全生物降解地膜對南疆花生產量及土壤理化性質的影響

王 斌，萬艷芳，王金鑫，孫九勝，槐國龍，呂彩霞，崔 磊

(新疆農業科學院土壤肥料與農業節水研究所，新疆 烏魯木齊 830091)

自1979年地膜覆蓋栽培技術在我國試驗、應用、推廣以來，我國農作物的產量和效益得到顯著提高[1]。我國每年地膜的生產和使用量都在持續攀升，地膜已成為我國化肥、農藥之后的第三大農業生產資料[2]。然而，地膜覆蓋栽培在極大地促進農業生產發展的同時，其對我國生態環境的負面影響也越來越明顯：土壤中的殘膜累積越來越多，耕層土壤結構、透氣性越來越差，殘膜累積對作物根系發育及對水分、養分的吸收造成嚴重影響，嚴重污染生態環境[3-6]。因此，使用降解地膜成為解決農田土壤殘膜污染問題的重要手段[7-9]。

在花生栽培生產中，使用地膜栽培具有保肥、保墑、增溫、防雜草和縮短花生生育期及時收獲搶占市場、提高經濟收益等優點[10]。據報道，地膜花生比裸地花生栽培平均增產900～1350 kg/hm2、增收3000～4500元/hm2[11]。目前，降解膜研究主要集中在原材料組成、降解性能、應用作物以及降解地膜種類對比等方面，對南疆干旱區降解地膜大田應用的系統化研究較少[12-14]。本研究針對南疆降解地膜覆蓋對花生產量和土壤理化性質的影響展開系統研究，以期為全生物降解地膜在新疆的大面積應用提供一定數據支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗區位于阿克蘇地區拜城縣農業試驗站。該區域位于天山中部南麓、卻勒塔格山北緣山間盆地、渭干河流域上游，屬于溫帶大陸性干旱氣候，夏季涼爽、冬季寒冷，極端最高與最低氣溫分別為38.3℃和-28℃，年平均氣溫7.6℃，無霜期133～163 d，年均降水量171 mm，年均日照時長2790 h。試驗區不同土層土壤基礎理化性狀見表1。

表1 基礎土壤性狀

1.2 試驗設計

試驗處理為PBAT型全生物降解地膜(產自新疆康潤潔環?？萍脊煞萦邢薰?，以下簡稱為“降解膜”)、普通聚乙烯PE地膜為對照(CK)，設置2個處理，重復3次。試驗區面積1333 m2，處理膜寬80 cm，膜厚0.01 mm；壟寬70 cm，壟高20 cm，溝寬50 cm；一壟一膜一管兩行、膜下滴灌、機械覆膜。試驗播種方式、肥料用量、種植與管理等同當地大田一致。2017年5月10日播種，10月10日收獲。試驗灌水方案見表2。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 地膜降解程度

花生生育期每15d定點采集地膜照片，用《地膜孔洞面積提取軟件V2.0》對采集的照片進行圖像處理，得到地膜自然降解破損率(即降解率)。

表2 花生田間灌水時間與用量

1.3.2 測產

每個處理隨機選取5個點，每點按照1壟寬、5 m長測定所有花生質量。

1.3.3 土壤溫濕度

采用L99-TWS-3型號的土壤溫度水分記錄儀(產自上海發泰精密儀器儀表有限公司)，對膜下5 cm、15 cm和25 cm土層的土壤溫度和水分進行連續不間斷測定、監測時間間隔為2 h，測定時間段為6月2日-10月11日。

1.3.4 土壤理化性質測定

花生播種前及不同生育期，以“S”形取樣法在每個試驗地取0～20 cm和20～40 cm土層土樣，每個處理3次重復，測定土壤速效氮磷鉀、土壤總鹽、土壤有機質和土壤pH。土壤pH、有機質、速效氮、速效磷、速效鉀和總鹽分別用pH計法、重鉻酸鉀外加熱法、堿解擴散法、鉬銻抗比色法、火焰光度計法和烘干質量法測定[15]。

1.3.5 數據分析與處理

采用SPSS 16.0和Excel 2016對數據進行處理與分析，處理間比較采用獨立樣本T檢驗法。

2 結果與分析

2.1 花生不同生育時期降解膜降解率

南疆栽培花生鋪設降解地膜后，第30 d開始出現破損裂解，到第166 d收獲期時，降解膜已大部分破損。圖1顯示，隨著花生生育進程，降解膜的破損率(降解率)逐漸增大。其中，6-8月降解率相對較小，介于3.1%～13.6%；到10月收獲期降解率達到28.59%最大值?；ㄉ趦?，對照PE膜沒有發生降解破損，故圖1僅顯示降解膜處理破損率。

圖1 花生不同生育時期降解膜破損率Fig. 1 Degradation rate of biodegradable mulch film in peanut at different growth stages

2.2 降解膜對土壤溫濕度的影響

2.2.1 花生生育期土壤溫度變化

降解膜和CK在花生生育期0～30 cm土層的土壤溫度變化趨勢基本一致，即均隨花生生育進程逐漸減小(圖2)?？傮w來看，降解地膜覆蓋下的土壤溫度略高于CK，降解膜的平均土壤溫度較CK高0.35℃。

從膜下5 cm、15 cm和25 cm不同土層來看，兩處理的平均土壤溫度均隨花生生育進程逐漸減小，且均為降解膜略高于CK(圖2)。其中，降解膜處理在膜下5 cm、15 cm和25 cm的平均土壤溫度分別較CK高0.38℃、0.39℃和0.27℃。

圖2 各處理花生生育期不同土層溫度變化Fig. 2 The temperature variation in different soil layers of peanut growth period

2.2.2 花生生育期不同土層土壤溫度變化

隨著土層深度(5 cm、15 cm和25 cm)的增加，花生6-10月生長發育期間，降解膜處理與CK的平均土壤溫度均無較大變化，且兩處理間平均土壤溫度均無顯著差異(p>0.05)(圖3)。

2.2.3 花生生育期土壤濕度變化

降解膜和CK覆蓋下的花生生育期0～30 cm土層平均土壤含水率變化基本一致，降解膜覆蓋處理的平均土壤含水率略高于CK(高2.08%)(圖4)。

從不同土層看，兩處理下，5 cm、15 cm和25 cm土壤平均土壤含水率均隨著花生生育進程、變化趨勢基本一致(圖4)。膜下5 cm和25 cm處的土壤平均含水率，降解膜分別高出CK3.39%和4.74%；而膜下15 cm處則較CK低1.89%。

2.2.4 花生生育期不同土層土壤濕度變化

隨土層深度增加，降解膜和CK下的花生平均土壤含水率呈逐漸增大趨勢，即花生生育期平均土壤含水率表現為膜下25cm>15cm>5cm(圖5)。膜下5 cm和25 cm的平均土壤含水率，降解膜處理顯著高于CK(p<0.05)，而膜下15 cm處，降解膜處理顯著小于CK(p<0.05)。

2.3 降解膜對土壤容重的影響

表3可得出，花生生育期內(7月6日、10月11日)，降解膜與CK處理在0～20 cm和20～40 cm土層的土壤容重無顯著差異(p>0.05)。表明降解膜處理對花生生育期土壤容重無顯著影響。

圖3各處理花生全生育期不同土層平均溫度變化

Fig.3 Theaveragetemperaturevariationofthedifferentsoillayersinthewholegrowthperiodofpeanut

圖5各處理花生全生育期不同深度平均土壤含水率變化

Fig.5 Theaveragesoilmoistureratevariationofthedifferentsoillayersinthewholegrowthperiodofpeanut

圖4 各處理花生生育期不同土層深度平均土壤含水率變化Fig. 4 The average soil moisture rate variation in different soil layer and growth periods of peanut

土層Soil layer時間Time處理Treatment 容重/(g·cm-3)Bulk density 7月6日 降解膜 Biodegradable mulch film1.31±0.10 a0～20July, 6CK1.31±0.07 a/cm10月11日 降解膜 Biodegradable mulch film1.50±0.16 aOctober, 11CK1.37±0.07 a 7月6日 降解膜 Biodegradable mulch film1.53±0.01 a20～40July, 6CK1.51±0.01 a/cm10月11日 降解膜 Biodegradable mulch film1.57±0.04 aOctober, 11CK1.54±0.05 a

注： ① 平均值±標準差； ② 不同字母表示差異顯著(p<0.05)。下同。

Note: ① Mean value ± standard deviation; ② Difference letters indicates significant difference (p<0.05). The same below.

2.4 降解膜對土壤養分等指標的影響

表4可得出，花生生育期內，降解膜與CK處理在0～20 cm和20～40 cm土層的土壤養分(土壤速效氮、速效磷、速效鉀)、土壤pH和土壤總鹽間均無顯著差異(p>0.05)。表明降解膜處理對花生生育期土壤速效養分、鹽分、土壤pH等均無顯著影響。

2.5 降解膜對花生產量的影響

與CK相比，降解膜處理花生產量略有降低，減產率為1.18%，處理間差異不顯著(p>0.05)(表5)。表明與普通PE膜比較，降解膜覆蓋對花生產量無顯著影響。

表4 不同處理花生0～20 cm和20～40 cm土層土壤養分變化

注：取樣時間分別為2017年6月8日(地膜破損時)和10月11日(收獲期)。

Note: The sampling time were June 8 (when the film was damaged) and October, 11 (harvest period), respectively.

表5 不同處理花生產量

3 討 論

降解地膜的降解程度和速度受原材料組份、生產加工工藝、誘導期時間設計等差異而有所不同[16]。選擇降解速度和時間合適的降解地膜產品類型是保障作物高產、高效并且降低農田地膜殘留污染的重要手段和方法[17]。趙愛琴等[13]表明，覆蓋降解地膜20 d后地膜出現裂紋，30～40 d后地膜降解成碎塊狀且粘在土壤表面；到作物成熟期土壤表面已無明顯地膜存在。沈宏等[18]研究表明，誘導期時間短的降解膜，當覆膜26 d時即出現裂解，隨后地膜裂解程度逐漸增大，到120 d左右時地膜基本無大塊存在。本研究中，覆蓋降解膜30 d時膜面出現裂隙，隨后地膜膜面韌性強度下降，地膜裂解成大的碎片，當花生生長166 d時，地膜膜面大部分裂解。雖然不同降解地膜的降解強度和速度各有差異，但其降解原理與過程基本類似。

降解膜覆蓋因能顯著改善農田耕作層土壤的水熱狀況，所以其保墑、保溫效果與普通聚乙烯地膜相近[2，19-23]。申麗霞等[16]研究發現，覆蓋降解地膜相比普通聚乙烯地膜土壤溫度增高。王星等[22-24]研究表明，降解地膜和普通聚乙烯地膜在土壤保溫、保墑和作物增產方面效果基本一致。王鑫等[25]研究顯示，玉米生育前期，降解膜有顯著的土壤保溫、保墑效果。此結論與本試驗結果相似，即降解地膜0～30cm平均土溫較PE地膜高0.35℃、土壤含水率較PE地膜高2.08%。然而，趙彩霞等[26]研究顯示，生物降解地膜較普通聚乙烯地膜平均土溫低2～3℃。李榮等[27]研究發現，玉米苗期土壤平均溫度生物降解膜較普通膜低0.4℃。這一結論應該與降解地膜材料、厚度以及當地降雨、太陽輻射、作物類型等對土壤和地膜的作用有關[28]。降解地膜降解期適中，能保持較好的水熱狀況，維持較好的土壤養分環境，滿足花生不同生育時期對土壤溫度、水分的需要，使作物產量與普通地膜差異不顯著，具有廣闊的應用前景。

4 結 論

① 降解膜在花生生育期6-8月破損率較小(3%～14%)，到10月顯著增大(29%)。

② 花生生育期，降解膜與普通PE地膜的土壤溫度和水分變化趨勢基本一致。降解膜0～30 cm平均土壤溫度較普通PE地膜高0.35℃，其中，5cm、15cm和25cm分別較普通PE地膜高0.38℃、0.39℃和0.27℃，但兩處理間的平均土壤溫度均無顯著差異。降解膜0～30 cm平均土壤含水率較普通PE地膜高2.08%，其中，5 cm和25 cm分別較普通PE地膜高3.39%和4.74%(p<0.05)，而膜下15 cm的低1.89%(p<0.05)。

③ 與普通PE地膜比較，降解膜對花生不同生育期(7月和10月)和不同土層(0～20 cm和20～40 cm)的土壤容重無顯著影響。

④ 與普通PE地膜對比，降解膜對花生不同生育期(6月和10月)、不同土層(0～20cm和20～40cm)的土壤速效氮磷鉀養分、鹽分及土壤pH均無顯著影響。降解膜對花生產量也無顯著影響。