鮮食玉米應用不同厚度PBSA降解膜效果研究

安穎蔚+史書強+馮良山+張鵬

摘要：共聚物聚丁二酸/己二酸-丁二醇酯（PBSA）是當前一種較為理想的降解地膜材料，對4、6、8、10、12 μm 5種厚度PBSA降解膜在鮮食玉米生產中的應用效果進行了研究。結果表明，隨著降解地膜厚度的增加，地膜降解時間不斷延后，降解速率不斷下降，且下降幅度逐漸增大。鮮食玉米收獲時，4 μm地膜破損嚴重，降解基本完成；6、8 μm地膜降解現象明顯；10、12 μm地膜出現降解現象，但并不明顯。地膜厚度對0～50 cm土壤水溫影響較小，但降解時間和降解程度對土壤水溫具有明顯影響。覆蓋4、6 μm地膜處理在鮮食玉米生長后期，其土壤溫度和水分明顯低于覆蓋8、10、12 μm地膜處理。5種處理中，覆蓋4 μm地膜鮮食玉米產量最低，且穗長最短、禿尖最大、穗粗最細、行粒數最少、鮮百粒質量最低；覆蓋6 μm地膜的鮮食玉米產量也較低，其禿尖長度、穗粗和百粒鮮質量3項產量性狀指標均低于覆蓋8、10、12 μm地膜處理；覆蓋8、10、12 μm地膜處理間鮮食玉米產量差異不顯著。綜合地膜生產成本因素，鮮食玉米應用PBSA降解地膜的理想厚度為8 μm。

關鍵詞：降解地膜；地膜厚度；降解速率；土壤溫度；土壤含水量；鮮食玉米

中圖分類號： S513.04文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2017）10-0045-03

隨著我國鮮食玉米消費市場和鮮食玉米產業的迅速發展，鮮食玉米生產已成為農民增收的重要途徑[1-2]，尤其當前我國正在實施農業“調結構、穩增長、促發展”重大戰略，部分地區普通粒用玉米的種植面積將被壓縮[3]，這為鮮食玉米產業提供了巨大的發展空間[4]。但是鮮食玉米對上市時間要求較高，一般采用復種方式種植，多數采用地膜覆蓋的方式進行生產。地膜覆蓋具有增溫、保水、促進作物提前成熟等作用，據相關數據統計，我國農作物地膜覆蓋種植面積從1981年的1.5萬hm2增加到2012年的1 758.2萬hm2，地膜用量達到131萬t[5]。由于我國當前使用的地膜較薄、作物收獲后機械回收較為困難、人工回收成本較高，造成農田殘膜污染問題越來越嚴重[6]。嚴昌榮等調查發現，新疆石河子地區農田地膜殘留量平均達到300.65 kg/hm2，并且殘留量還呈增加趨勢[7]，有研究表明其年均增加速度約為11.2 kg/hm2[8]。嚴重的農田殘膜污染問題不僅影響了環境，而且還影響作物生長、阻礙土壤水肥運移，降低土壤肥力。應用降解地膜是治理農田殘膜污染的有效措施，根據降解地膜的降解機理和效果，可以將降解地膜分為添加劑型可降解地膜和完全生物降解地膜2種，其中添加劑型可降解地膜是在普通塑料材料的基礎上添加具有生物降解特性的材料或助劑，典型的為聚乙烯淀粉生物降解地膜。完全生物降解地膜由完全能夠被微生物分解代謝的物質組成，其最終的產物為CO2和H2O，對生態環境無任何污染。目前有聚乳酸（PLA）、聚己內酯（PCL）、聚烴基丁酸酯（PHB）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）及其共聚物聚丁二酸/己二酸-丁二醇酯（PBSA）等，其中PBSA地膜相對PBS地膜等材料具有更好的生物降解效果[5，9]。尤其近年來PBSA價格一直呈下跌趨勢，使PBSA地膜的優勢逐漸呈現。盡管目前PBSA地膜已得到較好的應用，但是關于其適宜的覆蓋厚度，尤其對鮮食玉米的適宜覆蓋厚度鮮有研究。所以，本研究通過對不同厚度PBSA地膜在鮮食玉米上的應用效果進行研究，以期為PBSA降解地膜的大面積應用提供技術參考。

1材料與方法

1.1試驗地點與方法

試驗于2016年在遼寧省阜蒙縣阜新鎮桃李村進行，試驗設5個處理，分別為不同厚度的降解地膜，T1～T5厚度分別為12、10、8、6、4 μm，每個處理3次重復，每個試驗小區面積為60 m2。PBSA降解地膜購自廣州金發科技股份有限公司，顏色為白色。玉米品種為黑龍江省農墾科學院農作物開發研究所選育的墾黏1號，播種期為2016年4月12日。玉米采用大壟雙行地膜覆蓋種植，大壟壟距為100 cm，種植密度為52 500株/hm2，播種時施入450 kg/hm2三元復合肥（N、P2O5、K2O含量均為15%），同時深施450 kg/hm2尿素（N含量46%）。

1.2調查內容與方法

1.2.1降解膜田間降解過程觀察與測定

采用目測法，在每種地膜處理設置5個固定觀測點（1 m×1 m），從覆膜開始，每隔7 d觀察1次膜表面的變化，通過定期的人為目測，記錄地膜顏色、形態以及表面完整情況，并判斷其降解程度。

1.2.2土壤水分與溫度

在每個試驗小區中安裝一套美國DECAGON公司的ECH2O土壤水溫監測系統，記錄0～50 cm土壤體積含水量和土壤溫度（10 cm為1個測定層次）。

1.2.3鮮食玉米產量

對收獲的玉米進行及時測產，測產小區面積為20 m2，單打單收測定不同玉米品種鮮穗產量，每個小區選擇具有代表性的10個玉米鮮穗進行室內考種。

2結果與分析

2.1不同厚度降解地膜降解時間比較

由表1可知，降解地膜覆蓋厚度直接影響其降解速度，T5處理覆蓋地膜最薄，降解速度最快，在5月11日地膜出現裂痕、顏色變灰、質地變脆等降解現象，5月26日降解現象明顯，地膜出現大面積破損現象，鮮食玉米收獲時地膜破損十分嚴重，基本完全降解；T4地膜在5月17日出現降解現象，6月15日出現大面積破損現象；T3地膜在6月2日出現降解現象，7月14日出現大面積破損現象；T2地膜在6月21日出現降解現象，直至玉米收獲地膜未出現大面積破損；T1地膜在7月14日出現降解現象，同樣在玉米收獲時未出現大面積破損現象。由此分析可知，由4 μm增加到6 μm，地膜出現降解現象推遲6 d，出現降解現象至降解現象明顯的時段間隔由15 d增加到29 d；由 6 μm 增加到8 μm，地膜出現降解現象推遲16 d，出現降解現象至降解現象明顯的時段間隔增加到42 d；由8 μm增加到 10 μm，地膜出現降解現象推遲19 d；由 10 μm 增加到12 μm，地膜出現降解現象推遲23 d，隨著降解地膜厚度的增加，地膜出現降解現象的時間不斷延長，同時出現降解現象至降解現象明顯的時段間隔也有延長趨勢。[FL）]

通過對覆蓋不同厚度地膜的土壤地膜溫度進行監測，結果如圖1、圖2所示，發現地膜覆蓋初期（4月）不同處理間 0～50 cm土壤月平均溫度差異不顯著，說明不同厚度地膜對0～50 cm土壤溫度影響不顯著。5月之后T5處理0～50 cm土壤日平均溫度最低，月平均溫度顯著低于T1、T2、T3處理。T4處理0～50 cm土壤日平均溫度從5月中下旬開始低于T1、T2、T3處理，但4—6月0～50 cm土壤月平均溫度與其他處理間差異不顯著，7月0～50 cm土壤月平均溫度顯著低于T1、T2、T3處理，但與T5處理差異不顯著。T1、T2、T3處理0～50 cm土壤溫度一直相對較高，但三者之間0～50 cm土壤月平均溫度差異不顯著。

[FK（W11][TPAYW1.tif][FK）]

2.3不同厚度降解地膜對土壤水分的影響

通過對覆蓋不同厚度地膜的土壤含水量進行監測，結果如圖3、圖4所示，4月和5月不同處理間0～50 cm土壤月平均含水量差異不顯著，說明地膜厚度對0～50 cm土壤水分影響不顯著。由圖3可以看出，5月下旬開始T5處理的0～50 cm 土壤含水量最低，T4處理的0～50 cm土壤含水量從6月[CM（25]上旬開始低于T1、T2、T3處理。6月和7月T5、T4處理的

0～50 cm土壤月平均含水量低于T1、T2、T3處理，T5和T4處理間0～50 cm土壤月平均含水量差異不顯著。T1、T2、T3處理0～50 cm土壤月平均含水量一直較高，且三者之間差異不顯著。

2.4不同厚度降解地膜對鮮食玉米產量的影響

不同處理鮮食玉米產量及其產量相關性狀見表2。T1、T2、T3處理的鮮穗產量最高，且三者之間差異不顯著，其次為T4[CM（24*2/3]處理，T5處理的產量最低。對產量相關性狀進行比較，各

3討論

覆蓋地膜是增加土壤溫度，保持土壤水分，促進鮮食玉米生長發育，并提高玉米產量和提早上市的重要措施[9-11]，選擇適宜的降解地膜產品是降低農田殘膜數量、保障可持續生產的有效途徑[12]，選擇適宜降解時間和降解速度的降解地膜產品則是確保作物高產的重要因素[13]。董立國等發現降解膜過早裂解對土壤溫度的影響主要體現在苗期，降解地膜處理的土壤溫度比PE膜的低14.1%；對土壤水分的影響主要體現在喇叭口期，降解膜處理的土壤水分比PE膜的低131%。同時，降解地膜過早裂解后玉米在株高、禿尖、穗行數、百粒質量和產量等方面明顯低于PE膜處理，減產達272%[14]。嚴昌榮等曾提出地膜安全期的概念，并從其主要功能和作物郁閉度等角度提出了估算方法，降解地膜因其原材料組成和制作工藝不同，其降解速度也不同[13]。張妮等發現聚乳酸生物降解地膜在覆膜20 d左右就開始降解，在棉花收獲期能夠降解80%左右[6]。同時應用降解地膜時，不同區域光照、溫度、水分及微生物的不同對降解地膜的降解速度和效果也有重要影響[6，12]。因此，降解地膜的最佳降解時間和降解速度需要根據具體區域的特定作物進行確定。本項研究通過對不同厚度PBSA降解膜的降解時間及其水分、溫度和作物產量效應進行研究，發現地膜越薄降解速度越快，這與申麗霞等對光-生物雙解膜的研究結果[12]一致。同時，有研究結果還表明，在一定范圍內降解速度越慢其保水和增溫效果越好，鮮食玉米產量越高，這不同于普通粒用玉米在大喇叭口期揭膜能夠促進玉米生長發育的研究結果[15-16]。因此，認為鮮食玉米應用降解地膜的選擇標準應是不降低當季玉米產量，同時不影響下茬作物播種。目前PBSA降解膜已克服了降解膜韌性等性能缺陷，能夠滿足覆膜機作業的質量要求，因此，在考慮成本因素條件下，在適宜的降解地膜產品中，厚度越低其生產成本越小。

4結論

隨著降解地膜厚度的增加，地膜降解時間逐漸延后，降解速率不斷下降，出現降解現象的推遲程度不斷延長，同時出現降解現象至降解現象明顯的時段間隔也有延長趨勢。本研究中，鮮食玉米收獲時，T5地膜破損嚴重，降解基本完成；T4和T3降解現象明顯；T2、T1處理出現降解現象，但并不明顯。研究結果表明，地膜厚度對0～50 cm土壤溫度和水分的影響較小，但地膜降解時間和降解程度對土壤溫度和水分具有明顯的影響。T1、T2、T3處理土壤溫度和水分一直相對較高，后期T4、T5處理溫度和水分明顯降低，因此導致T5鮮食玉米產量最低，并且穗長最短、禿尖最大、穗粗最細、行粒數最少、百粒鮮質量最低；其次為T4，并且禿尖長度、穗粗和百粒鮮質量等3項產量性狀指標顯著低于T1、T2、T3處理。T1、T2、T3處理之間產量差異不顯著，考慮地膜生產成本等因素，T3處理是理想的PBSA降解地膜產品，即PBSA降解地膜厚度選為 8 μm。

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