甘薯可降解地膜覆蓋栽培技術(shù)研究進(jìn)展

（陜西省寶雞市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院甘薯研究所，岐山 722400）

甘薯是我國(guó)四大糧食作物之一，具有低投入、低風(fēng)險(xiǎn)、高產(chǎn)出的特點(diǎn)，可作為優(yōu)異的保健食品、工業(yè)原料、新能源作物。近幾年甘薯產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，據(jù)聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）報(bào)告，2016 年我國(guó)甘薯鮮薯產(chǎn)量約占世界甘薯總產(chǎn)量的67%，是世界上最大的甘薯生產(chǎn)國(guó)[1-2]。研究表明，甘薯種植中，合理利用地膜覆蓋可顯著改善農(nóng)田土壤的水熱條件，減少土壤水分蒸發(fā)，抑制膜下雜草生長(zhǎng)，促進(jìn)薯苗生根，提高薯塊干物質(zhì)積累效率。隨著國(guó)家甘薯體系的不斷研究與推廣，甘薯地膜覆蓋栽培技術(shù)應(yīng)用面積迅速擴(kuò)大，對(duì)甘薯生產(chǎn)提質(zhì)增產(chǎn)成果顯著[3-5]。據(jù)統(tǒng)計(jì)[6]，2012 年地膜覆蓋對(duì)全國(guó)農(nóng)作物產(chǎn)量的提高率達(dá)45.5%。雖然地膜覆蓋技術(shù)的興起為傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)技術(shù)革新提供了物質(zhì)保障，但同時(shí)地膜殘留量逐年增加，也使農(nóng)業(yè)環(huán)境壓力逐年增大。普通聚乙烯地膜的高分子聚合性，使其難以在土壤中自然降解，造成“白色污染”和土壤板結(jié)，嚴(yán)重阻礙了我國(guó)甘薯產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[7]。近年來出現(xiàn)的綠色可降解地膜，在自然環(huán)境下可通過微生物降解為二氧化碳和水，不僅起到普通聚乙烯地膜增溫保墑的作用，也顯著降低了農(nóng)業(yè)地膜殘留量，有效減緩了農(nóng)業(yè)污染給生態(tài)環(huán)境帶來的壓力[8]。本文旨在通過對(duì)可降解地膜覆蓋技術(shù)在甘薯生產(chǎn)中的應(yīng)用利弊加以闡述，為甘薯綠色覆蓋栽培技術(shù)提供理論基礎(chǔ)，并加以展望。

1 甘薯覆膜栽培的作用效果

1.1 甘薯覆膜栽培的節(jié)水效應(yīng)在我國(guó)北方甘薯種植區(qū)，干旱脅迫是造成農(nóng)作物產(chǎn)量損失的首要非生物脅迫因素，生態(tài)需水量占甘薯生長(zhǎng)總需水量的60%～70%[9]。研究表明[10]，地膜覆蓋可以有效降低作物的生態(tài)需水。其機(jī)理是覆蓋物與土壤表面形成一個(gè)半封閉系統(tǒng)，大幅降低了水分滲漏。

當(dāng)甘薯植株生長(zhǎng)至封壟時(shí)期后，植株蒸騰代替地表蒸騰，成為水分耗散的主要途徑，而覆膜栽培改變水熱條件，有效抑制了株間蒸發(fā)，使土壤保水保墑效果大幅提高。研究發(fā)現(xiàn)[11]，地膜覆蓋處理灌溉量顯著低于對(duì)照，覆膜栽培可較常規(guī)栽培節(jié)水17%，可有效提高水分利用率，實(shí)現(xiàn)節(jié)水栽培。

1.2 甘薯覆膜栽培對(duì)土壤的增溫效應(yīng)表層土壤是甘薯根系分布的主要環(huán)境，也是與大氣環(huán)境進(jìn)行熱量交換的界面，土壤表面的溫度穩(wěn)定對(duì)甘薯根系及植株正常生長(zhǎng)至關(guān)重要。覆膜栽培有效降低了潛熱交換水平，起到了保溫、增溫的效果[12]。研究表明，覆膜栽培可有效減少反射和氣化對(duì)太陽輻射的耗散，大幅提高根區(qū)溫度，提高土壤有效積溫，促進(jìn)甘薯幼苗根系早發(fā)。劉莉莎等[13]研究表明，覆蓋黑膜處理及透明膜處理均可以提高甘薯莖粗、莖長(zhǎng)、基部分枝數(shù)，最終鮮薯產(chǎn)量及薯干產(chǎn)量均顯著優(yōu)于對(duì)照。蘭孟焦等[14]研究結(jié)果表明，透明膜、黑膜覆蓋處理下，壟內(nèi)不同層次地溫均比不覆膜處理高；距離壟面越近的土層，覆膜后溫度增加得越多；隨著土層加深，地膜覆蓋增溫效應(yīng)減弱。

1.3 甘薯覆膜栽培的增產(chǎn)及集約化生產(chǎn)效果由于覆膜對(duì)土壤的增溫效應(yīng)，導(dǎo)致膜下溫度迅速升高至薯苗生長(zhǎng)發(fā)育的最適溫度，且地膜覆蓋的保水作用有效促進(jìn)了薯苗不定根的形成，有利于薯苗栽植后產(chǎn)生更多的塊根，大幅提高了甘薯產(chǎn)量及相關(guān)性狀[15]。劉亞軍等[16]研究表明，不同地膜覆蓋均能顯著提高甘薯產(chǎn)量及商品率，比常規(guī)對(duì)照產(chǎn)量增幅6.17%～49.90%，商品率增幅3.53%～18.50%。由此可見，甘薯覆膜栽培為土壤提供了一層保護(hù)膜，減輕了土壤積肥料的淋溶作用，顯著提高了薯田肥水利用效率，為目前所提倡的高產(chǎn)高效生產(chǎn)方式。

1.4 甘薯覆膜栽培抑制雜草生長(zhǎng)田間雜草防治歷來是甘薯栽培生產(chǎn)中一大難題，據(jù)統(tǒng)計(jì)[17-18]，每年因草害引起的減產(chǎn)幅度達(dá)5%～50%，因此，輕簡(jiǎn)有效的田間防草方法，能有效提高甘薯產(chǎn)量及產(chǎn)出效率。陳一兵等[19]研究顯示，覆膜改變了雜草的生存空間，顯著抑制了雜草的發(fā)生且避免了一些惡性雜草的爆發(fā)；劉亞軍等[16]研究表明，除草劑和地膜覆蓋配套栽培在甘薯常見雜草控制方面起到一定作用。不同除草劑和地膜配套使用時(shí)，防草效果顯著，其中50%乙草胺配合黑色地膜效果最好，這可能是由于黑膜聚集熱量能力高于其他地膜處理，與50%乙草胺發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后，防草效果顯著優(yōu)于其他處理。

2 甘薯覆膜栽培的缺陷

2.1 甘薯覆膜栽培導(dǎo)致土壤肥力減退覆膜栽培會(huì)形成與常規(guī)露天栽培不同的膜下環(huán)境，導(dǎo)致土壤理化性質(zhì)及生物學(xué)性狀發(fā)生改變。研究表明[20]，多年連作栽培后，覆膜栽培與常規(guī)對(duì)照相比，土壤有機(jī)質(zhì)平均下降10.2%，全氮平均下降0.8%。這是由于覆膜栽培的增溫保墑效應(yīng)使得作物根際環(huán)境改善，土壤中微生物活性增加，土壤有機(jī)質(zhì)礦化加快，短期內(nèi)作物產(chǎn)量升高，但長(zhǎng)期耕種會(huì)使得地力耗竭，作物脫肥。李利利等[21]研究表明，與常規(guī)對(duì)照相比，覆膜栽培顯著降低了0～40cm 土層內(nèi)有機(jī)碳的含量，C 平均降低6.1～74.5 mg/kg。

2.2 裂解周期較長(zhǎng)，無法追肥甘薯傳統(tǒng)覆膜栽培中，后期進(jìn)行追肥較為困難。研究表明[22-23]，覆蓋地膜后，土壤中過氧化氫酶活性降低，使得對(duì)生物有害的過氧化氫無法及時(shí)降解，毒害生物，加之前期作物徒長(zhǎng)，覆膜栽培無法追肥，因此會(huì)發(fā)生脫氮早衰現(xiàn)象。近年來出現(xiàn)的有機(jī)肥或緩控釋肥可一次施肥，滿足部分作物整個(gè)生育期的營(yíng)養(yǎng)需求，實(shí)現(xiàn)省工增產(chǎn)。

2.3 降解困難，造成生態(tài)危害甘薯覆蓋栽培中所用地膜大多以聚乙烯為主，屬于較為穩(wěn)定的高分子聚合物，在土壤中長(zhǎng)期積聚會(huì)形成斷層，導(dǎo)致根莖肥水利用率降低，影響薯苗不定根生長(zhǎng)發(fā)育，最終導(dǎo)致產(chǎn)量降低。張丹等[24]對(duì)華北地區(qū)地膜殘留的研究表明，土壤耕層地膜殘留分布范圍為0.2～82.2kg/hm2，均值為26.8kg/hm2，農(nóng)用地膜殘留量逐年增加，對(duì)土壤根際環(huán)境的損害嚴(yán)重，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境威脅巨大。

2.4 投入增加，回收費(fèi)用高昂傳統(tǒng)覆膜栽培中，地膜的鋪設(shè)及回收都需要人工操作，增加了人力和經(jīng)濟(jì)成本。據(jù)統(tǒng)計(jì)[25]，傳統(tǒng)PE 膜每hm2材料成本為1260 元，其中鋪設(shè)及回收成本約占50%以上，一定程度上影響了種植戶的收入，且回收后分解為乙烯，清洗再利用，技術(shù)成本較高。隨著全國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化進(jìn)程的加快以及可降解地膜的逐漸普及，甘薯覆膜栽培成本大大降低。

3 可降解地膜覆蓋栽培技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

3.1 增加土壤肥力，促進(jìn)甘薯生長(zhǎng)可降解地膜是為減少農(nóng)田污染而產(chǎn)生的新型地膜，由于其加工原材料主要為玉米秸稈，可在作物時(shí)期內(nèi)經(jīng)微生物充分降解。李仙岳等[26]研究表明，可降解地膜處理后，土壤內(nèi)硝態(tài)氮含量相較無膜處理提高了22.01%，氮肥淋失率下降了2.26%，促生長(zhǎng)效果與普通PE 地膜差異不顯著。同時(shí)由于甘薯生長(zhǎng)中后期處于北方高溫多雨季節(jié)，土壤透氣性降低影響地下薯塊的生長(zhǎng)發(fā)育，可降解地膜的適時(shí)降解，顯著提高了土壤透氣性，對(duì)薯塊膨大及干物質(zhì)積累起到積極作用[27]。

可降解地膜顯著提高了土壤內(nèi)硝態(tài)氮的含量，促進(jìn)了土壤內(nèi)微生物的活動(dòng)，同時(shí)符合甘薯生長(zhǎng)的生理性需求，適時(shí)裂解，結(jié)合傳統(tǒng)覆蓋栽培和地膜栽培的優(yōu)勢(shì)，增溫保墑，促進(jìn)甘薯生長(zhǎng)。

3.2 降解殘留量降低，減少污染相較于傳統(tǒng)PE地膜，可降解地膜具有降解速度快、殘留量低的特點(diǎn)。韓文賀等[28]研究表明，與聚乙烯地膜相比，連續(xù)4 年應(yīng)用雙降解地膜，薯田0～30 cm 耕層中殘膜含量減少 51%，差異極顯著。趙桂濤等[29]研究表明，雙降解地膜50～170d 時(shí)即開始裂解，且甘薯收貨后殘膜量較低。以雙降解膜、全生物降解膜為代表的綠色地膜在作物生物后期機(jī)械性能大幅下降，降低了旋耕等農(nóng)事操作將其帶入深層土壤中的概率，并降低了撿拾地膜的人力投入，起到了生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益兼顧的效果。

4 甘薯可降解地膜覆蓋栽培技術(shù)中有待探明的問題及展望

關(guān)于甘薯可降解地膜覆蓋栽培技術(shù)對(duì)薯苗生長(zhǎng)發(fā)育及最終產(chǎn)量的影響，前人在不同甘薯栽植區(qū)域做了諸多研究，但結(jié)果不盡相同，這可能是由于可降解地膜的種類不同，以及種植區(qū)氣候差異導(dǎo)致覆蓋物機(jī)械性質(zhì)出現(xiàn)差異的原因?？山到獾啬せ揪邆淞司垡蚁┑啬さ墓δ芎洼^好的降解性能，是防治地膜污染的一個(gè)有效途徑，符合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)提倡綠色高產(chǎn)高效的趨勢(shì)，但以下問題亟待解決。

（1）可降解地膜在不同氣候甘薯栽植區(qū)域內(nèi)理化性質(zhì)的變化。深入研究氣候差異導(dǎo)致地膜裂解期、保水保墑效果發(fā)生變化的機(jī)理，為不同地域選擇最適覆蓋材料提供方案。且可降解地膜生產(chǎn)質(zhì)量參差不齊，個(gè)別產(chǎn)品存在易斷裂、機(jī)械強(qiáng)度較差、難以上機(jī)等問題，生產(chǎn)質(zhì)量亟待提高。

（2）可降解地膜覆蓋提高土壤肥力機(jī)理。從植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)角度出發(fā)，研究可降解地膜對(duì)土壤內(nèi)有機(jī)質(zhì)及各類大量元素含量的影響，并根據(jù)甘薯植株生長(zhǎng)的需肥規(guī)律使用適宜的緩釋肥，研究肥料緩釋減施技術(shù)和機(jī)理。

（3）可降解地膜對(duì)甘薯產(chǎn)量和品質(zhì)的影響。以優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)為前提，深入研究綠色覆蓋栽培技術(shù)對(duì)甘薯產(chǎn)量、薯形、口味、商品率及種植戶投入產(chǎn)出比的影響，為甘薯優(yōu)質(zhì)化生產(chǎn)提供理論依據(jù)。