全生物降解地膜降解性能對(duì)土壤溫度、豇豆生長及產(chǎn)量的影響

翁小倩 謝 茵

（海南省農(nóng)業(yè)生態(tài)與資源保護(hù)總站 海南 ?？?571100）

地膜覆蓋技術(shù)具有明顯的保墑增溫作用，并具有防治病蟲害、抑制雜草生長等作用，可顯著提高糧食、蔬菜等農(nóng)作物的產(chǎn)量，在我國被廣泛應(yīng)用[1-2]。海南省農(nóng)用地膜使用量每年高達(dá)數(shù)萬噸，大量使用以聚乙烯為主要成分的普通化學(xué)地膜，這種普通地膜難以在自然條件下降解，導(dǎo)致田間殘膜污染嚴(yán)重，造成土壤性質(zhì)惡化，最終可破壞整個(gè)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，給農(nóng)作物生產(chǎn)帶來較大的負(fù)面影響。全生物降解地膜是由新型環(huán)?？山到獠牧贤ㄟ^吹塑工藝制作而成的，可利用土壤中的微生物和光熱氧化作用進(jìn)行完全降解，最終分解成二氧化碳和水，一定程度上可減少殘膜污染。胡躍翠等的研究表明，可降解地膜和普通地膜具有相似的作用，對(duì)作物的產(chǎn)量和生長具有一定的影響，降解地膜處理的產(chǎn)量與普通地膜無明顯差異[3-8]。2020年12月1日起海南島實(shí)施“禁塑令”，全生物降解地膜可作為傳統(tǒng)普通化學(xué)地膜的替代產(chǎn)品，其研發(fā)、篩選及推廣具有廣闊的前景。本文作者在海南省澄邁縣開展了豇豆覆膜栽培和地膜填埋試驗(yàn)，通過觀測各參試全生物降解地膜的農(nóng)田覆蓋效應(yīng)、作物生長狀況、產(chǎn)量及其降解性能，以期篩選出適合海南豇豆栽培的全生物降解地膜類型。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

本試驗(yàn)選擇的地塊位于海南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院永發(fā)基地，0～20 cm土層土壤理化性質(zhì)見表1?；厮巺^(qū)域?qū)贌釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，高溫多雨，干濕季節(jié)明顯。年平均氣溫23.5℃，其中平均氣溫最高的為6～7月，月平均氣溫約28℃，最低月平均氣溫（1月）約17℃，年均降水量1 882 mm，4～10月為雨季，約占全年降水量的90%，其中8月、9月降水量均在300 mm左右。生產(chǎn)上主要受“清明風(fēng)”“干熱風(fēng)”“寒露風(fēng)”“臺(tái)風(fēng)”和早春連續(xù)陰雨、暴雨等天氣影響。

表1 試驗(yàn)地土壤理化性質(zhì)

1.2 供試材料

供試的全生物降解地膜分別由國內(nèi)6家不同企業(yè)提供，編號(hào)設(shè)為A、B、C、D、E、F（表2），設(shè)普通PE地膜（CK1）和裸地（CK2）為對(duì)照組，共計(jì)8個(gè)處理。

表2 供試地膜產(chǎn)品情況

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1 覆膜栽培試驗(yàn) 供試作物為豇豆，品種為樂豇1號(hào)，2020年12月31日 人工 覆膜，2021年1月13日播種，3月19日開始收獲測產(chǎn)。試驗(yàn)設(shè)6種全生 物 降 解 地 膜A、B、C、D、E、F和 普 通PE地 膜（CK1）、裸地（CK2）共8個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)，共24個(gè)處理，隨機(jī)排列。每個(gè)處理覆膜長度為21 m，起壟種植，壟寬140 cm、壟間距50 cm、壟溝深20 m，每壟2行，株行距30 cm×50 cm，作物栽培區(qū)四周設(shè)置保護(hù)行。

1.3.2 填埋試驗(yàn) 試驗(yàn)設(shè)6種全生物降解地膜A、B、C、D、E、F和普通PE地膜（CK1）共7個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)，共21個(gè)處理，隨機(jī)排列。將地膜試驗(yàn)樣品分別裁剪成40 cm×30 cm大小，稱量后填埋入農(nóng)田土壤深度10 cm處，埋土后于90 d、180 d、365 d分別取樣觀察其表面降解情況，并稱量計(jì)算其失重率。

1.4 觀測記載指標(biāo)

1.4.1 地膜降解性能 通過田間覆蓋栽培試驗(yàn)和填埋試驗(yàn)對(duì)全生物降解地膜降解性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。田間覆蓋栽培試驗(yàn)使用目測法通過定期觀察地膜表面不同的變化進(jìn)行降解性能評(píng)價(jià)[9]，在每個(gè)處理處設(shè)觀測點(diǎn)，定期觀察記載地膜破裂程度,通常為5個(gè)階段：誘導(dǎo)期，地膜表面開始出現(xiàn)小裂縫時(shí)期；開裂期，地膜表面開始出現(xiàn)大裂縫時(shí)期；大裂期，地膜表面降解為大碎塊；碎裂期，地膜表現(xiàn)已經(jīng)無完整大面積殘膜存在，仍有小碎塊時(shí)期；無膜期，已經(jīng)完全降解無可見地膜時(shí)期[10-12]。填埋試驗(yàn)采用目測法和計(jì)算膜失重率法來進(jìn)行評(píng)價(jià)。失重率計(jì)算公式：

1.4.2 土壤溫度 采用鉑電阻地溫傳感器配套數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測定土壤溫度，設(shè)備為美國產(chǎn)HOBO溫度自動(dòng)記錄探頭裝置。每個(gè)小區(qū)埋設(shè)一個(gè)地溫儀，探頭埋設(shè)深度10 cm，每60 min記錄1次數(shù)據(jù)。

1.4.3 豇豆生育期和產(chǎn)量 在豇豆生長過程中記錄生育期，包括播種、發(fā)芽期、幼苗期、伸蔓期、開花結(jié)莢期和收獲期，生育期的日期以小區(qū)50%以上植株進(jìn)入該生育期為標(biāo)志作物。以試驗(yàn)小區(qū)實(shí)收的豇豆產(chǎn)量折算為每公頃豇豆產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用WPS Office和SPSS 26進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析并作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理地膜降解情況

由表3可知，6種不同全生物降解地膜均在豇豆收獲期后進(jìn)入誘導(dǎo)期，D處理最早進(jìn)入誘導(dǎo)期，在覆膜68 d；其他依次是B、E、F、C處理，在覆膜70 d左右進(jìn)入誘導(dǎo)期；誘導(dǎo)期最長的是A處理，需要85 d。E處理最早進(jìn)入碎裂期，在覆膜145 d；其次是F處理，在覆膜155 d進(jìn)入碎裂期；A和D處理在覆膜175 d后進(jìn)入碎裂期；B和C處理在覆膜184 d后進(jìn)入碎裂期。除了A、B、E處理在下茬作物整地種植前未出現(xiàn)無膜期外，D、F處理在覆膜184 d和C處理在覆膜215 d均出現(xiàn)無膜期。

表3 不同覆膜栽培試驗(yàn)降解時(shí)間（單位:d）

由表4可知,6種不同全生物降解地膜均在填埋90 d左右出現(xiàn)不同程度的降解，降解程度達(dá)到碎裂期，失重率在14%～89%之間；在填埋180 d進(jìn)入無膜期，達(dá)到完全降解程度。

表4 不同地膜填埋試驗(yàn)降解情況

2.2 不同處理對(duì)豇豆生育期和產(chǎn)量的影響

由表5可知，不同處理對(duì)豇豆生育期的影響無顯著差異，均在播種后7 d進(jìn)入發(fā)芽期，在播種后65 d后進(jìn)入收獲期。表明全生物降解地膜、普通PE地膜、裸地對(duì)豇豆生長周期的影響基本一致。

表5 不同處理豇豆的生育期(單位：d）

由圖1可知，豇豆產(chǎn)量表現(xiàn)為D﹥B﹥F﹥E﹥C﹥A﹥CK1﹥CK2，雖然6種不同全生物降解地膜處理的豇豆產(chǎn)量均略高于CK1，但差異不顯著，表明全生物降解地膜與普通PE地膜對(duì)豇豆的產(chǎn)量一樣具有促進(jìn)作用；7種不同覆膜處理的豇豆產(chǎn)量均高于CK2，其中D處理的豇豆產(chǎn)量顯著高于CK2，達(dá)到差異極顯著水平，其他6種不同覆膜處理的豇豆產(chǎn)量雖均略高于CK2，但差異不顯著，表明D處理具有一定的增產(chǎn)效果。

圖1 不同處理豇豆的產(chǎn)量

2.3 不同處理對(duì)土壤溫度的影響

由圖2可知，在播種1～65 d，6種全生物降解地膜與CK1處理的土壤溫度均明顯高于CK2，但差異較小，而6種全生物降解地膜與CK1處理的土壤溫度差異不大。在播種1～19 d，6種全生物降解地膜與CK1處理的土壤溫度差異不大，但均明顯高于CK2；在播種19～65 d，6種全生物降解地膜、普通PE地膜（CK1）、裸地（CK2）處理的土壤溫度變化趨勢大體一致，差異并不明顯。

由圖3可知，覆膜當(dāng)天,6種全生物降解地膜處理的土壤溫度均高于CK1和CK2，達(dá)到差異顯著水平，CK1和CK2的土壤溫度略有差異，未達(dá)到差異顯著水平；播種時(shí)，6種全生物降解地膜與CK1處理的土壤溫度無顯著差異，但B和CK1處理的土壤溫度明顯高于CK2，均達(dá)到差異極顯著水平，A處理的土壤溫度也明顯高于CK2，達(dá)到差異顯著水平；在發(fā)芽期，A處理的土壤溫度明顯高于CK1，B處理的土壤溫度明顯低于CK1，均達(dá)到差異極顯著水平，D處理的土壤溫度高于CK1,達(dá)到差異顯著水平,其他3種全生物降解地膜處理的土壤溫度與CK1雖略有差異，但未達(dá)到顯著水平，7種覆膜處理的土壤溫度均明顯高于CK2，且達(dá)到差異極顯著水平；在幼苗期，A處理的土壤溫度顯著低于其他6種覆膜處理，均達(dá)到差異極顯著水平，除了A處理以外的其他5種全生物降解地膜處理的土壤溫度與CK1無顯著差異，除了A處理以外其他6種覆膜處理的土壤溫度明顯高于CK2，均達(dá)到差異極顯著水平，A處理的土壤溫度明顯低于CK2，達(dá)到差異極顯著水平；在伸蔓期，除了B處理的土壤溫度明顯低于CK1且達(dá)到差異顯著水平外，其他5種全生物降解地膜土壤處理的溫度與CK1未達(dá)到差異顯著水平，7種覆膜處理的土壤溫度明顯高于CK2，其中A、B、E、F、CK1處理均與CK2達(dá)到差異極顯著水平，C、D處理均與CK2達(dá)到差異顯著水平；在開花結(jié)莢期，CK1處理的土壤溫度明顯高于除了E處理外的其他處理，CK2的土壤溫度明顯最低，其中CK1均與B、C、D處理達(dá)到差異極顯著水平，CK1均與A、F處理土壤達(dá)到差異顯著水平，CK2除了與D處理的土壤溫度達(dá)到差異顯著水平外，均與其他6種覆膜處理間的土壤溫度達(dá)到差異極顯著水平；在收獲期，除了E處理與CK1的土壤溫度未達(dá)到差異顯著水平外，其他5種全生物降解地膜處理均與CK1的土壤溫度達(dá)到差異極顯著水平，在這時(shí)CK2仍然比其他覆膜處理的土壤溫度較低，其中CK2均與E、CK1的土壤溫度達(dá)到差異極顯著水平，CK2均與D、F處理間的土壤溫度達(dá)到差異顯著水平，CK2均與A、B、C處理間的土壤溫度未達(dá)到差異顯著水平。

圖3 不同處理不同時(shí)期的土壤溫度

3 討論與結(jié)論

全生物降解地膜可在自然條件下自行降解，減少殘膜污染，保護(hù)土壤環(huán)境[13]。根據(jù)地膜的組成成分、分解方式和降解時(shí)間，比較崩解型地膜，生物降解地膜降解較慢，在生育期較長作物覆膜推廣應(yīng)用上更推薦使用生物降解地膜[14]。本研究表明，該地區(qū)種植豇豆生育期較短為90 d左右，6種不同全生物降解地膜分別在覆膜后68～85 d出現(xiàn)誘導(dǎo)期，在覆膜145～184 d后陸續(xù)出現(xiàn)碎裂期，此時(shí)豇豆已完全收獲，且填埋試驗(yàn)中6種不同全生物降解地膜在97 d左右進(jìn)入碎裂期，因此這6種不同全生物降解地膜能夠滿足該地區(qū)豇豆生育期的需求，但是否能滿足生育期較長的作物仍需進(jìn)一步試驗(yàn)。

王紹明等的研究表明，全生物降解地膜與普通地膜具有一樣的增溫、保墑、抑草、提高作物產(chǎn)量等作用[15-17]。本研究結(jié)果表明，6種不同全生物降解地膜處理分別較普通PE地膜（CK1）處理產(chǎn)量略增高，但未達(dá)到差異顯著水平，7種不同地膜處理的豇豆產(chǎn)量均高于裸地（CK2）處理，其中D處理的豇豆產(chǎn)量顯著高于裸地（CK2），達(dá)到差異極顯著水平，其他不同覆膜處理的豇豆產(chǎn)量雖略高于CK2，但未達(dá)到差異顯著水平，表明全生物降解地膜提高作物產(chǎn)量的效果同普通PE地膜相當(dāng)，全生物降解地膜替代普通PE地膜在海南豇豆種植生產(chǎn)中推廣應(yīng)用是可行的，且意義重大。

趙彩霞等的研究表明，在棉花生育前期，由于降解地膜尚未降解，膜面完整性好，其增溫保墑作用、棉花生長狀態(tài)與普通PE地膜并無明顯差異[18-19]。王星等的研究表明，生物降解地膜覆蓋在玉米生育前期保溫效果明顯，但在生育中后期保溫效果不明顯[20-21]。戴敬等的研究表明，由于受作物冠層覆蓋大、光合面積區(qū)域穩(wěn)定和外界環(huán)境條件不同的影響，覆膜栽培的增溫保墑作用存在區(qū)域的差異性，地膜增溫效果不明顯，可降解地膜處理與裸地處理的土壤溫度無顯著差異[22]。本研究發(fā)現(xiàn)，在豇豆覆膜播種到幼苗期左右，裸地（CK2）的土壤溫度明顯低于其他覆膜處理，當(dāng)時(shí)正值海南冬季，氣溫較低，地表覆蓋稀疏，全生物降解地膜起到了和普通PE地膜一樣的保溫作用，但隨著豇豆的生長及氣溫的回升，作物對(duì)光有部分遮擋，在生育中后期全生物降解地膜、普通PE地膜、裸地處理間的土壤溫度差異較小，地膜覆蓋保溫的作用基本消失。

綜上分析，在該地區(qū)豇豆種植中，全生物降解地膜覆蓋栽培在土壤保溫和提高產(chǎn)量方面與普通PE地膜作用相當(dāng)，全生物降解地膜既能發(fā)揮普通地膜的保溫性能，滿足作物生長發(fā)育需求，提高作物產(chǎn)量，又因其可降解的性能可減少田間農(nóng)膜殘留污染現(xiàn)象，因此全生物降解地膜替代普通地膜在海南農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中推廣應(yīng)用意義重大。本研究實(shí)施結(jié)果為1年的數(shù)據(jù)，雖然具有一定的代表性，但不能完全反映不同全生物降解地膜的實(shí)際表現(xiàn)，需要在不同地區(qū)和不同作物上開展連續(xù)的試驗(yàn)，才能取得可靠的數(shù)據(jù)。雖然全生物降解地膜可有效解決農(nóng)膜殘留問題，但全生物降解地膜的價(jià)格高于普通地膜，農(nóng)民對(duì)全生物降解地膜經(jīng)濟(jì)成本的接受程度仍然需要一個(gè)過程，其降解后碎片的成分對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響也還待于進(jìn)一步研究。