生物降解地膜田間應用降解效果及對后茬早稻產(chǎn)量的影響

黃瑤珠 高旭華 謝東 陳明周 張文樺

摘要? ? 為了有效地解決地膜白色污染問題，加快生物降解地膜在馬鈴薯上的推廣應用，通過大田試驗研究了在冬種馬鈴薯上覆蓋生物降解地膜的田間降解特性及對后茬作物水稻產(chǎn)量的影響。結果表明，生物降解地膜在覆膜60 d時開始降解，馬鈴薯收獲時（覆膜125 d）的降解失重率達36.26%。馬鈴薯收獲后不回收殘膜，生物降解地膜在土壤里繼續(xù)降解，在種植1茬早稻和1茬晚稻后的降解失重率分別為88.49%和96.41%，在晚稻收獲后生物降解地膜已基本全部降解。生物降解地膜殘留于土壤中，不會影響下茬作物早稻的生長及產(chǎn)量，與普通地膜殘膜處理區(qū)比較，早稻產(chǎn)量增加，且差異極顯著。因此，生物降解地膜能夠從源頭上控制農(nóng)業(yè)污染物產(chǎn)生，從而徹底解決地膜白色污染問題。

關鍵詞? ? 水稻;生物降解地膜;殘膜;降解效果;產(chǎn)量

中圖分類號? ? S511? ? ? ? 文獻標識碼? ? A? ? ? ? 文章編號? ?1007-5739（2018）23-0001-03

地膜覆蓋栽培技術作為我國農(nóng)業(yè)常規(guī)技術之一，不僅擴大了作物種植區(qū)，而且增產(chǎn)明顯，增產(chǎn)率高達30%～50%，因而使用量也逐年增長。2015年我國地膜覆蓋面積1 833.33萬hm2，使用量145.5萬t。據(jù)預測，未來5年內(nèi)地膜覆蓋面積將達到2 200萬hm2，年用量將超過200萬t。目前，市面上的地膜主要有聚乙烯普通地膜和降解地膜。由于聚乙烯普通地膜在自然條件下降解極為緩慢，降解時間長達200～400年，隨著我國地膜使用量逐年增加，又缺乏必要的殘膜回收措施，導致農(nóng)田白色污染日益嚴重。據(jù)2010年我國農(nóng)業(yè)面源污染普查，全國種植業(yè)地膜殘留量為12.10萬t，但地膜回收率不足60%。目前，我國約有670萬hm2農(nóng)田被殘膜污染且污染狀況日趨嚴重[1]。據(jù)調(diào)查，如地膜殘留量達到60 kg/hm2，作物將減產(chǎn)10%以上，地膜已成為我國農(nóng)業(yè)面源污染的主要來源物。殘膜作為一種持續(xù)性農(nóng)業(yè)污染物，能改變土壤物理結構，阻礙土壤水肥運移和空氣流通，威脅土壤生存，影響作物生長發(fā)育，導致作物減產(chǎn)和果實品質(zhì)惡化，并妨礙農(nóng)事操作和破壞環(huán)境景觀[2]。農(nóng)田殘膜污染引起國家的高度重視，為此，農(nóng)業(yè)部提出“一控、兩減、三基本”和《關于打好農(nóng)業(yè)面源污染防治攻堅戰(zhàn)的實施意見》，農(nóng)田殘膜污染治理是其中的一個重要方面。農(nóng)業(yè)面源污染具有分散性和隱蔽性、隨機性和不確定性、不易監(jiān)測性和空間異質(zhì)性等特點[3]，農(nóng)膜殘膜更具有“積累效應、區(qū)域差異、逐年增強”3個特征[4]，常規(guī)的末端治理技術很難應用于殘膜治理中或應用效果不理想。因此，應采用源頭治理為對策，從源頭上控制殘膜的產(chǎn)生量。而使用生物降解地膜替代聚乙烯普通地膜應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，能夠有效地減少殘膜量，從而有效地解決農(nóng)田白色污染問題。

目前，生物降解地膜的應用研究主要集中在其覆蓋作物的應用效果上[5-8]，對作物收獲后遺留在土壤中的殘膜后續(xù)降解情況及殘膜對后茬作物生長的影響鮮有報道。筆者于2015年開展了生物降解地膜在馬鈴薯覆蓋栽培上的應用效果試驗，研究生物降解地膜在田間應用的降解效果，并于2016年在馬鈴薯收獲后生物降解地膜和普通地膜處理區(qū)種植2季水稻（品種為廣豐香8號），探討生物降解地膜殘膜對后茬作物水稻生長的影響，以期對生物降解地膜使用的適用性進行全面綜合評價。

1? ? 材料與方法

1.1? ? 試驗地概況

試驗均在廣東省博羅縣園洲鎮(zhèn)（北緯23°6′55.47″，東經(jīng)113°57′13.33″）同一塊試驗地進行。試驗地土壤為砂壤土，地力均勻，肥力中等。

1.2? ? 試驗材料

2015年生物降解地膜應用于馬鈴薯覆蓋栽培試驗：供試馬鈴薯品種為粵引85-38。供試肥料為雞糞有機肥（腐熟雞糞含純N 30.3 g/kg、P2O5 21.1 g/kg、K2O 27.03 g/kg）和復合肥（含純N 16%、P2O5 8%、K2O 23%）。供試地膜為生物降解除草地膜[廣東省生物工程研究所（廣州甘蔗糖業(yè)研究所）研制生產(chǎn)，寬度70 cm，厚度0.012 mm];普通地膜（中山天德塑料廠生產(chǎn)，寬度70 cm，厚度0.015 mm）。

2016年殘膜對后茬作物水稻生長的影響試驗：供試水稻品種為廣豐香8號，該品種由廣東省廣州市農(nóng)業(yè)科學研究所選育）;供試肥料為復合肥（含純N 15%、P2O5 15%、K2O 15%）。

1.3? ? 試驗設計

1.3.1? ? 生物降解地膜應用于馬鈴薯覆蓋栽培試驗。試驗設2個處理，分別為生物降解除草地膜覆蓋栽培、普通地膜覆蓋栽培，簡單對比，不設重復。普通地膜處理面積為0.33 hm2，生物降解除草地膜處理面積為1.33 hm2。整地前把所有肥料全部作基肥全田撒施，施雞糞有機肥8 400 kg/hm2、復合肥1 875 kg/hm2。馬鈴薯種植及田間管理措施按常規(guī)地膜覆蓋栽培技術進行。于2015年11月11日整地播種，2016年3月15日收獲，馬鈴薯全生育期為125 d。

1.3.2? ? 殘膜對后茬作物水稻生長的影響試驗。試驗前普通地膜處理區(qū)在機械犁耙時把普通地膜殘膜集中回收，生物降解除草地膜處理區(qū)殘膜因降解成碎片不回收。2個地膜處理區(qū)設置田埂進行分開后整地插秧。整地前不施用肥料，插秧后3 d全田撒施尿素60 kg/hm2，在水稻分蘗期施復合肥（15-15-15）150 kg/hm2，在抽穗期施復合肥（15-15-15）300 kg/hm2。水稻種植管理措施按常規(guī)栽培技術進行。本試驗于2015年在生物降解除草地膜試驗地進行，于2016年4月8日進行整地拋秧，于2016年7月26日收獲稻谷，水稻全生育期為109 d。

1.4? ? 調(diào)查內(nèi)容及方法

1.4.1? ? 生物降解地膜的降解情況調(diào)查。生物降解地膜的降解情況調(diào)查分別從當年降解情況和殘膜后續(xù)降解情況2個方面調(diào)查。

（1）當年降解情況調(diào)查。當年降解情況調(diào)查在2015年大田示范進行。地膜降解外觀變化按照文獻[9]的評價方法，按5個階段進行分級：A階段始裂期為地膜開始出現(xiàn)1～2 cm的自然微小裂口;B階段開裂期為膜表面出現(xiàn)2～20 cm的裂縫;C階段大裂期為出現(xiàn)20～50 cm裂縫，數(shù)量增加;D階段碎裂期為均勻碎裂，無大塊地膜存在;E階段無膜期為畦面無地膜存在。

地膜失重情況：覆膜前分別稱取生物降解地膜、普通地膜的初始重量;覆膜后60、90、125 d隨機在覆蓋生物降解地膜、普通地膜處理區(qū)各取3個點，每點取1 m畦面的地膜，洗凈晾干稱量，計算地膜質(zhì)失重率。計算公式如下：

失重率（%）=（覆蓋前膜質(zhì)量-覆蓋后膜質(zhì)量）

÷覆蓋前膜質(zhì)量×100

（2）生物降解地膜殘膜后續(xù)降解情況調(diào)查。殘膜后續(xù)降解情況調(diào)查是在2015年大田示范地種植收獲水稻后進行，通過早稻種植前、2季水稻收獲后的土壤殘膜量來探討生物降解地膜在田間的后續(xù)降解。普通地膜處理區(qū)農(nóng)戶在早稻機械化整地時進行殘膜簡單回收。調(diào)查方法：在水稻整地插秧前和收獲后，分別在生物降解地膜、普通地膜處理區(qū)采用梅花點法取5個樣點的1 m2耕層土壤（0～30 cm）的全部地膜，洗凈晾干稱重，計算累積殘留率（殘留率=1 hm2殘膜量/1 hm2累計使用量），同時目測各殘膜破碎情況。因該試驗地2季水稻沒有覆蓋地膜，所以地膜累計使用量為馬鈴薯當年地膜用量。

1.4.2? ? 水稻收獲時農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量測定。通過在生物降解地膜（不回收殘膜）和普通地膜（部分回收殘膜）的大田示范區(qū)種植水稻，探討生物降解地膜殘膜在自然生長環(huán)境下對水稻產(chǎn)量的影響。具體調(diào)查方法：水稻收獲時分別在生物降解地膜處理區(qū)、普通地膜處理區(qū)隨機取3個點，每點20蔸，計算有效穗數(shù)，并折算單位面積的有效穗數(shù);每個點取20蔸平均有效穗數(shù)的樣品3蔸，在室內(nèi)進行每穗總粒數(shù)、每穗實粒數(shù)、結實率、千粒重考查。同時每個處理實收3個點、每點2 m2水稻，計算水稻蔸數(shù)，脫粒曬干除去秕谷稱重，折算成單位面積實際產(chǎn)量。

2? ? 結果與分析

2.1? ? 生物降解地膜的田間降解情況

2.1.1? ? 生物降解地膜當年降解情況。

（1）生物降解地膜降解進程。從目測結果來看，初步估計生物降解地膜的降解階段，始裂期為覆膜后60～70 d，開裂期為覆膜后85～90 d，大裂期為覆膜后110～120 d，生物降解地膜的降解未進入碎裂期、無膜期。從馬鈴薯生育進程看，在覆膜后30 d左右（苗期），生物降解地膜都比較穩(wěn)定，地膜完整，都達到保證馬鈴薯出苗、齊苗的要求。覆膜后60 d左右，馬鈴薯開始進入結薯期，生物降解地膜彈性降低，進入始裂期，膜面開始有小裂紋出現(xiàn)，膜面基本保證完整，還具有良好的增溫保墑作用。覆膜后90 d，馬鈴薯已進入塊莖膨大期，生物降解地膜繼續(xù)降解，出現(xiàn)2～20 cm裂縫，已進入開裂期。覆膜后100～120 d，馬鈴薯進入成熟期，生物降解地膜降解加速，相繼進入大裂期，開始出現(xiàn)大裂縫，裂縫大于20 cm，到收獲時生物降解地膜仍處于大裂期中期，未進入碎裂期。

由于南方馬鈴薯產(chǎn)區(qū)冬、春季土壤溫度較低，要求生物降解地膜在出苗及結薯期具有良好的增溫保墑作用，隨著馬鈴薯齊苗田間郁閉度增加，地膜基本失去增溫作用。從增溫作用角度考慮，降解地膜有效功能期達到60 d左右即可滿足使用要求。但地膜降解過快、過早將導致馬鈴薯見光露青問題，在馬鈴薯塊莖成熟期地膜覆蓋時間越長則越有利于產(chǎn)量的提高。本試驗使用的生物降解地膜既能夠滿足馬鈴薯生育期增溫保墑要求，也具有較好的降解效果，為合適的馬鈴薯生物降解地膜配方。

（2）生物降解地膜的降解失重。生物降解地膜失重率是衡量其在土壤中降解程度的主要指標。由表1可知，生物降解地膜隨著覆膜天數(shù)的增加，降解加速，重量損失也增加。蓋膜后60 d，生物降解地膜開始降解，失重率為8.28%;蓋膜后90 d，失重率為24.30%;到馬鈴薯收獲時（蓋膜后125 d），失重率達到36.26%，此時生物降解地膜基本破裂，膜面降解裂口較多。而普通地膜在整個馬鈴薯生長期內(nèi)并未發(fā)生降解，基本保持完整，可以完整揭膜，由于膜上可能沾有無法完全清洗的雜物，導致殘膜較原始膜重，失重率為-7.74%。生物降解地膜在當年的降解情況說明，該地膜是一種環(huán)境友好型材料，在馬鈴薯栽培覆蓋使用時具有明顯的降解效果，可以有效解決普通地膜引起的環(huán)境污染問題。

2.1.2? ? 生物降解地膜殘膜后續(xù)降解情況。由表2可知，生物降解地膜在當季馬鈴薯收獲時顯著降解，失重率為36.26%，不回收殘膜，使殘膜在田間繼續(xù)進行生物降解，在水稻種植前生物降解地膜殘膜量為51.570 kg/hm2，殘留率為41.17%，生物降解地膜已降解58.83%;在早稻種植期間，由于土壤水分充足，生物降解地膜殘膜降解加速，到早稻收獲后，生物降解地膜處理區(qū)的殘膜量僅為15.96 kg/hm2，殘留率為11.51%，生物降解地膜已降解88.49%。處理區(qū)已少見殘膜，殘膜也基本呈現(xiàn)小碎片、分散狀態(tài)，碎片面積均已小于4 cm2，一拉即斷，對水稻生長無不良影響。再種植1季晚稻，生物降解地膜處理區(qū)的殘膜量僅為4.980 kg/hm2，殘留率僅為3.59%，生物降解地膜已基本全部降解。

普通地膜處理區(qū)在早稻種植前進行簡單回收，有23.23%殘膜遺留于土壤。在早稻收獲后，殘膜量為22.455 kg/hm2，殘留率為17.93%，降解較慢;在種植1季晚稻后，殘膜量仍為13.695 kg/hm2，殘留率為10.93%。普通地膜的殘膜降解速度極慢，與早稻種植前的殘膜量比較，在種植2季水稻后，普通地膜失重率僅為42.50%。雖經(jīng)簡單回收，當年普通地膜使用1年后（1季馬鈴薯、2季水稻）仍有10.93%殘留于土壤，而殘膜呈現(xiàn)碎片、分散狀態(tài)，但部分碎片面積超過4 cm2，仍有一定的拉伸強度。普通地膜如不進行殘膜回收，殘膜逐年在土壤中累積，殘留量加速增加，最終導致作物生長受阻及產(chǎn)量降低。

2.2? ? 生物降解地膜殘膜對后茬早稻生長及產(chǎn)量的影響

由表3可知，種植在生物降解地膜處理區(qū)的早稻有效穗數(shù)、穗粒數(shù)及千粒重等經(jīng)濟性狀高于普通地膜處理區(qū)，結實率稍低于普通地膜處理區(qū)，但差異均不顯著;生物降解地膜處理區(qū)的早稻產(chǎn)量明顯高于普通地膜處理區(qū)，差異達到極顯著水平。由此說明，由于生物降解地膜在馬鈴薯收獲后能夠繼續(xù)降解，對后茬作物生長及產(chǎn)量沒有影響;而普通地膜處理的土壤由于存在殘膜而影響水稻的生長，水稻經(jīng)濟性狀指標差異雖未達到顯著水平，但多個產(chǎn)量構成因子的降低效應影響累積，最終導致種植在普通地膜殘膜區(qū)的水稻產(chǎn)量顯著下降，這與鄒小陽等[1]、解紅娥等[10]人對普通地膜殘膜的研究結果一致。

3? ? 結論與討論

本試驗結果表明，生物降解地膜在馬鈴薯種植時覆蓋具有顯著的降解效果，在蓋膜后60 d，開始出現(xiàn)降解裂口，到馬鈴薯收獲時，其降解失重率為38.26%。之后生物降解地膜殘膜無回收，直接殘留于土壤，也能繼續(xù)降解，待2季水稻收獲后生物降解地膜已基本全部降解，殘留率僅為3.59%，能夠在田間自然條件下實現(xiàn)降解徹底。

在廣東冬種馬鈴薯產(chǎn)區(qū)，馬鈴薯在蓋膜后60 d基本齊苗封行，此時生物降解地膜開始降解，有利于保持土壤的透氣性，更有利于馬鈴薯產(chǎn)量的增加[11]。通過生物降解地膜的應用，不僅能實現(xiàn)普通地膜的增溫、保水、增產(chǎn)功能，更能夠從源頭上控制農(nóng)業(yè)污染物的產(chǎn)生，從而真正解決農(nóng)田的白色污染問題。

在南方，冬種馬鈴薯收獲后一般種植2季水稻。如在冬種馬鈴薯上應用生物降解地膜覆蓋，殘膜殘留于土壤里，能夠繼續(xù)降解，也不會影響到下茬作物早稻的生長及產(chǎn)量。而普通地膜殘留于土壤里，隨著累積量的增加，導致作物產(chǎn)量降低。在本試驗中，普通地膜殘膜雖有簡單回收，但仍有部分殘膜殘留于土壤中，且無法實現(xiàn)有效的降解，最終影響后茬水稻產(chǎn)量的提高。

4? ? 參考文獻

[1] 鄒小陽，牛文全，劉晶晶，等.殘膜對番茄苗期和開花坐果期生長的影響[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報，2016，24（12）：1643-1654.

[2] 鄒小陽，牛文全，劉晶晶，等.殘膜對土壤和作物的潛在風險研究進展[J].灌溉排水學報，2017，36（7）：47-54.

[3] 郭廷忠，張超，張麗君.中國農(nóng)業(yè)污染問題研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2009（4）：399-401.

[4] 李倩，安潔，石寶翠，等.殘膜污染防治與可降解地膜生態(tài)環(huán)境影響評價[J].山東農(nóng)業(yè)科學，2016，48（12）：111-116.

[5] 王建武，張雄，段義忠，等.生物可降解地膜對馬鈴薯生長及水分利用效率的影響[J].中國農(nóng)學通報，2016，32（24）：97-102.

[6] 肖艷松，羅井清，鐘漢，等.生物降解地膜在湘南煙區(qū)烤煙上的應用效果及降解特性研究[J].作物研究，2017，31（6）：681-684.

[7] 董道瑞，雷海，王寶霞.不同可降解地膜降解性能及對土壤溫度和棉花生長、產(chǎn)量的影響[J].能源環(huán)保，2018（1）：1-2.

[8] 唐文雪，馬忠明.地膜降解特性對土壤水熱效應和玉米產(chǎn)量的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報，2018，37（1）：114-123.

[9] 楊惠娣，唐賽珍.降解塑料試驗評價方法探討[J].塑料，1996（2）：16-22.

[10] 解紅娥，李永山，楊淑巧，等.農(nóng)田殘膜對土壤環(huán)境及作物生長發(fā)育的影響研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報，2007，26（增刊1）：153-156.

[11] 黃瑤珠，高旭華，陳明周，等.全生物降解除草地膜覆蓋在冬種馬鈴薯的應用效果研究[J].廣東農(nóng)業(yè)科學，2017，44（8）：20-25.