一种膨润土液体地膜及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及土壤环境保护技术领域，具体涉及一种膨润土液体地膜及其制备方法和应用。

背景技术

地膜用于地面覆盖，以提高土壤温度，保持土壤水分，维持土壤结构，防止害虫侵袭作物和某些微生物引起的病害等，促进植物生长的功能，地膜在全国31个省市自治区普及和应用，用于粮、棉、油、菜、瓜果、烟、糖、药、麻、茶、林等40多种农作物上，使作物普遍增产30％－50％，增值40％－60％，深受广大农民的欢迎。传统的地膜一般是用聚乙烯、聚氯乙烯或EVA等为主要原料，经熔融吹塑而成，通常为透明固体状态。这种塑料地膜覆盖栽培技术由于能大幅度提高作物的产量与质量，在作物生产中发挥了极其重要的作用。但是，随着塑料地膜的长期应用，已造成严重的白色污染。其主要表现为很难降解的聚乙烯残膜越来越多地聚集在土壤耕层表面，直接影响土壤耕作，阻碍土壤中水分、养分、空气的运行，妨碍作物根系下扎及对水肥的吸收，影响作物生长发育和产量的提高。因为地膜一般只使用一次，这类塑料在自然界中较难降解，散落在田地里的塑料膜常年积累，就会形成“白色污染”，破坏土壤结构，影响农作物的生长。因此，研制环保绿色无污染的地膜收到人们的关注。

随着地膜覆盖技术的不断发展，一种新型农资产品—生物降解液体地膜应运而生，生物可降解液体地膜有极好的浸润性，能把所有的土壤表面全部覆盖，有保水增湿的作用，极有效地防止土壤水分蒸发，水分蒸发抑制率在20％～50％之间，配合吸水材料，就能长时间保持土壤水分。植物的幼苗长出时，可自行将膜顶破，膜会自动降解，变成腐植酸肥料，翻压入土后，具有改良土壤团粒结构的作用。由于生物降解液体地膜具有增温、保墒和良好的通气透水功能，喷施后40 天后2-3个月内自动降解成腐植酸类，改善作物的生长环境，解决白色污染的优良的性质，因此被视作PE膜等传统地膜的替代物在全国各地推广使用。

为了提高液体地膜的性能和质量，相关研究工作不断开展， CN201710748236.7、CN201711295238.1、CN201110440063.5、 CN201711295238.1等中国专利相继公开了一种液体地膜，液态地膜使用时均匀喷洒在地表就能形成地膜，可以在很多领域替代农业和园艺业中普遍使用的塑料地膜，并可有效解决塑料地膜污染土壤问题，但是存在储存和运输不便的缺陷，同时原料组份中的成膜剂使得液态地膜的粘度较大，容易堵塞喷洒装置流道，强碱的使用存在引发新的环境污染问题的可能，且采用膨润土做原料制备工艺复杂，成本高，稳定性差等问题。

发明内容

针对现有液态地膜就膨润土做原料液体地膜存在制备工艺复杂，成本高，稳定性差等问题。本发明旨在于提供一种膨润土液体地膜及其制备方法和应用，该膨润土液体地膜包括膨润土分散液的上清液100-300份、蒙脱石2-8份、聚谷氨酸11-37份、乙酸2-7份、聚乙烯醇4-12份、阿拉伯树胶5-10份，水100-300份，通过将蒙脱石及亲水性强的聚谷氨酸(γ-PGA)、乙酸添加到膨润土分散上清液中，膨润土将活性成分吸附、络合形成稳定的溶液体系，液体地膜具有保水保墒、增温防寒的作用，将其应用于棉花种植，结果发现，本发明提供的膨润土液体地膜可以显著改善土壤含水量，促进作物生长、增产的活性；并且原料来源广泛，工艺流程简单，使用方便，节能环保，易于产业化及推广应用，具有良好的市场前景。

本发明提供一种膨润土液体地膜，按照重量份计，膨润土液体地膜包括膨润土分散液的上清液100-300份、蒙脱石2-8份、聚谷氨酸 11-37份、乙酸2-7份、聚乙烯醇4-12份、阿拉伯树胶5-10份，水 100-300份。

进一步地，本发明所述一种膨润土液体地膜，按照重量份计，膨润土液体地膜包括膨润土分散液的上清液300份、蒙脱石2份、聚谷氨酸37份、乙酸7份、聚乙烯醇12份、阿拉伯树胶5份，水300份。

同时，本发明提供一种膨润土液体地膜的制备方法，具体包括如下步骤：

(1)取浓度为1％的膨润土分散液的上清液，用高速离心机在 5000-7000rad/min分离，取胶冻状粘土备用。

(2)将蒙脱石加入到胶冻状粘土中，搅拌使蒙脱石完全混匀，获得粘土蒙脱石液。

(3)将聚谷氨酸、乙酸加入到步骤(2)所得粘土蒙脱石液中，于40-60℃恒温搅拌6-12h使聚谷氨酸完全溶解，缓慢冷却至室温备用。

(4)将聚乙烯醇、阿拉伯树胶加入80-90℃的水中，完全溶解后冷却至室温，与步骤(3)制备的混合液体混合均匀，制得膨润土液体地膜。

本发明所述膨润土液体地膜的制备方法中，步骤(2)离心机速度为6000rad/min。

本发明所述膨润土液体地膜的制备方法中，聚谷氨酸溶解温度为 50℃，搅拌时间为10h。

进一步的，本发明提供一种膨润土液体地膜在棉花种植中的应用，于4月中旬，将该液体地膜与水按照体积比1：3稀释，使用常规农用喷雾器均匀喷施于地表，用量为1600kg/hm

通过以上技术方案实施本发明技术内容，得到以下有益效果：

(1)本发明所述多功能液体地膜，为年膨润土提供了一种创新性的使用方式及产品，突破了塑料地膜在大田上应用的难降解的难题，使膨润土产品能够真正应用到农业生产上来。

(2)本发明提供的膨润土液体地膜的pH值呈中性或弱碱性，解决了现有液体地膜强碱引入引发的环境污染问题，降解时间也进一步缩短，且膨润土可作为作为土壤改良剂，改善土壤营养，未作物生长提供必要的营养保障。

(3)本发明提供的膨润土液体地膜保温、保水的作用显著，同时又具备了膨润土改良土壤，促进作物生长、增产的活性，将其应用于棉花种植中，棉花亩产较未使用地膜提高了14-16％，较现有液体地膜提高了6～8％；并且原料来源广泛，工艺流程简单，使用方便，节能环保，易于产业化及推广应用，具有良好的市场前景。

具体实施方式

下面举实施例介绍本发明，但是本发明并不限于下述的实施例。

本发明中选用的膨润土、蒙脱石、聚谷氨酸、乙酸、聚乙烯醇和阿拉伯树胶等原料、试剂和仪器都为本领域熟知选用的，但不限制本发明的实施，其他本领域熟知的一些试剂和设备都可适用于本发明以下实施方式的实施。

测定指标：

(1)采用取土烘干法和中子仪联合测定土壤重量含水率。取土后对洞口进行复位处理，减少影响，且取土主要在中后期进行，每7d 取样一次，测定10～20和20～30cm土层重量含水率。重点观测覆盖处理后42d内的变化，以掌握液体地膜覆盖随时间变化对土壤含水率的影响。

(2)地温使用曲管地温表，每天10:00、16:00与20:00时记载测定15-25cm土层温度，取平均值。

实施例1：膨润土液体地膜

一种膨润土液体地膜，按照重量份计，该液体地膜包括膨润土分散液的上清液100-300份、蒙脱石2-8份、聚谷氨酸11-37份、乙酸 2-7份、聚乙烯醇4-12份、阿拉伯树胶5-10份，水100-300份。

实施例2：膨润土液体地膜

本实施例在实施例1的基础上，提供一种膨润土液体地膜，膨润土液体地膜包括膨润土分散液的上清液300kg、蒙脱石2kg、聚谷氨酸37kg、乙酸7kg、聚乙烯醇12kg、阿拉伯树胶5kg，水300kg。

实施例3：膨润土液体地膜

本实施例在实施例1的基础上，提供一种膨润土液体地膜，膨润土液体地膜包括膨润土分散液的上清液100kg、蒙脱石2kg、聚谷氨酸11kg、乙酸2kg、聚乙烯醇4kg、阿拉伯树胶5kg，水100kg。

实施例4：膨润土液体地膜

本实施例在实施例1的基础上，提供一种膨润土液体地膜，膨润土液体地膜包括膨润土分散液的上清液300kg、蒙脱石8kg、聚谷氨酸37kg、乙酸7kg、聚乙烯醇12kg、阿拉伯树胶10kg，水300kg。

实施例5：膨润土液体地膜

本实施例在实施例1的基础上，提供一种膨润土液体地膜，膨润土液体地膜包括膨润土分散液的上清液200kg、蒙脱石6kg、聚谷氨酸25kg、乙酸5kg、聚乙烯醇8kg、阿拉伯树胶8kg，水250kg。

实施例6：膨润土液体地膜的制备

一种膨润土液体地膜的制备方法，具体包括如下步骤：

(1)取浓度为1％的膨润土分散液的上清液，用高速离心机在 5000-7000rad/min分离，取胶冻状粘土备用。

(2)将蒙脱石加入到胶冻状粘土中，搅拌使蒙脱石完全混匀，获得粘土蒙脱石液。

(3)将聚谷氨酸、乙酸加入到步骤(2)所得粘土蒙脱石液中，于40-60℃恒温搅拌6-12h使聚谷氨酸完全溶解，缓慢冷却至室温备用。

(4)将聚乙烯醇、阿拉伯树胶加入80-90℃的水中，完全溶解后冷却至室温，与步骤(3)制备的混合液体混合均匀，制得膨润土液体地膜。

实施例7：膨润土液体地膜的制备

本实施例在实施例1-5膨润土液体地膜配方以及实施例6膨润土液体地膜制备方法的基础上，提供一种膨润土液体地膜的制备方法，其中，膨润土分散液离心机的速度为6000rad/min，聚谷氨酸溶解温度为50℃，搅拌时间为10h。

实施例8：膨润土液体地膜的制备

本实施例在实施例1-5膨润土液体地膜配方以及实施例6膨润土液体地膜制备方法的基础上，提供一种膨润土液体地膜的制备方法，其中，膨润土分散液离心机的速度为5000rad/min，聚谷氨酸溶解温度为40℃，搅拌时间为6h。

实施例9：膨润土液体地膜的制备

本实施例在实施例1-5膨润土液体地膜配方以及实施例6膨润土液体地膜制备方法的基础上，提供一种膨润土液体地膜的制备方法，其中，膨润土分散液离心机的速度为7000rad/min，聚谷氨酸溶解温度为60℃，搅拌时间为12h。

实施例10：膨润土液体地膜的制备

本实施例在实施例1-5膨润土液体地膜配方以及实施例6膨润土液体地膜制备方法的基础上，提供一种膨润土液体地膜的制备方法，其中，膨润土分散液离心机的速度为6000rad/min，聚谷氨酸溶解温度为55℃，搅拌时间为8h。

实施例11：本发明膨润土液体地膜与现有液体地膜性能对比

(1)试验设计

本实施例在实施例1-10的基础上，考察本发明提供的膨润土液体地膜与CN201710748236.7、CN201711295238.1、CN201110440063.5 中国专利提供的技术方案制备的液体地膜以及市售液体地膜的性能进行对比。具体试验方案参见表1。

表1：试验方案设计

(2)试验结果分析

按照上述试验方案对所得到的液体地膜进行主要技术指标的检测，具体结果参见表2。

表2：本发明液体地膜与现有液体地膜技术指标对比

由上表2的数据可知，本发明提供的膨润土液体地膜与 CN201710748236.7、CN201711295238.1、CN201110440063.5中国专利提供的技术方案制备的液体地膜以及市售液体地膜在技术指标方面进行对比，本发明制备的膨润土液体地膜的成膜率、粘度、降解时间和pH值方面都有明显的改善，本发明提供的膨润土液体地膜的pH 值呈中性或弱碱性，解决了现有液体地膜强碱引入引发的环境污染问题，降解时间也进一步缩短，且膨润土可作为作为土壤改良剂，改善土壤营养，为作物生长提供必要的营养保障。

实施例12：本发明膨润土液体地膜与现有液体地膜应用对比

本实施例在实施例1-10的基础上，对本发明提供的膨润土液体地膜与CN201710748236.7、CN201711295238.1、CN201110440063.5 中国专利提供的技术方案制备的液体地膜以及市售液体地膜在实际应用过程中的效果进行对比，主要考察在土壤保温、保湿以及对植物生长的促进和增产效果，每组进行3个平行试验，其余条件相同，具体结果参见表3-4所示；于4月中旬，对照试验按照其技术方案中的最佳方式施用，本发明提供的膨润土液体地膜，将其与水按照体积比 1：3稀释，使用常规农用喷雾器均匀喷施于地表，用量为1600kg/hm

表3：本发明液体地膜对棉田地下20cm深处土壤温度的影响

注：与空白组相比，*P＜0.05，**P＜0.01。

表4：本发明液体地膜对棉田地下20cm深处土壤湿度的影响

注：与空白组相比，*P＜0.05，**P＜0.01。

表5：本发明液体地膜对棉花农艺性状和产量的影响

注：与空白组相比，*P＜0.05，**P＜0.01。

由以上表3-5的数据可知，本发明提供的膨润土液体地膜与 CN201710748236.7、CN201711295238.1、CN201110440063.5中国专利提供的技术方案制备的液体地膜以及市售液体地膜在实际应用过程中的效果进行对比，本发明制备的膨润土液体地膜在土壤温度和湿度方面较其余组都有明显的改善，土壤温度和湿度都得到了极显著(P ＜0.01)或显著(P＜0.05)的提高，表明本发明制备的液体地膜具有良好的保温效果，其中液体地膜Ⅲ的保温性能最佳；随着测量时间的推移，地膜保温保湿效果逐渐下降，甚至35d之后液体地膜Ⅰ的保温保湿效果不再具有显著性，这可能是地膜开始降解造成的。进一步对棉花产量进行了统计，结果表明本发明制备的液体地膜对棉花的生长发育具有显著的促进作用，最终带来了亩产的大幅增加产量较未使用地膜提高了14-16％，较现有液体地膜提高了6～8％，同时对本发明的原材料及管理成本进行核算，本发明成本每亩降低了3-5％，可见本发明提供的膨润土液体地膜在提高现有液体地膜质量的同时，进一步降低了成本，同时降解时间明显缩短，且膨润土能够作为土壤改良剂，促进作物生长、从而增加作物产量。

上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所延伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。