专利名称：可渗水聚乙烯农田覆盖膜及其生产工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种农田覆盖膜及其生产工艺，尤其是可渗水聚乙烯农田覆盖膜及其生产工艺。
我国有10亿亩中低产田，其中旱地在中低产田中占有绝对高的比例。我国干旱、半干旱地区主要集中在北方，约占全国土地面积的48％，没有灌溉条件的旱地约占总耕地的52％(丁永齐1992)。黄河流域的旱年频度在40％～80％之间，其中在中下游为71.4％～76.2％，中上游为60％～79％；中游为40％～60％；上游为30％～45％(吕昌河1998)。有关人士认为，解决我国21世纪16亿人口食物问题的希望在中西部、在“三北”(华北、东北、西北)地区。我国中西部及“三北”地区，干旱缺水与水热组合不协调是影响农业单产低而不稳的主要因素。干旱地区的缺水和热量不足是当前条件下人类无法改变的客观事实，应采取的旱地农业高产重要技术战略是提高旱农地区现有水、热资源利用率。据初步调查，旱农地区降水资源的利用率只有20％～40％，造成水分利用率低的重要原因是土面蒸发比率高，现有的农艺技术不能有效利用小雨(10mm/次)量天然降水资源，然而小雨(10mm/次)量资源数量特征是发生频率高、累计量大。在位于黄土高原残源区半干旱地区的山西省瞧县试验点1992～1996连续5年降雨观测资料的分析结果表明小于10mm/次的小雨发生频率占72％，年累计量达100～150mm。小雨的时间特征是对春播作物在雨季来临前生长发育的前期，小雨发生频率特别高。从隰县试验区干旱特别严重的1997年1～9月份降水分布情况可以看出日降水量小于10mm的有35次，占总降水次数43次的81.2％；日降水量小于10mm的雨量为96.5mm，占到总降水量275.1mm的35.10％。1997年元月到7月玉米生育前期降水分布情况可以看出日降水量小于10mm的有29次，占总降水次数31次的93.50％；日降水量小于10mm的雨量为80.2mm，占到同期总降水量108.4mm的74.0％。小雨的动态特征是小雨(10mm/次)入渗浅，只能停留在土壤表层，多以无效水的形式蒸发掉。小雨的水分生产潜力大，按照蒸腾耗水效率每公顷生产7500Kg玉米的蒸腾耗水为246mm(萧复兴1995)计算，累计100mm的小雨量降水资源就具有增产粮食3555Kg的潜力。在我国北方水分利用率的提高必须与光温利用率的提高同步进行。在北方旱农地区现有光热资源的利用率低，其中，光能利用率仅为0.1％～0.2％(相对于年总辐射)(丁永齐1992)，热量资源利用率为40％～80％(相对于可种植时间)，因此，提高旱农地区光热资源利用率的粮食增产潜力也大。目前，在SPAC境地系统的界面可控性研究方面缺乏应有的理论研究和必要的开发研究，其实捉住年内总量为100～150mm左右小雨量的深度开发，变土壤无效水为作物有效蒸腾水，将会使旱地的农作物产量大幅度提高。虽然国家对高新农业技术非常重视，期望在近期内培育成表现突出的耐旱高产的作物优良品种和推广先进的节水灌溉及旱作高产工程，但对小雨量降水资源的重视程度不够。当前的多数旱作农业技术在小雨量降水资源开发利用方面效果不大。如秸秆覆盖技术，虽然保水效果好，但低温的负效应抵销了保水的正效应如地膜覆盖技术，虽然增温效果好，但不能高效利用小雨量资源，通气状况也差。一项好的农艺措施的选择过程就是多准则协调决策过程，决策结果应当是为农作物的正常生长创造出水肥气热相互协调的微生态环境条件，且技术本身最好是能够物化的，然而目前很少有这样的技术。
土壤-植物-大气连续体(SPAC)是近代水科学、实验地理学、土壤物理学、农田生态学与农业气象学的前沿研究领域(康绍忠1994)。当前，国内外对SPAC的多个环节已有深入研究，但对干旱与半干旱地区小于10mm/次降水有效利用的连续体界面调控技术的研究，却无明显进展。在年降水量在300～500mm的广大干旱与半干旱地区，一般认为降水量不足且分布不均是制约农作物产量提高的最大限制因子。从水分生产潜力分析，这一地区的水分利用率仅为20％～40％，水分生产率仅为0.3Kg/mm.mu.a左右，按照隰县试验区研究出的作物蒸腾耗水效果(萧复兴1995)计算，水分的粮食生产潜力可以达到2Kg/mm.mu.a。那么，这一地区的粮食亩产量的水分因子潜力可高达600～1000Kg。因此，山西省及我国北方地区旱地农作物生产中遇到的最关键的问题不是总水量供给不足，而是水分的利用率低。造成水分利用率低的最本质的原因，一是天然降水在0～10cm土壤表层以无效水的形式大量蒸发，降低了有效水的总量；二是表土层水分盈亏波动剧烈，不利于作物表层根系的生长。通过对隰县试区连续6年的降水分布进行了统计，还发现小于5mm/次的降水频率占到52.5％，小于10mm/次的降水频率占到70％、降水量占到26％，加上其余占30％的大于10mm/次的降水中滞留于土表0～10cm土层(活跃层)中的水分，无效降水占到280mm左右，而这些水分具有生产500kg/mu以上的玉米生产潜力。可见，采取小雨资源有效化措施，将给旱地农作物每年增加相当于2次以上的灌水量，其亩产量可能达到目前水浇地的单产水平。由于以往农艺技术对小雨资源有效化利用的重视程度不够，虽然有的旱地农田保水技术成果能增加一定的产量，但至今很少发现对小雨资源专门研究的报道，生产上也没有一套相应的具有突破性的小雨资源有效化农艺技术措施。为此，我们开始了对“小雨资源有效化利用”理论和技术措施方面的思考，并对已有的农田保水科技成果进行系统总结分析，从中发现“促进小雨入渗、防止小雨蒸发、稳定表土层水分”是“小雨资源有效化利用”的关键，也是目前农田保水理论和技术措施成果未能解决的根本问题所在。地膜覆盖是当今最重要的栽培手段，然而存在膜下通气性差、小雨不能垂直入渗到膜下和造成土壤的白色污染等问题。因此提出了“渗水地膜”一词，并开展了渗水地膜研制及应用研究。研究的目标是设计的渗水地膜应当是一种能够使光、热、水、气多种资源因子系统达到自动协调控制的多功能地膜。基于农田系统调控理论(姚建民1993)，这种技术产品应当成为目前土壤一植物一大气连续体SPAC中协调性能最佳的一种重要界面膜，为协调作物根际水分、温度和空气并建立相对稳定的作物根际生态环境系统提供新的途径。在土壤表层创造一层功能性调控膜，使根系生存的较适宜土壤环境系统相对稳定，缓冲干旱危害，无疑对农作物的生产有利。为此，搞好界面膜的研究对开发干旱与半干旱地区天然降水资源的水分生产潜力，使小雨资源有效化，使无效的土面蒸发水大量地转化为有效的作物蒸腾水，为农作物提供优越而稳定的根际微生态环境，促进旱作农业增产与旱区农业持续发展具有重要意义。
现有微孔塑料薄膜主要用于包装材料、医学、电器、化学实验等学科领域，以通气和防水为主。在加工工艺上，微孔膜制作是采用喷射腐蚀法、机械法、拉伸法、涂膜法、辅料法等方法，未见采用辅料法与机械法有机结合的工艺技术生产具有可渗水、保水、微通气等功能农用地膜的报道。文献报道的微孔膜主要用于过滤、防水、通气。文献报道的有孔地膜，孔径在3～14mm之间，用于蔬菜根系通气。但用于旱地小雨资源有效化，具有可渗水、保水、微通气等功能的农用地膜未见报道。
本发明的目的在于提供一种改进的可渗水聚乙烯农田覆盖膜，并提供了一种生产这种覆盖膜的生产方法。
本发明的目的是这样实现的在低密度聚乙烯地膜配方中加入重量比为0.1％～0.4％的渗水助剂，在吹塑机上吹制出含有渗水助剂的地膜做为坯膜，然后在收卷前用光面对辊将切开的坯膜分别挤压成带有孔径为1～15μm、孔密度为10～100万个/m2的微米级小孔的通透性膜，使其具有可渗水、保水、微通气、调温功能。
一种低密度聚乙烯地膜配方为线性低密度聚乙烯∶高密度低压聚乙烯(5000S)∶高压料(112A-1)为3∶1∶1。
渗水助剂为粒径2～10倍于地膜厚度的易破碎的晶体无机或有机粒子，粒子具有水溶性、熔点不低于吹塑机三区的工作温度(粒子如Na2O·nSiO2·H2O、(NH4)H2PO4、NaCl、寡糖等)，采用的膜厚度为0.006～0.01mm，建议的膜宽度为800～1500mm。渗水助剂的加入方法是将选定的任一种或一类或某几种组成的复合助剂，用高速粉碎机粉碎成细粉末，然后过200目筛，将过筛后的助剂粉末按照占一次配料重量0.1％～0.4％的比例分批搅拌到配料中，充分搅拌均匀后装入吹塑机的漏斗中。
吹塑机应有较大的调温范围，最高温度的可调整范围应包括160℃～210℃的区间，即吹塑机的三区温度能够在160℃～210℃的区间内随着加入渗水助剂熔点的不同任意设定，否则过高的温度会使助剂炭化失去渗水功能、或造成吹塑过程断膜现象。吹塑机的一区、二区、三区、法兰、机头的温度变化应呈正态分布，最低温度应在140℃以上，最高温度依照渗水助剂的熔点而定，吹塑机的转速以35～40转/分钟为宜，如选用φ60吹塑机等。
吹制坯膜时必须保持较小的透气性，因此坯膜的通透性差，需要对收卷机进行适当的改造，用光面对辊将切开的坯膜分别挤压后，形成了带有微米级通道的通透性膜。
渗水地膜的渗水速率应＞12mm/(cm2·5cm·23℃·h·101.3kPa)或渗水速率应大于10％。测定方法是在室温23℃±2℃和常压下，将样品平放在65m/m布氏漏斗芯层上加入计量好的50ml±10ml蒸馏水(或清洁自来水)，记录在1小时内布氏漏斗内渗出水的深度，或记录从布氏漏斗渗入烧杯中水的质量，每组试验不少于3个。
渗水率(％)=(渗入烧杯中水的质量)/(布氏漏斗中原有水质量)×100％渗水地膜覆盖自由水面的保水量应＞40％/(100℃·30min·101.3kPa)。其测试方法是在容量为100ml的烧杯的顶部覆盖渗水地膜样品并用胶带扎紧，然后在烧杯中放入50ml±10ml蒸馏水(或清洁自来水)，煮沸至100℃保持30min，记录蒸发后烧杯中残留的水量，每组试验不得少于3个。计算公式
蒸发性能=(蒸发掉水质量)/(烧杯中原有水质量)×100％渗水地膜的通气性应＞200s/(100mm×100mm·20g·23℃)。其测定方法是在室温23℃±2℃和常压下，将样品热封成长100mm×宽100mm的袋，将袋充满空气，并将其平放置于一平板上后，在顶部施加20g的平板重物，记录渗水地膜气袋内空气全部逸出的时间“秒”S，每组试验不得少于3个。
这种渗水地膜的渗水性、通气性与加入助剂的数量呈正相关，与膜的密度的大小呈正相关。在低密度聚乙烯地膜配料中加入渗水助剂形成的可渗水微孔地膜，其物性指标符合国家地膜生产标准。拉伸负荷(纵向，横向)＞1.3N，断裂伸长率(纵向，横向)≥120％，直角撕裂负荷(纵向，横向)≥20.5N。
经过田间测定①这种渗水地膜可比普通地膜的膜下温度降低0℃/常温～15℃/高温。证明当气温在30℃以下时具有与普通地膜一样的土壤增温效应，当气温升高时渗水地膜的膜下土壤温度比普通地膜增加的慢，且气温越高两种膜下的温度差异越大。②这种渗水地膜明显提高了上壤含水量。1997年渗水地膜覆盖从播种到7月上旬对0-100cm土层4次观测的土壤含水量，比普通地膜平均提高了2.0个百分点，其中，0～10cm提高4.5个百分点，10～20cm提高了2.9个百分点，20～40cm提高了1.7个百分点，40～60cm提高了1.6个百分点，60～80cm提高了0.7个百分点，80-100cm提高了0.3个百分点。4月18日埋设的渗水膜覆盖桶积水试验，9月18日观测膜下桶内积水深度达到200mm，而同期降水量为219mm，150天内渗水膜下保水率达90％以上。
本发明的优点在于本发明的可渗水地膜能使旱地小雨量资源有效化，具有渗水、保水、增温、调温、微通气、耐老化等功能，提高天然降水利用率，在农田覆盖中为农作物创造出比普通地膜更好的根际水分、温度、空气相对协调的微生态环境，从而提高农作物产量，为我国北方旱农区及世界上类似的地区提供便于在农村推广和能够大幅度提高旱地农作物单位面积产量和经济效益的物化技术产品和商品。
权利要求
1.一种可渗水聚乙烯农田覆盖膜的生产工艺，其特征在于在低密度聚乙烯地膜配方中加入渗水助剂，在吹塑机上吹制出含有重量比为0.1％～0.4％渗水助剂的地膜做为坯膜，然后在收卷前用光面对辊将切开的坯膜分别挤压成带有孔径为1～15μm的微米级小孔的通透性膜。
2.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于所述低密度聚乙烯地膜配方为线性低密度聚乙烯∶高密度低压聚乙烯(5000S)∶高压料(112A-1)为3∶1∶1。
3.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于所述渗水助剂为粒径2～10倍于地膜厚度的易破碎的晶体无机或有机粒子，其熔点不低于吹塑机三区的工作温度。
4.根据权利要求1或3所述的生产工艺，其特征在于所述渗水助剂是Na2O·nSiO2·H2O、(NH4)H2PO4、NaCl和寡糖中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于所生产的膜厚度为0.006～0.01mm，膜宽度为800～1500mm，膜上的微孔密度为10～100万个/m2。
6.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于吹塑机三区的工作温度在160～210℃的范围内。
7.一种可渗水聚乙烯农田覆盖膜，其特征在于该膜是通过在低密度聚乙烯地膜配方中加入重量百分比为0.1％～0.4％的渗水助剂，在吹塑机上吹制而成的，所述低密度聚乙烯地膜配方为线性低密度聚乙烯∶高密度低压聚乙烯(5000S)∶高压料(112A-1)为3∶1∶1。
8.根据权利要求7所述的覆盖膜，其特征在于所述渗水助剂为粒径2～10倍于地膜厚度的易破碎的晶体无机或有机粒子，其熔点不低于吹塑机三区的工作温度。
9.根据权利要求7所述的覆盖膜，其特征在于所述渗水助剂是Na2O·nSiO2·H2O、(NH4)H2PO4、NaCl和寡糖中的一种或几种。
10.根据权利要求7所述的覆盖膜，其特征在于所生产的膜厚度为0.006～0.01mm，膜宽度为800～1500mm，膜上的微孔密度为10～100万个/m2。
全文摘要
在低密度聚乙烯地膜配方中加入重量比为0.1%～0.4%的渗水助剂,在吹塑机上吹制出坯膜后,在收卷前用光面对辊将切开的坯膜分别挤压成带有孔径为1～15μm、孔密度为10～100万个/m
文档编号B29C43/28GK1211496SQ9811989
公开日1999年3月24日 申请日期1998年9月28日 优先权日1998年9月28日
发明者姚建民 申请人:山西省农业科学院农业资源综合考察研究所