可降解膜覆蓋對土壤溫、濕度及甘薯生長發(fā)育的影響

馬春業(yè)，孟凡奇，劉志堅，秦素研，王清，張勇躍

（漯河市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河南 漯河 462000）

甘薯抗旱耐瘠，收獲產(chǎn)量高，是重要的糧食作物和經(jīng)濟作物[1]，與其他作物相比，具有低投入、高產(chǎn)出的特點[2]。我國是甘薯種植大國，據(jù)FAO 統(tǒng)計，2020 年我國甘薯總面積為225 萬hm2，占世界總面積的30.4%。研究表明，地膜覆蓋通過提高土壤溫度、保墑防澇，可以達到提質(zhì)增產(chǎn)的目的。江燕等[3]研究表明，種植甘薯覆蓋地膜可以提高栽后0～20 d耕層的土壤溫度1～6.5 ℃，提高0～20 cm 土層的含水量，增加單株結(jié)薯數(shù)和單薯質(zhì)量，顯著提高收獲期塊根產(chǎn)量。劉莉莎等[4]研究表明，在春季雨水充足時，覆膜處理的甘薯地土壤含水量比不覆膜低10%以上，且溫度高于不覆膜處理1～2 ℃，不同土層溫度變異幅度大小也不相同，淺土層覆膜處理溫度變異范圍大，覆膜處理的產(chǎn)量顯著高于不覆膜處理。張磊等[5]研究認為，覆膜可以提高單株薯質(zhì)量。在北方春薯區(qū)采用覆膜栽培種植甘薯，可增產(chǎn)20%～30%[6-7]。但是，目前生產(chǎn)上最常用的普通聚乙烯透明地膜難以降解，大量殘膜殘留在農(nóng)田中，對土壤生態(tài)造成危害，降低作物產(chǎn)量[8]，且撿拾地膜會增加人工成本。因此，可降解地膜的研發(fā)和應(yīng)用尤為重要。劉利平等[9]研究了幾種不同降解地膜對甘薯覆膜后土壤溫、濕度的影響，認為可降解地膜具有和常規(guī)地膜一樣的增溫保墑效果，且比常規(guī)地膜增產(chǎn)22%以上。趙桂濤[10]、汪洪[11]等研究認為，降解膜鋪膜方式與普通膜一致，合理控制降解時間，對甘薯長勢和產(chǎn)量無不良影響。張現(xiàn)民等[12]研究不同地膜類型對甘薯生長的影響，結(jié)果表明，白色氧化生物雙降解地膜的效果最優(yōu)，綜合效益最高。

本研究采用一種新型黑色完全生物降解地膜，以普通PE 膜和不覆膜為對照，研究其對豫中南地區(qū)春薯田土壤溫、濕度，以及甘薯生長發(fā)育及產(chǎn)量的影響，以期研究可降解膜的增溫保墑和提質(zhì)增產(chǎn)效果，為可降解膜在甘薯覆膜栽培上的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

本試驗為單因素隨機區(qū)組試驗，分3 個處理，分別為不覆膜、覆蓋普通PE 透明膜(厚度10 μm，寬度0.1m）、覆蓋黑色可降解地膜（厚度10 μm，寬度0.12 m）?？山到獾啬び蓢腋适懋a(chǎn)業(yè)技術(shù)體系種植機械化崗位張文毅老師課題組研究提供，普通PE 透明膜為市場上所購買。覆膜方式為壟頂壟溝全覆膜。每個處理3 次重復(fù)。試驗于2021 年在漯河市郾城區(qū)孟廟鎮(zhèn)五里崗村107 國道旁漯河市農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗基地進行。試驗地前茬作物為小麥。試驗小區(qū)采用5 行區(qū)，行長6 m，走道0.8 m，壟距0.9 m，試驗品種為‘漯薯15 號’，5 月12 日覆膜，5 月13 日栽插，株距0.3 m，每行20 株，每個小區(qū)100 株。整地起壟時，施入硫酸鉀基肥450 kg·hm-2。人工除草，其他管理措施同大田。

1.2 測定項目及方法

1.2.1 降解膜降解性調(diào)查 分別在發(fā)根分枝期、蔓薯并長期、薯塊盛長期、收獲期（以栽苗后40 d 為間隔計算）4 個時期調(diào)查記錄。每個小區(qū)選取5 個固定觀測點，采用肉眼觀察表膜的裂解性，記錄地膜降解情況。

1.2.2 土壤溫、濕度調(diào)查 土壤溫度測定：在測定的前1 d，把溫度計插入壟頂膜下5、15、25 cm 3 個不同土層。每個小區(qū)不同土層選取3 個點觀察記錄。測定當(dāng)天，分別測定每個小區(qū)壟頂下5、15、25 cm 處土層在上午9：00、中午2：30 和傍晚6：30 的土壤溫度。不同土層日平均氣溫用此3 個時間點的平均溫度計算。

土壤含水量測定：測定當(dāng)天，用土鉆取壟頂膜下0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm 的土樣，采用烘干法測定土壤含水量。每個小區(qū)選取3 個點測定。

1.2.3 田間性狀觀測 在4 個不同時期，每個小區(qū)選取5 株具有代表性的健康甘薯苗，在田間用卷尺和游標(biāo)卡尺分別測定單株最長蔓長、最長蔓長的莖粗（直徑）和分枝數(shù)（以地上單莖長＞30 cm 為1 個有效分枝），測定后摘取葉片，割取莖稈，分株稱量地上部葉片鮮質(zhì)量和莖稈鮮質(zhì)量，并挖根調(diào)查地下部性狀，稱取地下部鮮薯質(zhì)量。根冠比計算為：地下部塊根鮮質(zhì)量/地上部總質(zhì)量。收獲時，選取3 行測產(chǎn)。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用Microsoft Excel 2003 進行數(shù)據(jù)處理和繪圖，采用SPSS 24.0 軟件進行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 降解膜降解程度調(diào)查

由表1 可知，降解膜在甘薯生育期的前80 d，性狀比較穩(wěn)定，地膜完整性比較好，在80～120 d 之間，逐漸開始裂解，120 d 調(diào)查時，已觀測到大小不等的裂縫，160 d 觀察時，土壤表面已不存在大片地膜，降解膜已降解破裂為小碎片，不影響機械收獲。由此表明，降解膜在生育前期基本不降解，保留了膜的完整性，具有增溫保墑效果，后期降解較快，收獲時不影響機械操作，且省去了人工撿拾地膜的成本，減輕了對土壤的生態(tài)危害。

2.2 對土壤不同土層溫度和含水量的影響

由圖1 可知，整個生育期，土壤溫度逐漸降低。在不同調(diào)查時期，隨著土層的加深，溫度逐漸降低。覆普通地膜時，在4 個調(diào)查時期，3 個測量土層溫度均表現(xiàn)為最高。在40 d 調(diào)查時，降解膜3 個土層的溫度最低。原因可能是降解膜為黑色，與普通透明膜和不覆膜比，其透光率低，吸收光能少。在栽后80、120、160 d 調(diào)查時，同一覆膜類型不同土層之間的溫差變小，不同的覆膜類型之間的溫差也變小，普通透明膜的溫度最高，降解地膜溫度略高于不覆膜處理。原因可能是隨著地上部的旺長，地表透光性降低，還有黑色降解膜的遮蔭性和裂解性。

圖1 不同處理對不同土層溫度的影響

由圖2 可知，在栽后40、80、120 d 時，同一處理不同的土層，隨著土層深度的加深，含水量逐漸變大。栽后160 d 時，土壤含水量表現(xiàn)為降解膜＞普通膜＞不覆膜。原因可能是降解地膜的裂解改變了土壤的微生物環(huán)境，進而影響了含水量；20～30 cm 含水量低于10～20 cm 土層含水量。原因可能是收獲期前期，薯塊主要聚集在20～30 cm 土層，吸收了土壤中的含水量。在栽后40、80 d 調(diào)查時，0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm 土層，土壤含水量均表現(xiàn)為普通地膜＞降解地膜＞不覆膜，說明該時期覆膜具有保墑效果，普通地膜保墑效果更好。在80 d 時，土壤含水量明顯高于其他3 個時期，原因可能是該時期長期陰雨天氣。在4 個不同測定時期，不覆膜處理的土壤含水量均最低，且前期不同土層土壤含水量變異幅度大，隨著生育期推進，變異逐漸變小。原因可能是植株地上部旺長遮光，減弱了地膜對含水量。

圖2 不同處理對不同土層含水量的影響

2.3 對甘薯生長動態(tài)的影響

2.3.1 對甘薯莖蔓性狀生長動態(tài)的影響 由表2 可知，隨著生育期的延長，甘薯的蔓長逐漸增長。栽后40 d，覆膜可以顯著提高甘薯蔓長，但2 種膜之間蔓長無差異。在栽后80、120、160 d 時，普通地膜處理的蔓長顯著大于降解膜處理和不覆膜處理，降解膜處理與不覆膜處理無明顯差異；甘薯的莖粗隨著生育期的延長總體逐漸變大。覆蓋不同的地膜對甘薯莖粗無明顯影響。從40 d 到120 d 時，甘薯的分枝數(shù)逐漸增多；而后到收獲期，分枝數(shù)逐漸減少。在前2個時期，降解膜處理與普通PE 膜處理的分枝數(shù)顯著多于不覆膜，但二者之間無明顯差異，在后2 個時期，不同處理間的分枝數(shù)差異不大，說明覆膜對后期分枝數(shù)的影響逐漸減弱。

表2 不同處理對甘薯不同時期生長發(fā)育的影響

2.3.2 對不同部位生物量的影響 由表3 可知，整個生育期，覆膜處理的生物量不低于不覆膜，說明覆膜可以提高甘薯地上和地下部各生物量。整體而言，0～80 d 時，甘薯地上部鮮莖稈質(zhì)量和鮮葉片質(zhì)量，隨著生育期延長逐漸增加；80～120 d 時，不覆膜處理增加速度變慢，覆膜處理的地上生物量增速變慢或者降低，但是地下部塊根質(zhì)量增長變快，說明該時期正處于地上部物質(zhì)向塊根轉(zhuǎn)化的時期，地上部生物量降低越快，地下部塊根質(zhì)量增長越快；120 d 后，單株莖稈鮮質(zhì)量、單株葉片鮮質(zhì)量和地下部塊根鮮質(zhì)量均快速增長。在后3 個調(diào)查時期，覆膜可以顯著提高甘薯地下塊根質(zhì)量；根冠比隨著生育期的推進逐漸增加，根冠比增加的幅度為可降解膜＞普通膜＞不覆膜，在120、160 d時，可降解膜處理的根冠比極顯著高于普通膜和不覆膜處理。

表3 不同處理對甘薯不同時期鮮生物量的影響

2.4 可降解膜處理對甘薯產(chǎn)量的影響

由表4 可知，春薯地覆膜可以提高甘薯產(chǎn)量，但覆蓋普通PE 膜增產(chǎn)效果不明顯，覆蓋可降解膜比不覆膜處理增產(chǎn)33.87%，增產(chǎn)效果顯著，但2 種膜之間的產(chǎn)量結(jié)果差異不顯著。覆蓋普通膜增產(chǎn)效果不顯著的原因可能與2021 年7 月份該地區(qū)遭受連續(xù)陰雨天氣，覆膜減弱了土壤透氣性，甘薯受澇害更嚴(yán)重有關(guān)。覆蓋可降解地膜，前期增溫保墑，后期地膜降解破裂，增強土壤透氣透水性，增產(chǎn)效果顯著。

3 討論與結(jié)論

本研究表明，土壤溫度隨著土層的加深逐漸降低。覆膜可以提高土壤溫度。栽后40 d，0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm 3 個不同土層，均表現(xiàn)為普通膜溫度略高于不覆膜處理，可降解膜溫度最低。在后3 個調(diào)查時期，普通膜覆蓋土壤溫度最高，降解膜的增溫效果逐漸減弱，這與鄧路[13]等的研究結(jié)果相似。在前3 個調(diào)查時期，土壤含水量隨著土層的加深逐漸升高。在收獲期，20～30 cm 土層的含水量低于10～20 cm 土層，原因可能是‘漯薯15 號’品種甘薯薯塊大，結(jié)薯層在20～30 cm 居多，后期薯塊膨大生長吸收了土壤中的含水量，使得該土層土壤含水量降低。覆膜可以提高不同土層土壤含水量，生育前期普通膜的保墑效果優(yōu)于可降解地膜，這與梅麗[14]等結(jié)果類似。隨著生育期的推進，2 種膜之間的差距逐漸變小，直至收獲期，可降解膜處理的含水量高于普通膜，原因可能是可降解膜的降解到土壤中，加速了周圍微生物的活動，進而提高了土壤含水量。覆膜影響甘薯的生長發(fā)育。

春薯覆蓋地膜可以使甘薯蔓長增長，分枝數(shù)增加，地上部莖稈鮮質(zhì)量和葉片鮮質(zhì)量增多，薯塊膨大期根冠比顯著大于不覆膜處理。覆膜顯著提高了各時期的單株薯質(zhì)量，這與江燕[3]、張磊[5]等研究結(jié)果類似。可降解地膜的甘薯產(chǎn)量顯著高于不覆膜處理（P＜0.05)，與普通PE 透明膜差異不顯著。原因可能是2021 年7 月份長時間陰雨和極端暴雨天氣，普通地膜的透氣性差，甘薯遭受澇害更加嚴(yán)重，而可降解地膜相對容易裂解和斷裂，增加了土壤的透氣性，改變了土壤環(huán)境，有利于塊根產(chǎn)量的積累。

本研究認為，覆蓋可降解地膜與普通膜相比，顯著降低了收獲時期的甘薯蔓長、地上部莖稈鮮質(zhì)量，顯著增加了根冠比，對甘薯生長無不良影響，與普通膜相比，增產(chǎn)效果顯著，且可降解地膜在收獲期已經(jīng)降解，減少后期人工撿拾費，減輕對土壤的污染。因此，可降解地膜可以在本地區(qū)春薯區(qū)推廣使用。