本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)環(huán)保、土壤改良及保水抗旱領域，特別是涉及一種可降解納米保水地膜及其制備方法。

背景技術：

農(nóng)業(yè)用水約占全國用水總量的70％左右，而農(nóng)業(yè)年缺水約300億立方，水資源依舊短缺，業(yè)已成為制約我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的關鍵因素之一，合理利用水資源，開發(fā)高效土壤保墑技術是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展的根本途徑。

近年來，人們越來越重視對環(huán)境的保護，在我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，為了節(jié)水、保水、保溫，農(nóng)膜被大量使用，如：在育苗時，苗床需要覆蓋地膜以達到保溫、保濕的目的；部分旱作作物，需要在地膜上打孔栽種，如西瓜、煙草等；還有的溫室種植為了保水保溫也需要覆膜種植。但是在育苗時一旦種子發(fā)芽出苗，要及時的揭掉地膜，否則，很容易高溫燙傷種苗。而在作物成熟收獲后農(nóng)膜也就失去了作用，隨之而來的就是農(nóng)膜廢棄物污染的問題。而如今市面上常用的是以聚乙烯、聚丙烯等化學物質(zhì)制成的農(nóng)用地膜，除了具有保溫、除草等功能外，還存在著耐用性差、強度不高、降解難度大時間久等問題。由于其很難降解，且不能回收二次使用，大量地膜碎片會殘留在土壤中，不僅會破壞土壤結構，影響作物生長而導致減產(chǎn)，還會造成嚴重環(huán)境污染。目前也有很多關于可降解地膜的研究，大多是關注農(nóng)膜的可降解性、提高降解速度，以及使用不同的化學物質(zhì)配比提高農(nóng)膜的拉伸強度、透光度和厚度等情況研究，對于農(nóng)膜的降解后對土壤的影響等方面沒有更好的研究。

因此，當前急需改進地膜的生產(chǎn)技術和應用方法，地膜材料應選用具有地膜作用，且在使用后可降解的材料，同時降解后成分無毒、無害、不污染環(huán)境，且有利于改良土壤、耕作和種植。如何合理利用土壤水資源，開發(fā)研制可降解保水地膜，解決農(nóng)業(yè)用膜污染，有效增加土壤水分保持，改良土壤，提高農(nóng)業(yè)水資源的利用效率等問題，將是發(fā)展現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)和解決我國農(nóng)業(yè)用膜及廢棄物污染的有效途徑。

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明提供一種可降解納米保水地膜及其制備方法，旨在解決農(nóng)業(yè)用膜污染，土壤保水性差，土壤酸化，酶活性低及水資源的利用效率低等問題。

技術方案：為實現(xiàn)上述技術目的，本發(fā)明提供了一種可降解納米保水地膜，所述可降解納米保水地膜由如下重量份數(shù)的組分制備而成：

納米caco310～15份、納米tio25～10份、聚乙烯醇10～20份、聚丙烯15～25份、聚乳酸2～3份、秸稈生物質(zhì)炭12～27份、mp3005保水劑10～20份、em擴大液3～5份、糖蜜1～3份、復合增塑劑15～26份、生物降解促進劑5～12份、光引發(fā)劑2.8～5份和淀粉膠黏劑1～5份。

本發(fā)明進一步提出了上述可降解納米保水地膜的制備方法，包括如下步驟：

(1)以納米caco310～15份，em擴大液3～5份，糖蜜1～3份，納米tio25～10份為原料發(fā)酵，發(fā)酵溫度為25～32℃，發(fā)酵時間為7-12天，得到發(fā)酵液a；

(2)再將步驟(1)中得到的發(fā)酵液a中加入相應配方量的聚乙烯醇、聚丙烯、聚乳酸、mp3005保水劑和秸稈生物質(zhì)炭混入攪拌器中，攪拌15～20分鐘，1000～1800r/min，得到混合物b；

(3)再將步驟(2)中得到的混合物b中加入相應配方量的淀粉膠黏劑和復合增塑劑，在雙螺桿擠出機中以轉(zhuǎn)速100～200r/min，溫度150℃～170℃下復合擠出得到熱塑性納米復合劑c；

(4)將配方量的生物降解促進劑、光引發(fā)劑均勻混合到步驟(3)得到熱塑性納米復合劑c中，在50～100r/min的條件下混合均勻，用通用塑料吹膜機吹膜，設定轉(zhuǎn)速為15～30r/min，溫度150～185℃條件下熱熔擠出吹塑，制成地膜，切割、包裝即制得所述可降解納米保水地膜。

所述的可降解納米保水地膜，其使用方法在于，在使用地膜前將地膜浸泡于所述制備的發(fā)酵液a中，可根據(jù)要鋪設的地表溫度設定浸泡時間，當?shù)乇頊囟刃∮?5℃時，浸泡1～3天。當?shù)乇頊囟却笥?5℃時，浸泡2～6天。

優(yōu)選地，所述納米caco3的粒徑為25～100nm，納米tio2的粒徑為20～50nm。

所述的em擴大液由em原液、糖蜜、去離子水按照體積比為0.7～1∶0.6～0.8∶2.1～2.5混合發(fā)酵后得到，發(fā)酵溫度為32～35℃，發(fā)酵時間為8-10天。

其中，所述秸稈生物質(zhì)炭是在缺氧或低氧條件下以較低溫度(＜700℃)對作物秸稈等生物質(zhì)進行熱解而產(chǎn)生的含碳極其豐富、穩(wěn)定、高度芳香化的固態(tài)物質(zhì)，可直接購買于江蘇華豐農(nóng)業(yè)生物工程有限公司。

優(yōu)選地，所述生物降解促進劑為biofiller^tm。

具體地，所用的聚乳酸為生物降解材料pla；所述光引發(fā)劑為水性光引發(fā)劑(wsp)，主要包括二苯酮衍生物及烷基芳酮衍生物。

所述的保水劑為“沃特”牌保水劑。

所述的復合增塑劑是以氯化脂肪酸酯為主要成分的增塑劑，可購買于山東天成化工有限公司。淀粉膠黏劑是以紅薯、小麥淀粉為主要成分的粘合劑，可購買于漯河市匯泉膠粘劑有限公司。

有益效果：與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

(1)本發(fā)明中所配置的可降解新型納米保水地膜，可提高地膜的降解速率，有效促進作物生長；

(2)使用此可降解新型納米保水地膜，降解后殘留物可被土壤微生物吸收利用，避免對環(huán)境造成二次污染；

(3)本發(fā)明地膜中含有秸稈生物質(zhì)炭及em擴大液可有效改善土壤結構和孔性，降低土壤酸度，增加微生物活性，提高土壤保水保肥能力；

(4)本發(fā)明地膜中含有的納米鈣，降解后轉(zhuǎn)化成有效態(tài)鈣為作物補充鈣素營養(yǎng)；

(5)本發(fā)明中可降解新型納米保水地膜制備工藝簡單、成本較低。

附圖說明

圖1為煙田0-20cm土層土壤水分變化；

圖2為土壤水分特征曲線。

具體實施方式

下面通過具體的實施例詳細說明本發(fā)明。

本實施例提供了一種可降解納米保水地膜的制備方法，包括如下步驟：

(1)以納米caco310～15份，em擴大液3～5份，糖蜜1～3份，納米tio25～10份為原料發(fā)酵，發(fā)酵溫度為25～32℃，發(fā)酵時間為7-12天，得到發(fā)酵液a。

(2)將步驟(1)中得到的發(fā)酵液a中加入相應配方量的聚乙烯醇、聚丙烯、聚乳酸、mp3005保水劑和秸稈生物質(zhì)炭混入攪拌器中，攪拌15～20分鐘，1000～1800r/min，得到混合物b；

(3)再將步驟(2)中得到的混合物b中加入相應配方量的淀粉膠黏劑和復合增塑劑，在雙螺桿擠出機中以轉(zhuǎn)速100～200r/min，溫度150℃～170℃下復合擠出得到熱塑性納米復合劑c；

(4)將配方量的生物降解促進劑、光引發(fā)劑均勻混合到步驟(3)得到熱塑性納米復合劑c中，在50～100r/min的條件下混合均勻，用通用塑料吹膜機吹膜，設定轉(zhuǎn)速為15～30r/min，溫度150～185℃條件下熱熔擠出吹塑，制成地膜，切割、包裝即制得所述可降解納米保水地膜。

實驗效果

試驗以種植煙草為例，選用煙草品種為k326。試驗在江蘇省南京市江寧區(qū)南京市蔬菜花卉科學研究所內(nèi)的蒸滲儀中進行。當?shù)啬昶骄涤晏鞌?shù)117d，年降雨量1106.5mm，每年6月下旬至7月為梅雨季節(jié)，年平均溫度15.7℃，最大平均濕度81％，最大風速19.8m/s，無霜期237d。實驗采用膜下滴灌和溝灌兩種灌水方式，其中膜下滴灌所用地膜為普通地膜和納米可降解保水地膜，在使用地膜前將地膜浸泡于所述制備的發(fā)酵液a中，浸泡1～3天，取出覆膜。

不同配比地膜的制備：

配方(一)：(1)將15％的納米caco3，5％的em擴大液，3％的糖蜜，10％的納米tio2混合發(fā)酵，發(fā)酵溫度為25～32℃，發(fā)酵時間為7-12天，得到發(fā)酵液a。(2)將得到的發(fā)酵液a中加入相應配方量的20％的聚乙烯醇、25％的聚丙烯、3％的聚乳酸、10％的mp3005保水劑和20％的秸稈生物質(zhì)炭混入攪拌器中，攪拌20分鐘，1800r/min，得到混合物b；(3)再將得到的混合物b中加入相應配方量的淀粉膠黏劑和復合增塑劑，在雙螺桿擠出機中以轉(zhuǎn)速200r/min，溫度170℃下復合擠出得到熱塑性納米復合劑c；(4)將配方量的生物降解促進劑、光引發(fā)劑均勻混合到熱塑性納米復合劑c中，在100r/min的條件下混合均勻，用通用塑料吹膜機吹膜，設定轉(zhuǎn)速為30r/min，溫度180℃條件下熱熔擠出吹塑，制成地膜，切割、包裝即制得所述可降解納米保水地膜。

配方(二)：(1)將15％的納米caco3，5％的em擴大液，3％的糖蜜，10％的納米tio2混合發(fā)酵，發(fā)酵溫度為25～32℃，發(fā)酵時間為7-12天，得到發(fā)酵液a；(2)將得到的發(fā)酵液a中加入相應配方量的20％的聚乙烯醇、25％的聚丙烯、3％的聚乳酸、20％的mp3005保水劑和25％的秸稈生物質(zhì)炭混入攪拌器中，攪拌20分鐘，1800r/min，得到混合物b；(3)再將得到的混合物b中加入相應配方量的淀粉膠黏劑和復合增塑劑，在雙螺桿擠出機中以轉(zhuǎn)速200r/min，溫度170℃下復合擠出得到熱塑性納米復合劑c；(4)將配方量的生物降解促進劑、光引發(fā)劑均勻混合到熱塑性納米復合劑c中，在100r/min的條件下混合均勻，用通用塑料吹膜機吹膜，設定轉(zhuǎn)速為30r/min，溫度180℃條件下熱熔擠出吹塑，制成地膜，切割、包裝即制得所述可降解納米保水地膜。

實驗設置四個處理，分別為：

t1、對照、不覆膜，采用溝灌的方式進行灌溉，單次灌水量4.5m³/畝，全生育期灌水總量為337mm；

t2、普通地膜，采用膜下滴灌的方式進行灌溉，單次灌水量4.5m³/畝，全生育期灌水總量為337mm；

t3、用配方(一)制備的可降解納米地膜，采用膜下滴灌的方式進行灌溉，單次灌水量4.5m³/畝，全生育期灌水總量為337mm；

t4、用配方(二)制備的可降解納米地膜，采用膜下滴灌的方式進行灌溉，單次灌水量4.5m³/畝，全生育期灌水總量為337mm。

2015年5月9日將k326煙苗于6葉1心時移栽，移栽時土壤灌水至田間持水量，以后每2-3天按設計滴灌流量灌溉一次，全生育期共灌溉40次。

通過分別測定烤煙生根期、旺長期、成熟期0-20cm土壤含水率、烤煙農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量等指標，分析可降解納米保水地膜對烤煙保水保濕增產(chǎn)等效應，并觀察地膜降解情況，通過植煙土壤水分特征曲線的測定，分析可降解納米地膜改良土壤效果。

表1、表2、表3分別為伸根期、旺長期、成熟期烤煙各農(nóng)藝性狀指標及產(chǎn)量測定結果。

表1烤煙伸根期

表2烤煙旺長期

表3烤煙成熟期

從表中可以看出，烤煙伸根期，覆膜處理均優(yōu)于對照處理，可降解納米保水地膜稍優(yōu)于普通膜，配方(二)所制備的可降解納米保水地膜稍優(yōu)于配方(一)所制備的；而在烤煙旺長期和成熟期，可降解納米保水地膜覆蓋的烤煙農(nóng)藝性狀明顯優(yōu)于普通地膜；較于t1和t2處理，t3處理產(chǎn)量提高33.47％和9.3％；較于t1、t2和t3處理，t4處理產(chǎn)量提高36.06％、12.80％和3.8％，可見使用可降解納米保水地膜可顯著提高烤煙的農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量，且可降解納米地膜原材料配比中mp3005保水劑和秸稈生物質(zhì)炭起到主要作用。

0-20cm土層在移栽后7d、21d、35d、49d、63d、77d、91d和105d土壤水分變化情況如圖1所示，結果表明t4土壤體積含水率約為22％～26％，t3土壤體積含水率約為20％～25％，明顯高于t2和t1，t2處理高于t1，且t4處理稍高于t3，可見覆膜可提高土壤體積含水率。因此，使用本發(fā)明可降解保水地膜其保水效果明顯優(yōu)于普通地膜，且使用配方(二)所制備的可降解納米保水地膜稍優(yōu)于配方(一)所制備的。

由圖2的土壤水分特征曲線可以看出，相較于t1和t2處理，t3處理土壤持水能力提高20.03％和15.67％；相較于t1、t2和t3處理，t4處理土壤持水能力提高22.49％、17.23％和1.84％，可見使用本發(fā)明可對作物生長起到了很好的保水作用。因此，使用本發(fā)明可降解納米保水地膜可有效改善土壤結構，增加土壤孔隙度、提高土壤保水保肥能力。

根據(jù)試驗測定，可降解納米保水地膜，在移栽30天降解率為13.8％，移栽90天后降解50％，在移栽160天后降解97.5％，180天后基本沒看到明顯地膜碎片。隨著時間的推移地膜可全部降解，且對土壤具有明顯的改良作用。

綜上所述，本發(fā)明實施例提供的可降解納米保水地膜及其制備方法，該地膜具有保溫、保水的作用，有效促進作物生長能力。且地膜中含有秸稈生物質(zhì)炭、mp3005保水劑及em擴大液可有效改善土壤結構，降低土壤酸度，增加土壤空隙度、微生物活性，提高土壤保水能力，避免對環(huán)境造成二次污染。并且該地膜的制備及應用過程簡單方便，降低了生產(chǎn)成本。

以上對本發(fā)明所提供的一種可降解納米保水地膜及其制備方法進行了詳細介紹，并應用了具體試驗對本發(fā)明可降解納米保水地膜實施方式及試驗效果進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處，本說明書內(nèi)容不應理解為對本發(fā)明的限制。