生物可降解地膜對土壤肥力及馬鈴薯產量的影響

段義忠，張 雄

（1榆林學院生命科學學院，陜西 榆林 719000；2陜西省陜北生態修復重點實驗室，榆林 719000）

干旱和半干旱區域約占地球陸地總面積的35%，約占地球耕地總面積的42.9%。在我國，干旱、半干旱區域約占耕地總面積的51%，主要集中在北方地區［1，2］。水分缺乏是干旱地區農業生產發展的主要限制因子。在推動旱作農業的發展方面，地膜覆蓋栽培具有巨大的潛力。覆蓋可以有效地減少地面蒸發、保蓄自然降水，因為其在大氣與土壤接觸面間形成了一個隔離層，可以有效防止水分直接逸散到大氣中。因此，有效地利用這一保水、節水技術可以大幅度提升干旱和半干旱區域的農業發展。旱地馬鈴薯覆膜栽培技術作為干旱區域農業發展的一項創新技術，由于其較好的利用土壤中自然儲存的水分，因此在西北干旱區域被廣泛推廣應用。但目前在我國應用最廣的多為傳統的聚乙烯塑料地膜，由于其散落在土壤中的自然降解時間長達200～300年，造成土壤板結，破壞了土壤結構，同時對土壤和自然環境造成白色污染［3，4］。而利用淀粉等有機物生產的生物可降解地膜在培肥地力、提高作物產量的同時也減少了對土壤和自然環境的危害。生物可降解地膜的使用是栽培史上的一次創新，對推動旱作區域農業發展提供了新途徑［5］。

生物可降解地膜與秸稈相似，能夠顯著提高土壤有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀含量［6～8］。李尚中等指出，在玉米、小麥等主要農作物的生產過程中，已采用地面覆蓋栽培技術，并且取得了較好的效果［9］。尤其在西北干旱及半干旱地區，采用地面覆蓋可有效調節土壤的水、肥、氣、熱等生態因子，為植物生長提供相對穩定的土壤環境，同時還可以減少對土壤和自然環境的污染。因此地面覆蓋在發展旱作農業方面具有較大的潛力。翟勝等指出，地面覆蓋可有效地改善土壤的肥力狀況，提高蔬菜作物的產量，采用地面覆蓋栽培技術，可減少土壤營養物質的流失，提高土壤肥力狀況［10］。

本試驗以生態環境的保護為前提，以改善土壤肥力狀況和提高馬鈴薯產量為目的，結合榆林市的實際氣象特征，通過對該地區馬鈴薯采用生物可降解地膜覆蓋的栽培方式進行研究，以期從理論上進一步明確生物可降解地膜提高土壤肥力和促進馬鈴薯增產的原因和機理，并對榆林市的生物可降解地膜應用提供栽培技術示范。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試馬鈴薯品種為‘紫花白’。該品種耐旱，生育期較短，抗晚疫病。

1.2 種子處理

試驗于2016年5～10月在榆林市現代農業科技示范園進行。試驗地0～20 cm土層有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀含量分別為 5.59 g／kg、19.56 mg／kg、15.07 mg／kg和 79.30 mg／kg。土壤 pH8.1。挑選具有本品種特征、沒有病斑的馬鈴薯塊莖作為種薯。首先進行曬種催芽，繼而進行種薯切塊，切塊過程中利用75%的酒精對切刀進行消毒處理，以防雜菌感染，最后進行播種。

1.3 試驗設計

試驗采用隨機區組設計，共設5個處理，小區面積24 m2（3 m×8 m），各小區四周設置保護行（44 m×12 m）。每小區種植6行，株距20 cm。5個處理分別是：（1）裸地（CK），將馬鈴薯直接播種在15 cm土壤中，無覆蓋；（2）聚乙烯塑料薄膜覆蓋（T1），雙壟全膜覆蓋，壟高10 cm，穴播馬鈴薯；（3）生物可降解A膜（T2），雙壟全膜覆蓋，壟高10 cm，穴播馬鈴薯；（4）玉米秸稈（T3），將馬鈴薯直接播種在15 cm土壤中，覆蓋玉米秸稈，覆蓋量9000 kg／hm，于6月20日均勻放置在小區中；（5）生物可降解 B膜（T4），雙壟全膜覆蓋，壟高10 cm，穴播馬鈴薯。各處理設置3次重復，共15個小區。播種之后立即進行聚乙烯塑料地膜和生物可降解A、B膜覆蓋。生物可降解A膜為完全生物降解塑料聚酯（PBSA），生物可降解B膜為玉米降解淀粉材料合成。覆蓋地膜時地膜平貼壟面，膜邊覆土壓緊蓋實。當馬鈴薯破土出苗時，在破土處的地膜上劃一個口子，使馬鈴薯苗露出地膜。覆膜處理為整個生育期，即從苗期直至成熟期。在馬鈴薯整個生育期，除覆膜方式不同外，其他農作措施均相同。試驗期間于苗期、塊莖形成期、塊莖膨大期、淀粉積累期、成熟期，采集0～20 cm土層土樣并裝在采集袋中，同時挑去雜質，帶回實驗室進行土壤養分含量測定。在成熟期，采收馬鈴薯塊莖并統計小區產量。收獲時按小區測實際產量，取3次重復的平均值折算每公頃產量。

1.4 指標測定

土壤測定項目有pH值、有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀5個指標。測定方法如下：土壤pH采用酸度計測定法，土壤有機質采用水合熱法，土壤水解性氮采用堿解擴散法，土壤有效磷采用pH8.5的碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法，土壤速效鉀采用中性醋酸銨提取—火焰光度法［11］。

1.5 統計分析

試驗數據均以3次重復的平均值表示，采用Microsoft Excel 2010和SPSS16.0軟件對數據進行統計分析處理，并進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 生物可降解膜對土壤堿解氮含量的影響

由表1可見，在苗期，各處理0～20 cm土層土壤的堿解氮含量均高于塊莖形成期、塊莖膨大期、淀粉積累期、成熟期，即各處理在馬鈴薯全生育期土壤堿解氮含量變化呈現一直降低的趨勢。在5個處理中，T4處理土壤堿解氮含量均最高，其次為T2處理。

表1 不同處理的土壤堿解氮含量（mg／kg）

2.2 生物可降解膜對土壤有效磷含量的影響

從表2可看出，在0～20 cm土層處，從苗期到成熟期，CK和T4處理的有效磷含量逐漸升高，其他處理呈現“先下降，后上升”的趨勢。在苗期、淀粉積累期、成熟期，T2和T4的有效磷含量顯著高于CK；從塊莖形成期到成熟期，T4的有效磷含量顯著高于其他處理。在這5個處理中，T4的土壤有效磷含量提高程度最為明顯。

表2 不同處理的土壤有效磷含量（mg／kg）

2.3 生物可降解膜對土壤速效鉀含量的影響

土壤速效鉀含量的變化見表3。在0～20 cm土層處，除T3處理土壤速效鉀含量呈現“先下降，后上升”的趨勢外，其他處理速效鉀均呈現持續上升的趨勢。T4的速效鉀含量在各時期均顯著高于CK；且各處理相比較而言，T4的土壤速效鉀含量提高程度最為顯著。

表3 不同處理的土壤速效鉀含量（mg／kg）

2.4 生物可降解膜對土壤有機質含量的影響

從表4可以看出，除CK的有機質含量從苗期、塊莖形成期、塊莖膨大期、淀粉積累期至成熟期持續下降外，其他處理均呈“先下降，后上升”的變化趨勢。在苗期，T4的有機質含量顯著高于T2和T3；只有在淀粉積累期，T4的有機質含量顯著高于其他處理；而在成熟期，T2、T3、T4的有機質含量顯著高于CK和T1的有機質含量。

表4 不同處理的土壤有機質含量（g／kg）

2.5 生物可降解膜對馬鈴薯產量的影響

從表5可以看出，馬鈴薯均以T4處理的小區產量和單位面積產量最高，分別為 30.78 kg、12 831.45 kg／hm2，相比CK增產31.71%，并且顯著高于其他處理。對于品種‘紫花白’，T2和T3之間的小區產量以及單位面積產量差異不顯著，但均顯著高于CK和T1，而CK和T1差異不顯著。

表5 各處理的馬鈴薯產量

3 討論

地膜覆蓋技術是一項用人工方法改善農作物生長環境的栽培技術，該技術可以明顯起到保持土壤水分、提高土壤溫度的效果，從而通過改善土壤的水、熱狀況，提高養分利用效率，培肥地力，最終達到增產增收的效果。因此，合理應用地膜覆蓋栽培技術，可以使作物最大限度地利用有限的降水資源［12］。在西北干旱地區，采用地膜覆蓋栽培技術對推動旱作農業發展具有較大的潛力［13］。覆蓋作為一種傳統的蓄水保墑農作措施已廣泛應用于小麥、玉米、馬鈴薯等作物。目前應用最廣的覆蓋材料以聚乙烯塑料地膜和玉米秸稈為主，聚乙烯塑料地膜具有透光性好，不透氣等特點，能顯著提高地溫［14，15］。在本試驗中，溫度過高不利于夏播馬鈴薯的生長，因此聚乙烯塑料地膜覆蓋下馬鈴薯產量提高幅度不明顯；玉米秸稈具有透光性差，通氣性良好，能充分利用自然降水等效果，秸稈在微生物的分解作用下，提高了土壤有機質和堿解氮、有效磷以及速效鉀含量，同時使得馬鈴薯產量提高。近年來，隨著農業生產技術的改進，地膜覆蓋材料研究有了很大進展，特別是生物可降解膜的出現等。生物可降解膜作為一種具有降解效應的地膜，促使微生物的生命活動更加旺盛，進而使得土壤有機質的分解速度加快。而且生物可降解地膜覆蓋較聚乙烯塑料地膜覆蓋土壤溫度較低，有利于馬鈴薯這種喜涼作物更好的生長。此外，生物降解膜在微生物的生命活動下，促使膜材料分解，減少對土壤和環境的污染。夏冬等［6］研究了不同覆蓋方式對土壤肥力及番茄產量和品質的影響，指出不同的地面覆蓋可以改善土壤肥力狀況，提高番茄果實產量和品質，其中生物可降解地膜提高土壤肥力狀況和產量效果最好，這與本試驗的結果一致。生物可降解膜結合了作物秸稈和塑料地膜的優勢，一方面，生物可降解地膜能補充土壤一部分速效養分；另一方面，生物可降解膜的腐解與土壤中微生物的活性有很大關系，土壤微生物的活性較高，有利于膜的分解，為植物的生長提供更加有利的環境條件。這也是覆蓋秸稈時馬鈴薯產量和土壤肥力狀況不及生物可降解膜的原因所在。

本試驗研究發現，生物可降解A膜、玉米秸稈、生物可降解B膜覆蓋均可增加土壤肥力，其中生物可降解B膜覆蓋的效果最為顯著。因此生物可降解地膜能有效減少對土壤環境的污染，提高馬鈴薯產量，同時也可減少土壤營養物質的流失，從而提高土壤養分含量。

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