稀土微肥对腐植酸可降解液态地膜应用性能的影响研究

阙小波，隋玉华，张国祥，李彩梅，邹善锋，钟龙金，隋 岩,4

稀土微肥对腐植酸可降解液态地膜应用性能的影响研究

阙小波1，隋玉华2，张国祥3，李彩梅1，邹善锋1，钟龙金1，*隋 岩1,4

(1. 井冈山大学化学化工学院，江西，吉安 343009；2. 吉林油田职业教育中心，吉林，松原 131200；3. 大庆钻探工程公司钻井生产技术服务二公司，吉林，松原131200；4. 井冈山大学应用化学研究所，江西，吉安 343009；)

研发和使用可降解液态地膜被认为是治理塑料地膜白色污染的一种有效应对措施。研究了在腐植酸可降解液态地膜中添加稀土微肥硝酸镧对地膜使用性能的影响。结果表明，添加稀土微肥不仅可以明显改善地膜的增温性能，使其达到或接近普通塑料地膜的水平，而且加入稀土微肥后还能更有效促进作物生长发育，达到增产增收的目的。在腐植酸液态地膜中添加稀土微肥是改进液态地膜性能的一种有效措施，有必要开展进一步的深入细致研究。

腐植酸；液态地膜；稀土；可降解

塑料地膜栽培技术已在我国获得大面积推广使用，但目前使用的塑料地膜在自然条件下很难降解，在土壤中可以残存100年以上[1-2]。地膜产品在使用后又很难回收再利用，废弃在土壤中，造成严重的“白色污染”，因而目前的丰产实际上是建立在牺牲土壤潜力的基础上的一种掠夺式生产方式。减少农田地膜残留，保护农田生态环境，消除塑料地膜白色污染的最可行方法是开发和使用可降解地膜[3-5]。

可降解地膜可分为固态地膜和液态地膜。固态地膜由于需要满足使用过程的强度需要，一般都比较厚，价格也高于塑料地膜，部分还难以彻底降解，应用受到一定的限制。液态地膜由于降解性能好、成本低、可现场喷施等优点已为人们关注和使用[6]。如有使用沥青、羟基氯丁醇胶乳树脂、淀粉等为主要原料来制备可降解液态地膜的研究报道[7-8]，但因为存在原料来源受限或成本较高、降解性能差等问题，还未见实际应用报道，特别是以淀粉为主要原料的液态地膜存在与人争粮食的问题。

近年来，以腐植酸为主要原料制备液态地膜的研究受到了特别的关注[9-11]。但在保温增温性能上还有待进一步提高。腐植酸是由动物、植物残体在微生物以及地球化学作用下分解和合成的一类天然有机高分子物质，作为一种自然资源在地球上储量巨大，价格低廉，其可以在光或微生物的作用下自行降解，因而以其为原料制备的液态地膜除了具有普通地膜的保温、保墒等作用外，地膜降解后又可以起到有机肥料的作用，达到一物两用的目的。由于腐植酸中具有多种活性官能团，具有很强的络合和吸附能力，因而能够方便实现多功能特性[12-13]。本研究在已有研究基础上，利用井冈山地区的泥炭腐植酸为主要原料，通过对配方进行改进，引入稀土元素后对腐植酸液态地膜的性能起到了明显的改善作用。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

实验所用泥炭腐植酸选自井冈山矿区，其它试剂均为市售分析纯或化学纯。

1.2 腐植酸液态地膜的制备

腐植酸液态地膜采用自有技术进行制备。取约30%的腐植酸钠溶液，按配方量加入适量可降解的成膜剂、交联剂和硝酸镧等，反应完成后，冷却至室温，加适量水稀释，在阳光充足条件下均匀喷洒于地表，约0.5~1 h左右即可成膜。

2 结果与讨论

2.1 含稀土腐植酸液态地膜对地温的影响

稀土元素常被用作上转换发光材料，因而具有很好的吸光性能[14-17]。实验采用在腐植酸液态地膜中添加适量的硝酸镧，并利用该液态地膜对大蒜进行覆盖栽培，每隔5天分别在上午7点和下午2点测试地下5 cm的地温，结果见图1。图中含稀土的和不含稀土的腐植酸液态地膜均按相同工艺自制，塑料地膜为市售产品。

图1 地下5 cm地温对比曲线（早上7点和下午2点）

研究结果表明，液态地膜在有日光照射的情况下，能够有效吸收热量使土壤增温，具有一定的增温效果，但普通的腐植酸液态地膜增温效果不如塑料地膜显著，而加入稀土元素后，其增温效果得到明显改善，已接近或基本达到塑料地膜的水平，特别是在日光充足的下午时间，其增温效果能够与塑料地膜水平相当。

2.2 含稀土腐植酸液态地膜对作物生长发育的影响

实验以大蒜为研究对象，选择4块地，依次编号①、②、③、④，其中①号土地使用不含稀土的腐植酸液态地膜，②号土地使用含稀土的腐植酸液态地膜，③号土地使用塑料地膜，④土地为空白对照组。在同一天，每块地播种50粒大小相近的大蒜种子，每周测其株高并测量每块地的最终产量。结果见图2和表1。

图2 每块土地大蒜的平均株高变化

表1 每块土地大蒜的产量

研究结果均表明，在腐植酸液态地膜中添加稀土元素后，均能明显促进作物的生长发育。我们分析认为，这一方面与添加稀土元素后，地膜的保温、增温性能明显提高有关，另一方面也与稀土元素常被用作微肥，能够促进植物的光合作用有关。

3 结论

我们研究了在腐植酸液态地膜中添加稀土微肥对地膜使用性能的影响，结果表明，在腐植酸液态地膜中添加稀土微肥后不仅可以明显改善地膜的增温效果，使其达到或接近普通塑料地膜的水平，而且加入稀土微肥后还能更有效促进作物生长发育，达到增产增收的目的，有必要开展进一步的深入细致研究。

[1] Shah A A, Hasan F, Hameed A, et al. Biological degradation of plastics: A comprehensive review[J]. Biotechnol Adv, 2008, 26(3): 246-265.

[2] Briassoulis D, Hiskakis M, Babou E, et al. Experimental investigation of the quality characteristics of agricultural plastic wastes regarding their recycling and energy recovery potential[J].Waste Manage, 2012, 32(6): 1075-1090.

[3] Briassoulis D, Hiskakis M, Babou E. Technical specifications for mechanical recycling of agricultural plastic waste[J].Waste Manage, 2013, 33(6): 1516-1530.

[4] Abrusci C, Pablos J L, Corrales T, et al. Biodegradation of photo-degraded mulching films based on polyethylenes and stearates of calcium and iron as pro-oxidant additives[J]. Int Biodeter Biodegr, 2011, 65(3): 451-459.

[5] Sonia A, Priya Dasan K. Celluloses microfibers (CMF)/poly (ethylene-co-vinyl acetate) (EVA) composites for food packaging applications: A study based on barrier and biodegradation behavior[J]. J Food Eng, 2013, 118(1): 78-89.

[6] 赵燕，李淑芬，吴杏红，等. 我国可降解地膜的应用现状及发展趋势[J].现代农业科技，2010，23: 105-107.

[7] 田原宇.多功能可降解黑色农用地膜[P].中国专利：CN99109026.8, 2000-12-20.

[8] 郭振宇，胡世伟，丁著明. 淀粉基降解塑料的研究进展[J].塑料助剂，2011(6): 16-21.

[9] 田原宇，乔英云，黄伟，等. 色污染与腐植酸多功能可降解黑色液态地膜[J].腐植酸，2006(2): 19-23.

[10] 乔英云，田原宇，黄伟，等. 腐植酸多功能可降解黑色液态地膜的应用研究[J]. 腐植酸，2006(1): 16-19.

[11] 隋小慧，邹德乙. 腐植酸液态地膜与土壤环境质量[J].腐植酸，2009(6): 40-41.

[12] Komy Z R, Shaker A M, Heggy S E M, et al. Kinetic study for copper adsorption onto soil minerals in the absence and presence of humic acid[J]. Chemosphere, 2014, 99: 117-124.

[13] Wu H, Ai Z, Zhang L. Anoxic and oxic removal of humic acids with Fe@Fe2O3core–shell nanowires: A comparative study[J]. Water Res, 2014, 52: 92-100.

[14] Grobelny L, Pisarski W A, Pisarska J, et al. Up-conversion processes of rare earth ions in heavy metal glasses[J].J Rare Earth, 2011, 29(12): 1192-1194.

[15] Fortes L M, Li Y, Refega R, et al. Up-conversion in rare earth-doped silica hollow spheres[J].Opt Mater, 2012, 34(8): 1440-1446.

[16] 陈文通,曾锡瑞,陈华龙,等.[Nd(H2O)4(NO3)3]·(4,4’ -bipy)2·H2O的合成、晶体结构和荧光[J].井冈山大学学报:自然科学版,2010, 31(1): 36-39.

[17] 张定娃,刘庆奎,吴道伟,等.二乙三胺-N,N″-二(乙酰异烟肼)-N,N′,N″-三乙酸及其中性稀土配合物的合成、表征、驰豫性能研究[J]. 井冈山大学学报:自然科学版,2010,31(1): 36-39.

STUDY ON THE INFLUENCE OF RARE EARTH MICRONUTRIENTS ON THE APPLICATION PERFORMANCE OF HUMIC ACID DEGRADABLE LIQUID MULCHING FILM

QUE Xiao-bo1, SUI Yu-hua2, ZHANG Guo-xiang3, LI Cai-mei1, ZOU Shan-feng1, ZHONG Long-jin1,*SUI Yan1,4

(1. School of Chemistry and Chemical Engineering, Jinggangshan University, Ji’an, Jiangxi 343009, China; 2. Vacational Education Center of Jilin Oil Field, Songyuan, Jilin 131200, China; 3. No 2 Well Drilling Technology and Service Corporation of Daqing Well Drilling Engineering Corporation, Songyuan, Jilin 131200, China;4. Institute of Applied Chemistry, Jinggangshan University, Ji’an, Jiangxi 343009, China )

It has been considered as an effective way to solving the white pollution of plastic mulching film that developing and using degradable liquid mulching film. In this paper, rare earth micronutrients lanthanum nitrate was selected and added into humic acid degradable liquid mulching film, and its influence on their application performance was studied. The results indicated that not only the warming effect can be improved to approaching the level of usual plastic film mulch, but also yield and income increase can be fulfilled by adding rare earth micronutrients. It should be worthy further studying on this new way to improve the properties of liquid mulching film.

humic acid; liquid mulching film; rare earth; degradable

O636.9

A

10.3969/j.issn.1674-8085.2014.03.007

1674-8085(2014)03-0032-03

2014-02-26；

2014-03-16

江西省科技支撑计划项目（20133ACG70007）；国家级大学生创新创业训练计划项目[井大教务字（2013）97号]；江西省教育厅教改项目（JXJG-11-15-6）

阙小波(1990-)，男，江西吉安人，井冈山大学化学化工学院化学专业2010级本科生(E-mail: boshimao303@qq.com)；

隋玉华(1973-)，女，吉林松原人，工程师，主要从事石油化工与机械设计研究(E-mail: 405533038@qq.com);

张国祥(1972-)，男，辽宁朝阳人，工程师，主要从事石油化工与机械设计研究(E-mail: 306827639@qq.com);

李彩梅(1991-)，女，江西吉安人，井冈山大学化学化工学院化学专业2010级本科生(E-mail: 1239329212@qq.com);

邹善锋(1992-)，男，江西上饶人，井冈山大学化学化工学院化学专业2011级本科生(E-mail: 18779676255@139.com);

钟龙金(1993-)，男，江西赣州人，井冈山大学化学化工学院化学专业2011级本科生(E-mail: 1206167348@qq.com);

*隋 岩(1974-)，男，吉林长岭人，教授，博士，主要从事有机合成及其应用研究(E-mail:ysui@163.com).