全生物降解地膜降解性能對土壤溫度、豇豆生長及產量的影響

翁小倩 謝 茵

（海南省農業生態與資源保護總站 海南 ?？?571100）

地膜覆蓋技術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、蔬菜等農作物的產量，在我國被廣泛應用[1-2]。海南省農用地膜使用量每年高達數萬噸，大量使用以聚乙烯為主要成分的普通化學地膜，這種普通地膜難以在自然條件下降解，導致田間殘膜污染嚴重，造成土壤性質惡化，最終可破壞整個農業生態環境，給農作物生產帶來較大的負面影響。全生物降解地膜是由新型環?？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，對作物的產量和生長具有一定的影響，降解地膜處理的產量與普通地膜無明顯差異[3-8]。2020年12月1日起海南島實施“禁塑令”，全生物降解地膜可作為傳統普通化學地膜的替代產品，其研發、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，通過觀測各參試全生物降解地膜的農田覆蓋效應、作物生長狀況、產量及其降解性能，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 試驗區概況

本試驗選擇的地塊位于海南省農業科學院永發基地，0～20 cm土層土壤理化性質見表1?；厮巺^域屬熱帶季風氣候區，高溫多雨，干濕季節明顯。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。生產上主要受“清明風”“干熱風”“寒露風”“臺風”和早春連續陰雨、暴雨等天氣影響。

表1 試驗地土壤理化性質

1.2 供試材料

供試的全生物降解地膜分別由國內6家不同企業提供，編號設為A、B、C、D、E、F（表2），設普通PE地膜（CK1）和裸地（CK2）為對照組，共計8個處理。

表2 供試地膜產品情況

1.3 試驗設計

1.3.1 覆膜栽培試驗 供試作物為豇豆，品種為樂豇1號，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。試驗設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個處理，每個處理設3次重復，共24個處理，隨機排列。每個處理覆膜長度為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，作物栽培區四周設置保護行。

1.3.2 填埋試驗 試驗設6種全生物降解地膜A、B、C、D、E、F和普通PE地膜（CK1）共7個處理，每個處理設3次重復，共21個處理，隨機排列。將地膜試驗樣品分別裁剪成40 cm×30 cm大小，稱量后填埋入農田土壤深度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，并稱量計算其失重率。

1.4 觀測記載指標

1.4.1 地膜降解性能 通過田間覆蓋栽培試驗和填埋試驗對全生物降解地膜降解性能進行評價。田間覆蓋栽培試驗使用目測法通過定期觀察地膜表面不同的變化進行降解性能評價[9]，在每個處理處設觀測點，定期觀察記載地膜破裂程度,通常為5個階段：誘導期，地膜表面開始出現小裂縫時期；開裂期，地膜表面開始出現大裂縫時期；大裂期，地膜表面降解為大碎塊；碎裂期，地膜表現已經無完整大面積殘膜存在，仍有小碎塊時期；無膜期，已經完全降解無可見地膜時期[10-12]。填埋試驗采用目測法和計算膜失重率法來進行評價。失重率計算公式：

1.4.2 土壤溫度 采用鉑電阻地溫傳感器配套數據采集系統測定土壤溫度，設備為美國產HOBO溫度自動記錄探頭裝置。每個小區埋設一個地溫儀，探頭埋設深度10 cm，每60 min記錄1次數據。

1.4.3 豇豆生育期和產量 在豇豆生長過程中記錄生育期，包括播種、發芽期、幼苗期、伸蔓期、開花結莢期和收獲期，生育期的日期以小區50%以上植株進入該生育期為標志作物。以試驗小區實收的豇豆產量折算為每公頃豇豆產量。

1.5 數據分析

采用WPS Office和SPSS 26進行數據處理分析并作圖。

2 結果與分析

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入誘導期，D處理最早進入誘導期，在覆膜68 d；其他依次是B、E、F、C處理，在覆膜70 d左右進入誘導期；誘導期最長的是A處理，需要85 d。E處理最早進入碎裂期，在覆膜145 d；其次是F處理，在覆膜155 d進入碎裂期；A和D處理在覆膜175 d后進入碎裂期；B和C處理在覆膜184 d后進入碎裂期。除了A、B、E處理在下茬作物整地種植前未出現無膜期外，D、F處理在覆膜184 d和C處理在覆膜215 d均出現無膜期。

表3 不同覆膜栽培試驗降解時間（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左右出現不同程度的降解，降解程度達到碎裂期，失重率在14%～89%之間；在填埋180 d進入無膜期，達到完全降解程度。

表4 不同地膜填埋試驗降解情況

2.2 不同處理對豇豆生育期和產量的影響

由表5可知，不同處理對豇豆生育期的影響無顯著差異，均在播種后7 d進入發芽期，在播種后65 d后進入收獲期。表明全生物降解地膜、普通PE地膜、裸地對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，豇豆產量表現為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地膜對豇豆的產量一樣具有促進作用；7種不同覆膜處理的豇豆產量均高于CK2，其中D處理的豇豆產量顯著高于CK2，達到差異極顯著水平，其他6種不同覆膜處理的豇豆產量雖均略高于CK2，但差異不顯著，表明D處理具有一定的增產效果。

圖1 不同處理豇豆的產量

2.3 不同處理對土壤溫度的影響

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，覆膜當天,6種全生物降解地膜處理的土壤溫度均高于CK1和CK2，達到差異顯著水平，CK1和CK2的土壤溫度略有差異，未達到差異顯著水平；播種時，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，均達到差異極顯著水平，A處理的土壤溫度也明顯高于CK2，達到差異顯著水平；在發芽期，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，均達到差異極顯著水平，D處理的土壤溫度高于CK1,達到差異顯著水平,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，但未達到顯著水平，7種覆膜處理的土壤溫度均明顯高于CK2，且達到差異極顯著水平；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，均達到差異極顯著水平，A處理的土壤溫度明顯低于CK2，達到差異極顯著水平；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達到差異極顯著水平，C、D處理均與CK2達到差異顯著水平；在開花結莢期，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處理達到差異極顯著水平，CK1均與A、F處理土壤達到差異顯著水平，CK2除了與D處理的土壤溫度達到差異顯著水平外，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的土壤溫度達到差異極顯著水平，在這時CK2仍然比其他覆膜處理的土壤溫度較低，其中CK2均與E、CK1的土壤溫度達到差異極顯著水平，CK2均與D、F處理間的土壤溫度達到差異顯著水平，CK2均與A、B、C處理間的土壤溫度未達到差異顯著水平。

圖3 不同處理不同時期的土壤溫度

3 討論與結論

全生物降解地膜可在自然條件下自行降解，減少殘膜污染，保護土壤環境[13]。根據地膜的組成成分、分解方式和降解時間，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用上更推薦使用生物降解地膜[14]。本研究表明，該地區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出現誘導期，在覆膜145～184 d后陸續出現碎裂期，此時豇豆已完全收獲，且填埋試驗中6種不同全生物降解地膜在97 d左右進入碎裂期，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一步試驗。

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、提高作物產量等作用[15-17]。本研究結果表明，6種不同全生物降解地膜處理分別較普通PE地膜（CK1）處理產量略增高，但未達到差異顯著水平，7種不同地膜處理的豇豆產量均高于裸地（CK2）處理，其中D處理的豇豆產量顯著高于裸地（CK2），達到差異極顯著水平，其他不同覆膜處理的豇豆產量雖略高于CK2，但未達到差異顯著水平，表明全生物降解地膜提高作物產量的效果同普通PE地膜相當，全生物降解地膜替代普通PE地膜在海南豇豆種植生產中推廣應用是可行的，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、光合面積區域穩定和外界環境條件不同的影響，覆膜栽培的增溫保墑作用存在區域的差異性，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]。本研究發現，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，當時正值海南冬季，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量方面與普通PE地膜作用相當，全生物降解地膜既能發揮普通地膜的保溫性能，滿足作物生長發育需求，提高作物產量，又因其可降解的性能可減少田間農膜殘留污染現象，因此全生物降解地膜替代普通地膜在海南農業生產中推廣應用意義重大。本研究實施結果為1年的數據，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際表現，需要在不同地區和不同作物上開展連續的試驗，才能取得可靠的數據。雖然全生物降解地膜可有效解決農膜殘留問題，但全生物降解地膜的價格高于普通地膜，農民對全生物降解地膜經濟成本的接受程度仍然需要一個過程，其降解后碎片的成分對生態環境的影響也還待于進一步研究。