專利名稱：可滲水聚乙烯農田覆蓋膜及其生產工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種農田覆蓋膜及其生產工藝，尤其是可滲水聚乙烯農田覆蓋膜及其生產工藝。
我國有10億畝中低產田，其中旱地在中低產田中占有絕對高的比例。我國干旱、半干旱地區主要集中在北方，約占全國土地面積的48％，沒有灌溉條件的旱地約占總耕地的52％(丁永齊1992)。黃河流域的旱年頻度在40％～80％之間，其中在中下游為71.4％～76.2％，中上游為60％～79％；中游為40％～60％；上游為30％～45％(呂昌河1998)。有關人士認為，解決我國21世紀16億人口食物問題的希望在中西部、在“三北”(華北、東北、西北)地區。我國中西部及“三北”地區，干旱缺水與水熱組合不協調是影響農業單產低而不穩的主要因素。干旱地區的缺水和熱量不足是當前條件下人類無法改變的客觀事實，應采取的旱地農業高產重要技術戰略是提高旱農地區現有水、熱資源利用率。據初步調查，旱農地區降水資源的利用率只有20％～40％，造成水分利用率低的重要原因是土面蒸發比率高，現有的農藝技術不能有效利用小雨(10mm/次)量天然降水資源，然而小雨(10mm/次)量資源數量特征是發生頻率高、累計量大。在位于黃土高原殘源區半干旱地區的山西省瞧縣試驗點1992～1996連續5年降雨觀測資料的分析結果表明小于10mm/次的小雨發生頻率占72％，年累計量達100～150mm。小雨的時間特征是對春播作物在雨季來臨前生長發育的前期，小雨發生頻率特別高。從隰縣試驗區干旱特別嚴重的1997年1～9月份降水分布情況可以看出日降水量小于10mm的有35次，占總降水次數43次的81.2％；日降水量小于10mm的雨量為96.5mm，占到總降水量275.1mm的35.10％。1997年元月到7月玉米生育前期降水分布情況可以看出日降水量小于10mm的有29次，占總降水次數31次的93.50％；日降水量小于10mm的雨量為80.2mm，占到同期總降水量108.4mm的74.0％。小雨的動態特征是小雨(10mm/次)入滲淺，只能停留在土壤表層，多以無效水的形式蒸發掉。小雨的水分生產潛力大，按照蒸騰耗水效率每公頃生產7500Kg玉米的蒸騰耗水為246mm(蕭復興1995)計算，累計100mm的小雨量降水資源就具有增產糧食3555Kg的潛力。在我國北方水分利用率的提高必須與光溫利用率的提高同步進行。在北方旱農地區現有光熱資源的利用率低，其中，光能利用率僅為0.1％～0.2％(相對于年總輻射)(丁永齊1992)，熱量資源利用率為40％～80％(相對于可種植時間)，因此，提高旱農地區光熱資源利用率的糧食增產潛力也大。目前，在SPAC境地系統的界面可控性研究方面缺乏應有的理論研究和必要的開發研究，其實捉住年內總量為100～150mm左右小雨量的深度開發，變土壤無效水為作物有效蒸騰水，將會使旱地的農作物產量大幅度提高。雖然國家對高新農業技術非常重視，期望在近期內培育成表現突出的耐旱高產的作物優良品種和推廣先進的節水灌溉及旱作高產工程，但對小雨量降水資源的重視程度不夠。當前的多數旱作農業技術在小雨量降水資源開發利用方面效果不大。如秸稈覆蓋技術，雖然保水效果好，但低溫的負效應抵銷了保水的正效應如地膜覆蓋技術，雖然增溫效果好，但不能高效利用小雨量資源，通氣狀況也差。一項好的農藝措施的選擇過程就是多準則協調決策過程，決策結果應當是為農作物的正常生長創造出水肥氣熱相互協調的微生態環境條件，且技術本身最好是能夠物化的，然而目前很少有這樣的技術。
土壤-植物-大氣連續體(SPAC)是近代水科學、實驗地理學、土壤物理學、農田生態學與農業氣象學的前沿研究領域(康紹忠1994)。當前，國內外對SPAC的多個環節已有深入研究，但對干旱與半干旱地區小于10mm/次降水有效利用的連續體界面調控技術的研究，卻無明顯進展。在年降水量在300～500mm的廣大干旱與半干旱地區，一般認為降水量不足且分布不均是制約農作物產量提高的最大限制因子。從水分生產潛力分析，這一地區的水分利用率僅為20％～40％，水分生產率僅為0.3Kg/mm.mu.a左右，按照隰縣試驗區研究出的作物蒸騰耗水效果(蕭復興1995)計算，水分的糧食生產潛力可以達到2Kg/mm.mu.a。那么，這一地區的糧食畝產量的水分因子潛力可高達600～1000Kg。因此，山西省及我國北方地區旱地農作物生產中遇到的最關鍵的問題不是總水量供給不足，而是水分的利用率低。造成水分利用率低的最本質的原因，一是天然降水在0～10cm土壤表層以無效水的形式大量蒸發，降低了有效水的總量；二是表土層水分盈虧波動劇烈，不利于作物表層根系的生長。通過對隰縣試區連續6年的降水分布進行了統計，還發現小于5mm/次的降水頻率占到52.5％，小于10mm/次的降水頻率占到70％、降水量占到26％，加上其余占30％的大于10mm/次的降水中滯留于土表0～10cm土層(活躍層)中的水分，無效降水占到280mm左右，而這些水分具有生產500kg/mu以上的玉米生產潛力。可見，采取小雨資源有效化措施，將給旱地農作物每年增加相當于2次以上的灌水量，其畝產量可能達到目前水澆地的單產水平。由于以往農藝技術對小雨資源有效化利用的重視程度不夠，雖然有的旱地農田保水技術成果能增加一定的產量，但至今很少發現對小雨資源專門研究的報道，生產上也沒有一套相應的具有突破性的小雨資源有效化農藝技術措施。為此，我們開始了對“小雨資源有效化利用”理論和技術措施方面的思考，并對已有的農田保水科技成果進行系統總結分析，從中發現“促進小雨入滲、防止小雨蒸發、穩定表土層水分”是“小雨資源有效化利用”的關鍵，也是目前農田保水理論和技術措施成果未能解決的根本問題所在。地膜覆蓋是當今最重要的栽培手段，然而存在膜下通氣性差、小雨不能垂直入滲到膜下和造成土壤的白色污染等問題。因此提出了“滲水地膜”一詞，并開展了滲水地膜研制及應用研究。研究的目標是設計的滲水地膜應當是一種能夠使光、熱、水、氣多種資源因子系統達到自動協調控制的多功能地膜。基于農田系統調控理論(姚建民1993)，這種技術產品應當成為目前土壤一植物一大氣連續體SPAC中協調性能最佳的一種重要界面膜，為協調作物根際水分、溫度和空氣并建立相對穩定的作物根際生態環境系統提供新的途徑。在土壤表層創造一層功能性調控膜，使根系生存的較適宜土壤環境系統相對穩定，緩沖干旱危害，無疑對農作物的生產有利。為此，搞好界面膜的研究對開發干旱與半干旱地區天然降水資源的水分生產潛力，使小雨資源有效化，使無效的土面蒸發水大量地轉化為有效的作物蒸騰水，為農作物提供優越而穩定的根際微生態環境，促進旱作農業增產與旱區農業持續發展具有重要意義。
現有微孔塑料薄膜主要用于包裝材料、醫學、電器、化學實驗等學科領域，以通氣和防水為主。在加工工藝上，微孔膜制作是采用噴射腐蝕法、機械法、拉伸法、涂膜法、輔料法等方法，未見采用輔料法與機械法有機結合的工藝技術生產具有可滲水、保水、微通氣等功能農用地膜的報道。文獻報道的微孔膜主要用于過濾、防水、通氣。文獻報道的有孔地膜，孔徑在3～14mm之間，用于蔬菜根系通氣。但用于旱地小雨資源有效化，具有可滲水、保水、微通氣等功能的農用地膜未見報道。
本發明的目的在于提供一種改進的可滲水聚乙烯農田覆蓋膜，并提供了一種生產這種覆蓋膜的生產方法。
本發明的目的是這樣實現的在低密度聚乙烯地膜配方中加入重量比為0.1％～0.4％的滲水助劑，在吹塑機上吹制出含有滲水助劑的地膜做為坯膜，然后在收卷前用光面對輥將切開的坯膜分別擠壓成帶有孔徑為1～15μm、孔密度為10～100萬個/m2的微米級小孔的通透性膜，使其具有可滲水、保水、微通氣、調溫功能。
一種低密度聚乙烯地膜配方為線性低密度聚乙烯∶高密度低壓聚乙烯(5000S)∶高壓料(112A-1)為3∶1∶1。
滲水助劑為粒徑2～10倍于地膜厚度的易破碎的晶體無機或有機粒子，粒子具有水溶性、熔點不低于吹塑機三區的工作溫度(粒子如Na2O·nSiO2·H2O、(NH4)H2PO4、NaCl、寡糖等)，采用的膜厚度為0.006～0.01mm，建議的膜寬度為800～1500mm。滲水助劑的加入方法是將選定的任一種或一類或某幾種組成的復合助劑，用高速粉碎機粉碎成細粉末，然后過200目篩，將過篩后的助劑粉末按照占一次配料重量0.1％～0.4％的比例分批攪拌到配料中，充分攪拌均勻后裝入吹塑機的漏斗中。
吹塑機應有較大的調溫范圍，最高溫度的可調整范圍應包括160℃～210℃的區間，即吹塑機的三區溫度能夠在160℃～210℃的區間內隨著加入滲水助劑熔點的不同任意設定，否則過高的溫度會使助劑炭化失去滲水功能、或造成吹塑過程斷膜現象。吹塑機的一區、二區、三區、法蘭、機頭的溫度變化應呈正態分布，最低溫度應在140℃以上，最高溫度依照滲水助劑的熔點而定，吹塑機的轉速以35～40轉/分鐘為宜，如選用φ60吹塑機等。
吹制坯膜時必須保持較小的透氣性，因此坯膜的通透性差，需要對收卷機進行適當的改造，用光面對輥將切開的坯膜分別擠壓后，形成了帶有微米級通道的通透性膜。
滲水地膜的滲水速率應＞12mm/(cm2·5cm·23℃·h·101.3kPa)或滲水速率應大于10％。測定方法是在室溫23℃±2℃和常壓下，將樣品平放在65m/m布氏漏斗芯層上加入計量好的50ml±10ml蒸餾水(或清潔自來水)，記錄在1小時內布氏漏斗內滲出水的深度，或記錄從布氏漏斗滲入燒杯中水的質量，每組試驗不少于3個。
滲水率(％)=(滲入燒杯中水的質量)/(布氏漏斗中原有水質量)×100％滲水地膜覆蓋自由水面的保水量應＞40％/(100℃·30min·101.3kPa)。其測試方法是在容量為100ml的燒杯的頂部覆蓋滲水地膜樣品并用膠帶扎緊，然后在燒杯中放入50ml±10ml蒸餾水(或清潔自來水)，煮沸至100℃保持30min，記錄蒸發后燒杯中殘留的水量，每組試驗不得少于3個。計算公式
蒸發性能=(蒸發掉水質量)/(燒杯中原有水質量)×100％滲水地膜的通氣性應＞200s/(100mm×100mm·20g·23℃)。其測定方法是在室溫23℃±2℃和常壓下，將樣品熱封成長100mm×寬100mm的袋，將袋充滿空氣，并將其平放置于一平板上后，在頂部施加20g的平板重物，記錄滲水地膜氣袋內空氣全部逸出的時間“秒”S，每組試驗不得少于3個。
這種滲水地膜的滲水性、通氣性與加入助劑的數量呈正相關，與膜的密度的大小呈正相關。在低密度聚乙烯地膜配料中加入滲水助劑形成的可滲水微孔地膜，其物性指標符合國家地膜生產標準。拉伸負荷(縱向，橫向)＞1.3N，斷裂伸長率(縱向，橫向)≥120％，直角撕裂負荷(縱向，橫向)≥20.5N。
經過田間測定①這種滲水地膜可比普通地膜的膜下溫度降低0℃/常溫～15℃/高溫。證明當氣溫在30℃以下時具有與普通地膜一樣的土壤增溫效應，當氣溫升高時滲水地膜的膜下土壤溫度比普通地膜增加的慢，且氣溫越高兩種膜下的溫度差異越大。②這種滲水地膜明顯提高了上壤含水量。1997年滲水地膜覆蓋從播種到7月上旬對0-100cm土層4次觀測的土壤含水量，比普通地膜平均提高了2.0個百分點，其中，0～10cm提高4.5個百分點，10～20cm提高了2.9個百分點，20～40cm提高了1.7個百分點，40～60cm提高了1.6個百分點，60～80cm提高了0.7個百分點，80-100cm提高了0.3個百分點。4月18日埋設的滲水膜覆蓋桶積水試驗，9月18日觀測膜下桶內積水深度達到200mm，而同期降水量為219mm，150天內滲水膜下保水率達90％以上。
本發明的優點在于本發明的可滲水地膜能使旱地小雨量資源有效化，具有滲水、保水、增溫、調溫、微通氣、耐老化等功能，提高天然降水利用率，在農田覆蓋中為農作物創造出比普通地膜更好的根際水分、溫度、空氣相對協調的微生態環境，從而提高農作物產量，為我國北方旱農區及世界上類似的地區提供便于在農村推廣和能夠大幅度提高旱地農作物單位面積產量和經濟效益的物化技術產品和商品。
權利要求
1.一種可滲水聚乙烯農田覆蓋膜的生產工藝，其特征在于在低密度聚乙烯地膜配方中加入滲水助劑，在吹塑機上吹制出含有重量比為0.1％～0.4％滲水助劑的地膜做為坯膜，然后在收卷前用光面對輥將切開的坯膜分別擠壓成帶有孔徑為1～15μm的微米級小孔的通透性膜。
2.根據權利要求1所述的生產工藝，其特征在于所述低密度聚乙烯地膜配方為線性低密度聚乙烯∶高密度低壓聚乙烯(5000S)∶高壓料(112A-1)為3∶1∶1。
3.根據權利要求1所述的生產工藝，其特征在于所述滲水助劑為粒徑2～10倍于地膜厚度的易破碎的晶體無機或有機粒子，其熔點不低于吹塑機三區的工作溫度。
4.根據權利要求1或3所述的生產工藝，其特征在于所述滲水助劑是Na2O·nSiO2·H2O、(NH4)H2PO4、NaCl和寡糖中的一種或幾種。
5.根據權利要求1所述的生產工藝，其特征在于所生產的膜厚度為0.006～0.01mm，膜寬度為800～1500mm，膜上的微孔密度為10～100萬個/m2。
6.根據權利要求1所述的生產工藝，其特征在于吹塑機三區的工作溫度在160～210℃的范圍內。
7.一種可滲水聚乙烯農田覆蓋膜，其特征在于該膜是通過在低密度聚乙烯地膜配方中加入重量百分比為0.1％～0.4％的滲水助劑，在吹塑機上吹制而成的，所述低密度聚乙烯地膜配方為線性低密度聚乙烯∶高密度低壓聚乙烯(5000S)∶高壓料(112A-1)為3∶1∶1。
8.根據權利要求7所述的覆蓋膜，其特征在于所述滲水助劑為粒徑2～10倍于地膜厚度的易破碎的晶體無機或有機粒子，其熔點不低于吹塑機三區的工作溫度。
9.根據權利要求7所述的覆蓋膜，其特征在于所述滲水助劑是Na2O·nSiO2·H2O、(NH4)H2PO4、NaCl和寡糖中的一種或幾種。
10.根據權利要求7所述的覆蓋膜，其特征在于所生產的膜厚度為0.006～0.01mm，膜寬度為800～1500mm，膜上的微孔密度為10～100萬個/m2。
全文摘要
在低密度聚乙烯地膜配方中加入重量比為0.1%～0.4%的滲水助劑,在吹塑機上吹制出坯膜后,在收卷前用光面對輥將切開的坯膜分別擠壓成帶有孔徑為1～15μm、孔密度為10～100萬個/m
文檔編號B29C43/28GK1211496SQ9811989
公開日1999年3月24日 申請日期1998年9月28日 優先權日1998年9月28日
發明者姚建民 申請人:山西省農業科學院農業資源綜合考察研究所