全生物降解地膜對(duì)飼用玉米的影響及降解效果研究

杜健　王托和　鄒悅　趙安宇　何淑萍

關(guān)鍵詞：全生物降解地膜；飼用玉米；土壤溫濕度；生長(zhǎng)指標(biāo)；產(chǎn)量

中圖分類號(hào)：S513 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2097-2172（2023）07-0639-06

地膜覆蓋廣泛應(yīng)用于農(nóng)作物生產(chǎn)。地膜具有促進(jìn)玉米生長(zhǎng)發(fā)育、縮短生育期、增加產(chǎn)量等作用，在農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育階段主要起到增溫保墑、抑制雜草的作用。目前在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用較多的地膜為普通聚乙烯地膜，在土壤中極難降解，所引發(fā)的“白色污染”對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響已受到普遍關(guān)注。全生物降解地膜是一種新型的環(huán)?？山到獾啬ぃ捎镁廴樗峄蚱渌锝到飧男詷?shù)脂生產(chǎn)，使用后可自動(dòng)降解為二氧化碳和水，對(duì)土壤無(wú)毒害，是一種被全球公認(rèn)真正綠色的環(huán)保材料。近年來(lái)，生物降解地膜作為普通農(nóng)用地膜的替代品，其增溫、保墑和增產(chǎn)作用已被大量研究證實(shí)。為此，我們利用蘭州金土地集團(tuán)生產(chǎn)的全生物降解地膜與2種PE膜（普通聚乙烯地膜和滲水聚乙烯地膜）在飼用玉米上進(jìn)行地膜覆蓋對(duì)比試驗(yàn)，研究其保溫、保墑性能，并觀察玉米不同時(shí)期地膜破損和降解情況，為全生物降解地膜在河西地區(qū)玉米生產(chǎn)上推廣應(yīng)用提供參考。

1材料與方法

1.1供試材料

指示飼用玉米品種為金凱3號(hào)。供試地膜為國(guó)內(nèi)市場(chǎng)出售的普通農(nóng)用地膜、甘肅福雨塑業(yè)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的聚乙烯滲水地膜和蘭州金土地公司生產(chǎn)的全生物降解地膜（表1）。

1.2試驗(yàn)地條件和試驗(yàn)方法

試驗(yàn)設(shè)在張掖市甘州區(qū)新墩鎮(zhèn)園藝村3社。當(dāng)?shù)睾０?588m，屬典型溫帶大陸性氣候，日照時(shí)間長(zhǎng)，晝夜溫差大；試驗(yàn)地平坦，排灌便利，土壤為耕灌灰棕漠土；前茬為大田玉米。試驗(yàn)采用單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)，共設(shè)3個(gè)處理（表1）。隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)，小區(qū)面積68m²（17 m×4 m）。4月初結(jié)合春耕基施尿素75 kg/hm²、磷酸二氫銨300 kg/hm²、氮磷鉀復(fù)合肥（N-P₂O₅-K₂O為16-18-6）300 kg/hm²。4月上旬以Im間距劃行覆膜，膜面留50 cm。4月28日機(jī)械播種，株距21 cm，播種密度79 000株/hm²。于玉米大喇叭口期和抽穗期結(jié)合灌水分別追施尿素300 kg/hm²。全生育期灌水5次，中耕除草2次。9月下旬收獲，11月室內(nèi)考種、脫粒計(jì)產(chǎn)。其余管理同大田。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1膜下溫濕度 從播種期開(kāi)始，每隔10 d在9：00、15：00、19：00時(shí)分別測(cè)量膜下0～5、5～10、10～15 cm土層的土壤溫度（用土壤溫度計(jì)測(cè)定）和膜下10 cm土層的土壤濕度（用濕度計(jì)測(cè)定）。測(cè)定周期為玉米生育期。

1.3.2農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量性狀 7月中旬標(biāo)記觀察5株玉米植株的生長(zhǎng)狀況，觀測(cè)記錄地膜玉米出苗數(shù)、株高、葉長(zhǎng)、葉寬、葉綠素等生長(zhǎng)性狀。玉米成熟后按小區(qū)隨機(jī)選取3個(gè)取樣點(diǎn)，每點(diǎn)連取10株，測(cè)定穗重、穗長(zhǎng)、穗粗、禿尖長(zhǎng)、穗行數(shù)、行粒數(shù)、單穗粒重、千粒重，收獲小區(qū)中間4行（34m²）計(jì)產(chǎn)。

1.3.3地膜降解情況觀測(cè) 記錄地膜降解各階段出現(xiàn)的時(shí)間。誘導(dǎo)階段，即覆膜出現(xiàn)小裂縫（裂縫小于1 cm）的時(shí)間，記錄出現(xiàn)小裂縫的時(shí)間。破裂階段，即肉眼清楚看到大裂縫（裂縫大于3 cm）的時(shí)間，記錄出現(xiàn)大裂縫的時(shí)間。崩解階段，即地膜已經(jīng)裂解成大碎塊，沒(méi)有完整的膜面（出現(xiàn)大于5 cm的裂縫，或者有的裂口合并出現(xiàn)碎塊），記錄出現(xiàn)膜崩裂的時(shí)間。完全崩解階段，即地面無(wú)大塊殘膜存在，但仍有小碎片的時(shí)間階段。完全降解階段，即地膜在地表基本消失的階段。在每個(gè)時(shí)期，對(duì)每個(gè)處理地膜的膜表、膜側(cè)進(jìn)行拍照，并標(biāo)注好地膜種類和拍照日期。

1.4數(shù)據(jù)處理

用Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行方差分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同覆膜處理對(duì)土壤溫度的影響

2.1.1

9：00時(shí)膜下不同深度的土壤溫度從圖1～3可以看出，不同覆膜處理9：00時(shí)膜下0～5、5～10、10～15 cm土層的土壤溫度變化趨勢(shì)總體呈“M”形變化，且溫度均在5月6日最低、5月26日最高。0～5 cm土層的土壤溫度為16.0～21.4℃，6月15日之前處理1溫度均高于處理2和處理3，之后處理3均高于處理1和處理2，7月15日之后各處理溫度基本趨于一致。5～10 cm土層的土壤溫度為13.8～20.7℃，3種覆膜處理5月6—26日的溫度基本一致，5月26日之后處理2和處理3趨于一致且高于處理1。10～15 cm土層的土壤溫度為14.0～21.7℃，在6月15日之前，處理1溫度均高于處理2和處理3，之后各處理溫度趨于一致。綜合來(lái)看，9：00時(shí)全生物降解地膜膜下土壤溫度在監(jiān)測(cè)前期略低于聚乙烯地膜，而在中后期各處理趨于一致。

2.1.2 15：00時(shí)膜下不同深度的土壤溫度 從圖4～6可以看出，各處理0～5、5～10、10～15 cm土層對(duì)應(yīng)的土壤溫度變化總體呈先下降后上升再下降然后逐漸平穩(wěn)的趨勢(shì)。0～5 cm土層的土壤溫度為20.8～36.7℃，6月5日之前，處理1溫度均高于處理2和處理3且處理2、3基本一致，之后3個(gè)處理溫度趨于一致。5～10 cm土層的土壤溫度為20.6～31.4℃，6月25日之前處理1和處理2的溫度總體均高于處理3（除5月16日左右外），之后處理2和處理3趨于一致且均高于處理1。10～15 cm土層的土壤溫度為21.1～29.0℃，在7月5日之前處理1和處理2溫度均高于處理3，7月15日之后各處理溫度趨于一致?？梢?jiàn)，15：00時(shí)全生物降解地膜膜下土壤溫度與聚乙烯地膜基本持平。

2.1.3 19：00時(shí)膜下不同深度的土壤溫度 從圖7～9可以看出，不同覆膜處理在0～5、5～10、10～15 cm土層對(duì)應(yīng)的土壤溫度變化趨勢(shì)總體呈“W”形變化，且溫度均在5月26日最高、6月15日最低。0～5 cm土層的土壤溫度為20.1～31.3℃，6月15日之前處理3溫度均低于處理1和處理2，之后3種覆膜處理溫度趨于一致。5～10 cm土層的土壤溫度為20.4～30.7℃.6月15日之前處理1和處理2溫度基本一致且高于處理3，6月15至7月15日3種覆膜處理溫度交替變化，7月15日之后處理3溫度高于處理1和處理2。10～15 cm土層的土壤溫度為20.8～30.0℃，在5月26日之前處理1溫度均高于處理2和處理3，5月26日至6月15日處理1和處理2溫度基本一致，之后處理1和處理3溫度基本一致且均低于處理2。說(shuō)明在適宜溫度范圍，全生物降解地膜保溫性能與聚乙烯地膜相當(dāng)。

2.2不同覆膜處理對(duì)土壤濕度的影響

從不同處理膜下10 cm土層的土壤濕度變化（圖10～12）可知，不同覆膜處理9：00、15：00、19：00時(shí)對(duì)應(yīng)的土壤濕度變化趨勢(shì)基本一致，總體呈曲折式上升，且濕度均在6月5日最低、7月5日最高。9：00時(shí)土壤濕度變化為10.8%～23.2%，6月5日之前處理1土壤濕度總體大于處理2和處理3，6月5—25日處理1和處理2基本一致且大于處理3，6月25日至7月5日3種覆膜處理濕度趨于一致。15：00時(shí)土壤濕度為11.4%～22.2%，6月5日之前處理1土壤濕度總體大于處理2和處理3，6月25日之后各處理土壤濕度基本趨于一致。19：00時(shí)土壤濕度為10.7%～22.2%，在整個(gè)監(jiān)測(cè)期，處理1和處理3濕度基本一致且總體上均大于處理2。綜上所述，隨著地膜覆蓋時(shí)間延長(zhǎng)土壤濕度增加，全生物降解地膜與聚乙烯地膜具有相同的保濕效果。

2.3不同覆膜處理對(duì)飼用玉米農(nóng)藝性狀的影響

從表2可以看出，處理3的玉米株高、葉綠素含量（SPAD值）和葉長(zhǎng)均優(yōu)于處理1和處理2，而葉片數(shù)、葉寬略低于處理1和處理2。其中株高分別高4.46、5.00 cm，葉綠素含量分別增加4.9%、4.7%，葉長(zhǎng)分別長(zhǎng)2.40、3.07 cm。說(shuō)明采用全生物降解地膜覆蓋處理的玉米株高、葉綠素含量和葉長(zhǎng)均優(yōu)于聚乙烯地膜覆蓋處理，而葉片數(shù)、葉寬略低于聚乙烯地膜覆蓋處理。

2.4不同覆膜處理對(duì)飼用玉米產(chǎn)量性狀的影響

從表3可以看出，處理3的穗長(zhǎng)、穗行數(shù)、行粒數(shù)、軸粗、穗重、單穗粒重和千粒重均優(yōu)于處理1和處理2，3種覆膜處理的禿尖長(zhǎng)差異較大，分別為處理2>處理3>處理1，各處理穗粗無(wú)明顯差別。說(shuō)明采用全生物降解地膜覆蓋處理在穗長(zhǎng)、穗行數(shù)、行粒數(shù)、軸粗、穗重、單穗粒重和千粒重均優(yōu)于2種聚乙烯地膜覆蓋處理。

由表4可知，3種覆膜處理飼用玉米的折合產(chǎn)量為6 776.47～7 017.65 kg/hm²，其中處理3最高，其次是處理1，處理2居第3位，各處理間產(chǎn)量差異不顯著（P>0.05）。與處理1相比，處理2減產(chǎn)3.19%；處理3略有增產(chǎn)，增幅為0.25%。

2.5不同處理地膜的降解

對(duì)不同處理地膜降解情況觀測(cè)可知，處理3（全生物降解膜）從覆膜后第47 d開(kāi)始出現(xiàn)降解并進(jìn)入誘導(dǎo)期，57 d進(jìn)入破裂期，87 d進(jìn)入崩解期，110 d進(jìn)入完全崩解期；在玉米生育期內(nèi)觀察到全生物降解膜未完全降解，待翻入土中降解，且在后期翻耕整地時(shí)，觀察到土壤中有極少量的農(nóng)膜殘片，未出現(xiàn)薄膜纏繞翻耕機(jī)器現(xiàn)象。而處理1（普通聚乙烯地膜）和處理2（滲水聚乙烯地膜）在玉米生育期內(nèi)，膜面僅出現(xiàn)小裂口，膜本身的彈性、韌性較好，未出現(xiàn)脆化現(xiàn)象，無(wú)法用機(jī)器翻耕，需事先人工清理。

3討論與結(jié)論

土壤溫度及土壤水分對(duì)于作物生長(zhǎng)具有重要的影響，生物降解地膜覆蓋對(duì)于土壤耕作層的水熱狀況有明顯改善，其作用與普通地膜相當(dāng)。申麗霞等研究發(fā)現(xiàn)，采用厚0.005 mm和0.008mm的可降解地膜的保水、保溫效應(yīng)及對(duì)玉米生長(zhǎng)的影響作用基本相似。李振華等研究了降解地膜覆蓋對(duì)旱地馬鈴薯影響，結(jié)果表明普通地膜與降解地膜的保溫效果無(wú)顯著差異。本研究中，不同處理膜下土壤溫度在5月底達(dá)到最高，而在6月和7月有所降低，可能是因?yàn)樵撛囼?yàn)?zāi)攴?月底以晴天為主，6月和7月多以陰雨天為主、氣溫較低造成的。綜合來(lái)看，覆蓋全生物降解地膜在提高土壤的溫度與濕度方面效果明顯，隨著時(shí)間增加，對(duì)土壤的保溫保墑作用更加顯著，且與聚乙烯地膜的保溫保墑作用相當(dāng)。

覆膜能夠改善土壤水、肥、氣、熱等條件，會(huì)進(jìn)一步影響土壤理化性質(zhì)與作物生長(zhǎng)狀況，從而對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量產(chǎn)生影響。在玉米研究方面，劉群等研究發(fā)現(xiàn)，與不覆膜相比，覆蓋生物膜能顯著增加玉米穗上葉、穗位葉、穗下葉葉面積等和產(chǎn)量，其效果與普通膜之間差異不顯著。白雪等研究了旱地玉米不同類型地膜覆蓋模式對(duì)農(nóng)田水熱效應(yīng)和玉米產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明，生物降解地膜能夠顯著提高玉米的產(chǎn)量。

生物降解地膜的降解速率和強(qiáng)度因原材料組成、氣候條件、土壤環(huán)境、作物類型等因素的差異而表現(xiàn)不同。何文清等研究發(fā)現(xiàn)，覆膜后30天左右的淀粉基全生物降解地膜已經(jīng)出現(xiàn)嚴(yán)重的裂縫，覆膜60 d后已完全降解為大的碎片，完全失去了增溫保墑的功能。趙愛(ài)琴試驗(yàn)結(jié)果表明，覆膜20 d后的生物降解地膜表面開(kāi)始出現(xiàn)裂縫且韌性下降，覆蓋30 d后地膜逐漸裂解成塊狀并粘附于土壤表面。有學(xué)者在研究中發(fā)現(xiàn)，生物降解地膜覆蓋30 d后開(kāi)始出現(xiàn)裂縫和裂口，膜面變薄、韌性變差，而且隨著地膜厚度增加，其降解速度減緩。在本研究中，全生物降解地膜的降解時(shí)期遲于其他學(xué)者研究中的生物降解膜，可能與種植地域環(huán)境有關(guān)，即因?yàn)楦拭C張掖氣候干燥，氣溫相對(duì)較低，降解地膜誘導(dǎo)期發(fā)生相對(duì)比較遲緩，對(duì)應(yīng)的降解速度和降解強(qiáng)度也較低，增溫保墑的功效期有所延長(zhǎng)，因此全生物降解地膜的碎裂期基本滿足本試驗(yàn)飼用玉米生長(zhǎng)的要求。

本研究結(jié)果表明，在飼用玉米生長(zhǎng)前期，全生物降解地膜處理的保溫保濕能力略低于普通聚乙烯地膜處理；而在玉米生長(zhǎng)的中后期，全生物降解地膜處理與聚乙烯地膜處理的溫濕度沒(méi)有明顯差異。從作物生長(zhǎng)情況看，全生物降解地膜覆蓋處理可以提高飼用玉米株高、葉綠素含量和葉長(zhǎng)，但產(chǎn)量與聚乙烯地膜處理差異不顯著。全生物降解地膜處理在飼用玉米播種后47 d開(kāi)始進(jìn)入誘導(dǎo)階段，隨著生育進(jìn)程地膜逐漸變薄、脆化，收獲時(shí)大部分地膜完全崩解，雖然地膜未完全降解但降解趨勢(shì)明顯。普通聚乙烯地膜處理在飼用玉米整個(gè)生長(zhǎng)階段都維持著較好機(jī)械性能和膜面的完整性。全生物降解地膜降解趨勢(shì)明顯，可作為一種環(huán)境友好型材料，有效解決農(nóng)田白色污染，免去農(nóng)膜回收工作，在一定程度上可以替代普通地膜。綜合來(lái)看，全生物降解地膜在飼用玉米上使用效果較好，具有較好的推廣應(yīng)用前景。