本发明涉及农业用地膜技术领域，尤其是指一种除草生物纤维薄膜及其制备方法。
背景技术：
我国干旱半干旱地区约占全国总面积的52.5％，内陆干旱荒漠气候带土壤昼夜温差大，保水保湿度较低，蒸发量大于降水量，干旱农业的发展着重在提高现有水资源的利用率、协调水热资源利用的同步性，使土壤环境的生产能力得到补偿和良性循环利用。我国于1979年从日本引进膜覆盖栽培技术后，在全国31个省、市、自治区普及和利用，广泛用于粮、棉、油、菜、瓜果等多种农作物种植栽培上，并可使作物普遍增产30％。与常规种植相比，地膜覆盖栽培技术具有显著的增温增墒效果，能够克服低温干旱等不利条件，促进作物稳产早熟，大幅度提高了作物产量，同时，还可以使部分作物的栽培范围扩大，使部分不适宜种植区变为适宜种植区。农用塑料地膜已成为我国干旱、半干旱、低洼和盐碱、寒冷地区农作物增产、节水与保温的重要措施。
目前我国使用的地膜种类繁多，其中按照性能特点的不同可分为通用地膜和特种地膜。通用地膜是指采用普通聚乙烯或聚氯乙烯制备的只简单具有地膜保水、保温增墒功能的地膜。而特种地膜是指在通用地膜的基础上还具有其他特殊功能，例如除草、杀虫、降解等功能。例如，黑色地膜，保温、保肥，可防止土壤板结，因透光率低，使膜下杂草难以进行光合作用，无法生长，从而具有除草功能。但是，黑色地膜传给土壤的热量较少，故增温效果较其他膜差一些。另外，由于其材质多为聚乙烯树脂，所以很难被降解，不仅对环境造成很大的污染，而且残留在农田土壤中的地膜还会影响作物的生长发育和产量。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是：研究得到能直接替代传统地膜的在农田内可生物降解的且具有除草作用的保温、保湿、低透光率的生物纤维薄膜。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种除草生物纤维薄膜，由生物原料混合水后接种木质层孔菌生长扭结形成；所述生物原料包括：30-50重量份的甘蔗渣，20-35重量份的小麦秸秆，5-20重量份的玉米秸秆，5-10重量份的玉米芯和10-30重量份的营养物质；所述营养物质由麦麸和玉米粉按照重量比55-65：35-45的比例混合组成；所述生物原料：水的重量比为100：60-70。
进一步的，所述木质层孔菌为平菇、灵芝、草菇、金针菇中的一种。
进一步的，所述小麦秸秆粒径为1-2cm，所述玉米秸秆粒径为1-2cm，所述甘蔗渣粒径为1-3cm，所述玉米芯粒径为5目。
一种除草生物纤维薄膜的制备方法，包括依次执行的步骤：
a1：将麦麸和玉米粉按照重量比55-65：35-45的比例混合均匀得到营养物质；将30-50重量份的甘蔗渣，20-35重量份的小麦秸秆，5-20重量份的玉米秸秆，5-10重量份的玉米芯和10-30重量份的营养物质混合均匀得到生物原料；按照所述生物原料：水＝100：60-70的比例往生物原料中加入水；再用生石灰将所述生物原料的ph值调至7.0-8.0，堆码发酵得到培养料。
a2：将木质层孔菌菌种接种于所述培养料中，于温度为20-30℃，湿度为50％-80％的条件下培养4-6天得到菌丝块。
a3：将所述菌丝块粉碎后平铺至2-5mm的厚度，培养时间2-5天得到除草生物纤维薄膜。
进一步的，在所述步骤a3中，粉碎后的所述菌丝块被平铺至模具中继续在温度为20-30℃、湿度为50％-80％的遮光条件下培养。
进一步的，在所述步骤a3中，所述除草生物纤维薄膜从模具中取下来后，还可在温度为20-30℃、湿度为50％-80％的条件下继续培养2-3天。
进一步的，在所述步骤a3中，培养完成后利用循环热风干燥所述除草生物纤维薄膜至含水量小于15％。
进一步的，在所述步骤a3中，粉碎后的所述菌丝块被平铺至垅厢上，用防水塑料遮盖密封培养，培养3-5天后除去防水塑料。
进一步的，在所述步骤a2中，所述木质层孔菌菌种按照所述培养料湿重的4-10％w/w的比例接种。
进一步的，在所述步骤a2中，接种前，将所述培养料于121-126℃、0.15mpa条件下进行高温高压灭菌1-2h；将灭菌处理后的所述培养料冷却至室温后在无菌环境下接种。
本发明的有益效果在于：除草生物纤维薄膜，用于替代传统黑色地膜使用，可在一年被土壤中的微生物分解利用，并提高土壤中有机质、氮、钾、磷等的营养含量；能减少作物因反光聚光而导致的烧苗现象；可使土温升高1～3℃，膜下5cm湿度可达98％以上；透光率为5％，高于黑色地膜1-3％的透光率，可以使得膜下杂草难以进行光合作用而无法生长，从而起到除草作用，但不会在育苗阶段影响膜内小苗的生长；由于是利用农业废弃物制作形成，还为农业废料的处理提供了一种解决途径。
具体实施方式
本发明最关键的构思在于：利用木质层孔菌自身生长对培养料产生的扭结力制作薄膜替代传统地膜使用。
为论述本发明构思的可行性，下面结合本发明的技术内容的具体实施方式详予详细说明。
实施例1：
根据以下除草生物纤维薄膜的制备方法制作除草生物纤维薄膜：
一种除草生物纤维薄膜的制备方法，包括依次执行的步骤：
a1：将麦麸和玉米粉按照重量比55：45的比例混合均匀得到营养物质；将30重量份的甘蔗渣，20重量份的小麦秸秆，5重量份的玉米秸秆，5重量份的玉米芯和10重量份的营养物质混合均匀得到生物原料；按照所述生物原料：水＝100：60的比例往生物原料中加入水；再用生石灰将所述生物原料的ph值调至7.0，堆码发酵得到培养料。
a2：将所述培养料于121℃、0.15mpa条件下进行高温高压灭菌1h；灭菌处理后的所述培养料冷却至室温后，在无菌环境下，按照所述培养料湿重的4％w/w的比例将木质层孔菌菌种接种于所述培养料中；于温度为20℃，湿度为50％的条件下培养4天得到菌丝块。
a3：将所述菌丝块粉碎后平铺至模具中，平铺至2mm的厚度，在温度为20℃、湿度为50％的遮光条件下培养时间2天得到除草生物纤维薄膜，脱模后继续在温度为20℃、湿度为50％的遮光条件下培养3天；将除草生物纤维薄膜从模具中取出并利用循环热风干燥至含水量小于15％。
其中，所述木质层孔菌为平菇、灵芝、草菇、金针菇中的一种；所述小麦秸秆粒径为1cm，所述玉米秸秆粒径为1cm，所述甘蔗渣粒径为1cm，所述玉米芯粒径为5目。
实施例2：
根据以下除草生物纤维薄膜的制备方法制作除草生物纤维薄膜：
一种除草生物纤维薄膜的制备方法，包括依次执行的步骤：
a1：将麦麸和玉米粉按照重量比65：35的比例混合均匀得到营养物质；将50重量份的甘蔗渣，35重量份的小麦秸秆，20重量份的玉米秸秆，10重量份的玉米芯和30重量份的营养物质混合均匀得到生物原料；按照所述生物原料：水＝100：70的比例往生物原料中加入水；再用生石灰将所述生物原料的ph值调至8.0，堆码发酵得到培养料。
a2：将所述培养料于126℃、0.15mpa条件下进行高温高压灭菌2h；灭菌处理后的所述培养料冷却至室温后，在无菌环境下，按照所述培养料湿重的10％w/w的比例将木质层孔菌菌种接种于所述培养料中；于温度为30℃，湿度为80％的条件下培养6天得到菌丝块。
a3：将所述菌丝块粉碎后平铺至模具中，平铺至5mm的厚度，在温度为30℃、湿度为80％的遮光条件下培养时间4天得到除草生物纤维薄膜；将除草生物纤维薄膜从模具中取出并利用循环热风干燥至含水量小于15％。
其中，所述木质层孔菌为平菇、灵芝、草菇、金针菇中的一种；所述小麦秸秆粒径为2cm，所述玉米秸秆粒径为2cm，所述甘蔗渣粒径为3cm，所述玉米芯粒径为5目。
实施例3：
根据以下除草生物纤维薄膜的制备方法制作除草生物纤维薄膜：
一种除草生物纤维薄膜的制备方法，包括依次执行的步骤：
a1：将麦麸和玉米粉按照重量比60：40的比例混合均匀得到营养物质；将40重量份的甘蔗渣，30重量份的小麦秸秆，10重量份的玉米秸秆，8重量份的玉米芯和20重量份的营养物质混合均匀得到生物原料；按照所述生物原料：水＝100：65的比例往生物原料中加入水；再用生石灰将所述生物原料的ph值调至7.5，堆码发酵得到培养料。
a2：将所述培养料于121℃、0.15mpa条件下进行高温高压灭菌1.5h；灭菌处理后的所述培养料冷却至室温后，在无菌环境下，按照所述培养料湿重的7％w/w的比例将木质层孔菌菌种接种于所述培养料中；于温度为25℃，湿度为65％的条件下培养5天得到菌丝块。
a3：将所述菌丝块粉碎后平铺至垅厢上，平铺至4mm的厚度，用防水塑料遮盖密封培养，培养5天后除去防水塑料即在垅厢上得到除草生物纤维薄膜。
其中，所述木质层孔菌为平菇、灵芝、草菇、金针菇中的一种；所述小麦秸秆粒径为1.5cm，所述玉米秸秆粒径为1.5cm，所述甘蔗渣粒径为2cm，所述玉米芯粒径为5目。
将粉碎的菌丝块铺至垅厢表面前，先整地成垅，垅面应当尽量处理平整；晾晒一天后再铺菌丝块，铺完后压平。
实施例4：
根据以下除草生物纤维薄膜的制备方法制作除草生物纤维薄膜：
一种除草生物纤维薄膜的制备方法，包括依次执行的步骤：
a1：将麦麸和玉米粉按照重量比60：40的比例混合均匀得到营养物质；将40重量份的甘蔗渣，20重量份的小麦秸秆，20重量份的玉米秸秆，10重量份的玉米芯和10重量份的营养物质混合均匀得到生物原料；按照所述生物原料：水＝100：65的比例往生物原料中加入水；再用生石灰将所述生物原料的ph值调至7.0，堆码发酵得到培养料。
a2：将所述培养料于121℃、0.15mpa条件下进行高温高压灭菌1h；灭菌处理后的所述培养料冷却至室温后，在无菌环境下，按照所述培养料湿重的5％w/w的比例将平菇固体菌种接种于所述培养料中；于温度为22℃，湿度为50-80％的条件下培养4天得到菌丝块。
a3：将所述菌丝块粉碎后平铺至模具中，平铺至3mm的厚度，在温度为22℃、湿度为50-80％的遮光条件下培养4天得到除草生物纤维薄膜；将除草生物纤维薄膜从模具中取出并利用循环热风干燥至含水量小于15％。
其中，所述小麦秸秆粒径为1.5cm，所述玉米秸秆粒径为1.5cm，所述甘蔗渣粒径为1.5cm，所述玉米芯粒径为5目。
实施例5：
根据以下除草生物纤维薄膜的制备方法制作除草生物纤维薄膜：
一种除草生物纤维薄膜的制备方法，包括依次执行的步骤：
a1：将麦麸和玉米粉按照重量比60：40的比例混合均匀得到营养物质；将35重量份的甘蔗渣，20重量份的小麦秸秆，15重量份的玉米秸秆，5重量份的玉米芯和25重量份的营养物质混合均匀得到生物原料；按照所述生物原料：水＝100：70的比例往生物原料中加入水；再用生石灰将所述生物原料的ph值调至7.5，堆码发酵得到培养料。
a2：将所述培养料于121℃、0.15mpa条件下进行高温高压灭菌1.5h；灭菌处理后的所述培养料冷却至室温后，在无菌环境下，按照所述培养料湿重的6％w/w的比例将金针菇固体菌种接种于所述培养料中；于温度为24℃，湿度为50％-80％的条件下培养6天得到菌丝块。
a3：将所述菌丝块粉碎后平铺至垅厢上，平铺至4mm的厚度，用防水塑料遮盖密封培养，培养4天后除去防水塑料即在垅厢上得到除草生物纤维薄膜。
其中，所述小麦秸秆粒径为1.5cm，所述玉米秸秆粒径为1.5cm，所述甘蔗渣粒径为1.5cm，所述玉米芯粒径为5目。
实施例6：
根据以下除草生物纤维薄膜的制备方法制作除草生物纤维薄膜：
一种除草生物纤维薄膜的制备方法，包括依次执行的步骤：
a1：将麦麸和玉米粉按照重量比60：40的比例混合均匀得到营养物质；将45重量份的甘蔗渣，20重量份的小麦秸秆，15重量份的玉米秸秆，10重量份的玉米芯和10重量份的营养物质混合均匀得到生物原料；按照所述生物原料：水＝100：60的比例往生物原料中加入水；再用生石灰将所述生物原料的ph值调至7.5，堆码发酵得到培养料。
a2：将所述培养料于121℃、0.15mpa条件下进行高温高压灭菌1h；灭菌处理后的所述培养料冷却至室温后，在无菌环境下，按照所述培养料湿重的8％w/w的比例将灵芝固体菌种接种于所述培养料中；于温度为24℃，湿度为50-80％的条件下培养5天得到菌丝块。
a3：将所述菌丝块粉碎后平铺至模具中，平铺至5mm的厚度，在温度为24℃、湿度为50-80％的遮光条件下培养时间3天，脱模后继续培养2天得到除草生物纤维薄膜；利用循环热风将除草生物纤维薄膜干燥至含水量小于15％。
其中，所述小麦秸秆粒径为1.5cm，所述玉米秸秆粒径为1.5cm，所述甘蔗渣粒径为1.5cm，所述玉米芯粒径为5目。
对比例1：
根据以下制备方法步骤制作得到对比例1的生物纤维薄膜：
b1：将麦麸和玉米粉按照重量比60：40的比例混合均匀得到营养物质；将45重量份的甘蔗渣，20重量份的小麦秸秆，15重量份的玉米秸秆，10重量份的玉米芯和10重量份的营养物质混合均匀得到生物原料；按照所述生物原料：水＝100：60的比例往生物原料中加入水；再用生石灰将所述生物原料的ph值调至7.5，堆码发酵得到培养料。
b2：将所述培养料于121℃、0.15mpa条件下进行高温高压灭菌1h；灭菌处理后的所述培养料冷却至室温后，在无菌环境下，按照所述培养料湿重的8％w/w的比例将灵芝固体菌种接种于所述培养料中；于温度为24℃，湿度为50-80％的条件下培养5天得到菌丝块。
b3：将所述菌丝块粉碎后平铺至模具中，平铺至5mm的厚度，在温度为24℃、湿度为50-80％的遮光条件下培养时间3天，脱模后继续培养2天得到除草生物纤维薄膜；利用循环热风将除草生物纤维薄膜干燥至含水量小于15％。
其中，所述小麦秸秆粒径为3cm，所述玉米秸秆粒径为3cm，所述甘蔗渣粒径为3cm，所述玉米芯粒径为5目。
实施例7：
根据以下除草生物纤维薄膜的制备方法制作除草生物纤维薄膜：
一种除草生物纤维薄膜的制备方法，包括依次执行的步骤：
a1：将麦麸和玉米粉按照重量比60：40的比例混合均匀得到营养物质；将40重量份的甘蔗渣，30重量份的小麦秸秆，10重量份的玉米秸秆，5重量份的玉米芯和15重量份的营养物质混合均匀得到生物原料；按照所述生物原料：水＝100：65的比例往生物原料中加入水；再用生石灰将所述生物原料的ph值调至7.0，堆码发酵得到培养料。
a2：将所述培养料于121℃、0.15mpa条件下进行高温高压灭菌2h；灭菌处理后的所述培养料冷却至室温后，在无菌环境下，按照所述培养料湿重的10％w/w的比例将草菇固体菌种接种于所述培养料中；于温度为25℃，湿度为50-80％的条件下培养6天得到菌丝块。
a3：将所述菌丝块粉碎后平铺至模具中，平铺至4mm的厚度，在温度为25℃、湿度为50-80％的遮光条件下培养时间4天，脱模后继续培养2天得到除草生物纤维薄膜；利用循环热风将除草生物纤维薄膜干燥至含水量小于15％。
其中，所述小麦秸秆粒径为1.5cm，所述玉米秸秆粒径为1.5cm，所述甘蔗渣粒径为1.5cm，所述玉米芯粒径为5目。
对比例2：
根据以下制备方法步骤制作得到对比例2的生物纤维薄膜：
c1：将麦麸和玉米粉按照重量比60：40的比例混合均匀得到营养物质；将10重量份的甘蔗渣，45重量份的小麦秸秆，30重量份的玉米秸秆，5重量份的玉米芯和10重量份的营养物质混合均匀得到生物原料；按照所述生物原料：水＝100：65的比例往生物原料中加入水；再用生石灰将所述生物原料的ph值调至7.0，堆码发酵得到培养料。
c2：将所述培养料于121℃、0.15mpa条件下进行高温高压灭菌2h；灭菌处理后的所述培养料冷却至室温后，在无菌环境下，按照所述培养料湿重的10％w/w的比例将草菇固体菌种接种于所述培养料中；于温度为25℃，湿度为50-80％的条件下培养6天得到菌丝块。
c3：将所述菌丝块粉碎后平铺至模具中，平铺至4mm的厚度，在温度为25℃、湿度为50-80％的遮光条件下培养4天，脱模后继续培养2天得到除草生物纤维薄膜；利用循环热风将除草生物纤维薄膜干燥至含水量小于15％。
其中，所述小麦秸秆粒径为1.5cm，所述玉米秸秆粒径为1.5cm，所述甘蔗渣粒径为1.5cm，所述玉米芯粒径为5目。
上述实施例中，脱模后继续培养时，可在原来的模具或新模具上继续培养，且将膜的上下面翻转，使薄膜底面的气生菌丝充分生长，得到更好的除草生物纤维薄膜。优选先在模具上培养2天，脱模翻转后继续培养3天，这样即能利用最短的培养周期得到膜致密性好的薄膜。
为了进一步论述本发明构思的可行性，结合本发明的具体实施方式实施例4-7所实现目的及效果，并配合对比例1-2详予详细说明。
将实施例4、实施例6、实施例7、对比例1、对比例2的单层生物纤维薄膜平铺于土壤表层，将单层黑色聚乙烯地膜平铺于土壤表层，边角埋入土壤中。在实施例4-7、对比例1-2、以及黑色地膜的膜下土壤中均放置两组温湿度检测器；在不覆盖膜的土壤中也插入两组温湿度检测器。温湿度检测器插入深度为5cm。测试的“土壤升高温度”和“膜下5cm的湿度”结果详见表1。
利用实施例4、实施例6、实施例7、对比例1、对比例2的单层生物纤维薄膜和单层黑色地膜分别将一盆生长旺盛的绿色植物覆盖、密封，放置在自然环境中，静置培养，培育期间每隔10天利用注射器给每盘植物浇水约200ml，直至观察到绿色植物死亡。观察结果为表1中“除草周期”和“除草效果”结果。绿色植物选取生长周期大于1年的植物。
利用实施例4-7、对比例1-2的除草生物纤维薄膜应用到中药种植的田地上，观察记录重要的长势和生长情况，观察除草生物纤维薄膜的降解时间，并测定除草生物纤维薄膜完全降解时的土壤成分，结果如表1中“降解周期”和“每m2地膜降解可增加营养量”结果所示。
根据实施例4-7、对比例1-2，制作除草生物纤维薄膜，分别观察膜上黄斑、抑菌圈等缺陷的数量，测定膜的透光率，结果见表1所示。
表1
表1中实施例4-7以及对比例1-2的结果均为多次测量的结果的平均值。
根据实施例4-7制作除草生物纤维薄膜，和黑色地膜分别同时应用到2亩农田种植中。观察发现，应用本申请的除草生物纤维薄膜的农田，均不存在烧苗现象；而应用黑色地膜的农田，出现少量烧苗现象。
根据表1的结果，分析可知：
1)使用平菇、金针菇、灵芝、草菇均能制作得到具有优越除草功效的生物纤维薄膜。
2)根据实施例4和实施例5结果，分析得到：无论是在模具上培养成型还是在垅厢上直接成型，均不影响膜的使用性能——均具有良好的保温保湿性能,可使土温升高3℃，地下5cm土壤湿度为98％，能100％除草，应用中不会发生烧苗现象，一年左右降解，降解后增加土壤的氮、磷、钾含量。
3)根据实施例6与对比例1的结果，分析得到：培养料的粒径大小直接影响除草生物纤维薄膜的使用性能。培养物粒径过大，制作得到的生物纤维薄膜将不具有使用期待的保温保湿性能，也无法达到实用的除草效果。
4)根据实施例7与对比例2的结果，分析得到：培养物的各组分比例直接影响除草生物纤维薄膜的使用性能。培养物组分比例不在本申请配方范围内时，制作得到的生物纤维薄膜不具有使用期待的保温保湿性能，也无法达到实用的除草效果；培养物组分比例不在本申请配方范围内时，木质层孔菌生长受到限制，却容易滋生不良菌群而导致生物纤维薄膜成型后存在过多的缺陷。
5)从实施例6-7和对比例1-2中的数据分析可知，本发明的通过木质层孔菌扭结的生物原料形成的生物纤维薄膜，其方案中的麦麸、玉米粉、甘蔗渣、小麦秸秆、玉米秸秆和玉米芯的组分组成、含量及粒径大小相互影响，且是一个完整的整体，其中任何一项不在本申请方案范围内，均指示着本发明构思不可行，不能利用农业废料制作得到具有优越除草功能的生物纤维薄膜。不根据本发明技术方案生产得到的纤维薄膜在农业除草技术上不具有应用前景，与直接堆放农业废料一样，只能增肥，不能实现优越的除草目的，更无法替代传统地膜使用。
6)从实施例4-7以及黑色地膜中的数据分析可知，本申请制得的除草生物纤维薄膜具有比黑色地膜更优的除草性能。与黑色地膜相比，本申请制得的除草生物纤维薄膜具有更好的保温保湿性能，同时能自然降解、增加土壤肥力，防止出现烧苗现象。
本发明使用的生物原料有小麦秸秆、玉米秸秆、甘蔗渣和玉米芯等，这些均为农业废弃物。由于我国是一个农业大国，每年产生的农作物秸秆年产量8-9亿吨，可利用的为7亿吨左右，每年仍有1.7亿吨秸秆未能效处理而焚烧，造成了严重空气污染。本发明提供了一种新的农业废弃物利用方法，使农业废弃物成为增产增收的农业用品。
灵芝、平菇、草菇、金针菇等木质层孔菌的菌丝体发达、扭结能力强，且菌丝细胞壁由几丁质或纤维素组成，内部含有大量真菌多糖，具有极好胶结效果。而农作物秸秆等农业废弃物又含有丰富的纤维素、半纤维素、木质素等，可作为上述木质层孔菌的营养物质被充分利用。
本发明既解决了地膜不可降解造成的污染环境问题，又解决了农作物秸秆焚烧带来的环境问题。
综上所述，本发明提供的一种除草生物纤维薄膜及其制备方法，制得的除草生物纤维薄膜替代传统黑色地膜使用，可在一年被土壤中的微生物分解利用，并提高土壤中有机质、氮、钾、磷等的营养含量，即提高土壤肥力；该生除草物纤维薄膜颜色比黑色地膜浅，能减少作物因反光聚光而导致的烧苗现象，不会在育苗阶段影响膜内小苗的生长；该生物纤维薄膜保温保湿性能较好,可使土温升高1～3℃，膜下5厘米湿度可达98％以上，应用到昼夜温差大、保水保湿度较低、蒸发量大于降水量的内陆干旱荒漠气候带时，能够克服低温干旱等不利条件，促进作物稳产早熟，进而大幅度提高了作物产量；生物纤维薄膜的透光率约为5％，高于黑色地膜1-3％的透光率，但可以使得膜下杂草因难以进行光合作用而无法生长，从而起到100％除草作用，降低农业耕种的人力投入量和肥料损耗，提高农作物产量。此外，该生物纤维薄膜利用农业废料制作形成，为农业废料的处理提供了一种解决途径。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。