可降解地膜的降解性研究

李學(xué)凱　呂廷波　種法政　石培君　杜繼兵　葛陽(yáng)

摘要[目的]為解決田間殘膜給棉花產(chǎn)區(qū)帶來(lái)的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題奠定基礎(chǔ)。[方法]通過(guò)在石河子大學(xué)試驗(yàn)站的田間試驗(yàn)，探討可降解地膜的降解性。[結(jié)果]填埋試驗(yàn)與地表覆蓋試驗(yàn)結(jié)果表明埋深15～25 cm的可降解膜降解最快。與普通地膜相比，可降解膜能夠起到一定的增溫保墑作用。[結(jié)論] 在棉花生產(chǎn)中可用可降解膜代替普通地膜，以緩解農(nóng)膜殘留造成的白色污染。

關(guān)鍵詞 降解地膜；可降解性；研究

中圖分類號(hào) S181.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2015）11-048-02

地膜是新疆棉花種植過(guò)程中不可或缺的生產(chǎn)資料。地膜覆蓋技術(shù)促進(jìn)了新疆棉花的種植，提高了棉花的產(chǎn)量。自20世紀(jì)80年代新疆引入地膜覆蓋技術(shù)以來(lái)，新疆的棉花生產(chǎn)得到了迅速發(fā)展，棉花產(chǎn)量也得到了客觀增長(zhǎng)。目前，新疆每年棉花播種面積超過(guò)133.4萬(wàn)hm2，全部采用地膜覆蓋，每年地膜用量將近10萬(wàn)t。隨著地膜使用量的不斷增加，越來(lái)越多的殘膜留在土壤中，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及農(nóng)田生態(tài)環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重的負(fù)面影響，造成耕地地力下降、土壤受到污染、農(nóng)事操作受阻以及棉花減產(chǎn)等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題和經(jīng)濟(jì)問(wèn)題[1-2]，對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境構(gòu)成了“白色污染”，影響和制約著新疆農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[3]。針對(duì)田間殘膜給棉花產(chǎn)區(qū)帶來(lái)的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)各農(nóng)作物生態(tài)區(qū)將開展生物降解農(nóng)膜的覆膜效應(yīng)研究，兵團(tuán)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站將進(jìn)行46.67萬(wàn)hm2以上生物降解農(nóng)膜的示范和推廣等相關(guān)工作。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于新疆石河子市市郊，是我國(guó)兩北內(nèi)陸主要覆膜棉區(qū)。新疆石河子位于85°～86°E， 43°～45°N，屬于典型大陸性干旱氣候，該地區(qū)光熱資源比較豐富，全年日照時(shí)數(shù)2 526～2 874 h，生長(zhǎng)季日照時(shí)數(shù)為l 900～2 000 h，年均氣溫6.6 ℃，≥0 ℃活動(dòng)積溫3 900～4 100 ℃，無(wú)霜期160 d左右，年均降水量125.0～207.7 mm，年蒸發(fā)量1 946 mm。主要農(nóng)作物為棉花、小麥、玉米、甜菜、油葵，一年一熟。試驗(yàn)地位于新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)的石河子大學(xué)實(shí)驗(yàn)站，實(shí)驗(yàn)站的土壤有壤土、鹽堿土、沙土等不同土質(zhì)的土壤。

1.2 試驗(yàn)材料

地膜為兵團(tuán)在準(zhǔn)備推廣的可降解膜和普通地膜；棉花為石河子大田常見的棉花。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1填埋試驗(yàn)。將降解膜試樣剪成相同大小的條狀， 埋入測(cè)坑土壤中，埋土深度分別為5、10、15、20、25、30、35和40 cm，每個(gè)深度分別埋入5條，埋土后每隔15 d取出并觀察降解膜的降解情況。

1.3.2地表覆蓋試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)覆生物降解地膜、普通聚乙烯地膜、不覆地膜3個(gè)處理，各有壤土，鹽堿土與沙土3種不同土壤的對(duì)照，各個(gè)測(cè)坑隨機(jī)排列，小區(qū)面積3 m×5 m，試驗(yàn)田采用行距為（30+60+30+30）cm，株距10 cm，滴灌帶鋪設(shè)為1膜2管的種植模式。灌水處理分為漫灌與膜下有壓滴灌，所有處理灌水次數(shù)相同，灌水量相同。試驗(yàn)田4月播種，其他種植管理方式與大田生產(chǎn)相同。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.4.1填埋試驗(yàn)。

填埋試驗(yàn)評(píng)價(jià)采用目測(cè)法，將地膜降解過(guò)程分為4個(gè)階段：第1階段，開始出現(xiàn)小裂縫的時(shí)間階段；第2階段：肉眼清楚看到大裂縫階段；第3階段：地膜已經(jīng)裂解成大碎塊，沒有完整的膜面，出現(xiàn)膜崩裂的階段；第4階段：地面無(wú)大塊殘膜存在，雖仍有微小的碎片的時(shí)間階段，但對(duì)土壤和作物已無(wú)影響，即為完全降解階段。通過(guò)定期的人為肉眼觀測(cè)，記錄地膜顏色、形態(tài)以及表面完整情況的變化情況，以測(cè)試不同深度可降解膜的降解效果，完善降解地膜在田間的應(yīng)用技術(shù)。

1.4.2 地表覆蓋試驗(yàn)。

地表覆蓋試驗(yàn)要測(cè)量棉花的地溫、土壤含水量、棉花出苗率、棉花葉面積和產(chǎn)量，以明確可降解地膜對(duì)于棉花的生長(zhǎng)開花和產(chǎn)量的作用效果。

1.4.2.1地溫測(cè)定。采用地溫計(jì)每隔固定天數(shù)測(cè)定各小區(qū)膜下5、10、15、20、25 cm土層深度的地溫，測(cè)量時(shí)間為8：30～20：30，每隔1 h測(cè)量1次。

1.4.2.2土壤含水量的測(cè)定。

采用中子儀定期對(duì)土壤含水量進(jìn)行觀測(cè)，測(cè)定深度為10、20、30、40、50、60、70、90和110 cm。

1.4.2.3棉花出苗率的測(cè)定。采用目測(cè)估計(jì)法對(duì)使用可降解膜、普通地膜、無(wú)地膜覆蓋的各個(gè)測(cè)坑棉花出苗的早晚日期和出苗情況進(jìn)行估計(jì)并記錄。

1.4.2.4棉花葉面積的測(cè)定。采用公式法對(duì)棉花的葉面積進(jìn)行估算，使用直尺對(duì)棉花的邊長(zhǎng)大于2 cm的每個(gè)葉片進(jìn)行測(cè)量長(zhǎng)和寬并記錄，并且認(rèn)為葉片面積=長(zhǎng)×寬×0.75，將棉花的所有葉片面積相加即可得到1棵棉花植株的葉面積。

1.4.2.5棉花產(chǎn)量的測(cè)定。將棉花采摘后使用電子秤進(jìn)行稱重，測(cè)定棉花產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析采用Excel、DPS9.5和SPSS 10.0等軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 降解地膜與普通地膜的降解情況對(duì)比

降解地膜在埋藏1個(gè)多月后即開始顯著降解，而此時(shí)普通地膜則沒有顯著降解跡象；在棉花到收獲期以后可降解膜已經(jīng)完成初步降解，而普通地膜仍然有大量殘留；在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，可降解膜的降解程度始終高于普通地膜；經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，在地表以下15～25 cm埋藏的可降解膜的降解程度與降解速率最大。

2.2 可降解地膜和普通地膜對(duì)地溫的影響

土壤溫度在棉花前期生長(zhǎng)中的作用十分重要。根據(jù)4～9月田間溫度觀測(cè)結(jié)果，結(jié)果表明從2種降解膜土壤溫度變化來(lái)看，在前期由于降解地膜膜面完整，保溫效果與普通地膜相比差異不大，降解膜的保溫效果比普通地膜要略好，因而覆蓋可降解薄膜的測(cè)坑內(nèi)的棉花出苗率略高于覆蓋普通地膜的測(cè)坑棉花或者二者相近。到后期，隨著降解膜膜面的降解破裂，膜內(nèi)溫度迅速下降，明顯低于普通膜，保溫效果開始迅速下降。

2.3 不同降解地膜對(duì)耕層土壤水分的影響

降解速度不一樣，導(dǎo)致其覆蓋下土壤水分也不一致。在整個(gè)棉花生長(zhǎng)前期，降解膜由于膜面完整，保墑效果與普通地膜差異并不顯著；在棉花生長(zhǎng)后期，由于可降解地膜已大部分降解破裂導(dǎo)致膜面降解破裂從而使得其保墑效果低于普通地膜。土壤含水量的研究結(jié)果也表明地膜的完整性對(duì)于保水效果具有決定作用。表面越完整，保水效果越好。

3 小結(jié)

該研究中地表覆蓋試驗(yàn)與填埋試驗(yàn)的結(jié)果也表明，與普通地膜相比可降解膜能夠起到一定的增溫保墑作用。因此，棉花生產(chǎn)可用可降解膜代替普通地膜，以緩解農(nóng)膜殘留所造成白色污染，且需完善配套相應(yīng)的栽培技術(shù)。降解膜在土壤中的降解速度要比地表覆蓋部分的降解速度慢，主要是由于不同的環(huán)境因子作用所致。地表覆蓋部分的膜降解主要受地表溫度、水分和太陽(yáng)光紫外線輻射等因子的影響。一般認(rèn)為，紫外線越強(qiáng)，地表溫度越高，水分越大，降解速率越快，降解程度越高。填埋部分的降解主要受土壤微生物作用和土壤含水量的影響，而微生物的活性和土壤水分和溫度有直接的關(guān)系。該試驗(yàn)結(jié)果也表明，新疆地區(qū)由于晝夜溫差大，降雨量少，氣候干燥，影響了土壤微生物的活性，導(dǎo)致了填埋試驗(yàn)中降解速率的下降。究其原因，可能是因?yàn)榻到獾啬儆谛滦蜕锊牧希浣到庠霎a(chǎn)作用要通過(guò)系統(tǒng)的田間試驗(yàn)驗(yàn)證，今后應(yīng)在不同的氣候條件下進(jìn)行深入研究。

參考文獻(xiàn)

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[3] 趙彩霞，何文清，劉爽，等.新疆地區(qū)全生物降解膜降解特征及其對(duì)棉花產(chǎn)量的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2011，30（8）：1616-1621.