生物可降解地膜對(duì)土壤肥力及馬鈴薯產(chǎn)量的影響

段義忠，張 雄

（1榆林學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，陜西 榆林 719000；2陜西省陜北生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，榆林 719000）

干旱和半干旱區(qū)域約占地球陸地總面積的35%，約占地球耕地總面積的42.9%。在我國，干旱、半干旱區(qū)域約占耕地總面積的51%，主要集中在北方地區(qū)［1，2］。水分缺乏是干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的主要限制因子。在推動(dòng)旱作農(nóng)業(yè)的發(fā)展方面，地膜覆蓋栽培具有巨大的潛力。覆蓋可以有效地減少地面蒸發(fā)、保蓄自然降水，因?yàn)槠湓诖髿馀c土壤接觸面間形成了一個(gè)隔離層，可以有效防止水分直接逸散到大氣中。因此，有效地利用這一保水、節(jié)水技術(shù)可以大幅度提升干旱和半干旱區(qū)域的農(nóng)業(yè)發(fā)展。旱地馬鈴薯覆膜栽培技術(shù)作為干旱區(qū)域農(nóng)業(yè)發(fā)展的一項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)，由于其較好的利用土壤中自然儲(chǔ)存的水分，因此在西北干旱區(qū)域被廣泛推廣應(yīng)用。但目前在我國應(yīng)用最廣的多為傳統(tǒng)的聚乙烯塑料地膜，由于其散落在土壤中的自然降解時(shí)間長達(dá)200～300年，造成土壤板結(jié)，破壞了土壤結(jié)構(gòu)，同時(shí)對(duì)土壤和自然環(huán)境造成白色污染［3，4］。而利用淀粉等有機(jī)物生產(chǎn)的生物可降解地膜在培肥地力、提高作物產(chǎn)量的同時(shí)也減少了對(duì)土壤和自然環(huán)境的危害。生物可降解地膜的使用是栽培史上的一次創(chuàng)新，對(duì)推動(dòng)旱作區(qū)域農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了新途徑［5］。

生物可降解地膜與秸稈相似，能夠顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀含量［6～8］。李尚中等指出，在玉米、小麥等主要農(nóng)作物的生產(chǎn)過程中，已采用地面覆蓋栽培技術(shù)，并且取得了較好的效果［9］。尤其在西北干旱及半干旱地區(qū)，采用地面覆蓋可有效調(diào)節(jié)土壤的水、肥、氣、熱等生態(tài)因子，為植物生長提供相對(duì)穩(wěn)定的土壤環(huán)境，同時(shí)還可以減少對(duì)土壤和自然環(huán)境的污染。因此地面覆蓋在發(fā)展旱作農(nóng)業(yè)方面具有較大的潛力。翟勝等指出，地面覆蓋可有效地改善土壤的肥力狀況，提高蔬菜作物的產(chǎn)量，采用地面覆蓋栽培技術(shù)，可減少土壤營養(yǎng)物質(zhì)的流失，提高土壤肥力狀況［10］。

本試驗(yàn)以生態(tài)環(huán)境的保護(hù)為前提，以改善土壤肥力狀況和提高馬鈴薯產(chǎn)量為目的，結(jié)合榆林市的實(shí)際氣象特征，通過對(duì)該地區(qū)馬鈴薯采用生物可降解地膜覆蓋的栽培方式進(jìn)行研究，以期從理論上進(jìn)一步明確生物可降解地膜提高土壤肥力和促進(jìn)馬鈴薯增產(chǎn)的原因和機(jī)理，并對(duì)榆林市的生物可降解地膜應(yīng)用提供栽培技術(shù)示范。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試馬鈴薯品種為‘紫花白’。該品種耐旱，生育期較短，抗晚疫病。

1.2 種子處理

試驗(yàn)于2016年5～10月在榆林市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范園進(jìn)行。試驗(yàn)地0～20 cm土層有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀含量分別為 5.59 g／kg、19.56 mg／kg、15.07 mg／kg和 79.30 mg／kg。土壤 pH8.1。挑選具有本品種特征、沒有病斑的馬鈴薯塊莖作為種薯。首先進(jìn)行曬種催芽，繼而進(jìn)行種薯切塊，切塊過程中利用75%的酒精對(duì)切刀進(jìn)行消毒處理，以防雜菌感染，最后進(jìn)行播種。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共設(shè)5個(gè)處理，小區(qū)面積24 m2（3 m×8 m），各小區(qū)四周設(shè)置保護(hù)行（44 m×12 m）。每小區(qū)種植6行，株距20 cm。5個(gè)處理分別是：（1）裸地（CK），將馬鈴薯直接播種在15 cm土壤中，無覆蓋；（2）聚乙烯塑料薄膜覆蓋（T1），雙壟全膜覆蓋，壟高10 cm，穴播馬鈴薯；（3）生物可降解A膜（T2），雙壟全膜覆蓋，壟高10 cm，穴播馬鈴薯；（4）玉米秸稈（T3），將馬鈴薯直接播種在15 cm土壤中，覆蓋玉米秸稈，覆蓋量9000 kg／hm，于6月20日均勻放置在小區(qū)中；（5）生物可降解 B膜（T4），雙壟全膜覆蓋，壟高10 cm，穴播馬鈴薯。各處理設(shè)置3次重復(fù)，共15個(gè)小區(qū)。播種之后立即進(jìn)行聚乙烯塑料地膜和生物可降解A、B膜覆蓋。生物可降解A膜為完全生物降解塑料聚酯（PBSA），生物可降解B膜為玉米降解淀粉材料合成。覆蓋地膜時(shí)地膜平貼壟面，膜邊覆土壓緊蓋實(shí)。當(dāng)馬鈴薯破土出苗時(shí)，在破土處的地膜上劃一個(gè)口子，使馬鈴薯苗露出地膜。覆膜處理為整個(gè)生育期，即從苗期直至成熟期。在馬鈴薯整個(gè)生育期，除覆膜方式不同外，其他農(nóng)作措施均相同。試驗(yàn)期間于苗期、塊莖形成期、塊莖膨大期、淀粉積累期、成熟期，采集0～20 cm土層土樣并裝在采集袋中，同時(shí)挑去雜質(zhì)，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行土壤養(yǎng)分含量測定。在成熟期，采收馬鈴薯塊莖并統(tǒng)計(jì)小區(qū)產(chǎn)量。收獲時(shí)按小區(qū)測實(shí)際產(chǎn)量，取3次重復(fù)的平均值折算每公頃產(chǎn)量。

1.4 指標(biāo)測定

土壤測定項(xiàng)目有pH值、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀5個(gè)指標(biāo)。測定方法如下：土壤pH采用酸度計(jì)測定法，土壤有機(jī)質(zhì)采用水合熱法，土壤水解性氮采用堿解擴(kuò)散法，土壤有效磷采用pH8.5的碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法，土壤速效鉀采用中性醋酸銨提取—火焰光度法［11］。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)均以3次重復(fù)的平均值表示，采用Microsoft Excel 2010和SPSS16.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析處理，并進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物可降解膜對(duì)土壤堿解氮含量的影響

由表1可見，在苗期，各處理0～20 cm土層土壤的堿解氮含量均高于塊莖形成期、塊莖膨大期、淀粉積累期、成熟期，即各處理在馬鈴薯全生育期土壤堿解氮含量變化呈現(xiàn)一直降低的趨勢。在5個(gè)處理中，T4處理土壤堿解氮含量均最高，其次為T2處理。

表1 不同處理的土壤堿解氮含量（mg／kg）

2.2 生物可降解膜對(duì)土壤有效磷含量的影響

從表2可看出，在0～20 cm土層處，從苗期到成熟期，CK和T4處理的有效磷含量逐漸升高，其他處理呈現(xiàn)“先下降，后上升”的趨勢。在苗期、淀粉積累期、成熟期，T2和T4的有效磷含量顯著高于CK；從塊莖形成期到成熟期，T4的有效磷含量顯著高于其他處理。在這5個(gè)處理中，T4的土壤有效磷含量提高程度最為明顯。

表2 不同處理的土壤有效磷含量（mg／kg）

2.3 生物可降解膜對(duì)土壤速效鉀含量的影響

土壤速效鉀含量的變化見表3。在0～20 cm土層處，除T3處理土壤速效鉀含量呈現(xiàn)“先下降，后上升”的趨勢外，其他處理速效鉀均呈現(xiàn)持續(xù)上升的趨勢。T4的速效鉀含量在各時(shí)期均顯著高于CK；且各處理相比較而言，T4的土壤速效鉀含量提高程度最為顯著。

表3 不同處理的土壤速效鉀含量（mg／kg）

2.4 生物可降解膜對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

從表4可以看出，除CK的有機(jī)質(zhì)含量從苗期、塊莖形成期、塊莖膨大期、淀粉積累期至成熟期持續(xù)下降外，其他處理均呈“先下降，后上升”的變化趨勢。在苗期，T4的有機(jī)質(zhì)含量顯著高于T2和T3；只有在淀粉積累期，T4的有機(jī)質(zhì)含量顯著高于其他處理；而在成熟期，T2、T3、T4的有機(jī)質(zhì)含量顯著高于CK和T1的有機(jī)質(zhì)含量。

表4 不同處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量（g／kg）

2.5 生物可降解膜對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響

從表5可以看出，馬鈴薯均以T4處理的小區(qū)產(chǎn)量和單位面積產(chǎn)量最高，分別為 30.78 kg、12 831.45 kg／hm2，相比CK增產(chǎn)31.71%，并且顯著高于其他處理。對(duì)于品種‘紫花白’，T2和T3之間的小區(qū)產(chǎn)量以及單位面積產(chǎn)量差異不顯著，但均顯著高于CK和T1，而CK和T1差異不顯著。

表5 各處理的馬鈴薯產(chǎn)量

3 討論

地膜覆蓋技術(shù)是一項(xiàng)用人工方法改善農(nóng)作物生長環(huán)境的栽培技術(shù)，該技術(shù)可以明顯起到保持土壤水分、提高土壤溫度的效果，從而通過改善土壤的水、熱狀況，提高養(yǎng)分利用效率，培肥地力，最終達(dá)到增產(chǎn)增收的效果。因此，合理應(yīng)用地膜覆蓋栽培技術(shù)，可以使作物最大限度地利用有限的降水資源［12］。在西北干旱地區(qū)，采用地膜覆蓋栽培技術(shù)對(duì)推動(dòng)旱作農(nóng)業(yè)發(fā)展具有較大的潛力［13］。覆蓋作為一種傳統(tǒng)的蓄水保墑農(nóng)作措施已廣泛應(yīng)用于小麥、玉米、馬鈴薯等作物。目前應(yīng)用最廣的覆蓋材料以聚乙烯塑料地膜和玉米秸稈為主，聚乙烯塑料地膜具有透光性好，不透氣等特點(diǎn)，能顯著提高地溫［14，15］。在本試驗(yàn)中，溫度過高不利于夏播馬鈴薯的生長，因此聚乙烯塑料地膜覆蓋下馬鈴薯產(chǎn)量提高幅度不明顯；玉米秸稈具有透光性差，通氣性良好，能充分利用自然降水等效果，秸稈在微生物的分解作用下，提高了土壤有機(jī)質(zhì)和堿解氮、有效磷以及速效鉀含量，同時(shí)使得馬鈴薯產(chǎn)量提高。近年來，隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的改進(jìn)，地膜覆蓋材料研究有了很大進(jìn)展，特別是生物可降解膜的出現(xiàn)等。生物可降解膜作為一種具有降解效應(yīng)的地膜，促使微生物的生命活動(dòng)更加旺盛，進(jìn)而使得土壤有機(jī)質(zhì)的分解速度加快。而且生物可降解地膜覆蓋較聚乙烯塑料地膜覆蓋土壤溫度較低，有利于馬鈴薯這種喜涼作物更好的生長。此外，生物降解膜在微生物的生命活動(dòng)下，促使膜材料分解，減少對(duì)土壤和環(huán)境的污染。夏冬等［6］研究了不同覆蓋方式對(duì)土壤肥力及番茄產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，指出不同的地面覆蓋可以改善土壤肥力狀況，提高番茄果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)，其中生物可降解地膜提高土壤肥力狀況和產(chǎn)量效果最好，這與本試驗(yàn)的結(jié)果一致。生物可降解膜結(jié)合了作物秸稈和塑料地膜的優(yōu)勢，一方面，生物可降解地膜能補(bǔ)充土壤一部分速效養(yǎng)分；另一方面，生物可降解膜的腐解與土壤中微生物的活性有很大關(guān)系，土壤微生物的活性較高，有利于膜的分解，為植物的生長提供更加有利的環(huán)境條件。這也是覆蓋秸稈時(shí)馬鈴薯產(chǎn)量和土壤肥力狀況不及生物可降解膜的原因所在。

本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，生物可降解A膜、玉米秸稈、生物可降解B膜覆蓋均可增加土壤肥力，其中生物可降解B膜覆蓋的效果最為顯著。因此生物可降解地膜能有效減少對(duì)土壤環(huán)境的污染，提高馬鈴薯產(chǎn)量，同時(shí)也可減少土壤營養(yǎng)物質(zhì)的流失，從而提高土壤養(yǎng)分含量。

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