一种多功能可降解地膜及其制备方法与流程

本发明属于农业生产技术领域，具体地说，涉及一种多功能可降解地膜及其制备方法。

背景技术：

在农业生产过程中，保水保墒是提供给作物充足的水分，保证作物正常生长的关键措施之一，现有的保水保墒措施主要是地膜覆盖，利用地膜阻断土壤中水分的蒸发，从而可以有效减少土壤水分的蒸发，达到天旱保墒，雨后提墒的目的。然而，地膜的主要成分是高分子塑料，包括聚氯乙烯、聚乙烯等，这些高分子材料难以降解，大量的地膜的产生，造成了对土壤以及周围环境的破坏，同时还会影响到下季作物的正常生长。

另外，施肥是农业生产过程中必不可少的环节，近年来，随着国家对粮食安全、土壤环境的持续关注，制定了一系列包括“实现化肥农药零增长”、“鼓励支持有机肥替代化肥”等相关政策，人们开始越来越关注科学施肥、低碳施肥、减肥增效等政策，传统的施肥方式已经完全不能满足国家政策的需求。

为了解决上述问题，人们相继开发出了各种可降解地膜，并在可降解地膜中添加可作为肥料的成分，以达到提供肥料养分和保水保墒的双重功效。如，申请号为cn201711487710.1的发明专利公开了一种可降解地膜，通过将各种化学胶与可降解的改性玉米粉混合后制成流延膜；申请号为cn201410009783.x的发明专利提供了一种缓释化肥型可降解地膜的制备方法，在制备过程中将化肥成分，如氮肥、磷肥、钾肥中的一种或多种，按一定比例溶解或分散于可降解地膜母液中，然后流延成膜或挤出成膜制备缓释化肥型可降解地膜。

现有技术的可降解地膜，为了保证成膜效果，均无一例外的使用了较高含量的高分子量的胶粘剂成分，而这些胶粘剂成分的使用，一方面会使得很多化学成分进入土壤中对土壤造成破坏；另一方面，虽然由于在高分子聚合过程添加了无机成分使得高分子物质的降解能力提升，但是仍然需要较长的降解时间，会对下一季作物生长产生不良影响。

技术实现要素：

针对现有技术中上述的不足，本发明提供了一种多功能可降解地膜，能够起到很好的土壤保水保墒的作用，能够提供给作物生长过程中所需的营养物质，且能够快速高效的降解，不会影响下季作物的生长。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：

本发明提供了一种多功能可降解地膜，包括依次设置的第一纤维层、第一涂膜层、养分填充层、第二涂膜层和第二纤维层；第一纤维层和第二纤维层均是由植物纤维制备而成的致密纤维毯；第一涂膜层由涂膜材料涂覆在第一纤维层靠近第二纤维层的一侧形成；第二涂膜层由涂膜材料涂覆在第二纤维层靠近第一纤维层的一侧形成；养分填充层由营养物质填充于第一涂膜层和第二涂膜层之间形成；第一纤维层和第二纤维层固定连接。

本发明还提供了一种多功能可降解地膜的制备方法，包括如下步骤：

s1.将植物纤维制成致密纤维毯；

s2.将涂膜材料加入水中，加热搅拌后配置成粘度为6.7～12.8pa.s的涂膜料浆；

s3.选取一对致密纤维毯，设其中一件致密纤维毯为第一纤维层，另一件致密纤维毯为第二纤维层，将步骤s2制备得到的涂膜料浆分别涂覆在第一纤维层和第二纤维层的一侧表面；

s4.将步骤s3得到的涂覆有涂膜料浆的第一纤维层和第二纤维层用热风烘干，形成均匀的致密膜层；

s5.将营养物质加入水中，搅拌形成均匀的营养物质料浆，将营养物质料浆均匀的涂覆于第二涂膜层远离第二纤维层的一侧，形成养分填充层；

s6.将涂覆有涂膜材料的第一纤维层覆盖于养分填充层远离第二涂膜层的一侧，使得第一涂膜层与养分填充层接触；

s7.将第一纤维层第二纤维层固定连接，得到多功能可降解地膜；

s8.对制备得到的多功能可降解地膜进行热风烘干。

本发明的有益效果是：

(1)本发明采用有机纤维为主体，搭配营养成分制作成层状的可降解地膜，将该可降解地膜铺设在地表，能够有效的阻断土壤中水分的蒸发，降低土壤水分的蒸发强度，起到保水保墒的作用。

(2)本发明的致密纤维毯形成的可降解地膜具有一定的渗水性，水分能够透过致密纤维毯浸透涂膜层，进一步接触营养物质，使得营养物质可以缓慢释放，且随着时间的推移，该可降解地膜中的植物纤维会逐渐分解，第一纤维层与第二纤维层之间的营养成分释放速度逐渐加快，提供给作物生长需要的营养物质，实现了肥料的缓释功能，减少了过量施肥带来的环境污染问题，还能够很好的促进作物生长。

(3)本发明的可降解地膜以致密纤维毯形成地膜的主体，并在致密纤维毯上涂覆涂膜材料以实现保水保墒功能，无需大量的高分子成膜材料的添加以实现成膜功能，这样便不会引入大量的难降解成分，有效的保护了土壤环境。

(4)本发明的多功能可降解地膜主体为致密纤维毯，可根据使用场地的不同，将致密纤维毯制作成不同的形状，方便铺设；通过致密纤维毯携带营养成分，可以实现肥料的整块地施肥，施肥和覆膜可以同时实现，大大减少了施肥所需要消耗的劳动力。

(5)本发明的多功能可降解地膜的生产工艺简单，可操作性强，适于工业化生产。

附图说明

图1本发明的多功能可降解地膜的结构示意图。

附图标号：

10-第一纤维层，20-第一涂膜层，30-养分填充层，40-第二涂膜层，50-第二纤维层。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面结合实施例对本发明的多功能可降解地膜进行具体说明。

本发明提供了一种多功能可降解地膜，包括依次设置的第一纤维层、第一涂膜层、养分填充层、第二涂膜层和第二纤维层；第一纤维层和第二纤维层均是由植物纤维制备而成的致密纤维毯；第一涂膜层由涂膜材料涂覆在第一纤维层靠近第二纤维层的一侧形成；第二涂膜层由涂膜材料涂覆在第二纤维层靠近第一纤维层的一侧形成；养分填充层由营养物质填充于第一涂膜层和第二涂膜层之间形成；第一纤维层和第二纤维层固定连接。具体的，第一纤维层和所述第二纤维层通过纵横交叉的网线固定连接。

本发明的多功能可降解地膜，通过将植物纤维制备成致密纤维层，并在致密纤维层上涂覆涂膜材料，使得致密纤维层的纤维与纤维之间的孔隙被涂膜材料充分填充，避免了水分从孔隙蒸发，保证了致密纤维层形成的地膜的保水性；同时，本发明将营养成分填充于第一纤维层和第二纤维层之间，一方面，由于第一纤维层靠近第二纤维层的一侧以及第二纤维层靠近第一纤维层的一侧均涂覆有涂膜材料，且第一纤维层和第二纤维层固定连接，使得填充于第一涂膜层和第二涂膜层之间的营养成分不会在运输和铺设地膜的过程中流失，另一方面，营养成分随着纤维层铺设于地面后，会随着降雨逐渐穿过靠近地面的纤维层而到达作物根系被作物吸收，第一纤维层和第二纤维层也会在长期铺设后逐渐被分解，使得设于第一纤维层和第二纤维层之间的营养成分释放出来。

综上，本发明的可降解地膜，铺设于地面以后，不仅能够提供起到良好的保水保墒的作用，还能够在作物的整个生长期间不断的提供营养成分，起到施用缓释肥的作用；而且，本发明的可降解地膜不需要用高分子成膜剂来进行成膜，不含有难降解的成分，可以在短时间内降解，且不会对土壤环境造成破坏。

具体的，本发明的致密纤维毯的厚度为1～4cm,密度为400～650g/m³，进一步优化的，本发明的致密纤维毯的厚度为1～2cm，密度为450～550g/m³。本发明的致密纤维毯的厚度和密度的设计，是发明人通过结合如下研究结果确定的：(1)不同厚度不同密度的纤维毯在铺设于应用环境后的分解情况，(2)不同厚度不同密度纤维毯对营养成分的携带情况，(3)纤维毯的厚度和密度与水分蒸发强度的关系，并经试验验证具有很好的保水保墒效果，足够的肥料携带量以及良好的肥料缓释效果，且生产、包装、运输过程也较为方便。

本发明的致密纤维毯、涂膜材料和营养物质的重量比满足：5～8：0.5～1.6：2～4。优选的，致密纤维毯、涂膜材料和营养物质的重量比满足：6～7：0.8～1.2：3～4。

发明人在进行该可降解地膜的设计时，综合考虑了致密纤维毯的厚度、密度、可降解情况、纤维孔隙度、植物生长所需营养物质、对营养物质的携带情况等因素，设计了致密纤维毯、涂膜材料和营养物质的重量比关系，使得该可降解地膜在使用时，能够起到很好的保水保墒作用，能够起到足够的营养物质携带作用，同时能够起到对肥料的有效缓释作用，从而在其使用后能够促进作物生长。

需要说明的是，本发明的植物纤维选自秸秆、谷壳、果壳、废枝、蔗渣中的至少一种。这些废弃纤维均含有丰富的纤维素、半纤维素和木质素等有机物质，一方面，纤维素、半纤维素的存在能够有效的保证形成致密纤维毯，另一方面，废弃植物纤维含有大量的有机营养，其分解后能够作为植物生长所需的营养物质，同时还能够起到土壤改良的作用。

本发明中，涂膜材料包括如下重量份数的组分：淀粉30～50份，壳聚糖15～25份，植物胶10～20份，聚乙烯醇2～8份，微生物菌剂0.5～1.5份；微生物菌剂为微生物菌剂包含食纤维菌属和生孢食纤维菌属中的至少一种。优选的，涂膜材料包括如下重量份数的组分：淀粉35～45份，壳聚糖18～23份，植物胶10～15份，聚乙烯醇6～8份，微生物菌剂0.8～1.2份。

淀粉是一种高分子碳水化合物，是由葡萄糖分子聚合而成的。将淀粉悬浮液进行加热，淀粉颗粒开始吸水膨胀，达到一定温度后，淀粉颗粒突然迅速膨胀，继续升温，体积可达原来的几十倍甚至数百倍，悬浮液变成半透明的黏稠状胶体溶液，这种现象称为淀粉的糊化。糊化后的淀粉具有一定的胶黏性，同时会形成均一的液体，便于经涂覆后浸入致密纤维毯的孔隙中。

壳聚糖又名甲壳素，具有丰富的羟基和氨基，一方面，其存在于水溶液中，游离的羟基和氨基能够与周围存在的活性基团相互吸引，使得整个料浆体系的粘度增加，便于成膜。

植物胶包括阿拉伯胶、瓜尔胶、羧甲基纤维素胶、木质素胶、松香胶等，这类植物胶属于天然胶黏剂，具有一定的胶黏成膜特性，原料易得、价格低廉、易于分解变成植物生长所需的营养物质。

聚乙烯醇是一种常用的聚合物，常用于胶粘剂和成膜剂中，在医药、化学领域应用广泛，成本低廉，胶粘效果好。

将淀粉、壳聚糖、植物胶和聚乙烯醇这几种组分混合并加热搅拌后形成的料浆，是具有一定粘度的均匀料浆，该料浆的各个组分之间相互连接，将其喷涂在致密纤维毯表面后，料浆中的成分能够随着水分浸入致密纤维毯的空隙之中，同时在致密纤维毯的表面形成一层薄膜，该薄膜在致密纤维毯外又设置了一层简单的防水层，进一步增加了整个可降解地膜的保水性，也避免了第一涂膜层和第二涂膜层之间的营养物质过早的流失，实现缓释功能。

本发明在涂膜材料中加入了微生物菌剂，具体的，该微生物菌剂可以是枯草芽孢杆菌、假单胞杆菌、胶冻样芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌等与其他真菌、放线菌等混合制成的复合微生物菌剂，这些微生物菌剂与其他涂膜材料混合后喷涂在致密纤维毯表面，并随之浸入致密纤维毯的孔隙中，在地膜长期覆盖于土壤的过程中，这些菌剂依赖废弃植物纤维、营养成分、淀粉、壳聚糖等作为营养物质来源，对纤维素、对涂膜材料进行不断的分解，达到肥料缓释的目的。

本发明中，营养物质包括如下重量百分比的组分：非粘性组分30-80份，粘性组分20-70份，其中，非粘性组分选自尿素、硫酸铵、氯化钾、硫酸钾、氯化铵中的至少一种；粘性组分选自磷酸一铵、磷酸二铵、水溶性聚磷酸铵、纤维粉、有机质、氨基酸、腐殖酸、海藻酸中的至少一种。选择这上述组分作为本发明的营养物质，一方面是这些营养物质是作物整个生长期所必不可少的，另一方面是由于将粘性组分与非粘性组分混合均匀后喷涂在第二涂膜层表面，其粘性组分具有的粘性使其与第二涂膜层结合更为紧密，便于致密纤维毯稳定的携带营养物质。

需要说明的是，本发明中的营养物质不局限于选择上述几种肥料，还可以选择植物生长所需要的中微量元素肥料(如钙镁硫硼锌铁锰铜等等)或肥料增效剂(如植物刺激素、植物生长调节剂等)。

本发明还提供了上述多功能可降解地膜的制备方法，包括如下步骤：s1.将植物纤维制成致密纤维毯；s2.将涂膜材料加入水中，加热至淀粉的糊化温度(75～90℃)搅拌后配置成粘度为6.7～12.8pa.s的涂膜料浆；s3.选取一对致密纤维毯，设其中一件致密纤维毯为第一纤维层，另一件致密纤维毯为第二纤维层，将步骤s2制备得到的涂膜料浆分别涂覆(具体的可采用喷涂的方式)在第一纤维层和第二纤维层的一侧表面；s4.将步骤s3得到的涂覆有涂膜料浆的第一纤维层和第二纤维层用热风烘干，形成均匀的致密膜层；s5.将营养物质加入水中，搅拌形成均匀的营养物质料浆，将营养物质料浆均匀的涂覆于第二涂膜层远离第二纤维层的一侧，形成养分填充层；s6.将涂覆有涂膜材料的第一纤维层覆盖于养分填充层远离第二涂膜层的一侧，使得第一涂膜层与养分填充层接触；s7.将第一纤维层第二纤维层固定连接，得到多功能可降解地膜；s8.对制备得到的多功能可降解地膜进行热风烘干。

上述步骤s1的具体步骤包括依次设置的如下步骤：植物纤维破碎；开松机对破碎后的植物纤维进行开松；混棉机对开松后的植物纤维进行混合；梳理机对混合均匀的植物纤维进行梳理；铺网机将梳理整齐的植物纤维交叉铺网，形成纤维毯。

上述步骤s4和步骤s8的烘干热风温度均为30～60℃。

本发明采用上述制备方法，工艺简单，可操作性强，可实现批量工业化生产。

实施例1

本实施例提供了一种多功能可降解地膜a，包括依次设置的第一纤维层10、第一涂膜层20、养分填充层30、第二涂膜层40和第二纤维层50；第一纤维层10和第二纤维层50均是由植物纤维制备而成的厚度为1cm，密度为400g/m³的致密纤维毯；第一涂膜层20由涂膜材料喷涂在第一纤维层10靠近第二纤维层50的一侧形成；第二涂膜层40由涂膜材料喷涂在第二纤维层50靠近第一纤维层10的一侧形成；养分填充层30由营养物质填充于第一涂膜层20和第二涂膜层40之间形成；第一纤维层10和第二纤维层50固定连接。

本实施例致密纤维毯、涂膜材料和营养物质的重量比满足：5:0.5:2。

本实施例的涂膜材料包括如下重量份数的组分：淀粉30份，壳聚糖25份，植物胶10份，聚乙烯醇8份，微生物菌剂1.5份；微生物菌剂为市售复合微生物菌剂，其有益活菌数≥2亿/克。

本实施例的营养物质包括如下重量份数的组分：磷酸一铵15份，尿素50份，秸秆粉40份，硫酸钾30份。

本实施例还提供了上述多功能可降解地膜的制备方法，包括如下步骤：

s1.将植物纤维制成致密纤维毯；具体的，包括依次设置的如下步骤：植物纤维破碎；开松机对破碎后的植物纤维进行开松；混棉机对开松后的植物纤维进行混合；梳理机对混合均匀的植物纤维进行梳理；铺网机将梳理整齐的植物纤维交叉铺网，形成纤维毯；

s2.将涂膜材料加入水中，加热搅拌后配置成粘度为6.7pa.s的涂膜料浆；

s3.选取一对致密纤维毯，设其中一件致密纤维毯为第一纤维层，另一件致密纤维毯为第二纤维层，将步骤s2制备得到的涂膜料浆分成两份，两份涂膜料浆分别均匀喷涂在第一纤维层和第二纤维层的一侧表面，直至上述涂膜料浆喷涂完成为止；

s4.将步骤s3得到的涂覆有涂膜料浆的第一纤维层和第二纤维层用30～60℃的热风烘干，形成均匀的致密膜层；

s5.将营养物质加入水中，搅拌形成均匀的营养物质料浆，将营养物质料浆均匀的涂覆于第二涂膜层远离第二纤维层的一侧，形成养分填充层；

s6.将涂覆有涂膜材料的第一纤维层覆盖于养分填充层远离第二涂膜层的一侧，使得第一涂膜层与养分填充层接触；

s7.将第一纤维层和第二纤维层通过织网线固定连接，得到多功能可降解地膜；

s8.对制备得到的多功能可降解地膜进行30～60℃的热风烘干，得到本实施例的多功能可降解地膜a。

实施例2

本实施例提供了一种多功能可降解地膜b，与实施例1的区别在于：

(1)本实施例的第一纤维层和第二纤维层均是由植物纤维制备而成的厚度为4cm，密度为650g/m³的致密纤维毯；

(2)本实施例致密纤维毯、涂膜材料和营养物质的重量比满足：8:1.6:4。

(3)本实施例的涂膜材料包括如下重量份数的组分：淀粉50份，壳聚糖15份，植物胶20份，聚乙烯醇8份，微生物菌剂0.5份。

(4)本实施例的营养物质包括如下重量份数的组分：磷酸一铵15份，尿素50份，秸秆粉5份，硫酸钾30份。

本实施例还提供了上述多功能可降解地膜的制备方法，与实施例1的制备方法的区别在于：

s2.将涂膜材料加入水中，加热搅拌后配置成粘度为12.8pa.s的涂膜料浆。

实施例3

本实施例提供了一种多功能可降解地膜c，与实施例1的区别在于：

(1)本实施例的第一纤维层和第二纤维层均是由植物纤维制备而成的厚度为2cm，密度为550g/m³的致密纤维毯；

(2)本实施例致密纤维毯、涂膜材料和营养物质的重量比满足：6.5:1.1:2.5。

(3)本实施例的涂膜材料包括如下重量份数的组分：淀粉45份，壳聚糖20份，植物胶15份，聚乙烯醇4份，微生物菌剂1.0份。

本实施例还提供了上述多功能可降解地膜的制备方法，与实施例1的制备方法的区别在于：

s2.将涂膜材料加入水中，加热搅拌后配置成粘度为10.65pa.s的涂膜料浆。

实施例4

本实施例提供了一种多功能可降解地膜d，与实施例1的区别在于：

(1)本实施例的第一纤维层和第二纤维层均是由植物纤维制备而成的厚度为2.2cm，密度为580g/m³的致密纤维毯；

(2)本实施例致密纤维毯、涂膜材料和营养物质的重量比满足：7:0.8:2.8。

(3)本实施例的涂膜材料包括如下重量份数的组分：淀粉35份，壳聚糖18份，植物胶20份，聚乙烯醇6份，微生物菌剂1.0份。

本实施例还提供了上述多功能可降解地膜的制备方法，与实施例1的制备方法的区别在于：

s2.将涂膜材料加入水中，加热搅拌后配置成粘度为12.0pa.s的涂膜料浆。

试验例

将上述实施例1～实施例4的多功能可降解地膜a～d分别进行田间试验，验证其保水保墒和肥料缓释的功能，具体试验方案如下：

试验地点：陕西省渭南市白水县

试验作物：苹果长富2号树龄5年

试验时间：2018.9-2019.11

试验方法：选择同一片树龄相同，长势相同的试验田；将试验田分为15个小区，每个小区设3棵苹果树，15个小区采用随机区组试验，设置有5个处理，具体的试验方案如表1所示：

表1田间试验试验方案

备注：(1)各试验组的多功能可降解地膜围绕在树根周围铺设，由树根根部延伸至滴水线外10～20cm；(2)铺设多功能可降解地膜的时间为2018.9.10；(3)基肥施肥时间是2018.9.10，环沟深施市售生物有机肥；萌芽肥的施肥时间是2019.3.10，环树撒施尿素；膨果肥施肥时间是2019.7.21，环树撒施高钾肥(15-5-25s)；(4)各处理除施肥和铺设地膜处理外，其余农事操作完全相同；(5)试验组a～d的膨果肥撒施于可降解地膜上。

试验结果：

于2019.10.17进行苹果采摘，并计算苹果产量和商品果率，结果如表2所示：

表2各实验组和对照组的产量和商品果率

备注：商品果率按照(gb/t18965-2008地理标志产品烟台苹果)中二级及以上果占比计算。

由表2可以看出：

(1)采用本发明的多功能可降解地膜覆盖后的果树，在施肥量总量基本不变的情况下，产量和商品果率均有了明显的提高，说明本发明的多功能可降解地膜对土壤的水肥环境有明显的促进作用，具有保肥保墒的作用，能够促进作物增产。

(2)本发明的多功能可降解地膜在使用一季以后基本能够达到75％的降解率，具有很好的降解性能。

(3)本发明的多功能可降解地膜使用后，只需要施肥2次即可达到和3次施肥一样的施肥效果，能够大大减少施肥所需劳动力。

(4)本发明的多功能可降解地膜还能够大大的减少杂草生长率，避免杂草对作物生长产生的影响。

(5)对比各实验组的地膜降解情况，可以看出，微生物菌剂添加量较多、第一纤维层和第二纤维层厚度较小的实验组a的地膜降解率最高，说明微生物菌剂对地膜的降解具有促进作用，纤维层越薄，地膜的降解越快。

综上，本发明的多功能可降解地膜，不仅能够保水保墒，还能够减少施肥次数，提高作物产量和品质，具有很好的实际应用效果。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。