CN115448782A - 一种预防病虫害水稻肥料膜及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于水处理吸附材料技术领域，具体涉及一种预防病虫害水稻肥料膜及其制备方法和应用。本发明采用活性炭和肥料制成缓释材料，采用壳聚糖溶液、聚乳酸溶液、聚己内酯溶液、增溶剂与增塑剂共同制得制膜液，将制膜液均匀铺设，然后于制膜液上添加缓释材料，经干燥成膜后，得到水稻肥料膜；最后于水稻肥料膜表面铺设矿物油，得到预防病虫害水稻肥料膜。本发明的肥料膜一方面能够实现肥料的缓释，另一方面便于矿物油的负载，在清理矿物油时，仅需将肥料膜进行收集即可，便于对矿物油的处理，同时便于肥料的撒播。

Description

一种预防病虫害水稻肥料膜及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于水稻种植技术领域，具体涉及一种预防病虫害水稻肥料膜及其制备方法和应用。
背景技术
水稻是稻属谷类作物，代表种为稻(学名:Oryza sativa L.)，水稻所结子实即稻谷，稻谷脱去颖壳后称糙米，糙米碾去米糠层即可得到大米。世界上近一半人口以大米为主食，水稻除可食用外，还可以酿酒、制糖作工业原料，稻壳和稻秆可以作为牲畜饲料；水稻属于直接经济作物，大米饭是中国居民的主食。
随着我国水稻种植业的迅速发展，水稻种植面积突破千万公顷，而由于水稻属于连作作物，因此存在大量的病虫害，化学药剂具有见效快、杀菌范围广的特点，而在务农人员常年大量施用化学药剂后，不仅导致土壤受到污染，而且常年施用易于产生抗药性，另外随化学药剂大量施用，化学药剂也会对人体的健康产生影响。
矿物油是从石油中分馏出来的特定成分经乳化后形成的一种矿物源农药，其具有毒性低、无抗性、防治广谱、环境友好的特点，可被应用于农作物病虫害的综合防治中；其作用原理为：(1)矿物油湿润叶片后，同时与昆虫的气孔接触，使其脂肪组织膨胀进而封闭气孔，从而导致害虫死亡，同时通过物理窒息还能直接杀死虫卵，延长持效期；(2)通过喷施矿物油能封闭成虫的触角及植物幼嫩组织，影响雌雄交配，并使之难以寻找取食部位和产卵场所，以此减少其危害和产卵；(3)矿物油还能够作为杀菌剂通过物理隔离的原理来预防或减轻病害；所以近十多年来，矿物油在美国、澳大利亚、欧盟、南非、以色列、日本、韩国等国家和地区逐渐得到广泛应用，成为主要的农药品种，而化学农药的用量逐渐下降。
虽然矿物油能够有效防治病虫害，但是在对水稻进行病虫害处理时，需先于水稻种植的水面上滴加矿物油，然后人工赶虫，虫落水触油而死亡，治理完后再更换清水，而在更换水时，由于所更换的水量较大，且更换后的水还需二次处理才能够进行使用，往往导致处理不便，继而影响矿物油在水稻田中的使用。
发明内容
为了解决上述现有技术的问题，本发明提供了一种预防病虫害水稻肥料膜及其制备方法和应用，本发明的肥料膜一方面能够实现肥料的缓释，另一方面便于矿物油的负载，在清理矿物油时，仅需将肥料膜进行收集即可，便于对矿物油的处理，同时便于肥料的撒播。
本发明是通过如下技术方案来实现的：
一种预防病虫害水稻肥料膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)将活性炭与肥料溶液共混后干燥得到缓释材料，所述肥料溶液为肥料的饱和溶液；
其中，所述肥料溶液由水溶性肥料和水制得，所述水溶性肥料为用于水稻生长的肥料；
(2)将壳聚糖制备成壳聚糖溶液，将聚乳酸、聚己内酯分别溶解，得到聚乳酸溶液和聚己内酯溶液；
将壳聚糖溶液、聚乳酸溶液、聚己内酯溶液、增溶剂与增塑剂共同加热并混合均匀，得到制膜液；
(3)将步骤(2)的制膜液均匀铺设，然后于制膜液上添加步骤(1)的缓释材料，经干燥成膜后，得到水稻肥料膜；
(4)于步骤(3)的水稻肥料膜表面铺设矿物油，得到预防病虫害水稻肥料膜。
优选的，所述步骤(1)中，缓释材料按照如下步骤制备：将活性炭粉碎至40-60目后，向其中加入膨润土、肥料和水并混合均匀，然后采用制粒机进行制粒，干燥至含水率达到10-15％；其中，活性炭、膨润土、肥料的质量比为1：15-20：5-10，通过采用膨润土稳定肥料，而活性炭丰富的孔洞实现肥料的缓释颗粒具有无数个小孔，溶解过程中，水分能沿着小孔迅速的渗入到中心，达到溶解的目的。
优选的，所述步骤(2)中壳聚糖溶液按照如下步骤制备：搅拌条件下，将壳聚糖溶解于体积分数为2％的醋酸溶液中，制得质量分数为6-17％的壳聚糖溶液。
优选的，所述步骤(2)中壳聚糖、聚乳酸、聚己内酯、增溶剂、增塑剂的质量比为0.5：0.3-0.6：0.05-0.1：0.07-0.1：0.005-0.01，且所述步骤(2) 中加热混合的温度为80-150℃，采用壳聚糖、聚乳酸和聚己内酯组成制膜液。
优选的，所述步骤(3)水稻肥料膜中的缓释材料占比为20-40颗/m2，将缓释肥料嵌入在水稻肥料膜中，并使得缓释肥料能够与水面接触。
优选的，所述步骤(3)中干燥的条件为：于40-60℃下恒温干燥至成膜。
本发明还保护了制备方法制得的预防病虫害水稻肥料膜，所述缓释材料为直径3-6mm的球形颗粒，可以于同一位置播撒多个缓释材料，根据水稻田的需要进行量的调控。
本发明还保护了预防病虫害水稻肥料膜在制备预防水稻病虫害材料中的应用，主要通过矿物油进行病虫害的防治。
优选的，所述应用方法为：将步骤(4)的预防病虫害水稻肥料膜置于水稻种植区的水面上方，然后向预防病虫害水稻肥料膜表面均匀铺洒矿物油，更佳的，所述矿物油选自柴油。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
1、本发明先采用活性炭与肥料溶液制得缓释材料，此时通过采用膨润土稳定肥料，而活性炭丰富的孔洞实现含有肥料的缓释颗粒具有无数个小孔，溶解过程中，水分能沿着小孔迅速的渗入到中心，达到溶解的目的，此时活性炭实现了肥料的负载，同时多孔活性炭实现了肥料的缓释，并形成一个稳定的整体；
本发明还采用壳聚糖溶液、聚乳酸、聚己内酯、增溶剂与增塑剂共同制成制膜液，壳聚糖、聚乳酸、聚己内酯均为可降解材料，且价格低廉；另外，壳聚糖为一种具有抑菌防腐作用的、无毒的可再生原材料，能提高作物抵抗力，降解后为肥力较高的有机物，因而可保证其在农业方面的优越性；聚乳酸和聚己内酯均经降解后得到二氧化碳和水，不污染环境；将聚乳酸与聚己内酯共混后，在提高聚乳酸基底膜韧性的同时，还能确保聚乳酸基底膜在自然条件下完全降解，增溶剂促进三者的混合，增塑剂便于成膜，此时将制膜液与缓释材料成膜，得到稳定的膜状材料；将膜状材料置于水面上后肥料逐渐释放，实现了向水稻提供肥料的目的；
进行病虫害防治时，向水稻肥料膜表面均匀铺洒矿物油，然后进行人工赶虫，使得虫落水触油而死亡；也可以直接向水稻田直接喷洒矿物油，经由水稻叶面滑落的矿物油还会滴落至水稻肥料膜上。
2、本发明的水稻肥料膜可重复使用，在肥料释放后，活性炭会浮于水面上，并对矿物油进行吸附，此时将吸附矿物油的活性炭取出，并于空位补充缓释材料即可继续使用。
3、进行水稻肥料膜收集时，通过水稻肥料膜带动矿物油进行定向移动，并于水稻肥料膜收集后，再将浮于水面上方的活性炭收集即可。
附图说明
图1为缓释材料尿素淋浴曲线图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明各实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
实施例1
一种预防病虫害水稻肥料膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)将活性炭与肥料溶液共混后干燥至恒重，得到缓释材料；
将活性炭粉碎至40目后，向其中加入膨润土、肥料和水并混合均匀，然后采用制粒机进行制粒，干燥至含水率达到10％；活性炭、膨润土、肥料的质量比为1：20：10，所述水溶性肥料为用于水稻生长的肥料；
(2)将壳聚糖制备成壳聚糖溶液，将聚乳酸、聚己内酯分别溶解，得到聚乳酸溶液和聚己内酯溶液；
壳聚糖溶液按照如下步骤制备：搅拌条件下，将壳聚糖溶解于体积分数为2％的醋酸溶液中，制得质量分数为10％的壳聚糖溶液；
壳聚糖、聚乳酸、聚己内酯、增溶剂、增塑剂的质量比为0.5：0.5：0.06： 0.07：0.01，且所述步骤(2)中加热混合的温度为60℃；
将壳聚糖溶液、聚乳酸溶液、聚己内酯溶液、增溶剂与增塑剂共同加热并混合均匀，得到制膜液；
(3)将步骤(2)的制膜液均匀铺设，然后于制膜液上添加步骤(1)的缓释材料，于40℃下恒温干燥成膜后，得到水稻肥料膜，水稻肥料膜中的缓释材料占比为20颗/m2；
(4)于步骤(3)的水稻肥料膜表面铺设矿物油，得到预防病虫害水稻肥料膜。
实施例2
一种预防病虫害水稻肥料膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)将活性炭与肥料溶液共混后干燥至恒重，得到缓释材料；
将活性炭粉碎至50目后，向其中加入膨润土、肥料和水并混合均匀，然后采用制粒机进行制粒，干燥至含水率达到13％；活性炭、膨润土、肥料的质量比为1：18：7，所述水溶性肥料为用于水稻生长的肥料；
(2)将壳聚糖制备成壳聚糖溶液，将聚乳酸、聚己内酯分别溶解，得到聚乳酸溶液和聚己内酯溶液；
壳聚糖溶液按照如下步骤制备：搅拌条件下，将壳聚糖溶解于体积分数为2％的醋酸溶液中，制得质量分数为6％的壳聚糖溶液；
壳聚糖、聚乳酸、聚己内酯、增溶剂、增塑剂的质量比为0.5：0.6：0.05： 0.08：0.007，且所述步骤(2)中加热混合的温度为70℃；
将壳聚糖溶液、聚乳酸溶液、聚己内酯溶液、增溶剂与增塑剂共同加热并混合均匀，得到制膜液；
(3)将步骤(2)的制膜液均匀铺设，然后于制膜液上添加步骤(1)的缓释材料，于50℃下恒温干燥成膜后，得到水稻肥料膜，水稻肥料膜中的缓释材料占比为40颗/m2；
(4)于步骤(3)的水稻肥料膜表面铺设矿物油，得到预防病虫害水稻肥料膜。
实施例3
一种预防病虫害水稻肥料膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)将活性炭与肥料溶液共混后干燥至恒重，得到缓释材料；
将活性炭粉碎至60目后，向其中加入膨润土、肥料和水并混合均匀，然后采用制粒机进行制粒，干燥至含水率达到15％；活性炭、膨润土、肥料的质量比为1：15：5，所述水溶性肥料为用于水稻生长的肥料；
(2)将壳聚糖制备成壳聚糖溶液，将聚乳酸、聚己内酯分别溶解，得到聚乳酸溶液和聚己内酯溶液；
壳聚糖溶液按照如下步骤制备：搅拌条件下，将壳聚糖溶解于体积分数为2％的醋酸溶液中，制得质量分数为17％的壳聚糖溶液；
壳聚糖、聚乳酸、聚己内酯、增溶剂、增塑剂的质量比为0.5：0.3：0.05： 0.1：0.005，且所述步骤(2)中加热混合的温度为80℃；
将壳聚糖溶液、聚乳酸溶液、聚己内酯溶液、增溶剂与增塑剂共同加热并混合均匀，得到制膜液；
(3)将步骤(2)的制膜液均匀铺设，然后于制膜液上添加步骤(1)的缓释材料，于60℃下恒温干燥成膜后，得到水稻肥料膜，水稻肥料膜中的缓释材料占比为30颗/m2；
(4)于步骤(3)的水稻肥料膜表面铺设矿物油，得到预防病虫害水稻肥料膜。
为了便于研究缓释材料的缓释作用，下面以实施例2的缓释材料制备方法为例，对实施例2的制备方法进行研究，为了方便研究，本发明通过土柱淋溶法分析缓释材料单次尿素淋出率，此时将实施例2中的水溶性肥料替换为等量的尿素，若测试结果表明采用尿素具有缓释作用，说明采用水溶性肥料制备的缓释材料也具有缓释作用。
土柱领域法具体为：(1)模拟土柱，制备淋溶管；取550mL矿泉水瓶去掉底盖改制成淋溶管主体，瓶底直径6.0cm，瓶高22.0cm，瓶口作为淋溶出口；由打孔器统一为橡胶塞钻孔，孔上配置移液枪枪头改制的过滤嘴，橡胶塞塞紧瓶口,在瓶内淋溶出口处附上一层纱布和两层滤纸；(2)装土：模拟耕层土壤，设置土柱高度15cm，压实，均匀铺满5g缓释材料，再覆盖5cm厚度的土层；(3)收集滤液：实验第一天加入蒸馏水250mL，以后每隔24h缓慢加入蒸馏水100mL，收集滤液，测量其体积V；(4)尿素释放量的测定：利用对二甲氨基苯甲醛显色分光光度法(GB/T 23348-2009)，检测水溶液中常微量尿素含量，选择测试波长为422nm，对二甲氨基苯甲醛显色剂用量10mL，硫酸溶液4mL，显色时间10min，在此条件下测得的标准曲线在0-1000 μg/mL范围内为线性关系，最低检出限为0.5μg/mL；
将上述材料进行淋浴实验，尿素单次淋出率结果如图1所示，结果表明，缓释肥料第一天淋浴尿素的淋出率为18.5％，第二天淋浴尿素的淋出率为 21.4％，第三天淋浴尿素的淋出率为25.4％，第四天淋浴尿素的淋出率为 20.1％，后续淋出率依次减少，直至第8天基本全部淋出；若直接采用尿素进行淋出实验，结果表明3天实现全部淋完，对比来看，当采用尿素制备缓释材料后，具有优异的缓释作用，所以将尿素替换为水溶性肥料后，其于水中也具有缓释作用。
下面对本发明制得的水稻肥料膜进行研究，本发明实施例1-3制得的水稻肥料膜均具有一定的力学性能，下面对实施例1-3制得的水稻肥料膜机械性能进行研究，具体研究结果如表1所示：
表1室温下水稻肥料膜的机械性能
样品 断裂强度(MPa) 断裂伸长率(％)
实施例1 3.27 10.15
实施例2 3.81 12.43
实施例3 2.43 8.72
高聚物的破坏是主链上化学键的断裂或高分子链相互作用力的破坏，在拉伸实验中，聚乳酸从相互缠结、重叠的链段开始拉伸，使得缠结、重叠的链段逐渐伸直，所以聚乳酸含量高，对应的机械性能较强，可见本申请制得的水稻肥料膜较为柔软，且具有一定的力学性能，不易于被外力破坏。
本发明实施例1-3制得的缓释材料均具有缓释作用，且效果平行，下面对本发明实施例1-3制得的预防病虫害水稻肥料膜进行研究，研究的方法和结果如下所示：
于病虫害初发期开始，于水稻田间、水面上铺设水稻肥料膜，并使得水稻肥料膜漂浮于水面上方，然后对水稻叶片进行喷施，达到叶片100％覆盖，用量为380g食用油/亩，再于预防病虫害水稻肥料膜上均匀喷施矿物油，于每 10天人工赶虫依次，尽量使得虫落水触油；水稻肥料膜表面的矿物油及时补充，使得矿物油一直保持于水稻肥料膜表面，进行防控，直至水稻成熟，再将水稻肥料膜经由水面上方取下；
试验地：水稻品种为龙粳31，八五六分公司第四管理区22作业产11#5 区，土壤为白浆土，有机质含量34.72g/kg，土壤pH5-6，富含氮磷钾，适合水稻全生育期成长要求；
水稻肥料膜上的缓释材料在经由水稻肥料膜脱离后，及时于空位补充缓释材料；
下面对逐年使用本发明的预防病虫害水稻肥料膜进行研究和对比，主要进行水稻产量因素调查对比，结果如下所示：
表2水稻产量因素调查结果
年份 株高 穗数/m<sup>2</sup> 穗粒数 结实率 干粒重 实脱亩产
第一年 107.91cm 531 94 92％ 27.2g 752.05kg
第二年 108.35cm 540 97 94％ 27.9g 768.14kg
第三年 110.12cm 556 98 97％ 28.8g 790.25kg
由表2可知，对水稻覆膜后，在产量上实现了逐年提升，且在使用水稻肥料膜后发现，病虫害情况得到了十分有效的控制。
另外，结果表明，水稻肥料膜可连续使用3年，且每年使用后直接将水稻肥料膜和活性炭收集即可，无需再通过更换水来进行矿物油的收集。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种预防病虫害水稻肥料膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将活性炭与肥料和膨润***混后，经干燥、造粒，得到缓释材料；
其中，所述肥料为用于水稻生长的肥料；
(2)将壳聚糖制备成壳聚糖溶液，将聚乳酸、聚己内酯分别溶解，得到聚乳酸溶液和聚己内酯溶液；
将壳聚糖溶液、聚乳酸溶液、聚己内酯溶液、增溶剂与增塑剂共同加热并混合均匀，得到制膜液；
(3)将步骤(2)的制膜液均匀铺设，然后于制膜液上添加步骤(1)的缓释材料，经干燥成膜后，得到水稻肥料膜；
(4)于步骤(3)的水稻肥料膜表面铺设矿物油，得到预防病虫害水稻肥料膜。
2.根据权利要求1所述的一种预防病虫害水稻肥料膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，缓释材料按照如下步骤制备：将活性炭粉碎至40-60目后，向其中加入膨润土、肥料和水并混合均匀，然后采用制粒机进行制粒，干燥至含水率达到10-15％；
其中，活性炭、膨润土、肥料的质量比为1：15-20：5-10。
3.根据权利要求1所述的一种预防病虫害水稻肥料膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中壳聚糖溶液按照如下步骤制备：搅拌条件下，将壳聚糖溶解于体积分数为2％的醋酸溶液中，制得质量分数为6-17％的壳聚糖溶液。
4.根据权利要求1所述的一种预防病虫害水稻肥料膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中壳聚糖、聚乳酸、聚己内酯、增溶剂、增塑剂的质量比为0.5：0.3-0.6：0.05-0.1：0.07-0.1：0.005-0.01，且所述步骤(2)中加热混合的温度为80-150℃。
5.根据权利要求1所述的一种预防病虫害水稻肥料膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)水稻肥料膜中的缓释材料占比为20-40颗/m2。
6.根据权利要求1所述的一种预防病虫害水稻肥料膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中干燥的条件为：于40-60℃下恒温干燥至成膜。
7.一种权利要求1-6任一项所述制备方法制得的预防病虫害水稻肥料膜，其特征在于，所述缓释材料为直径3-6mm的球形颗粒。
8.一种权利要求7所述的预防病虫害水稻肥料膜在制备预防水稻病虫害材料中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述应用方法为：将权利要求7所述的预防病虫害水稻肥料膜置于水稻种植区的水面上方，然后向预防病虫害水稻肥料膜表面均匀铺洒矿物油。
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