CN120535800B

CN120535800B - 一种具有温湿响应性能的秸秆纤维基抑菌地膜及制备方法

Info

Publication number: CN120535800B
Application number: CN202511022767.9A
Authority: CN
Inventors: 刘爽; 陆建鹏; 金哲; 王瑞晨; 李佳尧; 陈海涛; 张颖; 李睿; 李龙海
Original assignee: Northeast Agricultural University
Current assignee: Northeast Agricultural University
Priority date: 2025-07-24
Filing date: 2025-07-24
Publication date: 2026-01-27
Anticipated expiration: 2045-07-24
Also published as: CN120535800A

Abstract

本发明公开了一种具有温湿响应性能的秸秆纤维基抑菌地膜及制备方法，属于农用地膜技术领域，一种具有温湿响应性能的秸秆纤维基抑菌地膜，由下至上依次包括底膜层、缓释层和阻隔层；所述缓释层由乙酸、杀菌剂、明胶和增塑剂的混合溶液涂覆到所述底膜层得到；所述阻隔层为棕榈蜡乳液涂覆在所述缓释层表面得到。即本发明通过将棕榈蜡、杀菌剂（多菌灵）、明胶与小麦秸秆纤维基地膜结合，构建小麦秸秆纤维基温湿响应型抑菌地膜。该秸秆纤维基抑菌地膜能够根据环境温湿度的变化做出响应，实现农药的精确释放，从而精准调控病害。

Description

一种具有温湿响应性能的秸秆纤维基抑菌地膜及制备方法

技术领域

本发明属于农用地膜技术领域，尤其涉及一种具有温湿响应性能的秸秆纤维基抑菌地膜及制备方法。

背景技术

环境温湿度对作物病害的发生具有重要影响。研究表明，温度的升高，会导致病害潜伏期缩短。在适宜的温度条件下，湿度的增加导致病菌大量繁殖与扩散。例如在高温高湿的条件下，大豆根腐病极易引发。传统的病害控制方式通常只能在病害发生后被动施药，不能根据环境温湿度的变化做出响应，这种方式靶向性和精准性差，不能最大限度地发挥农药的作用，从而导致农药残留、环境污染和生态破坏等问题，已经不符合农业健康可持续发展的要求。因此，科学设计农药剂型，实现农药对环境温湿度变化响应释放，精准调控病害并提高农药利用率具有重要意义。

近年来，覆膜技术作为提高农作物品质和产量的重要手段而备受关注。据报道，全球农业用地中塑料薄膜覆盖面积约为128,652 km²。传统塑料薄膜具有良好的防虫、防杂、保温和保湿等优点。然而，传统塑料地膜的残留已成为农业可持续发展的重大问题。秸秆纤维基地膜是农田覆盖的传统塑料或可生物降解薄膜的绝佳绿色替代品。这种类型的纸膜降解不但不造成土壤污染，还提供了一种新的秸秆还田方法，有效改善了土壤结构、肥力和养分含量。同时由于其主要原料为纤维素，可作为天然的湿敏材料。但是，相对于塑料地膜，纸地膜还存在强度低、柔韧性差以及对环境温度响应性差等问题。因此，对秸秆纤维基地膜进行改性，具有重要意义。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提出了一种具有温湿响应性能的秸秆纤维基抑菌地膜及制备方法。即本发明以小麦秸秆纤维基地膜（WFM）为载体，以广谱性杀菌剂多菌灵为模型农药，将农药分子与温度响应性材料以特定结构复合于地膜上，构建一种小麦秸秆纤维基温湿响应型抑菌地膜，以实现农药根据环境温湿度的变化响应释放，从而精准调控病害。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种具有温湿响应性能的秸秆纤维基抑菌地膜，由下至上依次包括底膜层和缓释层；

或，

由下至上依次包括底膜层、缓释层和阻隔层；

其中，所述缓释层为由乙酸、杀菌剂、明胶和增塑剂的混合溶液涂覆到所述底膜层得到；

所述阻隔层为棕榈蜡乳液涂覆在所述缓释层表面得到。

有益效果：本发明公开了一种具有温湿响应性能的秸秆纤维基抑菌地膜，具备一层或两层涂层，其中，第一层为温度响应缓释剂明胶和杀菌剂的混合物，第二层为棕榈蜡形成的阻隔层。第一层可实现药物的温度智能响应释放，第二层为调控层，根据使用场景改变棕榈蜡涂覆量，从而改变地膜缓释规律。

可选的，所述底膜层为秸秆纤维基地膜，优选为小麦秸秆纤维基地膜。

可选的，所述杀菌剂为多菌灵；所述增塑剂为甘油。

可选的，所述缓释层的厚度为14.16μm–30μm。

进一步，所述缓释层的厚度为20μm。

可选的，所述阻隔层的厚度为10μm-30μm。

一种具有温湿响应性能的秸秆纤维基抑菌地膜的制备方法，包括以下步骤：

将明胶、杀菌剂和增塑剂加入乙酸水溶液中，搅拌均匀，得到混合溶液；

采用线棒涂布技术将所述混合溶液涂覆到底膜层，形成缓释层，获得包括底膜层和缓释层的具有温湿响应性能的秸秆纤维基抑菌地膜；

将棕榈蜡乳液涂覆到所述缓释层上，形成阻隔层，获得具有底膜层、缓释层和阻隔层的具有温湿响应性能的秸秆纤维基抑菌地膜。

有益效果：本发明以小麦秸秆纤维基膜、乙酸、多菌灵、明胶、棕榈蜡和甘油为主要成分。其中，小麦秸秆纤维基膜具有植物纤维通过氢键形成的三维多孔结构，富含羟基等亲水性基团，是天然的湿响应型材料。明胶富含丰富的羧基、羟基和氨基等生物官能团，具备良好的自然可降解性和温度敏感性，使其成为良好的农药温度响应缓释剂。棕榈蜡具有很强的疏水性，这使得水分子很难在其表面附着或渗透，从而有效地防止水分对物体的渗透，棕榈蜡这一特性使其在调控地膜缓释方面具备巨大潜力。广谱型杀菌剂多菌灵作为模型农药，以明胶为缓释剂，采用线棒涂布技术将其涂布于地膜表面，这种地膜能够根据环境温湿度的变化进行及时响应，实现对农药释放的精确控制。为使地膜应用场景更广和可控能力更强，本发明在地膜进行阻隔层棕榈蜡涂覆，通过棕榈蜡调控地膜上药物的释放时间，提升对农作物生长环境可控性。

可选的，所述具有温湿响应性能的秸秆纤维基抑菌地膜的制备过程具体为：

（1）将明胶溶解于乙酸水溶液中，搅拌至明胶溶解均匀，然后向其中加入增塑剂，继续搅拌，得到溶液1；

（2）将杀菌剂和乙酸水溶液搅拌均匀，得到溶液2；

（3）将所述溶液1和所述溶液2混合均匀得到溶液3（C-Gel混合液）；

（4）采用线棒涂布技术将所述溶液3涂覆到小麦秸秆纤维基地膜（WFM），得到C-Gel-WFM样品；

（5）采用线棒涂布技术将棕榈蜡乳液涂覆到C-Gel-WFM样品表面，得到CW-C-Gel-WFM样品，即所述具有温湿响应性能的秸秆纤维基抑菌地膜。

进一步，所述C-Gel-WFM样品中杀菌剂的负载量为0.05-0.15g/m²；优选为0.05 g/m²、0.1 g/m²和0.15 g/m²。

可选的，在所述溶液1中，所述明胶的浓度为1.78%–2.24%（m/v），所述增塑剂的浓度0.26%–0.35%（v/v）。

可选的，在所述溶液1中，所述明胶的浓度为2%（m/v）。

进一步，所述乙酸水溶液的浓度为2%（v/v）。

进一步，步骤（1）中所述搅拌过程中的搅拌温度为50℃，搅拌转速为400 rpm。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

本发明通过将棕榈蜡、多菌灵、明胶与小麦秸秆纤维基地膜结合，构建小麦秸秆纤维基温湿响应型抑菌地膜。该地膜能够根据环境温湿度的变化做出响应，实现农药的精确释放，从而精准调控病害。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为不同载药量对干抗张强度的影响柱状图；

图2为不同载药量对断裂伸长率的影响柱状图；

图3为不同载药量对湿抗张强度的影响柱状图；

图4为实施例1制备得到的C-Gel-WFM样品的微观结构图，其中，a）为50倍电镜图，b）为500倍电镜图；

图5为实施例1中小麦秸秆纤维膜（WFM）、明胶/多菌灵（C-Gel）、多菌灵/明胶/秸秆纤维膜（C-Gel-WFM）的FT-IR谱图；

图6为多菌灵标准曲线图；

图7为不同温度与载药量对药物释放的影响规律曲线图，其中a）为20℃药物释放曲线，b）为30℃药物释放曲线，c）为40℃药物释放曲线，d）为0.05 g/m²药物释放曲线，e）为0.1 g/m²药物释放曲线，f）为0.15 g/m²药物释放曲线；

图8为不同湿膜厚度对干抗张强度的影响柱状图；

图9为不同湿膜厚度对湿抗张强度的影响柱状图；

图10为不同湿膜厚度对施胶度的影响柱状图；

图11为实施例4制备得到的CW-C-Gel-WFM的微观结构图，其中a）为50倍电镜图，b）为500倍电镜图；

图12为实施例4制备得到的CW-C-Gel-WFM、C-Gel-WFM和CW的FTIR光谱图；

图13为不同温度和不同湿膜厚度对药物释放的影响曲线图，其中，a）为20℃药物释放曲线；b）为30℃药物释放曲线；c）为40℃药物释放曲线；

图14为经过不同处理方式的大豆生长图，其中，a）为CK，b）为多菌灵，c）为WFM，d）为Gel-WFM，e）为C-Gel-WFM，f）为CW-C-Gel-WFM；

图15为经过不同处理方式的大豆生长发育图，其中，a）为CK，b）为多菌灵，c）为WFM，d）为Gel-WFM，e）为C-Gel-WFM，f）为CW-C-Gel-WFM；

图16为不同处理方式对大豆株高的影响柱状图；

图17为不同处理方式对大豆鲜株重的影响柱状图；

图18为不同处理方式对大豆根干重的影响柱状图；

图19为不同处理方式对大豆根部的影响柱状图，其中，a）为CK，b）为多菌灵，c）为WFM，d）为Gel-WFM，e）为C-Gel-WFM，f）为CW-C-Gel-WFM；

图20为不同处理方式对大豆根腐病指数的影响柱状图；

图21为不同处理方式对大豆根腐病发病率的影响柱状图。

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。

在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

本发明中所述的“室温”如无特别说明，均指20-30℃。

本发明所述的“份”，如无特别说明，均指质量份。

本发明中所用原料均为市场上购买所得。小麦秸秆纤维：经处理后的东农冬麦2号小麦秸秆，通过D200型秸秆纤维制取机制得；本色KP浆；湿强剂（固含量12.5±0.5%）；中性施胶剂（固含量12.5±0.5%）；杀菌剂：多菌灵（上海源叶生物科技有限公司，有效成分96%）；明胶Gel（上海阿拉丁生化科技股份有限公司，CP）；甘油（天津市富宇精细化工有限公司，含量≥99.5）；棕榈蜡乳液（科雷普化工产品有限公司，固含量30%）；冰乙酸（分析纯）。

试验方法如下：

（1）力学性能测定

参照GB/T12914-2008《纸和纸板抗张力的测定》，通过摆锤式纸张抗张力测量仪器测定膜（12×1.5 cm）干、湿抗张力以及断裂伸长率，按照公式计算抗张强度S，单位用kN/m表示，分别测试3次取平均值。

；

式中：S——抗张强度，kN/m；

F——抗张力，N；

W——膜宽度，mm。

（2）施胶度测定

参照GB/T 460-2008《纸施胶度的测定》测定膜（3×3 cm）施胶度，单位用s表示，分别测试3次取平均值。

（3）扫描电镜（SEM）分析

将WFM和Gel-WFM制成1×1 cm，贴片后进行喷金处理，通过台式扫描电子显微镜（TM4000，日本日立公司）对涂布前后的膜微观结构进行分析。

（4）傅里叶变换红外（FTIR）光谱分析

使用傅立叶变换红外光谱仪（Thermo Fisher Nicolet iS50，美国赛默飞世尔公司）在400–4000 cm⁻¹范围内对明胶、WFM，Gel-WFM和甘油样品进行FTIR光谱分析。

（5）药物释放行为测试

为了研究C-Gel-WFM在不同温度条件下的多菌灵释放行为，进行了一项多菌灵释放试验。在20、30、40℃的温度条件下，将C-Gel-WFM浸泡在相应温度的120 mL蒸馏水中。按照固定的时间间隔，从溶液中取出10 mL的浸出液进行测定，该浸出液含有已释放的药物成分。为了保持溶液总体积不变，取出浸出液后会补充等体积的蒸馏水。在最初的0至12 h内，每隔1 h进行一次测定，而在随后的12–240 h内，测定频率降低至每12 h一次。采用紫外可见分光光度计TU-1810（北京普析通用仪器有限公司，北京）根据标准GB/T5009188-2003，在282 nm波长处测定不同时间点浸出液中多菌灵的浓度。

以下通过实施例对本发明的技术方案做进一步说明。

实施例1

（1）小麦秸秆纤维基地膜的制备：以东农冬麦2号小麦秸秆为原料，参照文献（ZHAOC S, ZUO P, WANG X, et al. Parameter optimization of a biodegradableagricultural film manufactured with wheat straw fiber[J]. BioResources, 2022,17(2): 2331-2346）的方法制备WFM。具体步骤为：

用揉切机将小麦秸秆加工为平均长度为132 mm、揉度为83%的半成品（揉切机进料量1000 kg/h，主轴转速1800 r/min）。对半成品进行浸泡清洗，以去除原料中所含的杂质，提高原料的含水量。然后将半成品用D200纤维制取机以挤压爆破方式制得小麦秸秆纤维。再将小麦秸秆纤维和撕成块状的本色KP浆板分别用清水浸泡4 h以上。然后根据GB/T24325-2009《纸浆瓦利（valley）打浆机法》的标准，分别将准备好的小麦秸秆纤维和KP纤维放入瓦利打浆机中进行30 min的疏解处理，然后打浆至所需打浆度（小麦秸秆浆55±5 °SR、本色KP浆45±2 °SR）备用。之后根据具体需求，将小麦秸秆浆和KP浆按照65:35配比混合（两者均按绝干浆计量），并添加1.0%的湿强剂和1.4%的中性施胶剂（两者均按绝干浆计量）。最后按照小麦秸秆纤维基地膜定量为60 g/m²，通过调整抄纸机的参数进行地膜的压制和烘干，完成WFM的制备。

（2）配制2%（m/v）的明胶溶液：向2%（v/v）的冰醋酸水溶液中加入明胶，将溶液置于恒温磁力搅拌器中，以400 rpm的速度在50℃下搅拌，直至明胶完全溶解；随后，加入甘油作为增塑剂（甘油在明胶溶液中的浓度为0.3%），并继续搅拌30 min，以制备出均匀的明胶溶液备用；

配制多菌灵溶液：同样在2%（v/v）冰醋酸水溶液中加入0.08g多菌灵，然后搅拌30min；

将制备好的明胶溶液与多菌灵溶液混合，并再次搅拌30 min，以确保两种溶液充分混合，从而制备出多菌灵/明胶溶液；将上述混合液以20μm的湿膜厚度涂布在尺寸为20×35 cm的WFM上，以得到载药量为0.1 g/m²的C-Gel-WFM样品。

实施例2

一种具有温湿响应性能的秸秆纤维基抑菌地膜的制备方法，

与实施例1的区别之处在于，将步骤（2）中多菌灵的加入量修改为0.04g，最终制备得到载药量为0.05 g/m²的C-Gel-WFM样品。其他制备过程和条件同实施例1。

实施例3

一种具有温湿响应性能的秸秆纤维基抑菌地膜的制备方法，

与实施例1的区别之处在于，将步骤（2）中多菌灵的加入量修改为0.12g，最终制备得到载药量为0.15 g/m²的C-Gel-WFM样品。其他制备过程和条件同实施例1。

实施例4

一种具有温湿响应性能的秸秆纤维基抑菌地膜的制备方法，

与实施例1的区别之处在于，还包括步骤（3）：使用实验室涂布机和具有20μm湿膜厚度的OSP涂布棒，将棕榈蜡乳液以不同的湿膜厚度涂布在C-Gel-WFM样品上，从而制备出具有不同湿膜厚度的CW-C-Gel-WFM样品。

实施例5

一种具有温湿响应性能的秸秆纤维基抑菌地膜的制备方法，

与实施例4的区别之处在于，将步骤（3）中湿膜厚度替换为10μm。其他制备过程和条件同实施例1。

实施例6

一种具有温湿响应性能的秸秆纤维基抑菌地膜的制备方法，

与实施例4的区别之处在于，将步骤（3）中湿膜厚度替换为30μm。其他制备过程和条件同实施例1。

对比例1

与实施例1的区别之处在于，不添加多菌灵，其他制备过程和条件同实施例1。

效果验证：

一、针对实施例1-3制备得到的不同载药量的C-Gel-WFM样品以及对比例1未添加多菌灵制备的样品进行下列性能测试：

（1）干抗张强度

图1为不同载药量对干抗张强度的影响柱状图。从图1中可以看出，载药量较高时对干抗张强度有显著影响，随着载药量的增加，C-Gel-WFM的干抗张强度呈现先增加后减少的变化趋势。当载药量低于0.1 g/m²时，干抗张强度随着载药量的增加而提高，当载药量超过0.1 g/m²时，干抗张强度却随着载药量的进一步增加而降低。在载药量为0.1 g/m²时达到最大值，即1.49 kN/m。原因是，一定量的多菌灵与明胶分子之间产生了相互作用，例如氢键或其他弱相互作用，这种相互作用起到了交联剂的效果，使得明胶分子间的结合更为紧密，进而提高了干抗张强度。

（2）断裂伸长率

图2为不同载药量对断裂伸长率的影响柱状图。从图中可以看出，当载药量较大时对断裂伸长率有显著影响，随着载药量的增加，C-Gel-WFM断裂伸长率先增加后减少。当载药量低于0.05 g/m²时，断裂伸长率随载药量的增加而上升，当载药量超过0.05 g/m²时，断裂伸长率开始随着载药量的增加而下降。其最大值出现在载药量为0.05 g/m²时，断裂伸长率达到2.61%。

（3）湿抗张强度

图3为不同载药量对湿抗张强度的影响柱状图。

结果表明：载药量对湿抗张强度有显著影响，随着载药量的增加，C-Gel-WFM的湿抗张强度呈现先增大后减小的变化趋势。当载药量低于0.1 g/m²时，湿抗张强度随着载药量的增加而提高，当载药量超过0.1 g/m²后，湿抗张强度却随着载药量的进一步增加而降低。在载药量达到0.1 g/m²时达到峰值，湿抗张强度为0.7 kN/m。原因为，多菌灵在膜中起到了类似交联剂的作用，它能够加强明胶分子间的连接。当明胶膜受到拉伸力时，这种强化的连接有助于更有效地传递应力，使膜即使在潮湿环境下也能承受一定的拉力，从而提高了湿抗张强度。

（4）SEM分析

图4为实施例1制备得到的C-Gel-WFM样品的微观结构图，其中，a）为50倍电镜图，b）为500倍电镜图；从图中可以看出C-Gel涂层不仅有效地填充了纤维间的孔隙，而且在纤维表面形成了一层均匀的涂层，涂层显著降低了材料表面的粗糙度。

（5）FTIR光谱分析

图5为实施例1小麦秸秆纤维膜、明胶/多菌灵、多菌灵/明胶/秸秆纤维膜的FT-IR谱图。从图中可以看出，秸秆纤维基地膜在3333 cm^-1处出现-OH的伸缩振动吸收峰，在2915cm^-1处出现CH₂-的不对称伸缩振动，在1424 cm^-1处出现CH₂-的剪式振动和摇摆振动，在1159cm^-1处出现吡喃葡萄糖环的C-O-C不对称伸缩振动吸收峰，在1030 cm^-1处出现醇羟基和吡喃葡萄糖环上的C-O键振动吸收峰，在896 cm^-1处出现纤维素吡喃环的特征吸收峰，明胶/多菌灵在3325cm^-1处出现多菌灵分子中氨基（-NH-）的伸缩振动吸收峰，在2950cm^-1、2881cm^-1处出现-CH₃的伸缩振动吸收峰，在1646 cm^-1处出现C=O（酰胺Ⅰ）的伸缩振动吸收峰，在1635cm^-1处出现苯并咪唑环上C=N伸缩振动吸收峰，在1549 cm^-1处出现N-H的弯曲振动和C-N的伸缩振动（酰胺Ⅱ）耦合产生的吸收峰，在1241 cm^-1处出现N-H的面内弯曲振动和C-N的伸缩振动的组合振动吸收峰。多菌灵/明胶/秸秆纤维膜红外光谱分析表明复合膜在3325cm^-1、2950cm^-1、2881cm^-1、1646 cm^-1、1635 cm^-1、1549 cm^-1、1241 cm^-1处出现明胶/多菌灵的特征吸收峰，在3333 cm^-1、2915 cm^-1、1424 cm^-1、1159 cm^-1、896 cm^-1处出现小麦秸秆纤维的特征吸收峰，表明明胶/多菌灵成功涂布在小麦秸秆纤维基地膜上。

（6）药物释放行为分析

1）多菌灵标准曲线

图6为多菌灵标准曲线图，如图6所示，曲线的回归方程为 Y=0.0709x+0.0217，相关系数R²=0.9932。多菌灵含量参照《GB/T 5009.188-2003蔬菜、水果中甲基托布津、多菌灵的测定》方法测定，以多菌灵浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制标准曲线。

2）药物释放行为

图7为温度与载药量对药物释放的影响规律曲线图，其中a）为20℃药物释放曲线，b）为30℃药物释放曲线，c）为40℃药物释放曲线，d）为0.05 g/m²药物释放曲线，e）为0.1g/m²药物释放曲线，f）为0.15 g/m²药物释放曲线。从图中可以看出，多菌灵从C-Gel-WFM中的释放过程主要包括两个阶段：突释阶段和缓释阶段。恒定温度条件下，载药量对C-Gel-WFM药物释放影响如图a）-c）所示，载药量越高，缓释时间越长。当载药量为0.15 g/m²时，缓释时间最长为96 h、120 h、156 h，相对于载药量0.05 g/m²延长了72–84 h。当载药量保持不变时，温度对C-Gel-WFM药物释放影响如图d）- f）所示，温度越高，释放速率越快，缓释时间越短。原因是，在初始的突释阶段，由于多菌灵/明胶在膜表面附近的高溶解速率，导致吸附和截留在表面附近的多菌灵分子迅速释放。当溶液中多菌灵的浓度达到一定程度时，这种浓度的增加反过来抑制了多菌灵的进一步释放，使得释放速率减慢，系统进入缓释阶段。当温度一定时，由于C-Gel-WFM的载药量增大，其缓释阶段释放时间越长，导致释放时间延长。当载药量保持不变时，由于明胶具有独特的温敏特性，在低温下，明胶分子链之间氢键作用较强，分子链相互交联形成稳定的三维网络结构，使明胶溶液转变为凝胶状态。随着温度的升高，分子的热运动加剧，氢键和疏水相互作用被破坏，三维网络结构逐渐解体，凝胶又转变为溶胶状态。这一相变过程导致随着温度的升高，多菌灵的缓释量增加。明胶的相变温度大约在35–40℃之间，因此，相对于20℃，30℃时多菌灵的缓释速率增加较为缓慢，40℃时缓释速率则迅速增大，缓释时间减少。

二、针对实施例4-6制备得到的不同阻隔层厚度的CW-C-Gel-WFM样品进行下列性能测试：

（1）机械性能分析

图8为不同湿膜厚度对干抗张强度的影响柱状图。如图所示，湿膜厚度对CW-C-Gel-WFM干抗张强度具有显著影响。随着涂膜厚度的增加，该复合膜的干抗张强度经历了先降低后上升再降低的变化趋势。当膜厚度为10 μm时，干抗张强度随着湿膜厚度的增加而显著降低，当湿膜厚度为20 μm时，干抗张强度却随着湿膜厚度的增加而显著提高，湿膜厚度超过20 μm时，干抗张强度则随着湿膜厚度的增加而显著降低。最大干抗张强度出现在未涂覆的原膜上，其值为1.49 kN/m。原因是，由于重复使用涂布机涂覆后，WFM本身的综合机械性能有所下降，进而影响了复合膜的干抗张强度。棕榈蜡分子能够填充明胶分子间的空隙。在明胶膜受到拉伸时，棕榈蜡起到了类似“支撑骨架”的作用，帮助分散部分外力，从而提高了干抗张强度。同时，棕榈蜡的存在还使得明胶分子间的结合更加紧密，这种紧密的结构能够承受更大的拉伸力，进而提升了明胶膜的拉伸强度。

（2）湿抗张强度

图9为不同湿膜厚度对湿抗张强度的影响柱状图。如图所示，湿膜厚度对CW-C-Gel-WFM湿膜抗张强度具有显著影响。如图所示，随着涂膜厚度的增加CW-C-Gel-WFM的湿抗张强度经历了先下降、再上升、最后再下降的变化趋势。当膜厚度为10 μm时，湿抗张强度显著降低，当湿膜厚度为20 μm时，湿抗张强度显著提高。当湿膜厚度为30 μm时，湿抗张强度显著降低。这是因为棕榈蜡分子能够有效填充明胶分子间的空隙。在明胶膜受到拉伸时，棕榈蜡起到了类似“支撑骨架”的作用，有助于分散一部分外力，从而提升湿抗张强度。同时，棕榈蜡的存在还加强了明胶分子间的结合，形成了更为紧密的结构，这种结构能够承受更大的拉伸力，进而增强了膜的拉伸强度。

（3）施胶度分析

图10为不同湿膜厚度对施胶度的影响柱状图。如图所示，湿膜厚度对CW-C-Gel-WFM施胶度具有显著影响。随着涂膜厚度的增加，CW-C-Gel-WFM的施胶度呈现显著上升趋势。当湿膜厚度达到30 μm时，施胶度达到最大值，为220 s。原因是，棕榈蜡具有较强的疏水性。在涂覆有棕榈蜡的明胶膜表面和内部，棕榈蜡能够形成一层疏水屏障，有效阻止液体的渗透，进而增强了明胶膜的施胶度。

（4）SEM分析

图11为实施例4制备得到的CW-C-Gel-WFM的微观结构图，其中a）为50倍电镜图，b）为500倍电镜图；从图中可以看出，当棕榈蜡被均匀地涂覆在C-Gel-WFM表面时，棕榈蜡在膜表面形成了一层均匀且连续的保护层，这层保护层有效地减少了孔隙的数量和大小，从而增强了膜的屏障性能。材料表面变得更加平整，这进一步降低了孔隙率和孔隙大小，从而提升了材料的整体性能。

（5）FTIR光谱分析

图12为实施例4制备得到的CW-C-Gel-WFM、C-Gel-WFM和CW的FTIR光谱图。从图中可以看出，棕榈蜡在2917 cm^-1处出现-CH₃的不对称伸缩振动吸收峰，在2849 cm^-1处出现-CH₂-的对称伸缩振动吸收峰，在1734 cm^-1处出现酯基（-COO-）中C=O的伸缩振动吸收峰，在1463 cm^-1处出现甲基和亚甲基的C-H弯曲振动吸收峰，在1352 cm^-1处出现-CH₃的对称弯曲振动吸收峰，在1252 cm^-1和1173 cm^-1出现酯基中的C-O-C伸缩振动吸收峰，在720 cm^-1处出现亚甲基的面内摇摆振动吸收峰。C-Gel-WFM在3325cm^-1处出现多菌灵分子中氨基（-NH-）的伸缩振动吸收峰，在1635 cm^-1处出现苯并咪唑环上C=N伸缩振动吸收峰，在1549 cm^-1处出现N-H的弯曲振动和C-N的伸缩振动（酰胺Ⅱ）耦合产生的吸收峰，在1030 cm^-1处出现醇羟基和吡喃葡萄糖环上的C-O键振动吸收峰，在896 cm^-1处出现纤维素吡喃环的特征吸收峰，CW-C-Gel-WFM膜红外光谱分析表明在2917 cm^-1、2849 cm^-1、1734 cm^-1、1463 cm^-1、1352 cm^-1、1252 cm^-1、1173 cm^-1、720 cm^-1出现棕榈蜡的特征峰，在3325cm^-1、1635 cm^-1、1549 cm^-1、1030 cm^-1、896 cm^-1出现C-Gel-WFM膜的特征峰，表明CW成功负载到C-Gel-WFM膜制备得到CW-C-Gel-WFM膜。

（6）药物释放行为分析

图13为不同温度和不同湿膜厚度对药物释放的影响曲线图。在恒定温度条件下，随着棕榈蜡湿膜厚度的增加，药物释放速率减缓，缓释时间相应延长。湿膜厚度为30 μm时，缓释时间最长为96、120、168 h，相对于C-Gel-WFM延长了48–60 h。当湿膜厚度一定时，随着温度的升高释放速率增大，释放时间减少。原因是，棕榈蜡的优良疏水性。从化学结构角度分析，棕榈蜡主要由蜡酯构成，这些蜡酯分子包含长链脂肪酸和长链醇，这些长链结构具有显著的疏水特性。能够有效地阻止水分子的渗透，形成类似“防水屏障”的保护层，使得水分子难以穿透长链分子间的相互作用进入材料内部。从物理形态上看，棕榈蜡在地膜表面形成了一层连续的蜡质薄膜。当棕榈蜡被涂抹在物体表面时，其分子紧密排列，填补了物体表面的微小孔隙。这种紧密的分子排列极大地阻碍了水分子的渗透通道，进而延缓了药物的溶解。

三、为了评估抗菌地膜的抗菌效能，本发明选取了大豆根腐病的主要致病菌——腐皮镰孢菌作为测试对象。通过开展盆栽试验，旨在探究不同地膜覆盖处理方式对大豆病情指数、植株生长高度、植株重量以及根系发育的影响。不仅能够验证地膜的抗菌性能，还能评估其对大豆生长状况和健康水平的潜在促进作用。

本次盆栽试验选用了黑农84大豆种子，并采用10%的次氯酸钠溶液对种子进行消毒处理。所使用的花卉培养土是一种混合基质，由原土、基质、泥炭土和珍珠岩按照质量比为3：3：2：2配制而成。在装入花盆前，培养土在120℃条件下灭菌2 h，以确保无菌环境。

实验共设置了六个处理组：WFM、Gel-WFM（对比例1）、C-Gel-WFM（实施例1）、CW-C-Gel-WFM（实施例4）、单独使用多菌灵处理组（在50mL 2%（v/v）冰醋酸水溶液中加入0.04g多菌灵，多菌灵组施加量是5mL溶液）以及未覆盖地膜的裸地（CK）。每个处理组均重复三次，每次重复种植五颗大豆种子。

在大豆发芽后，使用移液器精确吸取定量的稀释孢子悬浮液，并小心地将其缓慢滴入大豆植株根部周围的土壤中，以确保孢子悬浮液在根系周围均匀分布（每株大豆灌根10 mL）。操作完成后，用一层薄土轻轻覆盖孢子悬浮液，防止其暴露在空气中蒸发或溅出。孢子悬浮液的制备方法如下：在马铃薯葡萄糖琼脂培养基（PDA）上接种腐皮镰孢菌菌饼，培养7 d的菌株。用移液器吸取5 mL无菌水加入到培养基平板中，然后用灭菌接种铲将平板上的菌落刮入无菌离心管中，再向管中补充10 mL无菌水，拧紧管盖，摇匀，然后在振荡器中充分振荡，确保孢子均匀且无明显分层。接着用纱布过滤制成孢子悬浮液，并用生理盐水将其浓度配制成1×10⁸/mL。

大豆生长状况与健康状况分析

接种20 d后，为确保数据的可靠性，采用单因子完全随机设计进行试验布局。评价指标包括病情指数、大豆株高、大豆鲜株重和大豆根干重，这些指标能够全面反映大豆的生长状况和健康状况。为了从统计学角度验证不同处理间的差异，本发明应用了多重比较法对试验结果进行分析。参照标准GB/T17980.88-2004对根腐病病情指数进行分级，并按照相关公式计算大豆根腐病的病情指数和发病率，以此来调查病害发生情况。

图14为经过不同处理方式的大豆生长图。如图所示，大豆植株长势：CW-C-GEL-WFM＞C-GEL-WFM＞多菌灵＞WFM＞GEL-WFM＞CK处理组。接种病原菌后，幼苗的生长受到了显著的抑制，导致植株高度明显降低。在含有多菌灵的处理组中，由于多菌灵的释放有效降低了根腐病的发病率，CW-C-Gel-WFM、C-Gel-WFM和多菌灵处理组的大豆长势明显优于其他组。其中，Gel-WFM组表现不佳的原因可能是，在环境条件适宜时，明胶可能为病原菌提供了丰富的营养，促进了其大量繁殖，从而增加了对植物的侵染风险。CW-C-Gel-WFM和C-Gel-WFM组的大豆长势优于单独使用多菌灵的组，是因为地膜覆盖不仅能够减少土壤热量的散失和土壤水分的蒸发，还能为大豆植株提供更加稳定和适宜的生长环境，从而促进植株的生长。此外，地膜的覆盖还有助于保持土壤的通气性和结构，为根系发展提供良好条件，进一步增强植株的抗病能力。

图15为经过不同处理方式的大豆生长发育图，其中a）为CK，b）为多菌灵，c）为WFM，d）为Gel-WFM，e）为C-Gel-WFM，f）为CW-C-Gel-WFM。如图所示，五个实验处理组的大豆在株高、鲜株重和根干重等关键生长指标上均明显优于对照组。这一结果表明，尽管所有试验均在同一土壤环境中开展，但不同的处理措施对大豆生长产生了显著的影响，进而导致了生长指标上的差异。具体而言，这些处理组通过覆盖地膜和施用多菌灵等手段，为大豆提供了更加有利的生长条件，如改善了土壤湿度、温度和养分供应等，从而促进了植株的整体生长表现。

（1）大豆株高

图16为不同处理方式对大豆株高的影响柱状图。如图所示，大豆株高：CW-C-GEL-WFM＞C-GEL-WFM＞多菌灵＞WFM＞GEL-WFM＞CK处理组。方差分析显示，试验组与对照组之间在大豆植株生长指标上存在显著差异（P<0.01）。进一步的多重比较分析表明，CW-C-GEL-WFM处理的大豆株高与其他所有处理组相比均有显著性差异。同样，C-GEL-WFM处理的大豆株高也显示出与其他组的显著性差异。相比之下，GEL-WFM处理组与WFM处理组在大豆株高上没有明显差异。此外，单独使用多菌灵的处理组在大豆株高上与其他组相比也存在显著差异。大豆幼苗期容易感染根腐病，而CW-C-GEL-WFM和C-GEL-WFM组由于其缓释性质，能够使多菌灵持续释放至病原菌所在部位，有效保护大豆免受病原菌的侵染，并促进植株生长，因此这两组的大豆株高最高。单独施加多菌灵的处理组由于在早期直接释放药物，同样对根腐病有显著的抑制效果，由于根腐病的患病概率降低这也有限的促进了大豆的生长。WFM和GEL-WFM处理组与对照组相比，由于地膜的覆盖为大豆提供了一个更稳定和适宜的生长环境，从而使得大豆的生长状况更佳。

（2）大豆鲜株重

图17为不同处理方式对大豆鲜株重的影响柱状图，如图所示，大豆鲜株重：CW-C-GEL-WFM＞C-GEL-WFM＞多菌灵＞WFM＞GEL-WFM＞CK处理组。方差分析结果表明，试验组与对照组之间在大豆生长指标上存在显著差异（P<0.01）。进一步的多重比较分析显示，CW-C-GEL-WFM组的大豆鲜株重与其他所有处理组相比均有显著性差异。同样，C-GEL-WFM组的大豆鲜株重也显示出与其他组的显著性差异。相比之下，GEL-WFM与WFM处理组以及CK组在大豆鲜株重上没有明显差异。此外，单独使用多菌灵的处理组在大豆鲜株重上与其他组相比也存在显著差异。

在大豆的幼苗阶段，植株对根腐病较为敏感，容易受到感染。然而，采用CW-C-GEL-WFM和C-GEL-WFM处理的大豆地膜，由于其缓释特性，能够持续地将多菌灵释放到病原菌聚集的部位。这种持续的释放机制不仅有效预防了大豆受到病原菌的侵害，而且还促进了植株的整体生长，导致这两组大豆的鲜株重量达到最高水平。除此之外，这些处理方式通过抑制杂草的生长，为大豆提供了更加优越的生长环境，进一步促进了大豆的生长，使得鲜株重量显著提升。

（3）大豆根干重

图18为不同处理方式对大豆根干重的影响柱状图。如图所示，大豆根干重：CW-C-GEL-WFM组＞C-GEL-WFM组＞多菌灵处理组＞WFM组＞GEL-WFM组＞CK组。方差分析结果表明，试验组与对照组之间在大豆生长指标上存在显著差异（P<0.01）。进一步的多重比较分析显示，CW-C-GEL-WFM处理的大豆根干重与其他所有处理组相比均有显著性差异。同样，C-GEL-WFM处理的大豆根干重也显示出与其他组的显著性差异。相比之下，GEL-WFM处理组与WFM处理组以及CK组在大豆根干重上没有明显差异。

在大豆幼苗期，植株对根腐病的易感性较高，容易遭受感染。然而，应用CW-C-GEL-WFM和C-GEL-WFM处理的大豆地膜，利用这些地膜的缓释特性，能够持续将多菌灵释放到病原菌聚集的区域。这种持续释放机制延长了多菌灵的有效作用时间，降低了根腐病的发病率，并促进了大豆植株根系的生长，导致这两组大豆的根干重达到最高水平。除此之外，这些处理方式通过抑制杂草生长，为大豆创造了一个更加有利的生长环境，进一步促进了大豆的生长，从而显著提高了大豆根干重。

图19为不同处理方式对大豆根部的影响柱状图。如图所示，对大豆根腐病影响的五个处理组根部发育情况的比较显示，各处理组之间存在显著差异。根部发育最好、根系最发达的是CW-C-Gel-WFM处理组，其次是C-Gel-WFM处理组，这两组均显示出健康的根系特征，没有明显的病害迹象。多菌灵处理组虽然未采用缓释技术，但由于早期直接施药，同样对根腐病有良好的抑制效果，根系生长状况良好。CK、WFM和Gel-WFM组的大豆根部明显呈现褐色斑块状，这是根腐病的典型特征，表明在没有适当处理的情况下，大豆极易受到根腐病的侵害。而经过适当处理的各组，尤其是CW-C-Gel-WFM和C-Gel-WFM处理组，不仅有效预防了根腐病的发生，还促进了根系的健康成长，显著提高了大豆的生长质量和产量。

（1）大豆根腐病病情指数

图20为不同处理方式对大豆根腐病指数的影响柱状图。如图所示，大豆的根腐病病情指数：CW-C-GEL-WFM＜C-GEL-WFM＜多菌灵处理＜WFM＜GEL-WFM＜CK处理组。

方差分析结果表明，CW-C-GEL-WFM、C-GEL-WFM以及多菌灵处理组的大豆植株之间没有显著差异，但与WFM、GEL-WFM以及CK组相比存在极显著差异。CW-C-GEL-WFM和C-GEL-WFM组采用的缓释技术与单独使用多菌灵处理的效果相当，甚至更优，原因是，CW-C-GEL-WFM和C-GEL-WFM组，多菌灵随着物理扩散及胶黏剂的溶解而持续释放至病患处，从而有效降低了大豆根腐病的病情指数。

相比之下，多菌灵处理组由于采用的是直接灌根的处理方式，药效主要在初期发挥作用，导致大豆根腐病病情指数相对于CW-C-GEL-WFM和C-GEL-WFM组略高。而WFM和GEL-WFM组虽然没有施加多菌灵，但由于地膜覆盖为大豆提供了更有利的生长条件，因此大豆根腐病病情指数也有所降低。GEL-WFM组由于明胶可能为病原菌提供了丰富的营养，促进了其繁殖，从而增加了对植物的侵染风险。

CK处理的大豆植株由于未施用任何杀菌剂，因而大豆根腐病病情指数最高。这些发现强调了采用适当的农业管理措施，如缓释农药技术和地膜覆盖，对于控制大豆根腐病、促进植株健康生长具有重要作用。

（2）大豆根腐病发病率

图21为不同处理方式对大豆根腐病发病率的影响柱状图。如图所示大豆根腐病发病率：C-GEL-WFM组表现最佳，其次为CW-C-GEL-WFM组和多菌灵处理组，这两组表现相当，接着是WFM组和GEL-WFM组，而对照组（CK）表现最差。

方差分析的结果进一步证实了CW-C-GEL-WFM和C-GEL-WFM的大豆植株之间不存在显著差异，但与WFM、GEL-WFM以及CK组相比，差异极为显著。证明了CW-C-GEL-WFM和C-GEL-WFM组所采用的缓释技术通过物理扩散和胶黏剂的溶解作用持续释放至病原菌所在部位，从而有效降低了大豆根腐病的发病率。

相比之下，多菌灵处理组由于采取的是直接灌根的方式，药效主要在初期阶段发挥作用，导致大豆根腐病的发病率相较于CW-C-GEL-WFM和C-GEL-WFM组略高。

至于对照组（CK）以及WFM和GEL-WFM组处理的大豆植株，由于没有施用任何杀菌剂，因此大豆根腐病的发病率较高。这些发现突出了采取适当的农业管理措施，例如应用缓释农药技术和地膜覆盖，对于控制大豆根腐病、促进植株健康生长具有至关重要的作用。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种具有温湿响应性能的秸秆纤维基抑菌地膜，其特征在于，由下至上依次包括底膜层和缓释层；

或，

由下至上依次包括底膜层、缓释层和阻隔层；

其中，所述缓释层由乙酸、杀菌剂、明胶和增塑剂的混合溶液涂覆到所述底膜层得到；所述杀菌剂为多菌灵；所述增塑剂为甘油；所述缓释层的厚度为14.16μm–30μm；

所述阻隔层为棕榈蜡乳液涂覆在所述缓释层表面得到；所述阻隔层的厚度为10μm-30μm；

所述具有温湿响应性能的秸秆纤维基抑菌地膜的制备方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种具有温湿响应性能的秸秆纤维基抑菌地膜，其特征在于，所述底膜层为秸秆纤维基地膜。

3.一种如权利要求1-2任一项所述的具有温湿响应性能的秸秆纤维基抑菌地膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种具有温湿响应性能的秸秆纤维基抑菌地膜的制备方法，其特征在于，所述具有温湿响应性能的秸秆纤维基抑菌地膜的制备过程具体为：

（2）将杀菌剂和乙酸水溶液搅拌均匀，得到溶液2；

（3）将所述溶液1和所述溶液2混合均匀得到溶液3；

（4）采用线棒涂布技术将所述溶液3涂覆到底膜层，得到C-Gel-WFM；

（5）采用线棒涂布技术将棕榈蜡乳液涂覆到所述C-Gel-WFM表面，得到CW-C-Gel-WFM，即所述具有温湿响应性能的秸秆纤维基抑菌地膜。

5.根据权利要求4所述的一种具有温湿响应性能的秸秆纤维基抑菌地膜的制备方法，其特征在于，所述C-Gel-WFM中所述杀菌剂的负载量为0.05-0.15g/m²。

6.根据权利要求4所述的一种具有温湿响应性能的秸秆纤维基抑菌地膜的制备方法，其特征在于，在所述溶液1中，所述明胶的浓度为1.78%–2.24%，所述增塑剂的浓度0.26%–0.35%。

7.根据权利要求6所述的一种具有温湿响应性能的秸秆纤维基抑菌地膜的制备方法，其特征在于，在所述溶液1中，所述明胶的浓度为2%。

8.根据权利要求4所述的一种具有温湿响应性能的秸秆纤维基抑菌地膜的制备方法，其特征在于，所述乙酸水溶液的浓度为2%。