[发明专利]一种抑制杂草生长的可播种式多功能凝胶地膜及其制备与应用

说明书

本发明公开了一种抑制杂草生长的可播种式多功能凝胶地膜及其制备与应用。本发明以负载有金属离子的生物质材料为缓控释体系，通过金属离子(铜、锌等)与天然高分子基材料(壳聚糖、纤维素、海藻酸钠等)交联，并根据环境差异选择性添加具有抗冻作用的功能物质(氯化钠、甘油等)形成低密度交联的多功能凝胶地膜；缓释的金属离子一方面用于形成均一的凝胶地膜，另一方面弱的低交联密度的金属螯合作用使得水凝胶具有高流动性的网络结构，高密度的氢键作用使得水凝胶具有界面自融合的能力，从而赋予该凝胶地膜在完全脱水的条件下被破坏时仅通过加水即可恢复成一个原始的凝胶地膜，首次实现“可播种”式凝胶地膜的制备，为存贮运输地膜带来了便捷。

技术领域

本发明属于农用高分子材料领域，具体涉及一种抑制杂草生长的可播种式多功能凝胶地膜及其制备与应用。

背景技术

从上个世纪开始，人们就已经意识到地膜覆盖具备保温保水、改善土壤性质及提高作物产量及品质等功效，在全球范围内对地膜进行了广泛地使用。目前，农业中常用的地膜主要分为秸秆类天然覆盖物、聚乙烯类塑料地膜、可降解地膜。秸秆类天然覆盖物进行覆盖时，因其本身可能携带杂草种子及病原菌，可能会导致农田中杂草数量增加及增加农作物病虫害风险的发生，且秸秆类天然覆盖物碳氮比过高将会污染土壤及耗尽苗床氮等，不利于农作物的生长；聚乙烯类塑料地膜，因不可降解、厚度小而回收困难、人工回收成本高等问题，大部分农户都选择任其继续残留在土壤中，最后变成微塑料进入土壤深层、根据水流进入环境及通过农作物进入食物链，从而对人体及环境造成一定的危害，且塑料地膜若长期使用将会影响植物根系的发育，阻碍土壤气体交换，阻碍水分渗透并改变土壤微生物群落结构；而可降解地膜，虽然大部分材料提取困难、机械性能较差，但地膜的可降解性仍然是目前农用地膜的发展趋势。此外，目前的地膜市场中，农户们均需根据农耕面积的大小来采购地膜，且在覆盖过程中要对地膜进行裁剪预留农作物种植的位置，操作繁琐，耗费较多的时间和人力成本，因此急需开发一种操作简便、能随买随用的可降解地膜。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种抑制杂草生长的可播种式多功能凝胶地膜的制备方法。

本发明通过壳聚糖等天然高分子基材料和铜离子进行螯合，并添加氯化钠等抗冻剂制备一种“可播种”式多功能凝胶地膜。天然高分子水凝胶，在敷料、缓释体系等领域中已有广泛应用，但其在农业上为首次应用，凝胶地膜，不仅需具备可降解性，更需要从凝胶种类、凝胶中各成分含量等因素上控制其凝胶结构，从而实现“可播种式”操作。本发明所述天然高分子材料基凝胶地膜，不仅具有良好的生物相容性及可生物降解性，能很好地解决聚乙烯类地膜带来的白色污染问题，该凝胶地膜首次实现“可播种”式使用，还可以减少了存储运输的占地面积及成本，仅需将凝胶地膜进行“播种”洒水便可形成地膜覆盖，操作简便、耗时短。本发明所述凝胶地膜中Cu²⁺与壳聚糖等天然高分子材料进行螯合，降低金属离子的生物毒性及残留，通过铜离子的缓慢释放达到抑制杂草生长及长效抑菌等功效；而添加甘油、氯化钠等抗冻剂，保证凝胶地膜在低温环境下仍能正常使用。

本发明的再一目的在于提供上述方法制得的一种抑制杂草生长的可播种式多功能凝胶地膜。

本发明的另一目的在于提供上述一种抑制杂草生长的可播种式多功能凝胶地膜的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种抑制杂草生长的可播种式多功能凝胶地膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)室温及氮气或惰性气体保护下，将对醛基苯甲酸、4-二甲氨基吡啶(DMAP)和二环己基碳二亚胺(DCC)加入到壳聚糖溶液中，反应，纯化，得到醛基壳聚糖粉末；

(2)将生物质原料粉碎，过80～100目筛，然后浸泡于硫酸铜和/或硫酸锌溶液中，洗涤，干燥，得到生物质铜/锌颗粒；