保发酵秸秆纤维、聚乙烯醇缩甲醛纤维、有机蒙脱土、湿强剂、施胶剂、助留剂的质量比在100：5-10：3-5：1-3：1.5-2：0.1-1范围内，水相体系中物料质量浓度为1.5-2%范围内，壳聚糖、乙酸溶液、纳米纤维素、甘油的质量比依次为4：80-100：1-2：0.2-0.5，水解大豆分离蛋白改性脲醛树脂质量占纳米纤维素/壳聚糖溶液质量的10-15%，均可实现发明之目的。

实施例3 制备高韧性秸秆纤维基地膜（对比例）

S1：高温预处理制备发酵秸秆纤维，具体步骤同实施例1；

S2：秸秆纤维基地膜的制备

将S1 步骤获得的300g发酵秸秆纤维进行机械制浆，打浆浓度为1.57%，打浆度为55°SR。加入有机蒙脱石9g、湿强剂聚酰胺环氧氯丙烷4.5g、阳离子分散松香胶6g、助留剂硫酸铝0.5g，将浆料搅拌均匀，经成型机成型制得秸秆纤维基地膜，编号为MF-4，备用。

S3：高韧性秸秆纤维基抑草地膜的制备

改性纳米纤维素/壳聚糖聚合溶液的制备具体步骤同实施例2步骤S3，但未加水解大豆分离蛋白改性脲醛树脂。

利用涂布机胶辊将混合溶液均匀涂布于秸秆纤维基表面，施胶量为3g/m²。迅速置于纸样快速干燥器上烘干，得高韧性秸秆纤维基抑草地膜，编号MF-5。地膜定量控制在75g/m²。

实施例4 对比实验

为研究秸秆纤维基地膜的机械性能、韧性及其透气性能，本实施例选择定量为75g/m²，对秸秆纤维基地膜MF-1、MF-2、MF-3、MF-4、MF-5的抗张强度、断裂伸长率、耐破度、撕裂度进行检测。

为了研究有机蒙脱土对秸秆纤维基地膜透气性的影响，同时设置对比实施例如下：

MF-6：其制备方法与实施例2的MF-1相同，但不添加有机蒙脱土。

MF-7：于MF-6表面涂布实施例2获得的改性纳米纤维素/壳聚糖聚合溶液，涂层量3g/m²。

在标准实验室条件下依据GB/T 12914-2018、GB/T 1539-2007、GB/T455.1-1989进行测定，结果如表1所示。

表1秸秆纤维基地膜的力学性能、断裂伸长率

由表1实验结果可知，经过纳米纤维素/壳聚糖溶液涂布后的秸秆纤维基地膜MF-2的力学性能要高于MF-1，且MF-2地膜的断裂伸长率相对于MF-1提高了37.93%，相对MF-3提高了1.2倍，表明在秸秆纤维基地膜表面涂布生物膜可显著改善地膜的机械性能及柔韧性；此外MF-1的机械性能整体要优于MF-3，表明聚乙烯醇缩甲醛纤维素能够改善纤维间的交织力。

同时，表1还比较了MF-2、MF-5和MF-6秸秆纤维基地膜的透气度，结果发现，秸秆纤维基地膜地膜MF-3在使用AT-TQ-1型（山东安尼麦特仪器有限公司）透气度测定仪依据GB/T458进行检测时未能检测出指标，MF-1的透气度为2.28μm/（Pažs），而MF-2的透气度为1.17μm/（Pažs），透气度下降48.68%，这是因为未进行填充及涂布的秸秆纤维基地膜其孔隙结构数量多且孔径大，而填充的有机蒙脱石在遇水后体积发生了膨胀，充分填充秸秆纤维基地膜中的孔隙，同时改性壳聚糖聚合溶液在地膜表面形成致密的膜，降低空气透过率。

此外，利用MF-6和MF-2进行水稻栽培试验：将秧龄为18天的水稻秧苗人工插入长×宽×高为60 cm×40cm×15 cm规格的集装箱内进行栽培试验。其中土壤铺设量为30kg，栽培水稻前将试验组土壤含水率调至饱和，晾田1天。

水稻栽培试验过程中发现，在灌溉相同水量（2L）条件下，无覆膜水稻盆栽仅耗时2天时间，表面游离水分即挥发完全，而MF-6和MF-2可分别延长挥发用时约0.5天和1天，表明秸秆纤维基地膜可有效提高节水性，降低水蒸气的透过率。

实施例5 改性纳米纤维素/壳聚糖生物膜抑菌实验

为研究秸秆纤维基地膜的抑菌能力，本实施例选择纸膜定量为75g/m²，检测秸秆纤维基地膜MF-1和MF-2的抑菌能力。

本实验所述的抑菌能力，是指在地膜样品上接种来自水稻土真菌进行培养，以其表面微生物生长面积来衡量其抑菌能力。

具体方法为：取10 g来自于水稻田土壤（江苏省农业科学院粮作所）置于100 mL无菌水中浸提取上清液涂布于真菌固体培养基，待培养2-3天后，从培养基上挑取菌丝接入液体培养基培养3天后进行梯度稀释后作为接种液，其中真菌接种量为4.86×10⁵cfu/g。将实验中各不同种类的样品薄膜（规格为5cm×2.5cm）放置在无碳源无机盐琼脂培养基上，然后取上述菌液0.15 mL 涂布于试样表面，置于培养箱内培养5天后使用普通光学显微镜进行观察。根据国家标准GB/T 24128-2009的规定，以微生物生长面积为评判标准。

实验结果如图3所示，其中图3（a）为MF-1组，图3（b）为MF-2组。可见，在涂布改性纳米纤维素/壳聚糖聚合溶液后，秸秆纤维基地膜表面微生物的生长要远远少于未经涂布改性纳米纤维素/壳聚糖聚合溶液的地膜。表明在秸秆纤维基地膜应用的过程中，纳米纤维素/壳聚糖膜能够有效抑制生物的繁殖，延缓秸秆纤维基地膜的降解速率，使得地膜使用有效期延长。

实施例6 田间抑草实验

为了解秸秆纤维基地膜的实际应用效果，本实施例将MF-1、MF-2、MF-4、MF-6和MF-7秸秆纤维基地膜应用于水稻盆栽实验，并以未覆盖地膜为对照组，实验于江苏省农业科学院挂藏室进行。

表2给出地膜抑草效率及株高茎粗数据。

抑草率：在移栽45d后，统计各盆栽里的杂草数量，以无覆膜的空白对照为100%计。抑草率=（空白杂草量-处理组杂草量）×100%/空白杂草量计算。

表2秸秆纤维基地膜不同天数的抑草率及移栽30d后水稻秧苗的株高、茎粗

由表2实验结果可知制备的几种秸秆纤维基地膜均有良好的抑草效果，有效抑制杂草的萌发，可大幅降低化学除草剂的使用。这是因为，覆膜后土壤中萌发的杂草种子因不能顶破地膜进行光合作用。另外，由表2可知，MF-2水稻秧苗在株高、茎粗上都要优于空白对照，可能是由于地膜抑制了杂草，减少杂草与水稻秧苗之间的竞争，水稻秧苗可吸收更多的营养元素。

图4为水稻生长45天后的图片，其中图4（a）为空白对照（未覆膜），图（b）为覆盖MF-2膜后杂草的抑制效果。

水稻育秧45天后，秸秆纤维基地膜可以降解75%以上，图5为水稻生长过程中地膜降解图片，其中图5（a）为45天时地膜降解情况，图5（b）为60天地膜降解图片，可发现土壤表面秸秆纤维地膜完全消失。

上述实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可做出若干改进、润饰或变化，也可将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种高韧性秸秆纤维基抑草地膜的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

1）制备秸秆纤维基地膜

将发酵秸秆纤维、聚乙烯醇缩甲醛纤维、有机蒙脱石、湿强剂、施胶剂、助留剂，在水相体系中混合均匀，烘干后获得秸秆纤维基地膜，待用；

2）合成改性纳米纤维素/壳聚糖聚合溶液

将壳聚糖与质量分数为1%乙酸混合后获得混合溶液，向混合溶液中依次加入纳米纤维素、甘油，搅拌30-45min，然后超声分散1-2h，得到纳米纤维素/壳聚糖溶液；调节纳米纤维素/壳聚糖溶液pH至7.5，然后加入水解大豆分离蛋白改性脲醛树脂，35-40℃反应15-30min后静置12-24h，得到改性纳米纤维素/壳聚糖聚合溶液，备用；

3）高韧性秸秆纤维基抑草地膜的制备

将改性纳米纤维素/壳聚糖聚合溶液与去离子水混合均匀，涂布于步骤1）获得的秸秆纤维基地膜表面，烘干，即获得所述高韧性秸秆纤维基抑草地膜。

2.根据权利要求1所述高韧性秸秆纤维基抑草地膜的制备方法，其特征在于，步骤1）所述发酵秸秆纤维、聚乙烯醇缩甲醛纤维、有机蒙脱土、湿强剂、施胶剂、助留剂的质量比依次为100：5-10：3-5：1-3：1.5-2：0.1-1。

3.根据权利要求1所述高韧性秸秆纤维基抑草地膜的制备方法，其特征在于，步骤2）所述壳聚糖、乙酸溶液、纳米纤维素、甘油的质量比依次为4：80-100：1-2：0.2-0.5。

4.根据权利要求1所述高韧性秸秆纤维基抑草地膜的制备方法，其特征在于，步骤2）中，水解大豆分离蛋白改性脲醛树脂质量占纳米纤维素/壳聚糖溶液质量的10-15%。

5.根据权利要求1所述高韧性秸秆纤维基抑草地膜的制备方法，其特征在于，步骤3）中，改性纳米纤维素/壳聚糖的涂布量为1-3g/m²。

6.根据权利要求2所述高韧性秸秆纤维基抑草地膜的制备方法，其特征在于，步骤1）所述湿强剂为聚酰胺环氧氯丙烷树脂，施胶剂为阳离子分散松香胶，助留剂为硫酸铝。

7.根据权利要求5所述高韧性秸秆纤维基抑草地膜的制备方法，其特征在于，步骤3）中，所述改性纳米纤维素/壳聚糖聚合溶液与去离子水的体积比为1：5。

8.根据权利要求1-7任一所述高韧性秸秆纤维基抑草地膜的制备方法，其特征在于，步骤1）所述发酵秸秆纤维是这样获得的：将微生物菌剂接种到秸秆纤维上，接种量为1%-5%，调节发酵物料含水率60%-65%，碳氮比30：1，发酵12-14天后获得发酵秸秆纤维；

所述微生物菌剂为娄彻氏链霉菌或地衣芽孢杆菌中的一种或多种。

9.如权利要求1-7任一方法所制备的高韧性秸秆纤维基抑草地膜在水稻栽培领域中的应用。

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